Brevet FR2447217A1 — publié le 19800822

La présente invention se rapporte au domaine des constructions mécaniques, en particulier pour l'industrie chimique, et a notamment pour objet un appareil d'échange de masse. La présente invention s'applique notamment a la réalisation d'un échange de masse et de chaleur entre un liquide et un gaz (ou une vapeur) lors de la séparation d'un mélange en ses différents composants, et peut être utilisée, de préférence, dans la technique cryogénique pour effectuer la séparation de l'air en ses constituants par voie de rectification a basse température. On connaît un appareil d'échange de masse destiné a assurer l'échange de masse et de chaleur entre un gaz ou une vapeur et un liquide, comportant un corps cylindrique vertical muni de tubulures d'amenée et d'évacuation du liquide et du gaz ou de la vapeur, des plateaux de contact perforés disposés suivant la hauteur du corps cylindrique vertical, et des dispositifs de déversement centraux et périphériques. Lesdits dispositifs de déversement centraux et périphériques sont fixés à l'intérieur de l'appareil au moyen de supports verticaux qui sont soudés intérieurement au corps cylindrique vertical suivant la hauteur de ce dernier. Les plateaux de contact sont de deux types alternant suivant la hauteur de l'appareil d'échange de masse, à savoir, du type composé de deux segments identiques.Les plateaux de contact sont fixés aux dispositifs de déversement centraux et périphériques par boulonnage. L'étanchéité des zones de jonction des parties périphériques des plateaux de contact et du corps cylindrique vertical de l'appareil d'échange de masse est réalisée au moyen d'assemblages à ruban pourvus de joints d'étanchéité. L'appareil d'échange de masse connu fonctionne comme suit. Dans la partie supérieure de l'appareil d'échange de masse, sur le plateau de contact supérieur, on amène le liquide, tandis que dans la partie inférieure de l'appareil d'échange de masse on introduit le gaz ou la vapeur (mélange de plusieurs composants). Le liquide se déplace dans l'appareil d'échange de masse en se déversant successivement de chaque plateau de contact sus-jacent sur le plateau de contact sous-jacent correspondant à travers les dispositifs de déversement centraux et périphériques.te gaz ou la vapeur monte dans la partie supérieure de l'appareil d'échange de masse en traversant les perforations des plateaux de contact et en barbotant dans le liquide stecoulant sur les plateaux de contact.De cette manière, il se produit sur chaque plateau de contact un échange de masse et de chaleur entre le liquide et le gaz ou la vapeur, ce qui a pour effet d'enrichir la phase-liquide en composant à point d'ébullition élevé, ainsi que d'enrichir la phase gazeuse en composant à bas point d'ébullition. Le liquide enrichi en composant à point d'ébullition élevé est évacué de la partie inférieure de l'appareil d'échange de masse,tandis quedelapartie supérieure dudit appareil est évacué -le gaz (ou la vapeur) enrichi en composant à bas point d'ébullition. La présence desdits deux types de plateaux de contact, la particularité de leur fixation ainsi que de celle des dispositifs de déversement à l'intérieur du corps cylindrique vertical, et aussi la présence des joints d'étanchéité dans les zones périphériques des plateaux de contact, compliquent la construction de l'appareil d'échange de masse connu et nécessitent beaucoup de travail pour son montage. Par ailleurs, cette construction connue n'est pas adaptée pour fonctionner aux températures cryogéniques, par exemple dans les dispositifs de séparation de l'air par rectification à basse température, parce que les déformations causées par la température de refroidissement excessive de l'appareil d'échange de masse, affectent la solidité des zones de fixation par boulonnage des plateaux de contact aux dispositifs de déversement et entratnent la mise hors#d'usage de l'appareil d'échange de masse. La présente invention vise donc un appareil d'échange de masse de construction plus simple, apte à être utilisé dans la technique cryogénique, en particulier dans les dispositifs de séparation de l'air par rectification à basse température, et permettant d'augmenter l'efficacité de l'échange de masse et de chaleur. Ce problème est résolu grâce à un appareil d'échange de masse du type comportant un corps cylindrique vertical muni de tubulures d'amenée et d'évacuation d'un liquide et d'un gaz ou de vapeur, à l'intérieur duquel sont disposés, suivant sa hauteur, des plateaux de contact pourvus de perforations pour le passage du gaz ou de la vapeur, chaque deuxième plateau de contact étant muni d'un dispositif de déversement central ou de deux dispositifs de déversement périphériques, et caractérisé, suivant l'invention, en ce que chaque plateau de contact est constitué de deux segments identiques, fixés chacun suivant une corde à un conduit central dont l'axe coïncide avec celui du corps cylindrique vertical, et dont la longueur correspond sensiblement au diametre du corps cylindrique vertical, et en ce que ledit conduit central est pourvu de rangées parallèles d'orifices disposés au-dessus du niveau des plateaux de contact, tandis qu ta l'interieur dudit conduit sont placés des dispositifs-de déversement centraux. Une telle réalisation de l'appareil d'échange de masse permet de simplifier sa construction et de réduire la quantité de travail nécessaire à son montage, ainsi que de l'utiliser pour fonctionner dans les conditions des températures cryogéniques En outre, la face de chaque plateau de contact qui est orientée dans le sens opposé à celui du courant de liquide porte des cloisons verticales disposées le long du courant de liquide. Cela permet d'améliorer la régularité de la distribution du liquide sur la surface du plateau de contact et d'élever l'efficacité de l'échange de masse et de chaleur entre le liquide et le gaz ou la vapeur, surtout dans le cas d'un appareil d'échange de masse de grand diametre. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris a la lecture de la description, qui va suivre, d'un exemple de réalisationnonlimitatif,faiteense référant aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale de l'appareil d'échange de masse, suivant l'invention; - la figure 2 représente une vue en coupe suivant Il-Il de la figure 1. L'appareil d'échange de masse proposé comporte un corps cylindriquevertical l(figurel) muni de tubulures diamentée et d'évacuation d'un liquide et d'un gaz ou de vapeur (non #représentées), et à l'intérieur duquel est monté coaxialement audit corps un conduit central 2. Suivant la hauteur du corps cylindrique vertical 1 sont disposés des plateaux de contact horizontaux à perforations, dont chacun est constitué de deux segments identiques 3 et 4 qui sont fixés, chacun suivant une corde, au conduit central 2. Chaque deuxième plateau de contact est muni de deux dispositifs de déversement périphériques 5 fixés au corps cylindrique vertical 1. La fixation de chacun des segments 3-et 4 de chaque plateau de contact au corps cylindrique vertical 1 et au conduit central 2 est réalisée par soudage, à ces éléments, d'une bande supérieure 6 et d'une bande inférieure 7,-par exemple de profilécornière, entre lesquelles sont disposés les segments 3 et 4 du plateau de contact correspondant. Des dispositifs de déversement centraux 8 sont montés à l'intérieur du conduit central 2, dans les parois parallèles duquel sont pratiquées,entre les plateaux de contact, des rangées horizontales d'orifices 9, tandis que dans sa cavité intérieure sont prévues des cloisons horizontales 10 disposées au niveau des plateaux de contact. Les faces des plateaux de contact qui sont orientées dans le sens opposé à celui du courant de liquide po#rtent des cloisons verticales 11 (figure 2) disposées le long du courant de liquide. Cela a pour effet d'accrottre l'efficacité de l'échange de masse et de chaleur (séparation des composants) du fait de la réduction de l'irrégularité de distribution du liquide sur les plateaux de contact, surtout dans le cas d'un appareil d'échange de masse de grand diamètre. Lors du fonctionnement de l'appareil d'échange de masse, le liquide est introduit dans sa partie supérieure tandis que dans sa partie inférieure est introduit le gaz ou la vapeur (mélange gazeux ou de vapeur à plusieurs composants, tel que par exemple l'air). Le liquide se déplace dans l'appareil d'échange de masse sur les plateaux de contact composés chacun des deux segments 3 et 4 (figure 1), en se déversant successivement de chaque plateau de contact sus-jacent sur le plateau de contact sous-jacent correspondant, en passant par les dispositifs de déversement périphériques 5 et les dispositifs de déversement centraux 8. Le gaz ou la vapeur monte vers la partie supérieure de l'appareil d'échange de masse en passant à travers les perforations pratiquées dans les plateaux de contact et en barbotant dans la couche de liquide s'écoulant suivant les plateaux de contact.Sur les plateaux de contact s'effectue un échange de masse et de chaleur entre le liquide et le gaz (ou la vapeur), le liquide s'enrichissant en composant à point d'ébullition élevé du mélange, et le gaz (ou la vapeur) s'enrichis- sant en composant à bas point d'ébullition. Le liquide enrichi en composant à point d'ébullition élevé est évacué de la partie inférieure de l'appareil d'échange de masse, tandis que de la partie supérieure dudit appareil est évacué le gaz (ou la vapeur) enrichi en composant à bas point d'ébullition. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui nta été donné qu'à. titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Appareil d'échange de masse, du type comportant un corps cylindrique vertical muni de tubulures d'amenée et d'évacuation d'un liquide et d'un gaz (ou de vapeur), respectivement, et à l'intérieur duquel sont superposés l'un à l'autre, des plateaux de contact successifs pourvus de perforations pour le passage du gaz (ou de la vapeur), chaque deuxieme plateau de contact comportant un dispositif de déversement central ou deux dispositifs de déversement périphériques, caractérisé en ce que chaque plateau de contact est constitué de deux segments identiques fixés chacun suivant une corde géométrique à un conduit central dont l'axe coincide avec celui du corps cylindrique vertical de l'appareil et dont la longueur correspond sensiblement au diametre dudit corps cylindrique, ledit conduit central étant pourvu de rangées parallèles d'orifices disposés à un niveau plus élevé que celui des plateaux de contact correspondants, tandis qu'à l'intérieur dudit conduit sont placés les dispositifs de déversement centraux. 2. Appareil d'échange de masse suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la face de chaque plateau de contact qui est orientée dans le sens opposé à celui du courant de liquide porte des cloisons verticales disposées le long du courant de liquide.