Brevet FR2448923A1 — publié le 19800912

L'invention concerne une installation pour la mise en contact gaz(vapeur)-liquide travaillant en fonction de la charge avec les deux phases se déplaçant dans le méme sens ou à contrecourant, ayant pour objet des tâches de transfert de matière (rectification, absorption, désorption, chémisorption) ou des tâches de transfert thermique direct. Cette installation de mise en contact gaz(vapeur)-liquide se caractérise par un débit très élevé par rapport au volume spécifique de la colonne, et en meme temps par une grande largeur de plage de travail et une action séparatrice efficace. On connaît par le brevet WP il 85 28, un dispositif de contact pour colonnes multiétagées à vitesse élevée sur lequel on utilise pour le remplissage un liquide et pour la séparation de la phase liquide des profils creux combinés d'une haute complexité. La séparation de la phase liquide ne s1 effectuant que sur un côté, on n'obtient avec cette installation, meme lorsque les charges de liquide sont réduites, qu'une séparation de phase liquide insuffisante compromettant l'efficacité du transfert de matière. Le déversement et le renvoi du liquide s'accomplissent uniquement par gravité, de sorte qu'à hauteur de colonne égale, la possibilité de chargement en liquide de ce dispositif de contact est limitée. La séparation sur deux étages de la phase liquide par élément individuel, requiert d'autre part de grandes hauteurs de colonne. De meme, la possibilité de ne remplir en liquide que par un seul côté ne permet d'admettre que des charges de liquide réduites et occasionne une répartition du liquide sur la zone de contact. Cette zone de contact n'étant pas structurée, l'efficacité du transfert de matière est insuffisante, d'autant plus que la prérépartition du liquide de la zone de remplissage est elle-méme insuffisante. Un équipement de contact multiétagé pour grande vitesse est également prévu par le brevet WP 112 606 sur lesquels sont utilisés des profils creux de construction différente pour le remplissage de liquide, la mise en contact des phases et la séparation de la phase liquide. Cet équipement est techniquement difficile à construire. Du fait que les profils creux prévus pour la séparation de la phase liquide présentent des ouvertures pour le passage du gaz, l'efficacité recherchée pour lc séparation n'est pas atteinte, car le flux gazeux sortant par ces ouvertures provoque une forte dispersion secondaire du liquide déjà traité par la séparation. Les installations prévues pour -le renvoi de la phase liquide sont sufisantes, de sorte que les rapports de charge élevés recherchés ne sont pas atteints. De plus, le déversement du liquide et son renvoi ne s'opèrent que par gravité, de sorte que pour le déversement, seuls sont poss#bles de courts trajets d'écoulement et que pour le renvoi du liquide, il est nécessaire de disposer de grandes hauteurs d'étages. La zone de mise en contact étant exécutée avec des profils creux fermés, le fonctionnement de cette installation de contact pour vitesse élevée est fortement compromis par la répartition inégale des phases. Par ailleurs, les profils creux fermés contribuent à élever les pertes de charge et à diminuer le transfert de matièr#e. Ltinvssntion a pour objet la création d'une installation pour la mise en contact gaz4vapeur)-liquide permettant un débit de gaz (vapeur) et de liquide élevé pour le volume spécifique de la colonne, installation présentant, par rapport aux instar lations connues, une largeur de plage de travail plus importante et une possibilité de transfert de matière plus élevé pour des pertes de charge comparables et une construction simple. L'invention se propose, par création d'une zone unique de remplissage de liquide et en concevant une zone de alise en contact, comportant plusieurs plans et entourée d'un système de renvoi de liquide, et en créant une zone de séparation de phase liquide également répartie sur plusieurs niveaux, de permettre des débits élevés par rapport au volume spécifique de colonne et d'obtenir une largeur de plage de travail plus importante et un effet de séparation meilleur. L'invention résoud ce problème par le fait que la structure compacte de la zone de remplissage, de la zone de mise en contact et de la zone de séparation de la phase liquide permet à l'installation de fonctionner aussi bien avec les phases se déplaçant dans le même sens qu'avec les phases se déplaçant à contre-courant, Un étage de l'installation prévu par l'invention se subdivise en une zone de remplissage de liquide comportant plusieurs éléments distincts ouverts vers le haut, disposés les uns à côté des autres, présentant des parois latérales perforées et inclinées, éléments dont le profil est de#préfé- rence angulaire, et qui rétrécissent la section de passage dans la direction du flux gazeux.La zone de contact prévue comporte plusieurs couches d'éléments individuels perforés au formage, disposés parallèlement et à une certaine distance les uns des autres et présentant des cloisons latérales inclinées, réduisant la section de passage dans le sens du flux gazeux, le sens d'orientation des ouvertures ainsi prévu dans les cloisons latérales étant perpendiculaire à l'axe longitudinal de chaque élément. Est également prévue une zone de séparation de phase liquide constituée par plusieurs couches superposées d'éléments individuels. Ceux-ci sont disposés parallèlement sur plan et décalés sur des plans voisins, de sorte que la proJection de l'ouverture de la zone de séparation soit petite ou même nulle. Le système du renvoi du liquide raccorde la zone de séparation d'un étage à la zone de remplissage de l'étage situé au-dessous. L'élément individuel de zone de séparation comporte une partie inférieure ouverte vers le haut et des parois latérales inclinées réduisant la section de passage dans le sens du flux gazeux, ainsi qu'une partie supérieure en forme de toit recouvrant à distance la partie inférieure. Le raccordement entre la partie inférieure et la partie supérieure de l'élément individuel se fait par une cloison de séparation. La partie supérieure ne présente aucune ouverture dans le sens de l'é- coulement principal de gaz(vapeur). Sur la couche inférieure de la zone de séparation, les bords extérieurs, de la partie supérieure sont dentelés. Les cloisons latérales de la partie inférieure sont, sur leur bord supérieur rabattues en direction de la cloison séparatrice. Les éléments individuels de la zone de séparation débouchent dans des ouvertures de forme équivalente prévue dans l'enveloppe de séparation des étages de contact. Les éléments individuels de la zone de remplissage de l'étage situé au-dessous sont disposés immédiatement au-dessus de la zone de séparation de l'étage concerné, les éléments étant répartis sur la section de cette zone et s'étendant sur toute la section de passage ou se terminant dans celle-ci. Les éléments de la zone de remplissage débouchent dans des ouvertures géométriquement équivalentes de l'enveloppe de séparation des étages de contact. Au voisinage de la zone de séparation, mais au-dessous toutefois, de la zone de remplissage de l'étage situé au-dessus, la zone de séparation est raccordée au système de renvoi de liquide par des ouvertures de dégazage supplémentaires. Les ouvertures de déversement de la zone de séparation et les ouvertures de dégazage peuvent être séparées sur toute la largeur des étages de contact, dans le système de renvoi du liquide, par des éléments râcleurs de liquide. La détermination de la zone de mise en contact est effectuée par les éléments individuels de la zone de remplissage et de la zone de séparation. La totalité de l'espace de miseea contact est équipée d'éléments individuels à perforation, réalisée par formage, trois couches au moins de ces éléments étant prévues. Le décollage angulaire des éléments individuels d'une couche à une autre est de 900. La disposition des éléments angulaires sur deux couches voisines s'effectue avec la meme orientation longitudinale de la perforation, de façon que la section de passage du gaz soit recouverte. L'espace libre entre l'enveloppe de la colonne et l'étage de contact est entièrement utilisé pour le renvoi du liquide. Gracie à la disposition compacte de la zone de remplissage de liquide, de la zone de mise en contact et de la zone de séparation des liquides une orientation intervient pour les hauteurs des étages de contact, laquelle est comparable à celle des structures de base traditionnelles. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée plus en détail à l'aide d'un exemple d'exécution illustré par des figures. Celles-ci représentent : - Figure 1 : installation pour procédé de contact, en coupe verticale - Figure 2 : Coupe A-A de la ligne I - Figure 3 : détail x de la Figure 1, avec représentation de la zone de contact, de la zone de séparation de la phase liquide et de la zone de remplissage de liquide - Figure 4 : Coupe B-B de la Figure 3. L'installation de mise en contact gaz(vapeur)-liquide consiste en un étage de contact compact 9 disposé centralement à l'intérieur de l'enveloppe 1 de la colonne, étage de contact de section carrée totalement entouré du système 2 de renvoi de la phase liquide. L'étage de contact 9 comporte une zone de remplissage 4 pour la phase liquide 4, une zone de mise en contact 6 et une zone de séparation de la phase liquide 5. Toute la section de colonne disponible est ainsi utilisés par fractions pour la mise en contact des phases gazeuse (vapeur) et liquide et pour le retour de la phase liquide. Comme la Figure 1, la zone de remplissage 4 pour la phase liquide comporte plusieurs éléments individuels disposés à une certaine distance les uns des autres, à profil angulaire ouverts vers le haut et présentant des cloisons latérales perforées disposées en pente, éléments réduisant la section de passage dans la direction de déplacement de la phase gazeuse, et dont les bords supérieurs sont dentelés. Dans ces éléments individuels, parvient par le système de renvoi de la phase liquide, le liquide ayant été séparé dans l'étage de contact 9 situé au-dessus. Ce liquide est entratné, lorsque les charges sont dans la zone de mise en contact 6, par la phase gazeuse ascendante qui subit dans la zone de remplissage 4, du fait de la réduction de sections prévue, une accélération supplémentaire. Du fait de la vitesse relative élevée de la phase gazeuse et du liquide dans la zone de remplissage 4, du fait également de la présence des éléments individuels dentelés et du sytème d'arêtes à effet séparateur ainsi constitué (arrêtes nombreuses et régulièrement réparties), le liquide se trouve dispersé en fines gouttelettes sur toute la section des zones de mise en contact, l'alimentation en liquide se trouvant favorisée par une forte pression dynamique du gaz(vapeur). Les éléments individuels de la zone de remplissage 4 se terminent sur l'enveloppe de séparation des étages de contact et débouchent à ce niveau dans des ouvertures à profil équivalent. Lorsque les charges sont faibles, les éléments individuels de la zone de remplissage 4 fonctionnent comme un système de répartition pour la zone de mise en contact 6 située au-dese sous, la phase liquide étant répartie uniformément sur toute la section de passage de la colonne par l'intermédiaire des trous prévus dans les parois latérales des éléments individuels et par les dents garnissant les bords supérieurs de ces éléments. La zone de mise en contact 6 se raccorde, comme le montre les Figures 1 et 4, directement à la zone de remplissage 4 et s'étend jusqu'à la zone de séparation 5 de la phase liquide. L'espace de mise en contact est entièrement rempli par plusieurs couches d'éléments individuels dans lesquels ont été façonnées des perforations à cloisons latérales inclinées, éléments disposés parallèlement et à une certaine distance les uns des autres. Les éléments individuels de la zone de remplissage du liquide 4 servent en meme temps de supports aux éléments individuels de la zone de mise en contact 6. Le remplissage total de la zone de mise en contact 6 à éléments individuels perforés permet d'améliorer la répartition de la phase liquide provoquée par la zone de remplissage 4, un renouvellement permanent des surfaces de contact s'effectuant du fait de la disposition sur plusieurs couches des éléments individuels ; dans le même temps, l'effet séparateur est amélioré. En raison de la disposition à une certaine distance les uns des autres des éléments individuels et du fait de la section de passage largement dimensionnée de la zone de mise en contact 6, l'amélioration de l'effet séparateur est obtenue avec des pertes de charge relativement faibles. La limite supérieure de la zone de mise en contact 6 est déterminée par la zone de séparation 5 de la phase liquide. Du fait de la transition sans soudure de la zone de mise en contact 6 et de la zone de séparation de phase liquide 5, l'énergie cinétique réduite du liquide et le degré de dispersion élevé contribuent notablement, en liaison avec les dispositions constructives que l'invention prévoit pour la zone de séparation 5 de la phase liquide. La zone de séparation 5 de la phase liquide comporte des éléments individuels disposés parallèlement sur trois niveaux et à une certaine distance les uns des autres dans le sens horizontal comme dans le sens vertical. La partie inférieure 7 constituée par les parois latérales en pente de ces éléments se raccorde, par une cloison 10, à la partie supérieure en forme de toit 8, la projection de l'ouverture de la zon de séparation 5 de la phase liquide étant égale à zéro. La partie inférieure 7 de l'élément individuel de la zone de séparation 5 du liquide contribue, en raison de Fa forme géométrique, à la mise en pression de la phase liquide qui parvient dans l'élément par la partie supérieure 8 recouvrant la partie 7. La séparation combinée film/goutte réalisée par la cloison de séparation 10 et par les zones de déflexion prévues sur les bords supérieurs de la partie inférieure 7 des éléments individuels se trouve ainsi stabilisée, des dispersions secondaires étant évitées sous les charges irrégulières. La phase liquide est, après séparation, amenée par l'intermédiaire de l'élément individuel de la zone de séparation 5 (qui occupe toute la zone de mise en contact) au système de renvoi 2 de la phase liquide, les éléments individuels de la zone de séparation 5 débouchant dans des ouvertures de déversement de l'enveloppe de séparation 3 des étages de contact. Le transfert de la phase liquide, qui s'effectue par gravité, est renforcé par les courants partiels de gaz (vapeur) intervenant dans les éléments de la zone de séparati#on 5. Cet éffet de transfert peut avoir lieu grâce aux ouvertures de dégazage 11 faisant communiquer la zone de séparation 5 et le système de renvoi de la phase liquide 2, ltenveloppe de séparation des étages de contact 3 étant pourvue d'une fente prévue dans le secteur de la zone de séparation 4 de l'étage situé au-dessus ; le retour du gaz(vapeur) dans la zone de séparation 5 est ainsi assuré.Un entrainement de particules liquides à partir de l'élément individuel de la zone de séparation 5 de la phase liquide est rendu impossible par la forme donnée aux ouvertures de déversement de l'enveloppe de séparation 3 des étages de contact et par la séparation de phase qui en résulte. Les éléments individuels de la zoné de séparation 5 de la phase liquide ne#ésenent dans la partie supérieureenrforme de toit 8 aucune ouverture, de sorte que les dispersions secondaires dans la zone de séparation 5 sont évitées. La partie supérieure 8de l'élément individuel de la couche inférieure de la zone de séparation 5 est dentelée sur son bord extérieur, de sorte que pour des charges réduites (fonctionnement à contre-courant), une répartition favorable du liquide pour la zone de mise en contact 6 située au-dessous est assurée. Le système de renvoi du liquide 2 entourant l'étage de contact 9 est en rapport avec la section carrée et avec le fonctionnement prévu par l'invention pour la zone de séparation 5, constitué de 4 cheminées, 2 cheminées opposées étant associées à un étage de contact 9. Le système à plusieurs cheminées permet, à c8té d'un déversement bilatéral de la phase liquide, un remplissage également bilatéral, de sorte que les longueurs de trajet à parcourir par le liquide sont diminuées de moitié et des débits de liquide plus élevés rendus possibles lors des opérations de séparation et de remplissage. Le transfert en retour du liquide, qui s'accomplit en fonction des rapports statiques de pression entre la zone de séparation 5 et le système de retour du liquide 2, se trouve renforcé par d composantes dynamiques de pressions engendrdespar tEs*çFa4* téristiques de construction de la zone de séparation 5 et de la zone de remplissage 4. REVENDICATIONS 1 - Installation de mise en contact gaz(vapeur)-liquide, tENaD en fonction de la charge avec les deux phases se dépla çant dans le même sens ou à contre-courant, comportant une zone de remplissage pour la phase liquide, une zone de mise en contact et une zone de séparation de phase liquide, zones dans lesquelles se trouvent des éléments individuels, un système de renvoi de la phase liquide entourant ces zones, caractérisée par le fait que la zone de remplissage contient des éléments individuels dont les parois latérales inclinées et pourvues de trous sont disposées de telle sorte qu'elles réduisent la section de passage dans la direction correspondant à celle du flux gazeux, par le fait que la zone de mise en contact est constituée de plusieurs couches d'éléments individuels présentant des perçages façonnés, ces éléments étant sur une couche disposés parallèlement et à une certaine distance les uns des autres et assurant par leurs parois latérales inclinées le rétrécissement de la section de passage dans le sens de transit du gaz, ces éléments étant par ailleurs décalés de 900 d'une couche à l'autre, de façon telle que deux couches superposées de même orientation longitudinale recouvrent la section de passage du gaz, par le fait également que la zone de séparation de la phase gazeuse est constituée d'éléments individuels disposés sur plusieurs couches des uns au-dessus des autres, éléments séparés par une certaine distance sur une couche et, d'une couche à une autre, disposés avec un certain décalage, chacun de ces éléments comportant une partie inférieure constituée par les parois inclinées rétrécissant le passage dans le sens du flux gazeux, partie inférieure raccordée par une cloison de séparation à une partie supérieure en forme de toit, un intervalle étant réservé entre la partie supérieure et la partie inférieure, et par le fait que le système de renvoi de la phase liquide présente, dans le secteur de la zone de séparation des liquides etrau-dessus de celle-ci, des ouvertures de dégazage. 2 - Installation de mise en contact gaz(vapeur)-liquide selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les parois latérales des éléments individuels de la zone de remplissage des liquides sont dentelées sur leur bord supérieur. 3 - Installation de mise en contact gaz(vapeur)-liquide selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les éléments individuels de la zone de séparation sont également constitués en båti-porteur pour les éléments individuels de la zone de mise en contact. 4 - Installation de mise en contact gaz(vapeur)-liquide selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisée par le fait que les éléments individuels de la zone de remplissage de liquide s'étendent sur toute la section de cette zone ou se terminent dans la section de passage. 5 - Installation de mise en contact gaz(vapeur)-liquide selon la revendication i, caractérisée par le fait que la zone de mise en contact comporte au moins trois couches d'éléments individuels superposés. 6 - Installation de mise en contact gaz(vapeur)-liquide selon l'une des revendications 1 et 5, caractérisée par le fait que le sens d'orientation des ouvertures réalisées par formage dans les cloisons latérales des éléments individuels de la zone de mise en contact est perpendiculaire à l'axe de chaque élément. 7 - Installation de mise en contact gaz(vapeur)-liquide selon l'une des revendications 1, 5, ou 6, caractérisée par'le fait que le rapport d'ouverture dans la section de la zone de mise en contact est supérieur à 90 %. 8 - Installation de mise en contact gaz(vapeur)-liquide selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les bords supérieurs des parois latérales de la partie inférieure des éléments individuels de la zone de séparation de liquide sont rabattus en direction de la cloison de séparation. 9 - Installation de mise en contact gaz(vapeur)-liquide selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les bords extérieurs de la partie supérieure des éléments individuels de la couche inférieure de la zone de séparation de liquide sont dentelés.