Brevet FR2462191A1 — publié le 19810213

-1 - L'invention concerne une colonne d'ab- sorption ou tour de lavage à plusieurs étages utilisant l'effet Venturi. Les colonnes de lavage utilisant l'effet Venturi présentent, par rapport aux colonnes de lavage à garnissage et aux colonnes de lavage à pulvérisation, pour des conditions d'emploi déterminées, l'avantage de servitudes d'entretien réduites et d'un fonctionnement pratiquement sans problème. Lorsque l'on traite, en par- ticulier, de l'air fortement empoussiéré, ou lors des opérations d'absorption ayant comme produits de réaction des produits solides connus, c'est par exemple le cas pour de nombreux processus de chimisorption ainsi que pour les processus de lavage et d'absorption o la pha- se absorbante contient des boues activées, des problèmes peuvent se poser au niveau de l'entretien et de la s1ûre- té de fonctionnement avec les colonnes de lavage à gar- nissage et les colonnes de lavage à pulvérisation. Sur les colonnes de lavage à garnissage, les interstices relativement petits séparant les éléments constituant la charge de garnissage peuvent se disloquer; dans les tours de lavage biochimique o la phase absorbante con- tient des boues activées, il se forme à la surface des Aléments de garnissage une masse biologique conduisant à la formation de ponts et à un fort développement des cavités vides. Une telle colonne de lavage non seulement est défectueuse au plan de son fonctionnement, mais il se produit des phénomènes nauséabonds de putréfaction dans la partie de l'élément de remplissage ayant subi ce développement, phénomènes qui compromettent le ré- sultat du lavage. De même, avec des gaz fortement em- poussiérés ou, en chémisorption, par formation de pro- duits de réaction solides, les cavités de la charge d'é- léments de remplissage peuvent s'altérer et entraîner des phénomènes similaires. 462191 -2- Les colonnes de lavage à aspersion con- tiennent certes également des structures intérieures; celles-ci toutefois présentent des passages larges par- ce qu'elles ne remplissent que la fonction consistant à redresser l'écoulement. Le risque d'un colmatage ou d'une augmentation de volume de ces structures inté- rieures est moins grand. Cependant, les colonnes de la- vage à aspersion fonctionnent avec des orifices de tuyères relativement petits pour réaliser une pulvé- risation efficace du liquide et obtenir de ce fait, un bon échange de substances. Dans les cas d'emploi cité plus haut à titre d'exemples, les dérangements provien- nent le plus souvent, dans les tours à aspersion, du colmatage toujours répété des tuyères. Dans les tours de lavage utilisant le principe Venturi, un échange intime de substances et une bonne pulvérisation de la phase liquide sont obte- nues tout en utilisant des orifices de sortie de liqui- de relativement grands. Il s'ensuit que ces types de tours de lavage occasionnent moins de difficultés du genre précité lorsque des liquides de lavage et d'ab- sorption présentant des particules en suspension sont utilisés. Toutefois, un inconvénient des tours de lava- ge Venturi de construction classique réside dans leur construction relativement volumineuse, dans leur appa- reillage coûteux et dans leur encombrement. De plus, lorsque plusieurs tours de lavage Venturi sont raccor- dées en série, le transit du gaz requiert des frais élevés en énergie. L'objet de l'invention est de présenter une tour de lavage ou colonne d'absorption à effet Venturi comportant plusieurs étages, qui permette de monter dans un espace réduit de nombreuses restrictions Venturi, qui soit de construction simple et par consé- quent d'un prix avantageux, qui soit d'un entretien peu -3- onéreux, et enfin qui n'occasionne que des frais d'é- nergie relativement réduit pour la phase gazeuse. L'invention résoud ce problème par la combinaison des particularités suivantes: a) plusieurs conduits ou tronçons de conduits de section de préférence rectangulaire, fermés inclinés, traversés dans le sens de la montée par le flux du gaz à épurer, juxtaposés directement dans le sens vertical et placés à peu près parallèlement les uns au-dessus des autres sont disposés en guise de gout- tières pour le liquide de lavage ou d'absorption; b) sur le fond, conformé à cet effet en une surface ondulée ou profilée en zig-zag, sont dis- posés plusieurs éléments formant barrage ou plusieurs crêtes en forme de barrages, les-uns derrière les au- tres et à une certaine distance les uns des autres, inclinés par rapport à la verticale dans le sens du flux gazeux, ne remplissant que partiellement la sec- tion de passage des conduits, les barrages ou les crêtes en forme de barrages et les volumes de liquide retenus par eux dans les conduits servant d'étrangle- ments Venturi; c) à peu près verticalement au-dessus du plus haut point de chaque barrage ou crête en forme de barrage, sont disposées dans la cloison de fond du con- duit situé immédiatement au-dessus de chaque conduit des orifices de passage pour le liquide de lavage et d'absorption. Grâce à la disposition les uns au-dessus des autres de plusieurs tronçons de conduits dans les- quels est prévue une structure de retenue en escaliers, de nombreuses restrictions Venturi peuvent être consti- tuées les unes derrière les autres, les retenues de li- quide contribuant elles-mêmes à la formation des res- trictions d'une part, et d'autre part servant de réser- -4- voir pour l'alimentation en phase liquide du système de pulvérisation par effet Venturi. Lorsque plusieurs tronçons de conduit disposés les uns au-dessus des autres appartiennent à des conduits tout-à-fait dis- tincts, une colonne à écoulements croisés peut être constituée. Cependant, lorsque les tronçons de conduit disposés les uns au-dessus des autres sont raccordés en un seul conduit continu par une disposition en hé- lice, disposition circulaire ou plate, on obtient une tour de lavage ou colonne d'absorption à contre-courant. D'autres particularités de l'invention et avantages sont présentées dans la description sui- vante de différents exemples d'exécution, illustrés par des Figures. Celles-ci représentent: 15. Figure 1, en développement plan, une coupe verticale de plusieurs tronçons de conduits pour un premier exemple d'exécution d'une tour de lavage utilisant l'effet Venturi et conforme à l'invention; des poches de liquides sont retenues dans les conduits par des tôles supplémentaires formant barrage. Figure 2, en coupe similaire à celle de la Figure 1, un autre exemple d'exécution; les vo- lumes de liquide sont constitués par une conformation en zig-zag de la tôle de fond des tronçons de conduit. 25. Figure 3, une coupe similaire concer- nant un autre exemple d'exécution, avec une tôle de fond à conformation ondulée. Figure 4, une représentation schémati- que en plan d'une unité plus importante de lavage et d'absorption utilisant l'effet Venturi, unité conforme à l'invention et constituée par la réunion de plusieurs tours de lavage élémentaires plates. Figures 5 et 6, en élévation (Figure 5) et en plan (Figure A, une tour de lavage circulaire dans laquelle un conduit est, comme sur la Figure 1, disposé -5- en escalier tournant. Sur la coupe verticale développée, re- présentée à la Figure 1, d'un premier exemple d'exécu- tion, conforme à l'invention, d'une colonne d'absorption utilisant l'effet Venturi, plusieurs conduits inclinés 1 sont superposés parallèlement les uns aux autres. Ils sont directement juxtaposés dans le sens vertical, la tôle constituant le fond d'un conduit formant en même temps la couverture du conduit disposé au-dessous. La verticale est matérialisée sur la Figure par la ligne 2 en trait mixte. Les conduits sont traversés de bas en haut par le gaz à laver (les flèches 3 indiquent la di- rection du flux gazeux), alors que le liquide de lavage (liquide absorbant) s'écoule à contre courant de haut en bas par les conduits utilisés en gouttières (dans le sens de la flèche 4). Sur le fond 5 des conduits ou tronçons de conduits, sont disposées les unes derrière les autres et avec un certain intervalle entre elles des tôles de retenue 9 de pente opposée au sens (3) du flux gazeux. Les tôles de retenue créent des zones de barra- ge en forme de poches dans lesquelles s'accumule un volume de liquide 15; le liquide retenu peut atteindre le bord supérieur 12 du barrage, le volume retenu pré- sentant alors un profil à peu près triangulaire dont un angle est obtus. Dans cette conformation, le volume de liquide retenu ou la tôle de retenue 9 crée une zone d'étranglement par rapport à la section moyenne de hau- teur 4 du conduit. Cette restriction ainsi formée de façon progressive et sans perturbation d'écoulement crée l'étranglement permettant d'obtenir l'effet Venturi. L'accélération du gaz au poins le plus étroit de l'é- tranglement et la baisse de pression oui en résulte dans le flux gazeux provoque une extraction de liquide à par- tir des plans constituant la surface de celui-ci ou des ouvertures de passage et une pulvérisation fine dans le -6- flux gazeux du liquide extrait. Pour que cette pulvéri- sation ne soit pas seulement alimentée à partir de la surface de la charge de liquide retenue 15, il y a éga- lement soutirage de liquide à partir de la charge rete- nue dans la section de conduit située immédiatement au-dessus, ceci par l'intermédiaire d'une ouverture de passage 17 pratiquée au niveau le plus étroit de l'é- tranglement. Pour éviter la formation dans la poche de liquide retenue de zones susceptibles de se remplir de sédiments, le point le plus bas 16 de chaque poche de liquide est disposé de telle sorte qu'il avoisine tou- jours les ouvertures de passage 17, c'est-à-dire la zorn la plus étroite de l'étranglement Venturi du conduit du dessous. Les ouvertures de passage sont dimensionnées de telle sorte que le risque de colmatage par particules ou impuretés en suspension dans le liquide de lavage (liquide absorbant) soit éliminé. Lorsque la colonne est en fonctionnement, il se forme au voisinage des ou- vertures de passage un cône de pulvérisation 18 consti- tué de gouttelettes finement pulvérisées, qui garantit un bon échange de substances entre les phases. La tour de lavage circulaire représentée sur les Figures 5 et 6 présente un conduit unique-s'en- roulant à la manière d'un escalier tournant ou en spira- le autour d'une cheminée centrale 21, les différents tronçons du conduit étant isolés de l'extérieur par une enveloppe 22. Le conduit lui-même est, à l'image de ceux de la Figure 1, équipé de tôles de retenue créant des volumes de liquide en forme de poches. Grâce au raccor- dement des différents tronçons de conduit, raccordement créé par leur disposition en spirale en un seul conduit continu, une colonne de lavage à contre-courant ayant la forme d'une tour circulaire 20 est réalisée, le gaz brut à épurer entrant par le bas et venant au contact du li- quide absorbant déjà fortement chargé d'impuretés. A la ?462191 -7- partie supérieure de la tour de lavage, un échange de substances a encore lieu entre le gaz déjà bien épuré et du liquide absorbant nouveau d'un bon pouvoir absor- bant. On obtient ainsi sur le principe connu de la cir- culation à contre-courant un lavage efficace. De la façon qui vient d'être montrée, une colonne d'absorption à contre courant insensible aux substances solides est créée; on peut renoncer, en mul- tipliant les systè2mes d'étranglement Venturi, à utiliser ? '^ des équipements internes sensibles à l'encrassement. Dans le même temps, les écoulements en court-circuit qui peuvent se produire dans les colonnes à remplissage et dans les colonnes à pulvérisation sont obligatoire- ment évités. L'utilisation du principe de Venturi re- quiert toutefois une vitesse relativement élevée pour la phase gazeuse, mais ceci constitue d'un autre cÈté un avantage, car on est conduit en particulier, lorsque l'invention est utilisée, à une construction très com- pacte de la colonne d'absorption. Cette construction favorise l'entretien et par ailleurs, diminue les frais d'investissement. En disposant plusieurs restrictions Venturi les unes à la suite des autres, on peut dispo- ser dans un espace étroit plusieurs étages d'équilibra- ge. Lorsque les restrictions Venturi sont nombreuses, la dépense en énergie côté gaz ne croit pas dans les mêmes proportions, car le gaz, après chaque restric- tion, peut être décéléré au bénéfice de l'écoulement et de l'économie d'énergie et une pression statique appropriée reconstituée, laquelle peut être utilisée à une nouvelle accélération du gaz. Malgré un grand nom- bre de restrictions Venturi, la colonne d'absorption ou la tour de lavage utilisant l'effet Venturi, et qui est conforme à l'invention fonctionne avec côté gaz, des frais d'énergie relativement bas. En résumé, la colonne d'absorption ainsi créée est donc compacte, nécessite -8- peu d'entretien, tout en étant très efficace au plan lavage, et très intéressante du point de vue économie d'énergie. Elle peut de plus traiter de l'air fortement empoussiéré sans qu'il soit besoin de monter un étage dépoussiéreur en amont de l'installation. Dans l'exemple d'exécution représenté sur la Figure 2, plusieurs tronçons de conduit 1' sont constitués par des tôles de fond 7 pliées en zigzag. Il se forme ainsi sur le fond 5' plusieurs crêtes 9' avec entre elles des cuvettes 11. Le point supérieur 13 de chaque crête en forme de barrage est toujours à la verticale du point le plus bas 16 de la cuvette 11. On obtient ainsi une restriction de section non seule- ment côté fond, mais également à partir de la cloison supérieure du conduit, cette dernière restriction ré- duisant considérablement, au sens d'un étranglement Venturi, la section moyenne de conduit de cote verti- cale h. Au voisinage du point le plus bas 16 du volume de liquide retenu 15, est prévue comme précédemment une ouverture de passage 17 d'o sort un cône de pul- vérisation 18 engendré par les conditions de pression régnant dans la veine gazeuse au niveau le plus étroit de l'étranglement Venturi. La conformation représentée sur la Figure 2 présente l'avantage sur celle de la Figure 1, d'une construction plus simple, car la cloi- son de fond peut être formée uniquement par un feuillard continu plié en zigzag. La Figure 3 représente une variante de l'exécution de la Figure 2. Les tronçons de conduit lu sont constitués par une tôle de fond ondulée 8, présen- tant des crêtes en forme de barrages 9" et des cuvettes li', respectivement derrière lesquelles ou dans lesquel- les un volume de liquide 15 peut être retenu. Pour le reste, l'exemple d'exécution de la Figure 3 correspond à celui de la Figure 2. -9- La Figure 4 montre enfin, comment, en va- riante de la construction circulaire retenue-pour la tour de lavage sur les exemples des Figures 5 et 6, les conduits et tronçons de conduits peuvent constituer, en construction plate, un seul conduit continu, une tour de lavage de ce type fonctionnant selon le principe de la circulation des phases à contre-courant. Le conduit (ou sa tôle de fond) est enroulé autour d'une tôle cen- trale 27 à la manière d'un ressort-spiral aplati. Au voisinage des points de rebroussement, sont prévues des tôles déflectrices semi-cylindriques 28 assurant dans des conditions d'écoulement favorable le renvoi du flux gazeux. Dans la zone de renvoi, peuvent être également prévus pour une meilleure utilisation de l'espace des éléments de retenue ou des crêtes en forme de barrage, disposés dans la tôle de fond ou sur celle-ci. Une telle tour de lavage, de forme pratiquement rectangulaire peut comme le montre la Figure 4, être construite à partir de plusieurs tours de lavage élémentaires 25 réunies en une unité plus importante. A cet effet, une tour de lavage élémentaire dans laquelle le conduit s'enroule dans un sens donné autour de la tôle centrale peut être raccor- dée alternativement par l'une ou par l'autre de ses faces plates à une autre tour élémentaire présentant un conduit à sens d'enroulement inverse. Les tronçons de conduit correspondant à deux faces plates assemblées sont alors parallèles. Dans cette zone, on peut renoncer à l'utilisation d'une cloison réparatrice, ce qui sim- plifie 1' installation. -10- R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Colonne d'absorption ou tour de lava- ge à plusieurs étages utilisant l'effet Venturi, carac- térisée par la combinaison des particularités suivan- tes: a) plusieurs conduits ou tronçons de conduits (1, 1', 1u) de section de préférence rectangu- laire, fermés, inclinés, traversés dans le sens de la montée par le flux (3) du gaz à épurer, juxtaposés di- rectement dans le sens vertical et placés à peu près parallèlement les uns au-dessus des autres sont dispo- sés en guise de gouttières pour le liquide de lavage ou d'absorption (4); b) sur lesfonds, conformés à cet effet en une surface ondulée ou profilée en zig-zag (5, 5', 5"), sont disposés plusieurs éléments formant barrage (9) ou plusieurs crêtes en forme de barrages (9t, 9"), les uns derrière les autres et à une certaine distance les uns des autres, inclinés par rapport à la verticale (2) dans le sens (3) du flux gazeux, ne remplissant que partiellement la section de passage des conduits (1, 1', 1"), les barrages (9) ou les crêtes en forme de barrages (9', 9") et les volumes de liquide (15) retenus par eux dans les conduits (1, 1', 1") servant d'étranglements Venturi; c) à peu près verticalement au-dessus du plus haut point (12, 13) de chaque barrage (9) ou crête en forme de barrage (9t, 9"), sont disposés dans la cloison de fond (6, 7, 8) du conduit (1, 1', 1") situé immédiatement au-dessus de chaque conduit des orifices de passage (17) pour le liquide de lavage et d'absorption. 2. Colonne d'absorption ou tour de lavage utilisant l'effet Venturi, selon la revendication 1, ?462191 -11- caractérisée par le fait que les barrages (9) ou crêtes en forme de barrages (9', 9")de deux conduits (1, 1', 1") voisins dans le sens vertical sont disposés les uns par rapport aux autres, dans le sens longitudinal de telle sorte que le plus haut point (12) de chaque bar- rages (9) ou crête en forme de barrage (9, 9") du con- duit inférieur à un conduit considéré ait le même posi- tionnement longitudinal que le point le plus bas (16) d'un volume de liquide retenu (15) de ce dernier con- duit. 3. Colonne d'absorption ou tour de lava- ge utilisant l'effet Venturi, selon l'une des revendi- cations 1 et 2, caractérisée par le fait que la cloison de fond (7, 8) des conduits (1X9 1"1) a un profil ondulé ou en zig-zag, une cuvette (11, l't) retenant un volume de liquide (15) et formée dans la cloison de fond (7, 8) du conduit supérieur (1', 1") à un conduit considéré formant en même temps pour ce dernier conduit un étran- glement venant du haut au sens d'une restriction Venturi. 4. Colonne d'absorption ou tour de lava- ge utilisant l'effet Venturi, selon l'une des revendi- cations 1, 2, 3, caractérisée par le fait qu'un unique conduit continu (1) est conformé en spirale à la manière d'un escalier tournant, formant ainsi dans une tour de lavage circulaire des tronçons de conduit juxtaposés dans le sens vertical (Figures 5 et 6). 5. Colonne d'absorption ou tour de lava- ge utilisant l'effet Venturi, selon l'une des revendi- cations 1, 2, 3, caractérisée par le fait qu'un seul conduit continu est enroulé en zig-zag, à la manière d'un ressort-spiral aplati, autour d'une tôle centrale ou élément similaire (27), constituant de cette façon des tronçons de conduit juxtaposés dans le sens verti- cal à l'intérieur d'une tour de lavage rectangulaire -12- (Figure 4). 6. Colonne d'absorption ou tour de lava- ge selon la revendication 5, caractérisée par le fait que plusieurs tours de lavage dont les conduits (1, 1', 1") sont torsadés en sens opposé sont réunies en tant ' que tours de lavage élémentaires (15) en une unité plus importante, avec, par alternance, juxtaposition par les faces plates (16), d'une tour de lavage élémentaire (15) à conduit torsadé dans un sens à une tour de la- vage élémentaire (15) à conduit torsadé dans l'autre sens (Figure 4). 7. Colonne d'absorption ou tour de lava- ge utilisant l'effet Venturi, selon la revendication 6, caractérisée par le fait que sur les faces plates (26) assemblées des tours de lavage élémentaires (25), les sections de conduit (1, 1', 1") à orientation parallèle (1, 1', 1") des différentes tours de lavage élémentaires (15) passent de l'une à l'autre sans cloison de sépara- tion (Figure 4).