Brevet FR2498080A1 — publié le 19820723

La présente invention concerne un garnissage de colonne "auto-répartiteur n pour contact gaz-liquide, applicahle dans le domaine des colonnes de rectification, des réacteurs, des colonnes de lavage de gaz,des tours de refroidissement et autres appareils ou installations analogues. La solution d'un problème industriel de contact n gaz-liquide "implique la recherche d'un garnissage interne donnant le maximum de " plateaux théoriques',ou d' "unités de transfert ",pour un prix global d'achat, d'implantation, d'exploitation et d'entretien qui soit minimal. Ceci implique, compte tenu des principes géné raÉx de réalisation d'un tel garnissage, la recherche de la plus grande surface de contact possible, d'un écoulement du liquide qui soit bien réparti, et d'un cheminement turbulent du gas sans une trop forte perte de charge. De plus, dans les installations industrielles, il est souvent nécessaire de construire des appareils en matériaux résistants à la corrosion. Actuellement, le fait d'avoir å utiliser de tels matériaux, plastiques par exemple, limite le choix des types de garnissages -soit, parce qu'ils ne peuvent être réalisés,compte tenu des possibilités techniques existantes -soit, s'ils sont réalisables, du fait qu'ils n'offrent pas la garantie d'une bonne tenue mécanique, d'une surface de contact efficace ou d'un bon coefficiept de mouillage, ou encore que la perte de charge du côté de l'écoulement gazeux est trop élevée. C'est le cas, notamment, des divers garnissages connus construits en métal,grès,céramique,verre,plasti- que,... , se présentant sous des formes telles qu'anneaux,selles ou garnissages tissés. Les anneaux et selles, généralement tous réalisables en matériaux résistants à la corrosion, ne donnent qu'un faible nombre d'unités de transfert par unité de hauteur de garnissage. Les garnissages tissés sont difficilement réalisables en matière plastique, en raison des faibles qualités de résistance mécanique de ce genre de matériau, ce qui conduit à des réalisations métalliques, cossteu- ses et ne résistant pas à la corrosion. Par ailleurs, dans le cas des garnissages actuels, réalisés par exemple par des matériaux entassés,on constate des tassements et des variations des interstices entre ces matériaux, si bien que l'écoulement du liquide ne reste pas homogène et nécessite souvent l'emploi de redistributeurs intermédiaires, ce qui complique 1' installation. La présente invention vise à remédier à l'ensemble de ces inconvénients. A cet effet, elle a pour objet un garnissage de colonne " auto répartiteur " pour contact gaz-liquide, composé essentiellement d'un ensemble d'éléments de transfert disposés verticalement dans la colonne et positionnés par un plateau distributeur horizontal,chaque élément de transfert comprenant une ossature verticale le long de laquelle sont répartis des déflecteurs qui sont séparés par des intervalles réguliers mais sont décalés verticalement, entre chaque élément de transfert et les éléments voisins, de manière à permettre l'imbrication desdits éléments de transfert. Le plateau répartiteur possède avantageusement un réseau de trous, dont les axes correspondent à la disposition des éléments de transfert, ces derniers possédant, à leur sommet, des moyens permettant leur accrochage sur le bord du trou correspondant du plateau distributeur. Ainsi, le plateau en question soutient tous les éléments de transfert, en assurant leur positionnement et leur maintien; les trous de ce plateau assurent, en outre, une répartition uniforme du liquide sur chaque élément de transfert, et ils laissent aussi passer le gae ascendant. Les éléments de transfert, de grande longueur, comportent,comme indiqué ci-déssus, des déflecteurs si tûés à égale distance les uns des autres,mais décalés en tre deux éléments voisins qui peuvent ainsi s'imbriquer. Cette disposition procure une importante surface de con tact gaz liquide par unité de volume de garnissage,et crée une turbulence gazeuse,le passage libre laissé pour le cheminement du gaz étant sinueux mais avec faible per te de charge(permettant son utilisation dans les recti fications sous vide poussé par exemplelet l'agitation gazeuse étant entretenue par le brisement du gaz au con tact des déflecteurs. Les éléments de transfert peuvent être réalisés en matériaux homogènes ou non,résistants à la corrosion tels que plastiques par exemple.Pour améliorer le coefficievt de xouillage,ils peuvent être composées ou revêtus d'une couche granulaire,ou avoir subi un traitement de surface. La possibilité de réalisation de ces éléments de garnis ge en matériaux résistants aux agressions chimiques,msifl n'ayant pas de très bonnes qualités de résistance mécanique,résulte de ce que -les éléments de transfert ne sont pas soumis à des con traintes de flexion; -ces éléments de transfert,suspendus par leur sommet au plateau distributeur mais libres à leur extrémité basse, ne subissent pas de contraintes liées aux dilatations thermiques lors de variations importantes de température; -aucun tasseaent du garnissage n'est possible. En raison de ce qui précède,le garnissage selon l'in vention peut aussi être réalisé de façon"monobloc" sur une grande hauteur. Suivant un mode de réalisation particulier de l'invention,l'ossature de chaque élément de transfert est constituée par une règlette verticale,possédant une section en forme d'étoile,par exemple à trois branches, ladite règlette comportant,à son sommet, un évidement central qui délimite des pattes flexibles dont chacune est munie d'une dent d'accrochage,pour le montage de l'élément de transfert sur le plateau distributeur. Les déflecteurs possèdent dans ce cas une forme en cuvette, avec une ouverture en forme d'étoile, par. exemple à trois branches, permettant de les enfiler sur la rglet- te précitée, tout en laissant subsister des lumières pour la redistribution du liquide.On obtient ainsi une " auto-répartition tt du liquide, sans nécessité de répartiteurs additionnels; toutefois la paroi interne du fût de la colonne, à l'intérieur de laquelle sont disposés les éléments de transfert verticaux, peut porter à hauteur intermédiaire une lèvre de t recentragedu liquide. Les pièces constitutives des éléments de transfert, réalisés comme il vient-d'être indiqué, peuvent être obtenues par exemple par extrusion ou moulage,notamment dans le cas de pièces en matière plastique. Il est encore à noter que les déflecteurs peuvent servir au positionnement relatif des éléments de transfert réalisés comme défini précédemment il suffit de prévoir que ces déflecteurs présentent, à leur périphérie, des encoches dans lesquelles sont engagées les branches des règlettes des éléments voisins pour permettre l'imbrication de tous les éléments ainsi que leur positionnement relatif. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce garnissage de colonne " auto-répartiteur " pour contact gazliquide Figure 1 représente une partie du plateau distributeur perforé, vueen coupe, ainsi que,vue de face, la partie supérieure d'un élément de transfert supporté par ledit plateau; Figure 2 est une vue en perspective de la partie supérieure de la règlette verticale constituant l'ossature de l'élément de transfert; Figure 3 est une vue en coupe horizontale de cet élément de transfert, suivant 3-3 de figure 1; Figure 4 représente, vuen plan, un déflecteur seul appartenant à cet élément de transfert;; Figure 5 est une vue en coupe transversale dudit déflecteur, suivant 5-5 de figure 4; Figure 6 est une vue partielle, en plan, du plateau distributeur, montrant le réseau de trous de ce dernier; Figure 7 est une vue en coupe horizontale, illustrant l'imbrication des éléments de transfert entre eux; figure 8 est une vue en élévation représentant plusieurs éléments de transfert, imbriqués entre eux et supportés par le plateau distributeur; Figure 9 illustre le montage de l'ensemble de ces éléments, représentés très schématiquement, à l'intérieur d'une colonne. Le garnissage, obJet de l'invention, se compose d'un ensemble d'éléments de transfert 1, disposés verticalement dans une colonne 2 (figure 9), et soutenus par un plateau distributeur horizontal 3. Comme le montrent, plus particulièrement, les figures 1 et 6, le plateau distributeur3 possède un réseau de trous circulaires 4 d'axe vertical 5. Les axes 5 des trous 4 sont alignés suivant des directions formant, les unes par rapport aux autres, des angles de 1200, de manière à constituer le réseau de trous 4 bien visible sur la figure 6. Chaque élément de transfert 1, supporté par le plateau perforé 3, est composé d'une règlette verticale 6,constituant son ossature, et d'un nombre relativement élevé de déflecteurs 7 disposés le long de la règlet te.6, un écartement vertical constant h étant maintenu entre deux déflecteurs 7 consécutifs. La règlette 6 possède, comme le montrent notamment les figures 2 et 3, une section horizontale en forme d'étoile à trois branches, orientées suivant des directions formant, les unes par rapport aux autres,des angles de 1200. A son sommet, la règlette 6 possède un évidement central 8 creusé suivant son axe, et ses trois branches ont une largeur réduite, de manière à former trois pattes 9 munies,chacune, dune dent d'accrochage 10 faisant saillie vers l'extérieurPour la fixation de l'élément de transfert 1 sur le plateau distributeur 3, il suffit d'enfoncer~l'extrémité supérieure de la règlette 6 dans le trou 4 correspondant, après flexion des pattes 9, flexion rendue possible psr l'évidement 8. Les dents d'accrochage 10 assurent la retenue de la règlette 6 sur le bord du trou 4 (voir figure 1),donc le soutien de tout l'élément de transfert 1 par le plateau distributeur 3. Les déflecteurs 7, bien visibles sur les figures 3 à 5, possèdent une forme en cuvette, leur concavité étant tournée vers le haut. Chaque déflecteur 7 possède une ouverture 11 en forme d'étoile à trois branches,permettant de l'enfiler sur la règlette 6. L'ouverture Il est conformée de telle matière que, lorsque le déflecteur 7 est enfilé sur la règlette 6, il subsiste des lumières 12. A sa périphérie, chaque déflecteur 7 présente encore trois encoches 13, en forme de 1t V",qui sont découpées entre les branches de l'ouverture Il en forme d'étoile. Les figures 7 et 8 montrent l'imbrication des éléments de transfert 1, tous supportés par le même plateau distributeur 3 et disposés suivant les axes 5 des trous 4 dudit plateau. Les déflecteurs 7 de chaque élément de transfert 1 sont situés à des niveaux différents de ceux des éléments 1 voisins. En outre, les trois branches de la règlette 6 d'un élément 1 sont engagées dans les encoches 13 des déflecteurs 7 appartenant aux éléments 1 voisins, ce qui assure le positionnement relatif de tous ces éléments 1. Le cheminement ascendant du gaz, le long des éléments de transfert 1, est représenté par les lignes pointillées 14 (voir figures I et 8). L'agitation gazeuse est entretenue par le brisement du gaz au contact des déflecteurs 7. Le liquide, réparti par le plateau distributeur 3 entre les différents éléments 1, s'écoule de haut en bas suivant les flèches 15. il est recentré par les déflecteurs 2 qui le redistribuent le long des parois des règlettes 6 par l'intermédiaire des lumières 12; les déflecteurs 7 assurent en outre,par leur forme en cuvette, le r81e de récupérateurs de gouttes. Enfin, la figure 9 montre la disposition des éléments de transfert 1 et du plateau distributeur 3 à l'intérieur du fflt 16 de la colonne 2. Le plateau distributeur 3 est muni d'un rebord périphérique,tourné vers le haut, de manière à former une cuvette et à pouvoir être serré,avec interposition de joints d'étanchéité 17, entre deux brides de raccordement 18 prévues aux extrémités des tronçon de la colonne 1; les axes 19 stmbolisent les boulons de serrage, qui réunissent les deux brides 18. Le fût 16 porte encore sur sa paroi interne, à hauteur intermédiaire, une lèvre 20 qui "recen tre " le liquide risquant de s'écouler le long de ladite paroi, au lieu de ruisseler le long des éléments de transfert 1. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécutton de ce garnissage de colonne " auto-répartiteur n pour contact gaz-liquide, qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple;elle en embrasse,au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application comportant des dispositions équivalentes. -REVENDICATIONS- 1.- Garnissage de colonne//auto-répartiteur " pour contact gaz-liquide, caractérisé en ce qu'il est composé essentiellement d'un ensemble d'éléments de transfert (1), disposés verticalement dans la colonne (2) et positionnés par un plateau distributeur horizontal (3),chaque élément de transfert (1) comprenant une ossature verticale (6) le long de laquelle sont répartis des déflecteurs( 7), qui sont séparés par des intervalles réguliers (h) mais sont décalés verticalement,entre chaque élément de transfert (1) et les éléments voisins, de manière à permettre l'imbrication desdits éléments de transfert (1). 2.- Garnissage selon la revendication ?,caractérisé en ce que le plateau distributeur (3)possède un réseau de trous (4), dont les axes (5) correspondent à la disposition des éléments de transfert (1), ces derniers possédant, à leur sommet, des moyens (9,10) permettant leur accrochage sur le bord du trou (4) correspondant du plateau distributeur (3). 3.- Garnissage selon la revendication 2,caractérisé en ce que l'ossature de chaque élément de transfert (1) est constituée par une règlette verticale (6),possédant une section en forme d'étoile,par exemple à trois branches, ladite règlette (6) comportant, à son sommet, un évidement central (8) qui délimite des pattes flexibles (9) dont chacune est munie d'une dent d'accrochage (70),pour le montage de 11 élément de transfert (1) sur le plateau distributeur (3). 4.- Garnissage selon la revendication 3,caractérisé en ce que les déflecteurs (7) possèdent une forme en cuvette,avec une ouverture (11) en forme d'étoilepar exemple à trois branches, permettant de les enfiler sur la règlette précitée (6), tout en laissant subsister des lumières (12) pour la redistribution du liquide. 5e Garnissage selon la revendication 4,caractérisé en ce que les déflecteurs (7) de chaque élément de transfert (1) présentent en outre,à leur périphérie,des encoches (13) dans lesquelles sont engagées les branches des règlettes (6) des éléments voisins pour permettre l'imbrication de tous les éléments (1) ainsi que leur positionnement relatif. 6.- Garnissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la paroi interne du fût (16) de la colonne (2), à l'intérieur de laquelle sont disposés les éléments de transfert verticaux (1), porte à hauteur intermédiaire une lèvre (20) de recentrage n du liquide