Brevet FR2501520A1 — publié le 19820917

Procédé pour le transfert de constituants entre un courant de liquide et un courant de vapeur circulant en sens con- traire, et installation séparatrice pour la mise en oeuvre de ce procédé. L'invention concerne un procédé pour le transfert de constituants entre un courant de liquide et un courant de vapeur circulant en sens contraire, dans lequel du liquide provenant du courant de liquide est introduit par pulvérisation ou injection dans des sections successives du courant de vapeur et est recueilli entre ces sections, et elle concerne également une installation séparatrice pour la mise en oeuvre de ce procédé. Dans un procédé connu d'après le brevet allemand 652, dans une installation séparatrice correspondante, le liquide est introduit latéralement dans le courant de vapeur et est entraîné latéralement par le courant de va- peur. De ce fait, il apparait une perte de pression dans le courant de vapeur et la consommation en énergie est importante. On connait, d'après l'article de M. ULLRICH "Der Strahlapparat ais Wascher und Reaktor" de la revue "Verfahrenstechnik" volume 14 (1980), NI 12, des appareils à jet de liquide (appelés également laveurs à jet, con- voyeurs à jet, réacteurs à jet, ventilateurs à jet) qui, cependant jusqu'ici n'ont été utilisés que pour l'absorp- tion en tant que laveurs ou pour des réactions chimiques en tant que réacteurs. Indépendamment de cela, on connait, d'après le livre de Reinhard Billet "Industrielle Destillation", Editions Chemie, d'après la figure 1.lb et la description correspondante, une installation pour séparer un liquide, qui contient des composants possédant une température d'ébullition différente, en un produit de bas de colonne possédant la température d'ébullition moyenne la plus éle- vée et en un produit de tête possédant une température d'ébullition moyenne plus faible et éventuellement égale- ment en fractions latérales, avec plusieurs étages sépara- teurs. Cette installation consomme également beaucoup d'énergie. Le principe de tels appareils à jet de liquide repose sur le principe des pompes à jet décrit dans la spécification DIN 24 290, avril 1974. L'invention se propose de fournir un procédé du type mentionné ci-dessus, dans lequel la consommation en'énergie est relativement faible, et une installation séparatrice correspondante qui peut être réalisée de façon compacte sous la forme d'une construction plate. Ce problème est résolu suivant l'invention grâce au fait que, comme dans des appareils à jet de liquide, le liquide est introduit par pulvérisation ou injection dans le courant de vapeur dans le sens de ce courant de vapeur. L'installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention se caractérise en ce qu'elle comporte des étages séparateurs disposés les uns à côté des autres qui sont séparés les uns des autres par des parois com- munes sensiblement verticales. Dans une installation suivant l'invention, les étages séparateurs à jet de liquide non seulement ne pro- voquent pas de perte de pression ou seulement une perte de pression très faible, mais peuvent même (à l'occasion, suivant l'agencement) provoquer une augmentation de la pression de la vapeur. En outre, dans les étages sépara- teurs à jet de liquide le transfert de constituants entre le liquide et la vapeur est relativement important. Il est particulièrement avantageux de maintenir une faible pression dans les étages séparateurs étant donné qu'alors le nombre d'étages séparateurs nécessaires est plus faible. Lorsqu'une faible pression est maintenue dans les étages séparateurs, il est important de maintenir faible la va- riation de pression dans la vapeur lors de la traversée de l'étage séparateur. D'autre part, en raison du volume spécifique très élevé de la vapeur, lorsque la pression est faible le volume intérieur de l'étage séparateur doit être augmenté. Il est, par conséquent, avantageux que les étages séparateurs à jet de liquide utilisés dans l'installation suivant l'invention admettent des vitesses de vapeur allant de 5 à 20 m/s et même jusqu'à 35 m/s, étant donné que de ce fait le volume intérieur peut être maintenu relativement faible. Pour une meilleure compréhension on remarquera que De la perte de pression dépendent le pouvoir sé- parateur et de ce fait le nombre d'étages séparateurs né- cessaires. Plus il y a d'étages séparateurs plus la perte de pression est importante. Le pouvoir séparateur est d'autant plus important que la pression est faible. On a donc besoin de moins d'é- tages séparateurs dans le cas d'une faible pression. Plus le taux de retour est important, plus le nombre d'étages séparateurs nécessaires est faible mais plus l'énergie consommée est importante. Pour consommer aussi peu d'énergie que possible, on prend les mesures suivantes: 1 - pression faible dans les étages séparateurs pour uti- liser peu d'étages séparateurs 2 - faible perte de pression dans les étages séparateurs pour n'utiliser que peu d'étages séparateurs; 3 lorsque les deux premières conditions sont remplies, on peut utiliser un taux de retour relativement faible quoique cela augmente le nombre des étages séparateurs; la consommation d'énergie est alors cependant relative- ment faible 4 - lorsqu'on utilise une faible pression, les dimensions dépendent de la vitesse de transport. Dans les étages séparateurs à jet, on peut admettre une vitesse plus im- portante que dans les étages séparateurs courants. L'installation peut être réalisée sous forme d'une construction plate au niveau du sol. Tous les étages séparateurs sont donc accessibles du niveau du sol. Par conséquent, dans une installation suivant l'invention, on n'a pas besoin de passerelles de passage comportant des issues de secours coûteuses telles que celles qui sont nécessaires dans des installations dans lesquelles sont traités des produits dangereux, ni même de tours de se- cours ou de fuite avec des passerelles de liaison. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de deux exemples de réalisation Z501520 préférés mais non limitatifs représentés aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 représente schématiquement une pre- mière installation; La figure 2 représente schématiquement une se- conde installation; et La figure 3 représente des étages séparateurs de constitution particulière pour l'installation de la figure 1 ou de la figure 2. L'installation de la figure '1-comporte dix étages séparateurs A, B, C, D, E,F, GH, J, K. Chaque étage sépa- rateur comporte une chambre 4 d'aspiration, de mélange et de séparation ouverte vers le haut sur un côté 2 et dans la région supérieure de laquelle est disposé un injec- teur de liquide 6 dirigé vers le bas, et une chambre de montée 10 disposée de l'autre côté 8, à côté de la chambre 4 d'aspiration, de mélange nt de séparation et communiquant avec celle-ci, par le bas. La région de communication inférieure 12 entre chaque chambre 4 d'as- piration, de mélange et de séparation et chaque chambre de montée 10 sert de chambre collectrice pour le liquide. Les côtés 2, 8 de la chambre 4 d'aspiration, de mélange et de séparation se présentent sous la forme de parois verticales 14 et respectivement 16, les parois 14 s'é- tendant verticalement vers le haut à partir du fond 20 et se terminant avant le dessus 24 en laissant un passage libre 22, et les parois 16 s'étendant verticalement vers le bas à partir du dessus 24 et se terminant avant le fond 20 en laissant un passage libre 26. Les étages indi- viduels sont branchés les uns à la suite des autres par les passages 22. Le liquide est évacué de la chambre collectrice de liquide 12 de chaque étage par une conduite 28 dans laquelle se trouve une pompe 30, et est amené à l'injec- teur 6 de l'étage précédent. Les étages E, D, C, B, A constituent une première section de la série d'étages séparateurs A à K. Au premier étage séparateur E de cette première section sont amenés, en tant que liquide devant être pulvérisésou injectespar les injecteurs 6, le li- quide à séparer arrivant par la conduite 32 ainsi que le liquide arrivant par la conduite 28 et provenant de la chambre collectrice de liquide 12 de l'étage F. A partir du dernier étage séparateur A de cette première section, le liquide provenant de la chambre col- lectrice de liquide 12 est envoyé, par une conduite 34, à un évaporateur 36 qui sépare le liquide en vapeur et en produit de bas de colonne. Le produit de bas de co- lonne est évacué par la conduite 38. La vapeur est intro- duite, par la conduite 40, dans le passage latéral 22 de l'étage séparateur A. L'étage A est le premier étage séparateur d'une seconde section A à K, dont les étages sont énumérés en * sens inverse comme les étages séparateurs E, D, C, B, A de la première section, de la série d'étages séparateurs, et qui dans le présent cas préféré est formé par tous les étages séparateurs mais chevauche au moins la première section E à A. La vapeur circule en sens inverse du liquide dans tous les étages A à K et à partir du dernier étage K est amenée, par une conduite 42, dans laquelle se trouve un condenseur de retour 44, à un condenseur de produit 46 d'o le produit de tête est évacué par la conduite 48. Le liquide de retour provenant du conden- seur de retour 44 est amené, par une conduite 50 dans la- quelle se trouve une pompe 52, au dernier étage K pour alimenter l'injecteur 6 qui s'y trouve, donc en tant que liquide d'injection. Dans la forme de réalisation de la figure 1,le condenseur de retour 44 est refroidi de façon externe par la conduite 54 et l'évaporateur 36 est réchauffé de façon externe par la conduite 56. Ceci est supprimé dans le mode de réalisation de la figure 2. Ici une partie de la vapeur sortant du dernier étage séparateur K de la seconde section A à K est amenée à une conduite de chauffage 62 dans l'évapo- rateur 36, par la conduite 60. Le condensat de la vapeur condensée dans la conduite de chauffage 62 est amené, par la conduite 64, dans laquelle se trouve une pompe 66, au dernier étage séparateur K de la seconde section A à K, en tant que liquide d'injection. Dans la conduite 60 se trouve, ce qui n'est lias toujours nécessaire mais cependant souvent avantageux, un compresseur de vapeur 68 qui comprime la vapeur dans la conduite 60 avant son entrée dans la conduite de chauffage 62. Avant l'entrée dans le premier étage sépara- teur E de la première section E à A, le liquide à séparer amené à l'étage E passe dans une conduite de préchauffage dans le condenseur de produit 48. Cette conduite de préchauffage 70 pour le liquide sert simultanément de conduite de refroidissement pour la vapeur arrivant dans le condenseur de produit 48 par la conduite 42. Par - ailleurs, l'installation de la figure 2 a la même cons- titution que l'installation de la figure 1, ce qui est souligné par les références identiques à celles de la figure 1. Les étages séparateurs de la figure 3 comportent respectivement des chambres de mélange 80 qui, dans une première section supérieurerétrécissent du haut vers le bas, puis dans une seconde section 84, présentent une section transversale constante, et dans une section inférieure 86,s'évasent vers le tas. Les parois de séparation entre les étages indi- viduels de l'installation-peuvent être planes ou, comme de la tôle ondulée, être incurvées plusieurs fois autour d'axes verticaux dans un but de renforcement. Il n'est pas nécessaire qu'il n'y ait qu'un in- - jecteur de liquide dans chaque chambre séparatrice. PIu- -sieurs injecteurs peuvent être disposés les uns au-dessous -30 des autres et/ou les uns à côté des autres, comme cela est décrit dans le brevet allemand 2 434 664. - -- Chaque chambre de montée peut contenir un sépara- teur de gouttes, de préférence un séparateur à lamelles ou à mailles. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le transfert de constituants entre un courant de liquide et un courant de vapeur circulant en sens contraire, dans lequel du liquide provenant du cou- rant de liquide est introduit par pulvérisation ou injec- tion dans des sections successives du courant de vapeur et est recueilli entre ces sections, caractérisé en ce que comme dans des appareils à jet de liquide, le liquide est introduit par pulvérisation ou injection dans le courant de vapeur dans le sens de ce courant de vapeur. 2. Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la vapeur introduite dans le courant de vapeur est produite par évaporation de liquide évacué du courant de liquide. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le liquide introduit dans le courant de liquide est produit par condensation de vapeur évacuéedu courant de vapeur. 4. Procédé suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le liquide amené de l'extérieur est introduit par pulvérisation dans une section centrale du courant de vapeur. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que la chaleur de con- densation apparaissant lors de la condensation de la vapeur évacuée est utiliséepour évaporer le liquide éva- cué à partir duquel est produite la vapeur introduite. 6. Procédé suivant la revendication 5, caracté- risé en ce que la vapeur évacuée est comprimée avant la condensation. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé en ce qu'une partie de la vapeur évacuée est utilisée pour le préchauffage du liquide amené de l'extérieur. 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce que la vapeur évacuée du courant de vapeur vers l'extérieur est condensée en tant que produit de tête. 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 8, caractérisé en ce que le liquide restant lors de l'évaporation du liquide pour former la-vapeur amenée est évacué vers l'extérieur en tant que produit de bas de colonne. 10. Installation séparatrice pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte des étages-sépa- rateurs (A, B, C, D, E, F, G, H, J, K) disposés les uns à côté des autres qui sont séparés les uns des autres par des parois communes (14) sensiblemrent verticales. 11.-Installation suivant la revendication 10, caractérisée en ce que les parois (14) sont planes ou incurvées plusieurs fois, de façon alternée, autour d'axes verticaux, à la manière d'une tôle ondulée. 12. Installation suivant la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que chaque étage séparateur com- porte une chambre d'aspiration, de mélange et de sépa- ration (4, 80) ouverte vers le haut d'un côté (2), dans la région supérieure de laquelle est disposé au moins un injecteur de liquide (6) dirigé vers le bas, et une chambre de montée (10) disposée de l'autre côté (8) de la chambre d'aspiration, de mélange et de séparation (4, 80) et communiquant avec celle-ci par le bas. 13. Installation suivant la revendication 12, caractérisée en ce que la chambre (80) dans une première section supérieure, rétrécit du haut vers le bas, puis dans une seconde section (84) présente une section trans- versale constante. 14. Installation suivant la revendication 12, caractérisée en ce que la chambre (80), dans une première section supérieure rétrécit du haut ver le bas, puis dans une seconde section (84) présente une section transversale constante, et dans une section inférieure (86), s'évase vers le bas. 15. Installation suivant la revendication 12, caractérisée en ce que plusieurs injecteurs (6), situés les uns au-dessous des autres et/ou les uns à côté des autres, sont disposés dans chaque chambre d'aspiration, de BM/CP - 1/7/82 - D. 82 04132 - mélange et de séparation (4, 80). 16. Installation suivant l'une quelconque des re- vendications 10 à 15, caractérisée en ce que les étages séparateurs (A, B, C, D, E, F, G, H, J, K) sont réunis par des conduites de liquide dans lesquelles se trouvent des pompes à liquide (30). 17. Installation suivant la revendication 12, ca- ractérisée en ce qu'un séparateur de gouttes, de préférence un séparateur à lamelles ou à mailles, est logé dans la chambre de montée (10).