Brevet FR2507761A1 — publié le 19821217

La présente invention concerne unr dispositif istr 15 uzeir de liquide pour échangeurs de chaleur multitubulaires à fiia tcmbant et un échangeur muni dudit dispositif. Un échangeur de chaleur multitubulaire est constitué, par définition, d'un faisceau de tubes parallèles et d'une enveloppe Deux circuits de fluides sont à considérer: le premier est extérieur aux tubes, le second intérieur aux tubes Une chambre d'entrée reçoit le fluide qui sera distribué à l'intérieur des tubes et une chambre de sortie reçoit le fluide ayant circulé dans lesdits tubes L'isolement entre les deux circuits de fluide est assuré par deux plaques tubulaires sur lesquelles sont soudées les extrémités des tubes du faisceau. Si le fluide circulant à l'intérieur des tubes est un mélange d'une phase liquide non dispersée et d'une phase gazeuse, par exemple d'une phase liquide en présence de sa vapeur saturante, on observe fréquemment une inégalité de la répartition de la phase liquide entre les tubes constituant le faisceau. Des dispositifs tendant à améliorer la répartition d'une phase liquide homogène entre les tubes d'un échangeur multitubulaire ont été décrits Ainsi l'article 'Die Bemessung der zu und abflusshauben von Wârmeaustauschern", paru dans "Kâltetechnik" 15 ne année, volume 3 ( 1963), page 85, décrit l'utilisation de parois concentriques disposées dans la chambre d'entrée de l'échangeur, ou d'un disque percé de trous disposé dans la chambre d'entrée, perpendiculairement à l'axe de l'échangeur On remarque qu'un tel disque n'occupe pas toute la section transversale disponible de la chambre d'entrée. Le brevet français n' 2 268 178 décrit la mise en place, dans la chambre d'entrée d'un échangeur, d'un capot rapporté ajouré Ce capot rapporté est ouvert à son sommet (situé à l'entrée de la chambre d'entrée de l'échangeur). Les dispositifs selon l'art antérieur ne sont pas satisfaisants si la phase liquide est en présence d'une phase gazeuse Dans ce cas le liquide entrant par la partie supérieure dans la chambre d'entrée de l'échangeur se dirige toujours préférentiellement, bien que dans une moindre mesure par rapport aux échangeurs non munis de ces dispositifs, vers les tubes centraux du faisceau. Le but de la présente invention est d'assurer une distribution uniforme d'un liquide coulant par gravité dans chaque tube d'un échangeur de chaleur multitubulaire vertical. Un objet de la présente invention concerne un dispositif distri- buteur de liquide pour échangeurs de chaleur multitubulaires à film tombant constitué d'un capot cylindro-conique ou cylindro-tronconique, la partie conique ou tronconique dudit capot étant fermée Ce dispositif est desti- né à être fixé dans la chambre d'entrée d'un échangeur multitubulaire de telle façon que le liquide entrant dans la chambre d'entrée ruisselle sur l'extérieur de la partie conique ou tronconique du dispositif puis sur l'extérieur de la partie cylindrique, puis se répartisse à travers le ou les orifices ménagés entre le bas de la partie cylindrique et la plaque tubulaire de l'échangeur avant de se répartir dans le faisceau de tubes. L'angle au sommet " de la partie conique ou tronconique est avantageusement compris entre 140 et 1600 Le diamètre extérieur D de la partie cylindrique est avantageusement compris entre 0,8 et 1,2 fois la hauteur H de ladite partie cylindrique. Un mode particulier de réalisation de l'invention sera maintenant décrit en se référant aux dessins annexés. Les figures 1 et 2 représentent un dispositif distributeur Sur la figure 1 le capot est cylindro-conique, sur la figure 2 il est cylin- dro-tronconique Sur ces deux figures les repères ont les significations suivantes: ( 1) est la partie cylindrique du capot, ( 2) la partie conique (a) ou tronconique (b), H et D respectivement, la hauteur et le diamètre extérieur de la partie cylindrique ( 1), c conique ou tronconique. Un autre objet de la présente invention concerne un échangeur de chaleur multitubulaire muni du dispositif distributeur décrit cidessus. Un exemple d'un tel échangeur est représenté à la figure 3 en annexe, sur laquelle ( 3) représente l'enveloppe de l'échangeur, ( 4) la chambre d'en- trée, ( 5) le collecteur d'entrée, ( 8) la plaque tubulaire o sont soudées les extrémités supérieures ( 7) des tubes ( 6) constituant le faisceau Le dispositif distributeur (A) est fixé par l'intermédiaire de pattes de fixation ( 13), de façon telle que toutes les ouvertures des tubes soient situées à l'intérieur du dispositif distributeur et qu'un ou plusieurs orifices soient ménagés entre le bas de la partie cylindrique ( 1) et la plaque tubulaire ( 8) Avantageusement la hauteur h du ou des orifices ainsi ménagés est comprise entre 5 et 15 mm Le diamètre extérieur D de la partie cylindrique ( 1) est choisi de façon à ménager entre la paroi interne de la chambre d'entrée ( 4) et la paroi externe de la partie cylindrique ( 1) un espace d compris entre 1 et 5 mm. La hauteur totale du dispositif distributeur est au plus égale à la hauteur de la chambre d'entrée de l'échangeur Avantageusement, et de façon à obtenir une plus grande efficacité, cette hauteur est comprise entre 0,80 et 0,95 fois la hauteur de la chambre. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, on associe au dispositif distributeur, en vue d'améliorer la répartition du liquide sur la paroi interne de chaque tube de l'échangeur, un disposi- tif répartiteur propre à chaque tube de l'échangeur Ce dispositif répar- titeur est de préférence constitué par une pièce cylindrique, munie de spires hélicoïdales, engagée partiellement dans chaque tube ( 6) de l'échan- geur et fixée à l'extrémité ( 7) de chaque tube de façon à ménager un espace pour le passage latéral du liquide Le diamètre hors tout du dispositif répartiteur est légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube qui recevra ledit dispositif répartiteur Un exemple d'un échangeur dont chaque tube est muni d'un tel dispositif répartiteur est représenté en coupe partielle à la figure 4 o ( 6) est un tube du faisceau dont l'extrémité ( 7) est soudée à la plaque ( 8), et ( 11) le dispositif répartiteur compre- nant des spires hélicoïdales ( 12) fixé à l'extrémité du tube ( 6) de telle façon qu'un espace soit ménagé pour le passage latéral du liquide. La présence d'un tel dispositif répartiteur à l'entrée de chaque tube ne perturbe pas la distribution uniforme du liquide entre les diffé- rents tubes, assurée par le dispositif distributeur - Le dispositif distributeur selon l'invention permet d'obtenir une répartition uniforme du liquide entre les tubes du faisceau multitu- bulaire d'un échangeur. Le dispositif distributeur selon l'invention, auquel on associe ou non un dispositif répartiteur, trouve une application particulièrement intéressante dans les installations de concentration et déshydratation de l'acide maléique mettant en oeuvre le procédé d'évaporation statique à co-courants, selon la demande de brevet français no 80/13 117. REVENDICATIONS 1 Dispositif distributeur de liquide pour échangeurs de chaleur multitubulaires à film tombant constitué d'un capot cylindro-conique ou cylindro-tronconique, caractérisé en ce que la partie conique ou tronconi- que ( 2) dudit capot est fermée. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1 'angle au sommet " de la partie conique ou tronconique ( 2) a une valeur comprise entre 140 et 160 . 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le diamètre extérieur D de la partie cylindrique ( 1) est compris entre 0,8 et 1,2 fois la hauteur H de ladite partie cylindrique. 4 Echangeur de chaleur multitubulaire comprenant une enveloppe ( 3), une chambre d'entrée ( 4), un collecteur d'entrée ( 5), au moins deux tubes ( 6) ccmporcant chacun deux extrémités et dont une extrémité ( 7) de chaque tube est soudée à la plaque tubulaire ( 8) isolant la chambre d'entrée ( 4) de la paroi externe des tubes ( 6), caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, placé à l'intérieur de ladite chambre d'entrée ( 4) et fixé par sa partie cylin- drique ( 1) sur la plaque tubulaire ( 8) de façon telle que toutes les extrémités ( 7) des tubes ( 6) soudées à la plaque tubulaire ( 8) soient situées, à l'intérieur dudit dispositif distributeur et qu'un ou plusieurs orifices soient ménages entre le bas de la partie cylindrique ( 1) et la plaque tubulaire ( 8). Echangeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la hauteur h du ou des orifices ménagés entre le bas de la partie cylinrdri- que ( 1) et la plaque tubulaire ( 8) est comprise entre 5 et 15 mmin. 6 Echangeur selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le diamètre extérieur D de la partie cylindrique ( 1) est choisi de façon à ménager entre la paroi interne de la chambre d'entrée ( 4) et la paroi externe de la partie cylindrique ( 1) du dispositif distributeur un espace d compris entre 1 et 5 min. 7 Echangeur selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la hauteur totale du dispositif est comprise entre 0,80 et 0,95 fois la hauteur de la chambre d'entrée ( 4). 8 Echangeur selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que l'extrémité ( 7) de chaque tube ( 6) est munie d'un dispositif répartiteur de liquide constitué par une pièce cylindrique munie de spires hélicoïdales, engagée partiellement dans chaque tube ( 6) et fixée à l'ex- trémité ( 7) dudit tube de façon à ménager un espace pour le passage latéral du liquide.