Brevet FR2512351A1 — publié le 19830311

FOND POUR TRANSFERT DE MATIERE DANS UNE COLONNE ET PROCEDE DE FABRICATION DE CE FOND. La présente invention se rapporte à un fond destiné au transfert de matière entre une phase liquide et une phase gazeuse ou à l'état de vapeur dans une colonne, notamment pour la rectification et l'absorption, compor- tant des couverclessitués à distance au-dessus d'ouvertures dudit fond et formant un seul tenant avec ce dernier grâce à des branches, et dans lequel des fentes d'admission pour la phase gazeuse ou à l'état de vapeur sont ménagées entre les bords desdits couvercles et desdites ouvertures. L'invention concerne en outre un procédé de fabrication de ce fond, dans lequel les couvercles sont séparés dudit fond par des entailles distantes les unes des autres, puis repoussés à l'écart de ce fond. Des fonds de ce type pour le transfert de ma- tière appartiennent à la catégorie des fonds dits à valves, équipés de valves "rigides" Ils ont été mentionnés, par exemple, dans les brevets CH291 798 et CH-318 804 Comme le décrit le brevet précité CH-291 798, de tels fonds sont fabriqués à partir d'une plaque de tôle et, par exemple, des bandes rectangulaires sont séparées du fond sur les deux côtés longitudinaux de ce dernier par un poinçon d'es- tampage et une matrice correspondante, tout en étant simul- tanément repoussées à l'écart de ce fond, lesdites bandes restant solidaires de la tôle constituant ledit fond grâce à des bandes ou branches de liaison qui, ménagées sur les côtés transversaux et s'étendant sur une distance correspon- dant à celle comprise entre le couvercle et la tôle du fond, demeurent d'un seul tenant avec ces derniers Les arêtes des bords de chaque bande formant le couvercle sont parallèles aux arêtes des bords qui délimitent l'ouverture ménagée dans le fond Les fentes d'admission (ajutages fendus) pour la phase gazeuse ou à l'état de vapeur sont formées entre les arêtes, orientées les unes vers les au- tres, des bords du couvercle et de l'ouverture. Les fonds de transfert de matière sont en premier lieu utilisés pour la rectification et l'absorption et ils servent à assurer le plus possible un mélange intime de la phase liquide avec la phase gazeuse ou à l'état de vapeur, cette dernière, déviée par les ouvertures dans le fond et par les couvercles, s'écoulant par les fentes d'ad- mission dans la phase liquide qui se propage sur le fond. En général, les fonds de transfert de matière doivent satisfaire en tout premier lieu à trois exigences essentielles, c'est-à-dire une capacité de charge élevée concernant le débit du gaz, un rendement élevé (grande vitesse de transfert de matière) et une faible perte de pression dans l'écoulement gazeux Les fonds du type pré- cité ont un grand rendement et, par rapport à d'autres fonds, comme des fonds à cloches, des fonds à valves mobiles (par exemple à valves rotodynamiques, à valves-cages, à papil- lons d'étranglement, etc), ils ont notamment l'avantage d'une construction simple et d'une fabrication peu onéreuse. Cependant, les fonds du type précité utilisés jusqu'à pré- sent connaissent des limites quant aux exigences d'une for- te capacité de charge gazeuse et à de faibles pertes de pression Cette capacité de charge gazeuse et ces pertes de pression sont déterminées pour l'essentiel par le calibre et par le nombre des orifices de valves disponibles pour l'écoulement gazeux Les orifices des valves rigides sont les fentes d'admission entre les bords des couvercles et des ouvertures La dimension de ces fentes d'admission est limitée; en effet, les branches qui relient les couver- cles au fond seraient étirées jusqu'à la limite de rupture et elles se rompraient par conséquent si l'on voulait fa- 12351 briquer des valves rigides à fentes de grande hauteur Le nombre de ces fentes d'admission, c'est-à-dire le nombre des valves, est également limité, et cela pour deux rai- sons: tout d'abord, la tôle du fond se gauchit lorsqu'on ménage des valves alignées à proximité les unes des autres, du fait de la forte contrainte qui se manifeste alors Cer- tes, ce gauchissement pourrait être éliminé par un redres- sement ultérieur compliqué du fond Il n'en persisterait pas moins un second inconvénient impalliable consistant en ce que, lorsque les valves sont trop rapprochées les unes des autres latéralement, les flux gazeux déviés hori- zontalement par les couvercles seraient immédiatement dé- viés les uns vers les autres, c'est-à-dire de nouveau ver- ticalement L'entraînement de gouttelettes de liquide vers le fond suivant, nuisibles au rendement du fond, s'en trou- verait ainsi renforcé. L'invention a par conséquent pour objet de pro- poser des fonds de transfert de matière du type précité, permettant d'obtenir une plus grande capacité de charge gazeuse et une diminution des pertes de pression, tout en évitant les inconvénients qui se manifestent lorsqu'on augmente la dimension et le nombre des orifices de valves (fentes d'admission). Selon les caractéristiques essentielles du fond de transfert proposé par l'invention, les arêtes des bords des couvercles et des ouvertures, tournées les unes vers les autres et délimitant les fentes d'admission, sont ar- rondies. Selon les caractéristiques du procédé de fabri- cation de ce fond, ou bien la séparation et le repoussage ont lieu de telle manière que les arêtes des bords des couvercles et des ouvertures, tournées les unes vers les autres et délimitant les fentes d'admission, soient arron- dies; ou bien les arêtes des bords desdits couvercles et desdites ouvertures, tournées les unes vers les autres 12351 après ladite séparation et ledit repoussage, et délimitant lesdites fentes d'admission, sont arrondies par un traite- ment superficiel. Dans des formes de réalisation préférées du procédé de l'invention la séparation a lieu par estampage, le poin- çon d'estampage, pourvu de tranchants distants l'un de l'autre, n'étant avancé que de la course précisément nécessaire pour ladite séparation; puis, dans une deuxiè- me étape, le couvercle séparé est repoussé à l'écart du fond dans la direction opposée à celte de l'avance dudit poinçon, de façon que les arêtes vives, présentant des ébar- bures et formées du côté du bord dudit couvercle tourné vers ledit poinçon et du côté du bord de ladite ouverture éloigné de ce poinçon, viennent s'appliquer contre les côtés des bords respectifs, mutuellement opposés, dudit couvercle et de ladite ouverture, et que les arêtes arrondies, for- mées du côté du bord dudit couvercle éloigné dudit poinçon et du côté du bord de ladite ouverture tourné vers ce poin- çon, délimitent les fentes d'admission; les arêtes sont arrondies par un traitement superficiel chimique et/ou électrochimique, par exemple par attaque à l'acide ou par un traitement électrolytique et les arêtes sont arrondies par un façonnage mécanique, par exemple par projection de sable, par meulage ou par repoussage. Il s'est avéré de manière surprenante que, lorsqu'on arrondit conformément à l'invention les arêtes des bords des couvercles et des ouvertures qui sont tour- nées les unes vers les autres et qui délimitent les fentes d'admission, la capacité de charge gazeuse peut être accrue d'environ 30 et la perte de pression peut de la même manière être réduite d'environ 30 L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemples nullement limitatifs en regard du dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une vue en perspective d'une valve rigide équipant un fond de transfert de type connu la figure 2 est une coupe transversale d'une valve rigide connue d'un même type; la figure 3 est une coupe transversale d'une valve rigide d'un fond de transfert selon l'invention, dont les arêtes ont été arrondies par un traitement superficiel et les figures 4 et 5 sont des coupes respectives d'une autre valve rigide conformément à l'invention, repré- sentant sa fabrication en deux étapes de procédé. Des valves rigides connues 1, représentées sur les figures 1 et 2, sont des valves de fonds 2 destinés au transfert de matière, entre une phase liquide et une phase gazeuse ou à l'état de vapeur, dans une colonne utilisée pour la rectification ou pour l'absorption Chaque valve 1 présente un couvercle 5 situé à distance au-dessus d'une ouverture 3 du fond 2 en tôle, et solidarisé à ce fond 2 par des bandes ou branches 4 Deux fentes d'admission 6 pour la phase gazeuse ou à l'état de vapeur sont formées entre les bords du couvercle 5 et de l'ouverture 3. Pour fabriquer la valve connue, le couvercle 5 a été séparé sur ses deux côtés longitudinaux du fond 2 par un procédé classique, au moyen d'un poinçon d'estampa- ge (non représenté) avancé en direction d'une flèche 7, et d'une matrice correspondante d'estampage (non représentée) placée de l'autre côté Ce couvercle a été en même temps repoussé à l'écart du fond Grâce à ce procédé de fabrica- tion, des arêtes 8 et 9 extrêmement vives, formées par l'es- tampage sur les bords respectifs du couvercle 5 et de l'ou- verture 3 et présentant des ébarbures (bavures d'estampage), délimitent les fentes d'admission 6 D'après l'expérience sur laquelle se fonde l'invention, les arêtes vives 8, 9 et les ébarbures délimitant les fentes d'admission 6 sont la raison pour laquelle, comparé aux fonds de transfert décrits ci-après et dotés de valves réalisées selon l'in- vention, le fond connu 2 présente une moins bonne capacité de charge gazeuse et accuse des pertes de pression plus grandes. Dans les valves 11 et 21 selon l'invention, re- présentées sur les figures 3 et 5, les parties correspon- dant aux parties 2 à 9 portent respectivement les réfé- rences 12 à 19 et 22 à 29 Le fond 12 ou 22 de la valve 11 ou 21 consiste en une tôle d'acier inoxydable présentant des propriétés optimales de résistance à la corrosion pour la plupart des cas d'application, mais dont l'estampage provoque inévitablement des ébarbures (bavures) relativement importantes qui, dans les valves 1 fabriquées selon les procédés utilisés jusqu'à présent, feraient saillie à l'in- térieur des fentes d'admission 6 à partir des arêtes 8 et 9, et entraîneraient par conséquent une forte réduction de la capacité de charge gazeuse, ainsi que de trop grandes pertes de pression Dans les valves 11 et 21 selon l'in- vention, des arêtes 18, 19 et 28, 29, tournées les unes vers les autres et délimitant des fentes d'admission 16 et 26, sont non pas vives mais arrondies et par conséquent sans ébarbures, ce qui permet d'atteindre une grande capa- cité de charge gazeuse et de faibles pertes de pression. La valve 11 selon l'invention, représentée sur la figure 3, est réalisée par estampage, dans une première étape de procédé, de la même façon que la valve connue 1. Dans une seconde étape du procédé, les arêtes 18, 19, orientées les unes vers les autres, des bords du couvercle 15 et de l'ouverture 13, respectivement, sont ensuite ar- rondies par un traitement de surface Elles peuvent être arrondies par un traitement superficiel mécanique, chimique ou électro-chimique, par exemple mécaniquement par projec- tion de sable, par meulage ou par repoussage, chimiquement par décapage ou attaque à l'acide et électro-chimiquement par un traitement électrolytique (polissage par électrolyse). L'usinage mécanique par projection de sable est cependant compliqué, dans la mesure o la buse de projection du sable doit être orientée avec précision directement sur les arêtes de chaque valve devant être arrondies Tout aussi compliqués sont le meulage ou le repoussage mécanique des arêtes in- dividuelles En revanche, le traitement superficiel chimi- que ou électro-chimique est plus simple, mais, dans ce traitement, toute la surface du fond de transfert 12 est soumise audit traitement, d'o il résulte que les proprié- tés d'imprégnation de ce fond se modifient, ce qui peut exercer une influence néfaste sur le transfert de matière, en fonction de la phase liquide utilisée Pour éviter cela, le traitement chimique peut aussi être limité aux arêtes 18, 19 se faisant face et délimitant les fentes d'admis- -sion 16 et, par exemple la solution acide employée pour l'attaque n'est appliquée que sur ces arêtes, ce qui est cependant compliqué, tout comme le façonnage mécanique. Le procédé de fabrication décrit ci-dessous à l'appui des figures 4 et 5 évite les difficultés inhérentes aux traitements superficiels Il est simple, ne nécessite aucun traitement ultérieur du fond et n'entraîne aucune modification de l'état de surface de ce fond Comme le montre la figure 4, le couvercle 25 de la valve rigide 21 devant être fabriquée est, dans une première étape, séparé par estampage du fond 22 sur ses deux côtés longitudinaux, un poinçon d'estampage 32, doté de tranchants 30, 31 paral- lèles et distants l'un de l'autre, étant avancé, dans le sens d'une flèche 33, uniquement de la distance qui est précisément nécessaire pour séparer ledit couvercle 25. Dans un but de clarté du dessin, la matrice d'estampage né- cessaire correspondante n'a pas, là encore, été représentée. Dans une deuxième étape, le couvercle 25 séparé est re- poussé à l'écart du fond 22 dans une direction (flèche 34 sur la figure 5) opposée à la direction d'avance 33 du poinçon d'estampage 32, au moyen d'un piston presseur (non représenté) adapté audit couvercle 25 Du fait que le repoussage de ce couvercle 25 se produit dans le sens oppo- sé à celui de l'avance du poinçon 32, des arêtes vives 35 et 36, présentant des ébarbures ou des bavures et for- mées par l'estampage du côté du bord dudit couvercle 25 orienté vers ledit poinçon 32 et du côté du bord de l'ou- verture 23 éloigné de ce poinçon 32, viennent s'appliquer sur les côtés respectifs mutuellement éloignés dudit cou- vercle 25 et de ladite ouverture 23 De la sorte, les arêtes arrondies 28 et 29 formées respectivement du côté du bord du couvercle 25 éloigné du poinçon 32 et du côté du bord de l'ouverture 23 tourné vers ledit poinçon 32, se font mutuellement face et délimitent les fentes d'admission 26 de la valve 21. Dans les exemples de réalisation représentés, les couvercles sont formés par des bandes s'étendant paral- lèlement au fond Ces couvercles pourraient cependant aussi présenter une autre configuration (par exemple circulaire) et être également inclinés par rapport audit fond. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au fond de transfert décrit et re- présenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Fond pour le transfert de matière entre une phase liquide et une phase gazeuse ou à l'état de vapeur dans une colonne, notamment pour la rectification et l'ab- sorption, comportant des couvercles ( 5; 15; 25) situés à distance audessus d'ouvertures ( 3; 13; 23) dudit fond ( 2; 12; 22) et formant un seul tenant avec ce fond ( 2 12; 22) grâce à dés bandes ou branches ( 4; 14; 24), et dans lequel des fentes d'admission ( 6; 16; 26) pour la phase gazeuse ou à l'état de vapeur sont ménagées en- tre les bords desdits couvercles ( 5; 15; 25) et desdites ouvertures ( 3; 13; 23), fond caractérisé par le fait que les arêtes ( 18, 19; 28, 29) des bords des couvercles ( 15 ) et des ouvertures ( 13; 23), tournées les unes vers les autres et délimitant lesdites fentes d'admission ( 16 26), sont arrondies. 2 Procédé de fabrication du fond selon la revendication 1, dans lequel les couvercles ( 5; 15; 25) sont séparés dudit fond ( 2; 12; 22) par des entailles distantes les unes des autres, puis repoussés à l'écart de ce fond, procédé caractérisé par le fait que ladite sépara- tion et ledit repoussage ont lieu de telle manière que les arêtes ( 28, 29) des bords desdits couvercles ( 25) et desdites ouvertures ( 23), tournées les unes verstes autres et dé- limitant les fentes d'admission ( 26), soient arrondies; ou bien que les arêtes ( 18, 19) des bords desdits couvercles ( 15) et desdites ouvertures ( 13), tournées les unes vers les autres après la séparation et le repoussage, et délimi- tant lesdites fentes d'admission ( 16), sont arrondies par un traitement superficiel. 3 Procédé selon la revendication 2, caractéri- sé par le fait que la séparation a lieu par estampage, le poinçon d'estampage ( 32), pourvu de tranchants ( 30, 31) distants l'un de l'autre, n'étant avancé que de la course précisément nécessaire pour ladite séparation; et par le 12351 fait que, dans une seconde étape, le couvercle séparé ( 25) est ensuite repoussé à l'écart du fond ( 22) dans la direc- tion opposée ( 34) à celle ( 33) de l'avance dudit poinçon ( 32), de façon que les arêtes vives ( 35, 36), présentant des ébarbures et formées du côté du bord dudit couvercle ( 25) tourné vers ledit poinçon ( 32) et du côté du bord de ladite ouverture ( 23) éloigné de ce poinçon ( 32), vien- nent s'appliquer contre les côtés des bords respectifs, mutuellement opposés, dudit couvercle ( 25) et de ladite ouverture ( 23), et que les arêtes arrondies ( 28, 29), for- mées du côté du bord dudit couvercle ( 25) éloigné dudit poinçon ( 32) et du côté du bord de ladite ouverture ( 23) tourné vers ce poinçon ( 32), délimitent les fentes d'admis- sion ( 26). 4 Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les arêtes ( 18, 19) sont arrondies par un traitement superficiel chimique et, éventuellement ou en variante, électro-chimique, par exemple par attaque à l'acide ou par un traitement électrolytique. 5 Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les arêtes ( 18, 19) sont arrondies par un façonnage mécanique, par exemple par meulage ou par repous- sage.