Brevet FR2534825A1 — publié le 19840427

La présente invention concerne legénie chimique et anotam- ment pour objet un échangeur de masse à plateaux. L'invention peut être utilisé enparticulierdans les colon- nes à plateaux de rectification,de distillation, d'absorption. Dans la technologie chimique des pays industriels développés,les appareils à plateaux sont largement employés pour la séparation des mélanges de gaz en composants par trans- fert de masse entre le gaz et le liquide mis en contact sur les plateaux En cas de volatilité relativement faible des composants,la hauteur des échangeurs de masse peut atteindre quelques dizaines de mètres à cause du grand nombre de plateaux indispensables pour l'obtention du degré requis de sépara- tion du mélange initial. De ce fait, le problème qui se pose actuellement est celui de la création de nouveaux types de colonnes à plateaux ayant des dimen- sions plus faibles et exigeant pour leur fabrication moins de métal que les appareils analogues existants. On connais actuellement un grand nombre de plateaux de barbota~ dont la partie de contact est en tôle metallque per- forée ou en toile de fibre synthétque polyanilde connue sous la dénomination commerciale "Kapron",ladite partie de contact étant disposée sur les plateaux adjacents l'une au-dessus del'au- tre.La distance entre les plateaux de ces.appareils est déterminée par la hauteur de la couche gaz-liquide dans la m- ne de barbotage et par la hauteur de l'espace de séparation au-dessus de la couche de mousse, excluant l'entraînement du liquide sur le plateau supérieur. L'inconvénient de ces plateaux tient à ce qu'il est impossible de réduire sensiblement la distance entre les plateaux et la hauteur de l'ensemble de l'appareil sans diminution de l'efficacité de la séparation à cause de l'en- traînement du liquide entre les plateaux. On connaît un appareil à plateaux pour échanges de masse, comprenant un corps et des éléments de contact pourvus de réflecteurs sous forme d'une tôle à tuyères à vapeur rabattues. L'inconvénient d'un tel appareil réside dans la faible efficacité de la séparation du gaz et du liquide dans l'espace entre les plateaux. On connaÂlt également un échangeur de masse comprenant un corps divisé suivant sa hauteur par des plateaux de contact constitués de secteurs perforés alternant avec des secteurs pleins. L'inconvénient de cette structure connue consiste en ce que Si l'on réduit la distance entre les plateaux, le flux de gaz passant par la fente au-dessus de la cloison de déversement projette une partie des gouttes de liquide qu'il contient dans les orifices du secteur perforé du plateau supérieur, et, par suite de l'entralnement du liquide, l'efficacité du transfert de masse diminue fortement. Le but de la présente invention est de perfectionner la construction des plateaux de barbotage de manière a: - réduire la distance entre les plateaux en réalisant la séparation du gaz et du liquide dans l'espace entre les plateaux; - augmenter l'efficacité du transfert de masse grace a une zone de contact supplémentaire des phases au-dessus de la cloison de déversement et derrière celle-ci. Ce problème est résolu du fait que l'échangeur de masse du type comprenant un corps cylindrique vertical divisé suivant sa hauteur par des plateaux de contact pourvus de tubulures de déversement, des cloisons de déversement, ainsi qu'une alternance de secteurs perforés et de secteurs non perforés qui,dans chaque paire de plateaux adjacents, sont disposés l'un au-dessus de l'autre, est caractérisé, selon l'invention, en ce que sous chaque plateau, entre le secteur perforé et le secteur plein, sont disposées des cloisons inclinées vers le secteur perforé. Dans un tel échangeur de masse, la distance entre les plateaux ne dépend pas de la hauteur de la couche à deux phases sur le secteur perforé, et, étant donnée la haute efficacité de la séparation des phases dans l'espace entre les plateaux, elle peut etre réduite à un minimum qui est déterminé par les conditions d'engorgement des tubulures de déversement. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à filtre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 estule w en kngfudînale d'un échan- geur de masse à un seul secteur perforé sur chaque'plateau; - la figure 2 est une vue de dessus d'un plateau à un seul secteur perforé; - la figure 3 représente schématiquement le mouvement des flux de gaz et de liquide surales plateaux de l'échangeur de masse; - la figure 4 est une vue en coupelongitudinale de l'échangeur de masse à deux secteurs perforés sur chaque plateau;; - la figure 5 est une vue de dessus d'un plateau à deux secteurs perforés; - la figure 6 représente -schématiquement le mouvement des flux de gaz et de liquide sur les plateaux à deux secteurs perforés; - la figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'un échangeur de masse à trois secteurs perforés sur chaque plateau; - la figure 8 est une vue de dessus d'un plateau à trois secteurs perforés; - la figure 9 représente schématiquement le mouvement des flux de gaz et de liquide sur les plateaux à trois secteurs perforés, L'échangeur de masse (figures 1, 2) conforme à l'invention comprend un corps cylindrique 1 à l'intérieur duquel sont disposés, suivant sa hauteur, l'un au-dessus de 1'autre, des plateaux 2 pourvus de tubulures de déverment 3.Les plateaux 2 sont constitués par des secteurs perforés 4 et des secteurs pleins 5 alternés, entre lesquis sont disposées, au-dessus d'eux, des cloisons inclinées 6. Au-dessus du plateau 2, sur le joint du secteur perforé 4 et-du secteur plein 5, se trouve une cloison de déversement 7. Les plateaux 2 sont disposés dans le corps 1 de l'appareil de manière que, dans chaque paire de plateaux 2 adjacents, le secteur perforé 4 et le secteur plein 5 se trouvent l'un au-dessus de l'autre. L'échangeur de masse représenté sur les figures 1 et 2 fonctionne de la manière suivante. Le liquide arrivant sur le plateau 2 entre en contact avec le gaz sur les secteurs perforés 4, ensuite le flux gaz-liquide passe par le canal profilé formé par la cloison inclinée 6 et la cloison de déversement 7 et est projeté sur le secteur plein 5. Sur la figure 3, le sens du mouvement du flux de liquide est indiqué par une ligne continue. Les gouttes de liquide sur le secteur plein 5 (figures1, 2) se coagulent et s'écoulent dans la tubulure de déversement 3, tandis que le gaz monte et passe par les orifices dusecteur perforé 4 du plateau 2 sus -jacent. Le sens du mouvement du gaz sur les plateaux 2 de l'échangeur de masse est indiqué sur la figure 3. par des lignes tiretées. Pour élever le rendement de l'appareil en liquide et en gaz, il est préférable d'augmenter au maximum le périmètre de déversement et la surface de passage du flux gaz-liquide au-dessus des cloisons de déversement 7. Dans ce but, sont prévues les variantes de réalisation de l'échangeur de masse représentées sur les figures 4, 5 et les figures 7, 8. La différence principale entre l'échangeur de masse représenté sur les figures 4, 5 et celui représenté sur les figures 1, 2 consiste en ce que les plateaux adjacents 8 et 9 possèdent un nombre différent de tubu lures de déversement 10 et 11. La tubulure de déversement 10 du plateau 8 est en forme de boîte rectangulaire et est placée au centre du secteur plein 12, et les deux tubulures de déversement Il du plateau 9 sont disposées aux extrémités des secteurs pleins 13 et 14. Les plateaux 8 et 9 sont pourvus de deux secteurs perforés 15 et 16 et de deux cloisons inclinées 17. L'échangeur de masse représenté sur les figures 4,5 fonctionne de la manière suivante. Le flux de liquide arrivant à la tubulure centrale de déversement 10 du plateau 8 se divise en deux parties, chacune desquelles arrive sur les secteurs perforés 15 et réagit avec le gaz passant par les orifices du plateau 9. Au moyen des cloisons 17 du plateau 8, le flux gaz-liquide est projeté sur les secteurs pleins 13 et 14. Les# gouttes de liquide s'écoulent alors sur les secteurs 13 et 14 vers les tubulures de déversement 11, tandis que le gaz monte et passe par les orifices des secteurs-perforés 15 du plateau 8 sus-gacent. Les sens des mouvements des flux de gaz et de liquide sur les plateaux 8 et 9 de l'échangeur de masse sont indiqués sur la figure 6 par des-lignes tiretées et continues, respectivement.Les plateaux 8, 9 de l'échangeur de masse (figures 4, 5) sont pourvus de tubulures de déversement à périmètre développé de déversement et d'une surface plus grande que celle du plateau 2 des figures 1, 2 pour le passage du gaz au-desspus des cloisons inclinées 17, et possèdent, par conséquent, un rendement (débit) plus élevé en liquide et en gaz. Une variante de réalisation de l'échangeur de masse, d'un rendement encore plus élevé, est représentée sur les figures 7, 8. Le plateau 18 de l'échangeur de masse est ici pourvu de deux tubulures de déversement une tubulure centrale rectangulaire 19 et une tubulure périphérique segmentée 20. La tubulure de déversement 19 est placée au centre du secteur plein 21, tandis que la tubulure de déversement 20 est disposée à l'extrémité du sec teur plein 22. Le plateau 18 possède trois secteurs perforés 23, 24, 25. Sur le joint des secteurs perforés et pleins, au-dessous du plateau 18, sont placées des cloisons inclinées 26, 27, 28. L'échangeur de masse qui vient d'etre décrit fonctionne de la manière suivante. Tout le flux de liquide arrive simultanément dans les tubulures de déversement 19 et 20, ensuite le liquide passe de la tubulure de déversement 20 sur le secteur perforé 23 où il entre en contact avec le gaz passant par les orifices du secteur 23. Le flux biphasé formé lors du barbotage du gaz à travers le liquide est projeté par la cloison inclinée 26 sur le secteur plein 21, et le liquide séparé du gaz arrive par la tubulure de déversement 19 sur le plateau sous-jacent. Le liquide sortant de la tubulure de-déver- sement centrale 19 se divise en deux parties qui arrivent sur les secteurs perforés 24 et 25, où elles réagissent avec le flux de gaz passant par les orifices de ces secteurs.Le flux biphasé est séparé sur les secteurs pleins 21 et 22, puis le gaz monte vers les orifices du plateau sus-jacent tandis que le liquide s'écoule dans les tubulures de déversement 19 et 20. Les sens de mouvement des flux de gaz et de liquide sur les plateaux 18 sont indiqués sur la figure 9 par des lignes tiretées et des lignes continues,respectivement. L'échangeur de masse conforme aux différents modes de réalisation décrits dans ce qui précède permet, en comparaison des meilleurs échantillons d'appareils connus analogues, de réduire la hauteur de l'espace entre les plateaux jusqu'à 30-40 mm et de rendre plus compacts les échangeurs de masse à plateaux, ainsi que d'élever l'efficacité du transfert de masse sur les plateaux grâce aussi bien à la réduction de l'entratne ment du liquide que grâce à la formation de la zone de contact supplémentaire des phases dans le canal profiléaws la cloison inclinée et à la sortie de celui-ci. R E V E N D I C A T I O N Echangeur de masse comprenant un corps cylindrique vertical (1) divisé suivant sa hauteur par des plateax de contact (2) pourvus de tubulures de déversement (3), des cloisons de déversement (7), ainsi qu'une alternance de secteurs perforés et de secteurs pleins (4, 5j qui, dans chaque paire de plateaux adjacents, sont disposés l'un au-dessus de l'autre, caractérisé en ce que, sous chaque plateau, entre le secteur perforé (4) et le secteur plein (5), est placée une cloison (6) inclinée vers le secteur perforé (4).