Brevet FR2577147A1 — publié le 19860814

La présente invention se rapporte aux colonnes de distillation à plateaux dans lesquelles des gaz et des vapeurs subdivisés en courants séparés ne se mélangeant pas rencontrent à contre-courant une phase liquide chemi- nant en sens hé1icoidal d'un plateau à l'autre. Elle concerne pluS particulièrement une colonne de distillation dans laquelle les plateaux en forme de demi-cercle sont disposes alternativement de part et d'autre d'une paroi verticale continue divisant la colonne en deux secteurs étanches au passage des gaz et des vapeurs et décalés axiale= ment, chaque plateau compcrtant à l'un de ses boerds une aire de réception ede liquide et à l'autre un pan coup formeant un déversoir, lesdites aires de réception et lesdits déversoirs étant situés alternativement dans la succession de plateaux superposes des deux.c6tés du plateau. Dans une colonne classique réalisant un courant croisé du liquide par rapt port au gaz, le liquide traverse les plateaux dativeent de gauche à droite et de droite à gauche ou viceversa. Lors de la traversée du plateau, le liquide sàappauvrit e co.posé le pi3 s voleatil.o ens la mesure o le débit vapeur est urnif'rmme;ti rlparti; isi que le débit. du liquide, le coefficient de t2ransfert sera co:stat sur toute la surface. De ce faits la concentration dJ compose volatil dans le gaz saccroît entre deux plateaux superposês dans le sens opposé au sens d'écoulement du liquide sur le plateau. Les gradients de concentration des deux phases présentent des pentes inverses et à l'endroit de rapprochement des courbes la diffé- rence de concentration est faible, Ainsi, l'entrée du liquide sur le pla- teau supérieur se trouvant du c6té opposé A l'ertrée du liquide du plateau précédant, la fraction du gaz traversant le deuxième plateau superposé riche en composé volatil rencontre le liquide appauvri en ce composé, tandis que la fraction pauvre en composé volatil rencontre le liquide riche en ce composé. La différence de concentrations entre les deux phases diminuant, le trans- fert de matière sera plus faible et l'efficacité global du plateau décroit. Par ailleurs, le remélange de gaz entre deux plateaux contribue également, même lorsque les gaz rencontrent sur chaque plateau un liquide circulant dans un méme sens, à la diminution de la différence de la concentration entre les deux phases, car un mélange homogène implique une composition de gaz moyenne présentant une différence de concentration avec la phase liquide faible. En tenant compte de réal ites exposées ci-dessus, on s'est efforcé d'amélio- rer l'efFicacité des plateaux de la colonne en subdivisant le courant ga- zeux et en faisant circuler le liquide er sens hélicoidal d'un plateau à l'autre, de façon à conserver le même seans de parcours du liquide sur chaqus plateau. La subdivision en deux sectours est ralise- au moyen d'une paroi verticales de part et d;aut-'e ce laquelle sont places co- plateaux en deri-ccr-le décalés axialemenet. La présente invention a pour objet deaccroisFve encore davantage l'effica- cité de plateau Et ella est caractérisée en ó^ chaque secteur -e la colonne eat subdivis6 Bar au moin;ls une paroi vericale en ou -:Ans deux sous-secteurs de su'erficie sensiblement égale. laquelle paroi c'=mporte au dessus de craqua e lSeau une découpe laissar. entre le bord de la découpe et le plateau un passage pour le liquide travesait le plateau d'un sous- secteur à l'autre, de sorte que chaque sous-secteur soit parcv-Zu par un courant gazeux ne se mélangeant pas aux autres courants gazeux, andis que les couranCs gazeux circulant chacun le long d'un seul sous-secteur rencontrent à contre-courant le même courant de liquide total cneminant en sens hélicoidal d'un plateau à l'autre. En effet, l'efficacité de plateau peut être augmentée avec l'accroissement du nombre de secteurs parcourus par des courants de gaz et de vapeurs 3 2 5 77147 séparés. Cet accroissement d'efficacité & est donné par l'équation: dJ= E -1 p+1' o E est l'efficacité des plateaux classiques et p le nombre de secteius. Ainsi, si l'accroissement d'efficacité en utilisant deux secteurs n'est, que de 0,33, celui résultant de l'utilisation des quatre secteurs est de 0,60, celui de huit secteurs de 0,75. La colonne de quatre secteurs de superficie sensiblemaent égaie selon l'invention peut être obtenue en subdivisant les secteurs en sous-secteurs au moyen d'une paroi verticale perpendiculaire à la paroi verticale con- tinue divisant la colonne en deux secteurs. Pour construire une colonne de six sous-secteurs, on rlace deux parois verticales parallèles à angle droit par rapport à la paroi verticale con- tinue. Chaque sous-secteur ainsi obtenu peut être divisé en deux- parties de super- ficie sensiblement égale en plaçant une paroi supplémentaire assurant la séparation étanche des courants gazeux,pour une colonne à huit ou douze plateau) En ce qui concerne la hauteur de la découpe pratiquée dans les parois créant des sous-secteurs, celle-ci peut être au plus égale à la hauteur du barrage de déversoir. Toutefois, on donnera à ces d4coupes unedimension compatible avec les conditions souhaitées de fonctionnemnrat de la colonne, en conservant la plus grande flexibilité de marche. En ce qui concerne le passage du liquide d'un plateau à l'autre, chaque plateau peut présenter à l'un de ses bords un segment de cercle s'éten- dant jusqu'à l'enveloppe de la colonne et se prolongeant vers le secteutr opposé à celui occupé par le plateau, lesdits segments constituant l'aire d'entrée du liquide provenant du plateau supérieur vers le plateau lnfé- rieur, et à l'autre bord un pan coupé formant déversoir. Des cloisons verticales placées orthogonalement par rapport à la paroi verticale continue délimitent avec la paroi de l'enveloppe des cheminées 2 577147 verticales de section droite en segment de cercle, lesdites cloisons pré- sentant sur une moitié de leur section horizontale une face continue joignant les aires de réception de liquide des plateaux occupant le même secteur de colonne et munies de découpes à cet endroit et présentant sur l'autre moitié de leur section horizontale une succession des faces de lon- gueur moindre joignant par leur bord inférieur le segment du bord du pla- teau immédiatement supérieur formant avec ledit pan un barrage de déversoir. De préférence, au moins une face continue de cloison verticale est formée par le pliage à angle droit de la paroi verticale continue. D'autres particularités de l'invention apparaitront à la lumière de la description des modes de réalisation présentés à titre d'exemple et illus- très à l'aide de dessins, dont la figure 1 représente une vue en perpective de l'intérieur d'une colonne à quatre sous-secteurs, la figure 2 une vue en perpective de l'intérieur d'une colonne à six sous-secteurs, et la figure 3 un diagramme montrant l'accroissement de l'efficacité des plateaux en fonction de l'efficacité de plateaux classiques. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 1, la colonne d'enve- loppe extérieure I est équipée de plateaux semi-circulaires 4,5 et 6 déca- lés axialement et situés alternativement de part et d'autre d'une paroi verticale continue divisant diamétralement la colonne en deux secteurs ver- ticaux. L'un des bords des plateaux 4,5 et 6 se termine par un segment de cercle 4a, 5a et 6a touchant la paroi de l'enveloppe 1 et se prolongeant vers le secteur opposé à celui occupé par le plateau. Ce segment constitue l'aire d'entrée du liquide provenant du plateau supérieur vers le plateau infé- rieur. Lesdits segments 4a, 5a et 6a sont situés alternativement dans la succession des plateaux superposés, tantôt d'un côté du plateau, tantôt de l'autre côté. Les bords opposés 4b, 5b et 6b de plateaux sont découpés selon une sécante, laissant entre eux et l'enveloppe 1 un passage pour le déversement du liquide. Ces bords 4b, 5b et 6b sont munis de barrages de déversoir 4d, 5d et 6d pour le réglage du niveau de remplissage de chaque plateau. Orthogonalement par rapport a la paroi verticale 2 sont placées des cloisons verticales 3,7,3' et 7' délimitant avec la paroi de l'enveloppe 1 des cheminées verticales de section droite en segment de cercle pour la des- cente du liquide. Les cloisons verticales présentent sur une moitié de leur section horizon- tale une face continue 3,31 joignant les aires de réception de liquide des plateaux 4,6 occupant le même secteur de colonne et munie de découpes 4c 5c et 'c 2 cet endroit. Sur l'autre m-oitié de leur section horizontale, les cloisons présentent une succession des faces 7,7' de longueur moindre joignant par leur bord inférieu? le segment du bord du plateau 4a, 5a et &a formant l'aire den- trée de liquide et rnr lsur bord supérieur joignant le pan coupé du plan teau!mm6diatement supérieur formant avec ledit pan un barrage de déversoir. La face continue 3 de la cloison rticale du. côté gauche sur la figure 1" est ?or pi par le pliage 6 angle drcil, de la paroi verdicate 2. A la paroi verticaie 2 qui divise le volume de la colonne en deux secteurs est fixée en son iiliecu à angle droit une autre plaque verticale li for- mant avec la première une construction en croix et qui subdivise chaque secteur en deux sous-secteurs étanches au passage des gaz et des vapeurs entre eux. A la hauteur de chaque plateau 4,5 et 6, la paroi 11 présente, alterna- tivement d'un coté ou de l'autre c6té de la paroi 2, des découpes 4e, 5e et 6e de hauteur au moins égale à la hauteur du liquide remplissant le plateau, formant ainsi un joint hydraulique étanche aux gaz et aux vapeurs. Selon le mode de réalisation de la figure 2, à la paroi verticale-2 sont fixées avec espacement deux parois verticales 12 et 13 parallèles, chacune subdivisant les secteurs en trois sous-secteurs étanches entre eux au passage des gaz et de vapeurs. Lesdites parois 12 et 13 présentent à la hauteur de chaque plateau, alternativement d'un côté et de l'autre de la paroi 2, des découpes similaires aux découpes 4e, 5e et 6e de la figure 1. Le diagramme représenté à la figure 3 montre l'accroissement d'efficacité avec l'augmentation du nombre de sous-secteurs, en faisant figurer les valeurs de lefficacité de plateaux hélicoidaux E'en % en fonction de l'efficacité de plateaux classiques E er %. Les valeurs correspondant à une colonne à quatre sous-secteurs sont représentées par la courbe 1 et celles correspondanr & une colonne a six sous-secteurs par ia courbe 2. On voit, que si l'efficacité initiale est de 80%, la mise en place des quatre sous-secteurs permet d'aLteindre tile efficacité de 0,8 x (1 +, J: 118%. i5 Ce gain peut se traduire ae deux manières. 9 -,e colonne existante, la mise en place de ces placcaux -traine Wune óef-nomie d'énergie fa-ible pour les séparations faciles, forte pcu les séparations difficiles, our une colonne nouvelle, les règles de dimeniin emea sent chns Par exemple, si 30 plateaux sont nécessaires pour uni séparation órdn6e l'utilisation de plateaux à deux secteurs permet dà diminuer la.auteur de la colonne de 25% et de 32% pcur une solonne:re secteurs. REVENDICATIONS. 1. Colonne de distillation à plateaux dans laquelle des plateaux (4,5,6) en forme de demi-cercles sont disposés alternativement de part et d'autre d'une paroi verticale (2) continue divisant la colonne en deux secteurs étanches au passage des gaz et des vapeurs et décalés axialement, chaque plateau comportant a l'un de ses bords une aire de réception de liquide (4a,5a,6a) et à l'autre un pan coupé formant un déversoir (4d,5d,6d), lesdites aires de réception et lesdits déversoirs étant situés alternativement dans la succession de plateaux superposés tantôt d'un, tantôt de l'autre côté du plateau, caractérisée en ce que chaque secteur de la colonne est subdivisé par au moins une paroi ver- ticale (11) en au moins deux sous-secteurs de superficie sensiblement égale, laquelle paroi comporte au dessus de chaque plateau une découpe (4e,5e,6e) laissant entre le bord de la découpe et le plateau un passage pour le liquide traversant le plateau d'un sous-secteur à l'autre, de sorte que chaque sous-secteur soit parcouru par un courant gazeux ne se mélangeant pas aux autres courants gazeux, tandis que les courants gazeux circulant chacun le long d'un seul sous-secteur rencontrent à contre-courant le même courant de liquide total cheminant en mouve- ment hélicoidal d'un plateau à l'autre. 2. Colonne présentant au moins quatre sous-secteurs selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que la paroi verticale (11) subdivisant les secteurs en sous-secteurs est perpendiculaire à la paroi verti- cale continue (2) divisant la colonne en deux secteurs. 3. Colonne présentant six sous-secteurs selon la revendication 1, carac- térisée par deux parois verticales parallèles (12,13) placées à angle droit par rapport à la paroi verticale continue (2), divisant la colonne en six sous-secteurs étanches au passage de gaz et de vapeurs et munies de découpes au dessus de chaque plateau. 4. Colonne présentant au moins huit sous-secteurs selon la revendication 2, 8 2 5 77147 caractérisée en ce que chaque sous-secteur réalisé par la subdivision par la paroi verticale continue (2) et par la paroi verticale (11) munie de découpe est subdivisé en deux secteurs de superficie sensible- ment égale par une paroi verticale supplémentaire. 5. Colonne selon l'une des revendications I à 4, caractérisée en ce que la découpe (4e,5e,6e) que présente chaque paroi verticale (11) subdi- visant chaque secteur en sous-secteurs présente une hauteur au plus égale à la hauteur du barrage de déversoir (4d,5d,6d) pour assurer l'effet de joint hydraulique à l'endroit de séparation de secteurs de la colonne. 6. Colonne selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chaque plateau en demi-cercle présente à l'un de ses bords un segment de cercle (4a,5a,6a) s'étendant jusqu'à l'enveloppe (1) de la colonne et se prolongeant vers le secteur opposé à celui occupé par le plateau, lesdits segments (4a,5a,6a) constituant l'aire d'entrée du liquide provenant du plateau supérieur vers le plateau inférieur, et à l'autre bord un pan coupé formant déversoir (4d,5d,6d). 7. Colonne selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que des cloisons (3,7 et 3',7') verticales placées orthogonalement par rapport à la paroi verticale continue (2) délimitent avec la paroi (1) de l'en- veloppe des cheminées verticales de section droite en segment de cercle, lesdites cloisons verticales présentant sur une moitié de leur section.. horizontale une face continue (3,3') joignant les aires de réception de liquide des plateaux (4,6) occupant le même secteur de colonne et munie de découpes (4c,5c,6c) à cet endroit, et présentant sur l'autre moitié de leur section horizontale une succession des faces (7,7') de longueur moindre joignant par leur bord inférieur le segment du bord du plateau (4a,5a,6a) formant l'aire d'entrée de liquide et par leur bord supérieur joignant le pan coupé du plateau immédiatement 2 5 7 7 1 47 supérieur formant avec ledit pan un barrage de déversoir (4d,5d,6d). 8. Colonne selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'au moins une des faces continues (3,31) de cloisons verticales est formée par le pliage à angle droit de la paroi verticale continue (2).