Brevet FR2635271A1 — publié le 19900216

COLONNE, EN PARTICULIER COLONNE DE RECTIFICATION, ET PROCEDE POUR SA FABRICATION L'invention concerne une colonne, en parti- culier une colonne de rectification, à éléments de garnissage ordonnés et points de mesure de la tempéra- ture insérés, comportant chacun une ligne d'arrivée, pour la détermination du profil de température dans le sens longitudinal et/ou transversal de la colonne. Elle concerne en outre un procédé pour la fabrication de la colonne. Une colonne de rectification sert à séparer par distillation à contrecourant ou rectification des mélanges de liquides à points d'ébullition voisins. Dans une telle colonne, le liquide qui s'écoule et la vapeur ascendante sont mis en circulation à contre- courant l'un par rapport à l'autre. Dans la colonne sont insérés des éléments de garnissage ordonnés qui consistent en des chicanes, rayons métalliques ou si- milaires, de forme déterminée qui provoquent, grace à leur forme et à leur disposition, un mélangeage et une interpénétration des courants qui se rencontrent. Dans la colonne de rectification, il se pro- duit un échange thermique entre le liquide qui s'écou- le et la vapeur ascendante, avec la tendance à la con- densation, sur le liquide qui s'écoule, du composant à point d'ébullition plus élevé qui est présent dans la vapeur, et la mise à profit de la chaleur de condensa- tion dégagée à cette occasion pour la vaporisation du composant à point d'ébullition plus bas. De cette fa- çon, le composant à point d'ébullition plus bas se concentre dans la vapeur et le composant à point d'é- bullition plus élevé se concentre dans le liquide. Il en résulte que dans la rectification, en plus du mé- langeage et de l'interpénétration des deux composants, il apparaît également un certain profil de température dans la colonne. Les pertes de chaleur sur la colonne conduisent à un refroidissement de la paroi de la co- lonne et, par conséquent, à un accroissement du re- flux, lequel entraîne à son tour une perturbation de l'équilibre dans la colonne. Pour une optimisation du procédé, en plus d'un fonctionnement adiabatique, la connaissance du profil de température à l'intérieur de la colonne est également nécessaire. Il faut de nombreux points de mesure pour déterminer le profil de température le long et sur la section transversale de la colonne. Dans la pratique, jusqu'à présent les points de mesure individuels sont soit introduits à l'intérieur de la colonne, de l'ex- térieur,- par des tubes pénétrant dans la paroi de la colonne, soit passés dans la colonne, de l'intérieur, par un tuyau central traversant longitudinalement la colonne. Les deux systèmes ont des inconvénients cons- idérables. Dans le cas de l'introduction des points de mesure par des tubes, de l'extérieur, soit chaque point de mesure ne peut être approché que jusqu'au garnissage déjà présent dans la colonne, et par cons- équent ne peut mesurer que la température dans la zone périphérique de la colonne, soit le garnissage doit. être perforé, ce qui peut conduire à une détérioration des éléments insérés et à des irrégularités des com- portements d'écoulement en ces points. Une modifica- tion de construction ultérieure du système de mesure est liée à un coût considérable, car il faut souder un tube approprié et demander une acceptation par une in- stitution compétente en matière de sécurité. Un autre inconvénient de la construction comportant des points de mesure introduits de l'extérieur par des tubes dans la colonne réside dans le fait que l'isolation thermi- que entourant la colonne doit être interrompue au ni- veau des points de mesure; chaque point de mesure constitue par conséquent un pont thermique avec les pertes de chaleur correspondantes. La perforation ou l'interruption de l'isolation thermique signifie en outre un coût supplémentaire considérable lors du mon- tage. En raison des inconvénients liés aux points de mesure introduits de l'extérieur par des tubes à travers la paroi de la colonne, comme mentionné, on a déjà également essayé de faire passer les lignes de mesure de la température, jusqu'aux points de mesure respectifs, par un tuyau central placé à l'intérieur. Toutefois, en ce cas seule est possible une mesure dans la zone périphérique du tuyau interne - c'est-à- dire, là encore, non pas dans les zones d'écoulement principal des éléments insérés. En outre, le tuyau in- terne continu, qui occupe une partie considérable de la section transversale, et rend par conséquent néces- saire un diamètre de colonne augmenté en proportion, avec le coût supplémentaire qui en découle, peut nuire aux comportements de température et d'écoulement dans la colonne. Le but de l'invention est de réaliser une colonne, en particulier une colonne de rectification, dans laquelle une mesure du profil de température en tout point quelconque de la section transversale de la colonne soit possible sur toute la longueur de la co- lonne, sans qu'il faille interrompre ou détériorer l'isolation thermique, la paroi de la colonne ou les éléments insérés dans la colonne, et sans qu'un tuyau central occupant de la place, désavantageux du point de vue de l'écoulement et du point de vue thermique, soit nécessaire. La solution selon l'invention consiste, pour la colonne du type mentionné au début, à points de me- sure de la température insérés, comportant chacun une ligne d'arrivée, en ce que les lignes d'arrivée de tous les points de mesure de la température pénètrent ensemble en faisceau dans la colonne par un seul tube d'entrée par segment de colonne, et en ce que chaque ligne d'arrivée individuelle sortant du tube d'entrée est amenée dans la zone périphérique entre le garnis- sage et la paroi de la colonne lors du montage du gar- nissage, directement au point de mesure de la tempéra- ture prévu dans chaque cas. Grâce à l'invention, on parvient à introdui- re dans la colonne toutes les lignes de mesure de la température de chaque segment de colonne par un seul tube d'entrée ou tube central ne formant qu'un seul passage à travers la paroi de la colonne, de sorte que la paroi de la colonne et son isolement thermique ne doivent être interrompus qu'en ce point. Le coût de montage et la perte de chaleur due au système de mesu- re sont réduits en conséquence. Etant donné que les lignes d'arrivée des points de mesure de la températu- re sont amenées selon l'invention, à l'intérieur de la colonne dans la zone périphérique entre garnissage et paroi de la colonne, par exemple chacune par un con- duit d'environ 1,6 mm de diamètre, directement au point de mesure désiré, qui peut se trouver en un point quelconque de la colonne, une mesure de la tem- pérature peut également être effectuée en tout point désiré à l'intérieur du garnissage ou de la colonne. On peut par conséquent exclure des effets de zone pé- riphérique ainsi que des perturbations notables provo- quées par le système de mesure lui-même. Selon l'invention, on peut prévoir un nombre quelconque de points de mesure actifs en permanence ou bien, au besoin, des points de mesure de réserve à ac- tiver, en particulier on peut effectuer une mesure de température désirée dans une zone déterminée de la co- lonne ou une mesure du profil de température sur une section transversale déterminée de la colonne, par disposition de points de mesure et lignes d'arrivée correspondants. Des modifications de la répartition des points de mesure sont d'emblée possibles. Cepen- dant, les points de mesure et leurs lignes d'arrivée doivent être introduits ensemble directement, lors du montage du garnissage. Une dépose ne peut être effec- tuée que lors du démontage du garnissage. Alors que le tuyau central précédemment uti- lisé traverse toute la colonne - parallèlement à l'axe géométrique de celle-ci - dans le cas des tubes d'en- trée selon l'invention, il ne s'agit que d'un seul passage à travers la paroi, qui ne touche absolument pas l'intérieur de la colonne. Selon un autre aspect de l'invention, le tube d'entrée est disposé à l'extrémité supérieure de la colonne ou à l'extrémité supérieure du segment de colonne respectif. On parvient ainsi à pouvoir faire passer la ligne d'arrivée correspondant à chaque point de mesure dans la zone périphérique entre garnissage et paroi de la colonne, lors de l'assemblage des élé- ments de garnissage individuels et par conséquent le système de mesure dans son ensemble est déjà fonction- nel au moment du montage final des éléments insérés dans la colonne. Selon encore un autre aspect de l'invention, un procédé pour la fabrication de la colonne consiste à placer les points de mesure lors du montage des élé- ments de garnissage et à disposer les lignes d'arrivée en mode intégré dans chaque cas dans les zones péri- phériques entre garnissage et paroi de la colonne. De cette façon il est possible d'installer les sondes de mesure et leurs lignes d'arrivée conjointement avec les éléments de garnissage, pour ainsi dire série par série, de sorte que des travaux ultérieurs, tels que la soudure de tubes, ne sont pas nécessires, et néan- moins des mesures peuvent être effectuées en tout point de la section transversale de la colonne, sans effets de zone périphérique. L'invention est illustrée plus en détail à l'aide d'un exemple non limitatif représenté schémati- quement sur les dessins. Sur ces dessins, - la figure 1 est une vue en coupe longitu- dinale d'une colonne de rectification, - la figure 2 est une vue en section trans- versale d'une colonne de rectification et - la figure 3 représente des passages indi- viduels pour lignes d'arrivée. Le segment de colonne de rectification dési- gné par i selon la figure i comporte une paroi 2 en- tourée de l'isolation thermique 3 servant d'enveloppe, ainsi qu'une partie inférieure 4 du segment de colonne et une partie supérieure 5 du segment de colonne, schématisées, qui servent à amener ou respectivement évacuer les substances à séparer. Le segment de colon- ne 1 comporte une série d'éléments de garnissage 7 su- perposés sans être fixés. Selon les figures i et 2, divers points de mesure 8 sont placés sur la section transversale et sur la longueur du segment de colonne 1. Les points de mesure 8 avec les lignes d'arrivée 10 qui y sont rac- cordées sont déjà installés lors du montage des élé- ments de garnissage 9 à monter à l'intérieur du seg- ment de colonne 1. Lors du montage ultérieur des élé- ments de garnissage 9, les lignes d'arrivée 10 sont amenées dans la zone périphérique entre le garnissage 9 et la paroi 2 de la colonne, o, en raison du faible diamètre de la ligne d'arrivée individuelle 10, par exemple de 1,6 mm, elles ne peuvent nuire ni au profil de l'écoulement ni à celui de la température. Les lignes d'arrivée 10, dont le nombre aug- mente progressivement de bas en haut à mesure que s'accroît le garnissage 9, sont réparties plus ou moins au hasard dans la zone périphérique entre le garnissage et la paroi de la colonne, amenées jusqu'à la partie supérieure 5 du segment de colonne, et de là, dirigées vers l'extérieur sous forme de passages en faisceau, par des filetages individuels 11 dans la bride 13 du tube central 12. On peut voir que la paroi 2 de la colonne et son isolation thermique 3 ne sont touchée qu'en la position prévue pour les tubes d'en- trée 12, de sorte qu'il ne peut se former en ce point d'un pont thermique correspondant. Liste des symboles i = segment de colonne 2 = paroi de la colonne 3 = isolation thermique 4 = partie inférieure du segment de colonne = partie supérieure du segment de colonne 6 = plateau distributeur 7 = élément de garnissage 8 = point de mesure 9 = garnissage = ligne d'arrivée (ligne de l'enveloppe) 11 = passages individuels pour lignes d'arrivée 12 = tube d'entrée 13 = bride 14 = boîte de raccordement REVENDICATIONS 1- Colonne, en particulier colonne de recti- fication, & éléments de garnissage ordonnés (9) et points de mesure de la température (8) insérés, com- portant chacun une ligne d'arrivée (10), pour la dé- termination du profil de température dans le sens lon- gitudinal et/ou transversal de la colonne, caractérisé en ce que les lignes d'arrivée (10) de tous les points de mesure de la température (8) pénètrent ensemble en faisceau dans la colonne par un seul tube d'entrée (12) par segment de colonne (1), et en ce que chaque ligne d'arrivée individuelle (10) sortant du tube d'entrée (12) est amenée dans la zone périphérique en- tre le garnissage (9) et la paroi (2) de la colonne lors du montage du garnissage, directement au point de mesure de la température (8) prévu dans chaque cas. 2- Colonne selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le tube d'entrée (12) est disposé à l'extrémité supérieure de la colonne ou à l'extrémité supérieure de chaque segment de colonne (1). 3- Procédé pour la fabrication de la colonne selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les points de mesure de la température (8) sont pla- cés, lors du montage des éléments de garnissage (9) et en ce que les lignes d'arrivée (10) sont placées en mode intégré chacune dans la zone périphérique entre le garnissage (9) et la paroi (2) de la colonne.