Brevet FR2673457A1 — publié le 19920904

La présente invention est relative à un garnissage ondulé-croisé pour échange de chaleur et de matière à contre-courant entre un liquide descendant et un gaz montant, du type comprenant un paquet de lamelles ondulées rectangulaires disposées chacune dans un plan général vertical et les unes contre les autres, les ondes de chaque lamelle étant obliques et descendant, dans des sens opposés d'une lamelle à la suivante, d'un bord haut à un bord bas de la lamelle. Une difficulté rencontrée dans la mise en oeuvre en distillation des garnissages ondulés-croisés réside dans l"'effet de paroi", c'est-à-dire dans la tendance du liquide à s'accumuler sur la périphérie des garnissages puis à y ruisseler sans échanger chaleur et matière avec le gaz montant. Pour éviter ceci, on est amené à réaliser chaque tronçon de distillation en plusieurs tronçons de garnissage séparés, avec des moyens de renvoi du liquide vers l'axe, par exemple une redistribution complète du liquide, entre les différents tronçons de garnissage, ce qui augmente la hauteur de la colonne de façon coûteuse. L'invention a pour but de fournir un garnissage assurant de façon économique une réduction importante de l'effet de paroi. A cet effet, l'invention a pour objet un garnissage ondulé-croisé du type précité, caractérisé en ce que, dans au moins une région du garnissage, au moins un bord vertical de chaque lamelle est déformé latéralement de manière asymétrique. Suivant d'autres caractéristiques : - le garnissage étant à section circulaire, dans au moins une partie radialement extérieure du garnissage, où la longueur de la corde du garnissage varie nettement d'une lamelle à la suivante, le bord bas de chaque lamelle est déformé vers la lamelle adjacente plus longue; - dans une partie médiane du garnissage où la corde du garnissage varie peu, le bord bas de chaque lamelle est en retrait par rapport au bord haut des deux lamelles adjacentes et est déformé vers le plan diamétral du garnissage parallèle aux lamelles; - ladite déformation est obtenue par incision puis pliage latéral d'au moins une aile de chaque onde; - les deux bords desdites lamelles sont déformés de la même manière et dans le même sens ou, en variante, dans des sens opposés;; - dans au moins une région du garnissage, le bord haut de chaque lamelle est déformé jusqu'en regard de la tranche d'extrémité d'une lamelle adjacente; - dans ladite région, les lamelles sont groupées par paires, le bord haut de chaque lamelle de la paire étant déformé jusqu'en regard de la tranche d'extrémité du bord bas de l'autre lamelle de la paire. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une lamelle de garnissage tel que défini ci-dessus. Suivant ce procédé, ladite déformation est obtenue par pincement asymétrique d'une extrémité d'une bande ondulée, puis découpe par cisaillage du bord pincé. Des exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels - la Figure 1 est une vue en perspective du bord bas d'une lamelle d'un garnissage ondulé-croisé conforme à l'invention; - la Figure 2 est une vue en bout de cette lamelle et des deux lamelles adjacentes; - la Figure 3 est une demi-vue schématique en plan du garnissage ondulé-croisé; - la Figure 4 représente schématiquement un outillage de fabrication d'une variante du garnissage ondulé-croisé suivant l'invention; - la Figure 5 illustre, à plus grande échelle, le fonctionnement de cet outillage; - la Figure 6 illustre en perspective une extrémité des lamelles obtenues; - la Figure 7 est une vue partielle en plan du garnissage ondulé-croisé correspondant;; - la Figure 8 est une vue analogue à la Figure 7 d'un autre mode de réalisation du garnissage ondulé-croisé suivant l'invention; et - la Figure 9 illustre de façon analogue à la Figure 5 la fabrication du garnissage de la Figure 8; - la Figure 10 est une vue analogue à la Figure 4 d'une variante d'outillage; et - la Figure 11 est une vue partielle en plan du garnissage ondulé-croisé obtenu au moyen de cet outillage. La Figure 1 représente une lamelle métallique ondulée 1 destinée à la réalisation d'un tronçon ou "pack" cylindrique 2 (Figure 3) de garnissage ondulé-croisé. La lamelle 1 a une forme rectangulaire et possède un plan général vertical P. Elle est ondulée en oblique; les ondes 3 ont une section triangulaire et descendent d'un premier bord vertical 4 de la lamelle à son bord vertical opposé 5. Dans le présent mémoire, on désigne le bord 4 par "bord haut" et le bord 5 par "bord bas". En considérant l'écoulement d'un liquide sur la lamelle, on peut aussi appeler "bord centripète" le bord 4 puisqu'une goutte de liquide déposée sur ce bord se dirige par gravité vers la zone médiane de la lamelle, et "bord centrifuge" le bord 5 pour une raison analogue. Chaque onde 3 définit un sommet d'onde linéaire 6, supposé en avant du plan de la Figure 1, et deux ailes supérieure 7 et inférieure 8 partant de ce sommet. Pour constituer le pack 2, un ensemble de lamelles telles que la lamelle 1, toutes de même hauteur, sont empilées les unes contre les autres, avec leurs ondes descendant alternativement dans un sens et dans l'autre, comme indiqué sur la Figure 1, où l'on a représenté en pointillé les ondes de la lamelle adjacente à la lamelle 1. Ainsi, en vue en bout (Figure 2), on voit alternativement le bord haut 4 d'une lamelle, le bord bas 5 de la lamelle suivante, le bord haut 4 de la lamelle suivante, etc. Les lamelles sont de plus coupées à longueur de façon à s'inscrire approximativement dans un cercle C (Figure 3). Ainsi, la longueur des lamelles croit d'une valeur minimale pour une lamelle extrême 1A jusqu'à une valeur maximale pour les lamelles 1B situées à peu près dans le plan diamétral Q parallèle aux lamelles du pack, puis décroit de nouveau jusqu'à la valeur minimale précitée pour l'autre lamelle extrême. Le bord haut 4 de chaque lamelle est coupé droit, sans déformation, et possède donc une configuration en zig-zag également répartie de part et d'autre du plan général vertical P de la lamelle. En revanche, le bord bas 5 de chaque lamelle est déformé de façon asymétrique : une incision est pratiquée le long de chaque sommet d'onde 6 à partir du bord bas, et la partie d'extrémité de l'aile supérieure 7 ainsi définie est repliée vers le bas, en formant une première languette rabattue 9. Eventuellement, comme représenté, la partie d'extrémité de l'aile inférieure 8 est ensuite repliée vers le haut, en formant une deuxième languette rabattue 10. En vue en bout (Figure 2), la languette 10 recouvre alors partiellement la languette 9. Comme on le voit sur la Figure 3, on distingue de chaque côté du plan diamétral Q deux zones, à savoir une zone radialement extérieure ll dans laquelle la longueur de la corde du cercle C parallèle au plan Q varie nettement d'une lamelle à la suivante, et une zone médiane 12 dans laquelle cette longueur de corde varie peu d'une lamelle à la suivante. Dans la zone 11, en partant de lamelles ayant sensiblement la longueur des cordes correspondantes, le simple rabattement des languettes 9 et 10 vers le plan Q a pour résultat que ces languettes se trouvent en regard d'une région d'extrémité de la lamelle plus longue adjacente, à une petite distance du bord haut de celle-ci. En revanche, dans la zone 12, on risquerait ainsi de voir les languettes 9 et 10 se trouver au-delà du bord haut de la lamelle adjacente. Pour éviter ceci, il peut être préférable de raccourcir légèrement les lamelles du côté de leur bord bas, par rapport aux cordes du cercle C correspondantes, comme représenté sur la Figure 3. On recrée ainsi artificiellement dans cette zone 12 la condition obtenue naturellement dans la zone 11, à savoir le fait que les languettes 9, 10 sont rabattues vers la lamelle plus longue adjacente et se trouvent en regard d'une zone marginale de cel le-ci. En pratique, le cercle C est matérialisé par une ou plusieurs ceintures ou par une virole, avec des moyens d'étanchéité périphériques, comme il est bien connu dans la technique. En fonctionnement, le garnissage met en relation d'échange de chaleur et de matière un gaz montant et un liquide descendant. Ce dernier ruisselle sur les faces supérieures 7A et 8A et inférieures 7B et 8B, respectivement, des ailes 7 et 8. Juste avant d'arriver au bord bas 5, le liquide se trouvant sur les faces 7A et 7B rencontre la languette 9, qui l'oblige à emprunter une direction de plus grande pente orientée vers la lamelle plus longue adjacente. Ce liquide est ainsi repris par les ondes centripètes de cette dernière et est renvoyé vers la zone médiane des lamelles. De même, le liquide se trouvant sur les faces 8A et 8B est dévié, soit par la languette 9, dont le bord inférieur est proche de cette face, soit par la languette 10, vers la même lamelle adjacente, et est ainsi renvoyé lui aussi vers la zone médiane des lamelles. Comme on le voit sur la Figure 3, le liquide a globalement tendance à être ramené non seulement vers la zone médiane des lamelles, mais également vers le plan diamétral Q. L'accumulation de liquide à la périphérie du garnissage est ainsi très faible. Au lieu de déformer le bord bas des lamelles par découpage-pliage comme aux Figures 1 et 2, on peut procéder par cisaillage asymétrique d'un feuillard ondulé 13, avec l'outillage 14 illustré aux Figures 4 et 5. L'outillage, ou cisaille, 14 est symétrique par rapport à un plan vertical R perpendiculaire à la direction horizontale f de défilement du feuillard ondulé 13 de départ. Il comprend - deux couteaux inférieurs fixes 15 dont l'arête supérieure 16 est rectiligne, horizontale et parallèle au plan R. Les faces 17 en regard des deux couteaux 15 s'écartent légèrement l'une de l'autre vers le bas, et les arêtes 16 sont bordées extérieurement par des faces 18 horizontales sur lesquelles glisse le feuillard 13; - deux presse-bande supérieurs 19, mobiles verticalement, qui présentent une arête inférieure 20 également rectiligne, horizontale et parallèle au plan R.Chaque arête 20 est située juste au-dessus de l'arête 16 correspondante et est bordée extérieurement par une face 21 inclinée à 30 à 600 environ sur la verticale, prolongée par une face horizontale 22. Chaque presse-bande présente en regard de l'autre une face 24 parallèle au plan R; et - un double couteau supérieur 25 guidé à coulissement vertical entre les faces 24. Son extrémité inférieure a, vue perpendiculairement à la direction f (Figures 4 et 5), un profil en V inversé, ce qui définit deux arêtes de coupe 26 adjacentes aux faces 24. Chaque arête 26 a, par ailleurs, vue suivante la direction f, un profil en V inversé très évasé. En fonctionnement, les presse-bande 19 et le couteau 25 étant relevés (Figure 4), on fait avancer la bande 13, en appui sur les deux couteaux 15, jus qu a ce qu'une longueur prédéterminée de bande dépasse vers l'aval (en considérant la flèche f) de l'arête 16 aval. On fait alors descendre les presse-bande 19, ce qui produit un double pincement de la bande 13 entre chaque arête 20 et l'arête 16 en regard, et réalise un étirement vers le bas du métal des deux zones transversales du feuillard adjacentes à ces arêtes, suivant le profil des faces 21, comme représenté sur la Figure 5. Puis on fait descendre le couteau 25, ce qui découpe une chute 27 (Figure 5) entre les deux couteaux inférieurs 15 et détache une lamelle de longueur prédéterminée du côté aval. On obtient ainsi, sur chaque bord découpé, la configuration de la Figure 6, où sont créées, à l'extrémité de chaque onde, des zones 28 en forme de triangle isocèle, dont les sommets se trouvent sur le sommets d'onde 6 et les bases dans le plan limite S opposé de la lamelle, dans le prolongement les unes des autres. On comprend que les zones 28 ainsi formées sur le bord bas des lamelles assurent un effet de déviation du liquide analogue à celui créé par les languettes 9, 10 des Figures 1 et 2. On remarque que du fait de la symétrie de la cisaille, le bord avant de la bande 13 non encore coupée à longueur a une configuration analogue, voire identique, au bord arrière de la lamelle qui vient d'être détachée. Par suite, chaque lamelle a des bords haut et bas similaires, comme représenté sur la Figure 7. Ceci est avantageux du point de vue de la fabrication et du montage des lamelles, et également du fait que l'on obtient ainsi une occupation plus complète de l'espace disponible dans le cercle C. En pratique, du fait de la rigidité du métal ondulé et de la présence des trous dont sont habituel lement pourvues les lamelles, l'étirage de la matière n'est pas parfaitement régulier, et les zones 28 ne sont pas parfaitement triangulaires mais peuvent présenter des écarts plus au moins importants par rapport à cette forme ainsi que des déchirures localisées. Il faut donc considérer la Figure 6 comme un schéma théorique. De plus, l'écrasement provoqué par la cisaille donne naissance à une petite bande aplatie 29 (Figure 6) le long du bord cisaillé. La Figure 8 représente un autre mode de réalisation du garnissage dans lequel le bord haut 4 de chaque lamelle est déformé jusqu'en regard de la tranche d'extrémité du bord bas 5 d'une lamelle adjacente, ce qui lui permet de reprendre le liquide ayant atteint ce bord bas et de le renvoyer vers la zone médiane des lamelles. Dans l'exemple représenté, les lamelles sont appariées, le bord haut de chaque lamelle de chaque paire étant en regard de la tranche d'ex trémité du bord bas de l'autre lamelle de la même paire. Pour obtenir une telle déformation des lamelles, on peut utiliser la cisaille modifiée 14A schématisée sur la Figure 9 : la face supérieure d'un couteau fixe 15 se termine par un pan coupé 30, incliné à environ 300 sur l'horizontale, dont le bord inférieur définit l'arête 16, et la face 21 du couteau supérieur 19 associée est allongée vers le bas de fa çon correspondante. Par suite, le pincement du feuillard 13 déforme son bord avant jusqu'au-delà du plan limite S, qui est le plan supérieur du couteau 15. Il est à noter que dans ce mode de réalisation, le bord bas de chaque lamelle a une configuration différente de son bord haut. Il faut donc utiliser une cisaille non symétrique, dont la partie située de l'autre côté du plan R est par exemple telle que représentée à la Figure 4, pour obtenir un bord bas tel que représenté à la Figure 6, ou bien telle que représenté dans le FR-A-2 630 819, qui conduit à une configuration symétrique du bord bas réduisant elle aussi l'effet de paroi, ou encore un outil de coupe sans écrasement. L'outillage représenté à la Figure 10 diffère de celui de la Figure 4 par les points suivants - le couteau 15 amont présente, à partir de son arête 16, une face descendante 31, inclinée de 30 à 600 sur l'horizontale, puis une face horizontale 32; et - dans le presse-bande 19 amont, les faces 21 et 22 de la Figure 4 sont remplacées par une seule face horizontale 33 qui se termine par l'arête 20. On comprend qu'une telle cisaille asymétrique conduit à des lamelles dont le bord arrière est tel que représenté à la Figure 6 mais dont le bord avant est déformé de façon analogue mais dans l'autre sens, ctest-à-dire comporte une bande étroite 29 dans l'autre plan limite de la lamelle. On obtient ainsi avec un seul outillage toutes les lamelles du pack, lequel présente la configuration illustrée à la Figure 11. Ceci est également vrai dans le cas des Figures 8 et 9, alors que, dans l'exemple des Figures 4 à 7, deux outillages identiques sont nécessaires, chacun réalisant une lamelle sur deux. REVENDICATIONS 1 - Garnissage ondulé-croisé pour échange de chaleur et de matière à contre-courant entre un liquide descendant et un gaz montant, du type comprenant un paquet de lamelles ondulées rectangulaires (1) disposées chacune dans un plan général vertical et les unes contre les autres, les ondes (3) de chaque lamelle étant obliques et descendant, dans des sens opposés d'une lamelle à la suivante, d'un bord haut (4) à un bord bas (5) de la lamelle, caractérisé en ce que, dans au moins une région du garnissage (2), au moins un bord vertical (4, 5) de chaque lamelle (1) est déformé latéralement de manière asymétrique. 2 - Garnissage suivant la revendication 1, à section circulaire, caractérisé en ce que, dans au moins une partie radialement extérieure (11) du garnissage (2), où la longueur de la corde du garnissage varie nettement d'une lamelle (1) à la suivante, le bord bas (5) de chaque lamelle est déformé vers la lamelle adjacente plus longue. 3 - Garnissage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que, dans une partie médiane (12) du garnissage (2) où la corde du garnissage varie peu, le bord bas (5) de chaque lamelle (1) est en retrait par rapport au bord haut (4) des deux lamelles adjacentes et est déformé vers le plan diamétral (Q) du garnissage parallèle aux lamelles. 4 - Garnissage suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite déformation est obtenue par incision puis pliage latéral d'au moins une aile (7, 8) de chaque onde (3). 5 - Garnissage suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les deux bords (4, 5) desdites lamelles sont déformés de la même manière et dans le même sens. 6 - Garnissage suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les deux bords (4, 5) desdites lamelles sont déformés de la même manière et dans des sens opposés. 7 - Garnissage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dans au moins une région du garnissage (2), le bord haut (4) de chaque lamelle (1) est déformé jusqu'en regard de la tranche d'extrémité d'une lamelle adjacente. 8 - Garnissage suivant la revendication 7, caractérisé en ce que, dans ladite région, les lamelles sont groupées par paires, le bord haut (4) de chaque lamelle de la paire étant déformé jusqu'en regard de la tranche d'extrémité du bord bas (5) de l'autre lamelle de la paire. 9 - Procédé de fabrication d'une lamelle de garnissage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite déformation est obtenue par pincement asymétrique d'une extrémité d'une bande ondulée (13), et découpe du bord pincé.