Brevet FR2701858A1 — publié le 19940902

Procédé pour le transfert de constituants avec transfert thermique entre un courant de liquide et un courant de vapeur, une installation séparatrice pour la mise en oeuvre de ce procédé et application à la distillation. L'invention concerne un procédé pour le transfert de constituants avec transfert thermique entre un courant de liquide et un courant de vapeur circulant en sens contraire par étapes successives, définissant ainsi une série d'étages ayant un axe commun sensiblement horizontal, caractérisé par le fait que les deux courants circulent de façon cocourante et transversalement à cet axe à l'intérieur de chaque étage, le courant de liquide est introduit par mélange et entraînement vers le haut par ledit courant de vapeur à une extrémité de l'étage dans une zone à faible section puis séparé dudit courant de vapeur circulant sensiblement horizontalement dans une zone à large section, les courants de liquide et de vapeur après échange sont récupérés à l'autre extrémité de l'étage, les zones d'entraînement et de séparation alternent d'un étage à l'autre de façon à permettre la communication directe des courants liquide et vapeur entrant et sortant de chacun des étages avec les autres, et elle concerne également une installation séparatrice pour la mise en oeuvre de ce procédé applicable à la distillation. L'installation pour la mise en oeuvre du procédé se caractérise en ce qu'elle comporte des étages séparateurs disposés les uns à côté des autres qui sont séparés les uns des autres par des parois communes sensiblement verticales, chaque étage comprenant une chambre avec une zone d'entraînement et une zone de séparation alternant d'une chambre à l'autre de façon que la zone d'entraînement de chaque chambre soit contigüe aux zones de séparation des chambres respectivement immédiatement précédente et immédiatement suivante pour permettre la mise en communication de chacun des étages avec les autres au moyen d'orifices percés dans les parois séparant les étages, chaque zone d'entraînement de liquide( d'ordre n) étant en communication par sa partie inférieure d'une part avec la partie inférieure de la zone de collecte de la vapeur de la chambre de l'étage immédiatement précédent et d'autre part avec la partie inférieure de la zone de collecte de liquide de la chambre de r étage immédiatement suivant, le passage de l'alimentation en liquide constituant un siphon pour éviter le passage de la vapeur, les zones d'entraînement du liquide par la vapeur sont de direction sensiblement verticale et de section suffisamment réduite pour que les vitesses des courants de vapeur permettent ledit entraînement du liquide après mélange des deux courants, les zones de séparation du liquide et de la vapeur sont de direction sensiblement horizontale et transversale à raxe général de l'appareil qui est sensiblement horizontal. L'appareil peut s'appliquer à la distillation s'il comprend en outre au moins une alimentation en charge à distiller dans un étage intermédiaire, au moins une conduite pour l'élimination et/ou la condensation de la vapeur à une extrémité, le condensat pouvant entre réintroduit dans l'appareil, au moins une conduite pour l'élimination etlou la vaporisation du liquide à l'autre extrémité, la vapeur pouvant etre réintroduite dans l'appareil, une source de refroidissement permettant de condenser la vapeur, une source de chaleur permettant de vaporiser le liquide. L'appareil de conception compacte et sensiblement horizontale ne comporte pas d'empilement d'étages de distillation, le nombre d'étages est donc uniquement défini en fonction des paramètres physicochimiques de la séparation, la perte de charge du courant de vapeur dans chacun des étages et la perte de charge totale alouée à ce courant de vapeur. Les figures 1 à 5 présentées en annexes illustrent les descriptions de deux exemples de réalisation. La figure 1 représente schématiquement les éléments d'une première installation; La figure 2 représente un étage de constitution particulière pour l'issstallation de la figure 1; La figure 3 représente un étage de constitution modulaire dans le cas d'une juxtaposition d'étages tels que décrits dans la figure 2;; Dans la figure 1 sont représentés en vue éclatée deux étages contiguës en position alternée El et E2 d'une installation comportant un nombre défini d'étages, tous n'étant pas représentés, ainsi que leurs parois communes aux étages immédiatement précédent et immédiatement suivant P1, P2, P3.Chaque étage, tel que l'étage El représenté sur les figures 1 & 2, comporte une chambre 1 délimitée parles parois communes Pi & P2 précédemment décrites ainsi que par les côtés 2 et 3 sensiblement verticaux, un plafond 4 sensiblement horizontal ainsi qu'un plancher 5 dans lequel aboutissent en position basse toutes les extrémités de la chambre servant de collecteur ou d'alimentation en liquide ou en vapeur de l'étage.La chambre contient une zone de mélange 6 du liquide venant de l'extrémité 7 en communication avec t'étage immédiatement suivant E2 au moyen de f orifice 8 percé dans la paroi P2 et du siphon 9 et de la vapeur venant de l'extrémité 10 en communication avec l'étage immédiatement précédent, non représenté sur la figure 1, au travers.de l'orifice il percé dans la paroi PILe mélange passe au travers de la zone d'entraînement 12 avant d'atteindre au moyen du passage 13 dans sa partie supérieure la zone de séparation 14 de direction sensiblenient horizontale et transversale à l'appareil. Des chicanes non représentées sur les figures 1 & 2 peuvent être ajoutées dans les zones 12, 13 et à l'entrée de la zone 14 pour faciliter le contact entre liquide et vapeur ainsi que des restrictions de section de passage du liquide venant du siphon 9 et de la vapeur venant de l'extrémité 10 à l'entrée de la zone de mélange 6 pour en faciliter ledit mélange.Le liquide est évacué de la zone de séparation 14 à l'extrémité basse 15 de la chambre en communication avec l'étage immédiatement inférieur, non représenté sur la figure 1, an travets de l'orifice 16 de la paroi P1, la vapeur est évacuée en partie haute de la zone 14 au moyen du passage 17 et de Pexémité basse 18 en communication avec étage immédiatement supérieur E2 au moyen de Orifice 19 percé dans la paroi P2. Chaque étage peut être muni d'un apport de chaleur extérieure au travers des parois 2 & 3, induisant une vaporisation partielle du liquide au niveau de la zone de mélange et d'entrainement, ainsi que d' un moyen de refroidissement au travers du plafond4 par une source extérieure, induisant une condensation partielle du liquide, de façon à faciliter les échanges de constituants au niveau de chacun des étages.L'axe commun aux chambres peut être incliné de 0,5 à 10 degrés sur l'horizontale pour faciliter l'écoulement liquide de chambre en chambre. La largeur de chaque chambre, caractérisée par la distance qui sépare deux parois consécutives, est calculée en fonction des paramètres opératoires et principalement du débit de vapeur à traiter.Dans le cas de débits importants, il peut être avantageux, en plus d'une largeur de chambre importante, de disposer de plus d'une chambre par étage, ceci peut être obtenu de façon modulaire par juxtaposition d'appareils identiques à ceux précédemment décrits sur les figures 1 & 2 . Dans ce cas, les chambres juxtaposées doivent avoir des directions opposées au niveau de leur zone de séparation respective, les zones de séparation et d'entraînement alternant d'un étage à l'autre de façon que les zones d'entrainement de chaque étage soient contiguës aux zones de séparation des étages respectivemment immédiatement précédent et immédiatement suivant pour permettre la mise en communication de chacun des étages avec les autres au moyen d'orifices percés dans les parois séparant les étages tel que décrit dans les figures 1 a 2 Pour une meilleure homogénéisation, les chambres peuvent avoir des zones de mélange et d'entraînement communes ainsi que des sorties vapeur communes.La figure 3 présente deux étages contiguës E'1 et E'2 disposant chacun de trois chambres modulaires juxtaposées du type de celles décrites sur les figures I & 2, les trois chambres 1 pour El, les trois chambres 1 pour E'2, certaines ayant des zones de mélange et d'entraînement communes telles que 20 & 21 et /ou des sorties de vapeur communes telles que 22 & 23 . Dans le cas de débits particuliérement importants, il peut être avantageux, pour faciliter la séparation des courants vapeur et liquide, d'avoir des largeurs de chambre non uniformes, la zone d'entraînement de liquide par la vapeur étant située dans la portion la plus étroite de la chambre et la zone de séparation dans la zone la plus large de la chambre.La figure 4 présente le cas d'une installation dans lequel chaque étage E"1 , E"2, E'3 , E"4 faisant parti d'un ensemble non totalement représenté possède un plafond,respectivement 24, 25, 26, 27 et un plancher, respectivement 28 pour E"l , les autres n'étant pas visibles sur la figure 4,de forme triangulaire.Dans l'étage E"1 , l'alimentation en liquide en provenance de l'étage immédiatemment suivant se fait par l'orifice 29 et en vapeur provenant de l'étage immédiatement précédent par l'orifice 30 représentés sur la figure 4 et la figure 5 comme détail de la zone d' entraînement de la seconde installation décrite sur la figure précédente, les sorties de vapeur 31 et de liquide 32 de la zone de séparation alimentent respectivement l'étage immédiatement suivant et l'étage immédiatement précédent.La figure 5 présente un type de distributeur à trous 33 pouvant être implanté en zone de mélange dans ce second exemple d'installation pour assurer à la fois une garde liquide faisant effet de siphon 34 pour éviter le passage de la vapeur ainsi qu 'un mélange desdits courants de vapeur et de liquide. REVENDICATIONS 1 Procédé pour le transfert de constituants avec transfert thermique entre un courant de liquide et un courant de vapeur circulant en sens contraire par étapes successives, définissant ainsi une série d'étages ayant un axe commun, il est caractérisé par le fait que les deux courants circulent de façon cocourante et transversalement à cet axe à l'intérieur de chaque étage, le courant de liquide étant introduit par mélange et entraînement vers le haut par ledit courant de vapeur à une extrémité de l'étage dans une zone à faible section puis séparé dudit courant de vapeur circulant sensiblement horizontalement dans une zone à large section, les courants de liquide et de vapeur étant récupérés après échange à l'autre extrémité de l'étage, les zones d'entraînement et de séparation alternant d'un étage à l'autre de façon à permettre la communication directe des courants de liquide et de vapeur entrant et sortant aux extrémités de chacun des étages avec les étages immédiatement suivant et immédiatement précédent en respectant le sens contraire des courants liquide et vapeur entre chaque étage. 2. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte: -des étages séparateurs disposés les uns à côté des autres qui sont séparés par des parois communes sensiblement verticales, chaque étage comprenant une chambre avec une zone d'entraînement 12 du liquide par la vapeur et une zone de séparation 14 du liquide et de la vapeur alternant d'une chambre à l'autre de faucon que la zone d'entraînement de chaque chambre soit contiguë aux zones de séparation des chambres respectivement immédiatement précédente et immédiatement suivante pour permettre la mise en communication de chacun des étages avec les autres au moyen d'orifices percés dans les parois séparant les étages, chaque zone d'entraînement de liquide 12 étant en communication par sa partie inférieure d'une part avec la partie inférieure 18 de la zone de collecte de la vapeur de la chambre de l'étage immédiatement précédent et d'autre part avec la partie inférieure 15 de la zone de collecte de la chambre de l'étage immédiatement suivant, le passage de l'alimentation en liquide constituant un siphon 9 pour éviter le passage de la vapeur;; - les zones d'entraînement vers le haut du liquide par la vapeur 12 sont de direction sensiblement verticale et de section suffl##nment réduite pour que les vitesses des courants de vapeur soient suffisamment élevées pour permettre ledit entraînement du liquide après mélange des deux courants dans la zone de mélange 6 de chacun des étages, les zones de séparation du liquide et de la vapeur 14 sont de direction sensiblement horizontale et transversale à l'axe de l'appareil. 3.Installation selon la revendication 2 dans laquelle chaque chambre possède un plafond et un plancher de forme triangulaire, la zone d'entrâînement de liquide par la vapeur étant située dans la partie la plus étroite et la zone de séparation dans la partie la plus large de la chambre. 4.Installation selon la revendication 2 dans laquelle chaque étage possède une juxtaposition de chambre modulaire ayant des directions opposées au niveau de leur zone de séparation respectives. 5.Installation selon la revendication 2 dans laquelle des étages possèdent des parois 2 & 3 pour réchange de chaleur avec une source extérieure et/ou un plafond 4 pour le refroidissement par une source extérieure. 6.1nstallation selon la revendication 2 dans laquelle Taxe commun aux chambres est incliné de 0.5 à 10 degrés sur l'horizontale de manière à faciliter l'écoulement liquide de chambre en chambre.