Brevet FR2732616A1 — publié le 19961011

La présente invention est relative à un distributeur de fluides pour colonne d'échange de chaleur et de matière, plus particulièrement du type à garnissages, et notamment aux colonnes de distillation d'air, du genre comprenant une série d'éléments profilés parallèles adjacents définissant des espaces alternés de gaz et de liquide, chaque élément profilé comportant au moins une portion de paroi dressée munie d'une rangée d'orifices. Un distributeur de ce type est décrit dans le document GB-A-2.046.623, o le distributeur est recouvert d'un garnissage non organisé constitué d'éléments en vrac. L'utilisation dans les colonnes de distillation de garnissages organisés, du type ondulé-croisé, tel que décrit dans le document WO 89/10527 au nom de la Demanderesse et dont le contenu est supposé intégré ici pour référence, présente des avantages importants, notamment du point de vue de la perte de charge du gaz montant. Cependant, elle a été limitée jusqu'à présent pour la difficulté que représente la nécessité de distribuer uniformément le liquide au sommet de chaque troncçon de garnissage. Dans les colonnes de grand diamètre, les garnissages du type "ondulé-croisé" ne sont pas auto-portants. Il faut donc, pour chaque tronçon de colonne, non seulement recueillir le liquide qui tombe du troncçon de garnissage supérieur, distribuer ce liquide uniformément sur le troncçon de garnissage inférieur, et favoriser, sans perte de charge excessive, une bonne répartition du gaz montant, mais encore supporter le tronçon de garnissage supérieur sur toute sa surface et donner un appui supérieur au tronçon de garnissage inférieur. US-A-5.132.055 décrit un distributeur qui permet de bien remplir ces fonctions mais qui est coûteux à fabriquer. Le distributeur comprend une série d'éléments profilés parallèles adjacents définissant des espaces alternés de gaz et de liquide. Les éléments profilés présentent une section générale en forme de U avec des ailes sensiblement verticales. Chacune des ailes comporte une partie terminale s'écartant vers l'extérieur qui se raccorde avec une partie terminale de l'aile d'un élément profilé adjacent. 2 2732616 Les ailes se prolongent en oblique vers le haut et vers l'extérieur en un demi-toit qui se termine par une étroite bordure verticale dirigée vers le haut. Les profilés sont disposés côte à côte, de sorte que leurs demi- toits se rejoignent, les bordures adjacentes s'appliquant l'une contre l'autre sur toute leur longueur et étant fixées ensemble par des points de soudure ou par agrafage. Pour assembler un distributeur de ce genre, on utilise une série de découpes qui sont pliées pour former les éléments profilés et ensuite fixés ensemble. Chacune des découpes est ensuite redécoupée à longueur, transversalement ou obliquement, de façon à s'appuyer par chaque extrémité sur une couronne rigide constituée par un profilé périphérique circulaire (voir figures 2 et 5 qui représentent des distributeurs selon l'art antérieur). La couronne est à section en L comportant une aile horizontale inférieure et une bordure extérieure dirigée vers le haut. Sur cette dernière est fixée hermétiquement une jupe. On remarque également une cornière supérieure d'ancrage. US-A-5.000.883 décrit un distributeur amovible comprenant une base perforée par des fentes et des éléments en forme de U, servant à obstruer les fentes. Les éléments en forme de U sont maintenus en place par les bords des fentes qui forment un angle avec le plan général de la base. L'invention a pour but de fournir un distributeur de fabrication rapide et peu onéreuse. L'invention a également pour but de fournir un distributeur plus rigide que ceux de l'art antérieur. A cet effet, le distributeur suivant l'invention est un distributeur de fluides pour colonne d'échange de chaleur et de matière, plus particulièrement du type à garnissages, comprenant des éléments profilés en forme de U renversés à parois sensiblement verticales et un fond dans lequel sont formées une pluralité de fentes parallèles, chaque fente étant recouverte par un des éléments profilés fixé au fond au moyen des parois de manière permanente et étanche. Suivant d'autres caractéristiques: - I'élément profilé est fixé aux deux bords opposés de la fente; 3 2732616 - les éléments profilés sont soudés au fond; - chacune des parois se termine en au moins un pied tourné vers l'intérieur de l'élément et parallèle à la surface du fond, les pieds servant à attacher les éléments au fond. L'invention a également pour objet une colonne d'échange de chaleur et de matière comprenant au moins un distributeur tel que défini ci- dessus. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un distributeur de fluides pour une colonne d'échange de chaleur et de matière comprenant les étapes de: - découper des fentes parallèles dans une plaque circulaire; - découper et plier des plaques pour former une pluralité d'éléments profilés; - fixer de manière permanente les éléments profilés sur les fentes afin de les recouvrir. Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe transversale partielle en élévation des éléments du distributeur avant assemblage; - la figure 3 est une vue d'une partie du distributeur; - la figure 4 représente en coupe longitudinale une partie d'une colonne de distillation d'air équipée d'un distributeur selon l'invention; et - la figure 6 représente en coupe axiale une partie d'une colonne de distillation d'air équipée d'un distributeur selon l'invention. Comme illustré à la figure 1, le distributeur est composé de deux types d'éléments principaux: le fond horizontal perforé 1 et les éléments profilés, généralement en forme de U renversés, 2. Les éléments en forme de U ont deux parois verticales parallèles 4 jointes par un toit 5. Les deux parois se terminent vers le bas par un pied 7, plié vers l'intérieur de l'élément. Chaque élément est donc constitué par une bande de métal, pliée pour obtenir la forme voulue, sans joints ni soudures. Le fond horizontal perforé 1 est en forme de plaque circulaire et possède un nombre de fentes 9 qui définissent les espaces de gaz du distributeur. Comme on voit à la figure 3, ces fentes sont parallèles et s'étendent presque jusqu'au bord du fond 1. 4 2732616 Les fentes 9 et les éléments profilés 2 sont dimensionnés de sorte que les pieds 7 peuvent être soudés aux bords des fentes, afin que les profilés recouvrent les fentes 9. Le fond 1 et les éléments profilés sont en acier inoxydable. Les éléments profilés sont en moyenne plus épais que ceux de l'art antérieur, du fait que l'assemblage du distributeur comprend beaucoup moins d'étapes de pliage, ce qui confère de la rigidité supplémentaire au distributeur selon l'invention. Dans la figure 4, le distributeur assemblé 1 est soudé à l'intérieur de la virole 23 d'une colonne de distillation d'air par l'intermédiaire d'une cornière souple 25, sur laquelle est posé directement le fond 1 du distributeur. L'horizontalité du fond 1 est assurée par des goussets supports 27 espacés autour de la circonférence de la virole 23 dans la direction des 1 5 cheminées. La cornière 25 est constituée d'un profilé périphérique circulaire à section en L. En fonctionnement, le liquide tombe de toute la surface d'un pack au-dessus du distributeur et est recueilli dans des espaces de liquide entre les éléments profilés 2. Le liquide est ensuite distribué uniformément à un pack inférieur grâce au maillage régulier des trous 15 formés dans le fond horizontal. En même temps, le gaz montant pénètre dans les espaces de gaz et en sort par les orifices 12 au-dessus du niveau du liquide. Le gaz est ainsi, lui aussi, réparti à peu près uniformément sur toute la section de la colonne sans perte de charge excessive au passage du distributeur. Grâce au fait que les orifices 12 sont prévus dans les parois verticales 4, et également grâce à leur forme oblongue, ces ouvertures offrent une aire totale étendue au passage du gaz, sans gêner la chute du liquide sur toute la surface du distributeur et sans réduire de façon importante l'inertie mécanique des parois 4. Au lieu d'être soudés, les éléments profilés peuvent être assemblés au fond I d'une autre manière qui soit encore permanente et étanche. 2732616 Comme illustré à la figure 6, le distributeur est monté dans la virole 23 au moyen des goussets 27 orientés dans l'axe des fentes 9 et des éléments profilés 2. Un gousset 27 est positionné au bout de chaque fente 9. En plus des orifices 12, les profilés 2 comprennent des ouvertures triangulaires latérales 31 au niveau du toit 5 qui distribuent les gaz entre les profilés 2 et la virole 23. Des ouvertures intermédiaires latérales 33 en-dessous des orifices 12 servent à distribuer les gaz mais aussi à permettre le débordement de liquide, remplaçant ainsi les "tulipes" des distributeurs connus. Ces ouvertures 31 et 33 sont formées en soudant des plaquettes sur les bords des profilés d'une manière étanche. Il est à noter que le fond du distributeur selon l'invention est complètement plat (au moins sur la surface supérieure) et donc est d'une fabrication particulièrement facile, en comparaison avec le fond selon US-A-5.000.883, dont les fentes comprennent un bord relevé. 6 2732616 REVENDICATIONS 1. Un distributeur de fluides pour colonne d'échange de chaleur et de matière, plus particulièrement du type à garnissages, comprenant des éléments profilés (2) en forme de U renversé, à parois sensiblement verticales (4) et un fond (1), dans lequel sont formées une pluralité de fentes parallèles (9), chaque fente étant recouverte par un des éléments profilés, fixé au fond au moyen des parois (4) de manière permanente et étanche. 2. Un distributeur selon la revendication 1, dans lequel l'élément profilé est fixé aux deux bords opposés de la fente (9). 3. Un distributeur selon l'une des revendications I ou 2, dans lequel les éléments profilés (2) sont soudés au fond (1). 4. Un distributeur selon la revendication 1, dans lequel chacune des parois (4) se termine en au moins un pied (7) tourné vers l'intérieur de l'élément (2) et parallèle à la surface du fond (1), les pieds (7) servant à attacher les éléments au fond. 5. Un distributeur selon l'une des revendications précédentes comprenant des plaquettes (5) fixées au côté des éléments profilés afin de former des ouvertures latérales (31, 33). 6. Un distributeur selon la revendication 5 dans lequel les ouvertures (33) permettent le débordement d'un liquide. 7. Une colonne d'échange de chaleur et de matière, plus particulièrement du type à garnissages, contenant au moins un distributeur selon l'une des revendications précédentes. 8. Une colonne d'échange de chaleur et de matière, plus particulièrement du type à garnissages, contenant au moins un distributeur (21) selon la revendication 1, rattaché directement à la virole (23) de la colonne par l'intermédiaire d'un profilé périphérique (25). 9. Une colonne selon l'une des revendications 7 ou 8 comprenant plusieurs goussets (27) espacés autour de la circonférence de la virole (23) qui servent de support pour le fond du distributeur. 10. Une colonne selon la revendication 9 dans laquelle chaque gousset (27) est orienté dans l'axe de la fente (9) qu'il juxtapose. 7 2732616 11. Procédé de fabrication d'un distributeur de fluides pour une colonne d'échange de chaleur et de matière comprenant les étapes de: -découper des fentes parallèles (9) dans une plaque circulaire (1); - découper et plier des plaques pour former une pluralité d'éléments profilés (2); - fixer de manière permanente les éléments profilés sur les fentes (9) afin de les recouvrir.