Brevet FR2786410A1 — publié le 20000602

ÉLÉMENT DE GARNISSAGE MIS EN FORME Arrière-plan technologique de l'invention Cette invention se rapporte à des éléments de garnissage ( ,) mis en forme et particulièrement à des éléments de garnissage chargés ( de matières plastiques et de céramique. De tels éléments sont utilisés dans des réacteurs dans lesquels des liquides et des gaz se trouvent en contact de manière à provoquer une réaction, des opérations de transfert de chaleur, de solution ou de dissolution, en mettant en contact intime deux fluides en écoulement. Par conséquent ils ont des formes conçues pour maximiser leur surface tout en fixant leur stabilité dimensionnelle de telle manière qu'ils ne s'affaissent pas ou ne deviennent pas écrasés au cours de leur utilisation. De plus, lorsque l'environnement dans lequel les éléments doivent fonctionner est corrosif et/ou se trouve à une température élevée, il est avantageux de former les éléments à partir d'un matériau en céramique. Finalement il est avantageux d'avoir une structure qui est produite facilement selon un modèle standard et en grandes quantités. La présente invention propose un tel élément de garnissage mis en forme, ayant une résistance et des propriétés de surface excellentes, qui soit facile à fabriquer par un simple procédé d'extrusion. Description de l'invention La présente invention propose un élément de garnissage extrudable comprenant un corps cylindrique ayant une section uniforme qui comprend une pluralité d'organes de corde ( d'un organe de corde. Il est bien compris que, pour des raisons de simplicité, la structure interne des éléments conformes à l'invention, qui est uniforme le long de la longueur axiale de l'élément, est décrite en termes de caractéristiques qui apparaissent dans une coupe passant par l'élément à un point central de la longueur axiale. Ainsi un organe intérieur qui divise un segment de la surface intérieure du corps cylindrique se rapporte ici à un " organe de corde " même si le terme " corde " est correctement appliqué seulement à une ligne à l'intérieur d'un cercle qui ne passe pas par son centre. Les organes de corde ont de préférence la même longueur puisque cela conduit à une symétrie et une uniformité plus importantes des dimensions des passages traversant définis par les structures à l'intérieur du corps cylindrique. L'élément peut présenter n'importe quel nombre adapté d'organes de corde supérieur à trois, (c'est essentiel si la condition " adjacente " doit être réalisée) jusqu'à de préférence dix-huit maximum. Cependant en général un nombre allant de quatre à dix, et particulièrement six, est préféré. Dans la structure la plus préférée, les six organes de corde sont groupés en deux sous-groupes de trois, chaque sous-groupe formant un triangle équilatéral, avec un triangle décalé de 60 le long de la circonférence du corps cylindrique par rapport à l'autre. Le nombre d'organes radiaux de cloison est déterminé par le nombre d'organes de corde et se trouvera en nombre identique. Ainsi, par exemple, avec les six organes de corde préférés, il y a également six organes radiaux de cloison. Dans les structures préférées, des organes additionnels de renfort sont prévus entre la surface intérieure du corps cylindrique et s'étendent le long d'un rayon du corps cylindrique jusqu'à au moins le point d'intersection de deux organes de corde. Typiquement, les organes additionnels de renfort ne s'étendent pas jusqu'à l'axe de la structure. Comme il sera apprécié, un tel positionnement n'est possible que lorsque les cordes se trouvent en deux ou trois groupes de même nombre (trois ou quatre) dans chaque groupe et avec les structures formées par les groupes (triangles, ou carrés) qui se recouvrnt et qui sont décalées angulairement autour de l'axe du corps cylindrique. Les structures de l'invention sont très efficaces en cela qu'elles fournissent un très grand nombre de points d'intersection vers lesquels les liquides s'écoulant au travers des différentes surfaces se rencontrent et sont obligés de se mélanger et de fusionner avant de se diviser de nouveau, facilitant ainsi l'homogénéité. Un autre avantage réside dans le renforcement mutuel des organes. Un corps cylindrique n'ayant pas les structures internes aurait une résistance très réduite aux forces de compression. Les organes de corde, particulièrement le groupe de six le plus préféré, procurent une résistance interne additionnelle significative et celle-ci est encore accrue par les organes radiaux de cloison qui de plus consolident les organes de corde à l'encontre de mouvements déformants. Finalement, les organes additionnels de renfort fournissent un niveau final de renfort pour le corps cylindrique. Lorsque les organes de corde sont groupés en deux groupes de trois, comme dans les structures les plus préférées, les différents organes de renfort partagent le volume intérieur du corps cylindrique en des subdivisions grossièrement égales. Ainsi, en plus du renforcement du corps cylindrique, la surface est augmentée de façon significative et le degré d'impédance à l'écoulement de gaz à travers l'élément est minimisé et égalisé de telle manière que chaque passage à travers l'élément présente un écoulement de gaz identique. Les éléments cylindriques conformes à l'invention sont de préférence munies de surfaces d'extrémités courbées pour empêcher l'emboîtage (" nesting ") des éléments lorsqu'ils sont chargés dans une tour ou colonne (" dumped into a tower "). La courbure de chaque surface d'extrémité peut être la même ou différente, par exemple une extrémité peut être convexe alors que l'autre est concave ou bien les deux peuvent être concaves ou bien les deux peuvent être convexes. De préférence cependant, le rayon de courbure de chaque extrémité courbée est le même. Cette configuration est particulièrement avantageuse puisque, lorsque le produit est extrudé et que l'extrudât (" extrudate ",) est coupé pour former des éléments, une simple découpe en forme d'arc forme une extrémité concave sur un premier élément et une extrémité convexe sur un second élément duquel le premier élément est ainsi séparé. Ainsi avec juste deux lames de coupe ou même avec juste une lame réversible, il est possible de produire toutes les combinaisons possibles de combinaisons convexes et concaves. 278641 0 Les éléments peuvent être mis en forme par un procédé de moulage mais ils sont de préférence fabriqués par un procédé d'extrusion utilisant une filière conçue de façon adaptée. Le produit de l'extrusion est un long cylindre ayant la même structure interne tout du long. Un couteau, de préférence ayant une lame courbée, sépare le long cylindre en des éléments de longueur désirée, ayant des extrémités courbées si c'est la lame courbée qui est utilisée. Les éléments sont ensuite chauffés dans un four pour produire les éléments finaux. Dessins La Figure 1 est une coupe perpendiculaire à l'axe d'un élément préféré conforme à l'invention. La Figure 2 illustre quatre vues latérales optionnelles (a, b, c et d), de l'élément représenté à la Figure 1, avec ses extrémités montrées (" given ") courbées ou sous forme de surfaces irrégulières. Description détaillée de l'invention L'invention est maintenant décrite par la suite en se référant aux dessins qui sont destinés à illustrer l'invention mais ne doivent pas être compris comme impliquant une quelconque limitation essentielle du champ de l'invention. A la Figure 1, un corps cylindrique, 1, est muni de six organes de corde identiques, 2, disposés en deux triangles équilatéraux, les sommets de l'un étant décalés le long de la circonférence du corps de 60 par rapport aux sommets du second. Des organes radiaux de cloison, 3, rayonnent à partir de l'axe vers les points centraux des organes de corde et des organes de renfort, 4, relient la surface intérieure du corps cylindrique aux intersections des organes de corde. A la Figure 2, qui représente une vue latérale de l'élément illustré à la Figure 1, est représentée la configuration des extrémités de l'élément. Les extrémités sont respectivement rectilignes, (7 en (a)) courbées de façon convexe et concave, (5 et 6 respectivement en (b)); doublement convexes, (5 en (c)); et irrégulières, (8 en (d)). Les éléments conformes à l'invention configurés comme illustrés aux Figures 1 et 2b et fabriqués à partir de matériaux céramiques ont été évalués pour leur rendement en transfert de masse, (kga), leur facteur de garnissage (" packing factor "); leur poids en livres par pied cubique, (qui indique les poids relatifs des installations des éléments); et en pièces par pied cubique. Dans chaque cas les valeurs ont été mesurées en termes de valeurs prises par comparaison avec un standard industriel, une sellette (" saddle ") de 2" (2 pouces, soit 50,8 cm) en céramique, vendue par Norton Chemical Process Products Corporation sous la marque enregistrée " Intalox " à laquelle a été donnée arbitrairement la valeur " 1,00 ". L'autre base de comparaison a été une sellette de 3" (3 pouces, soit 76,2 cm) en céramique, Intalox . L'élément conforme à l'invention présentait un diamètre de 4,25" (4,25 pouces, soit 107,95 mm) et une épaisseur de cloison s'étendant de 0,25" (0,25 pouces, soit 6,35 mm) (corps cylindrique) à 0,125" (0,125 pouces, soit 0,3175 mm) (cloisons radiales). La longueur axiale des éléments était de 1,25" (1,25 pouces, soit 31,75 mm). Les paramètres de performance des trois éléments ont été les suivants: Rendement Rapport de Rapport Rapport en transfert facteur de en poids en de masse garnissage livres / pied3 Pièces / pied3 Sellettes 2" 1,00 1,00 1,00 1,00 (50,8 cm) Sellettes 3" 0,71 0,66 0,94 0,21 (76,2 cm) Invention 1,14 0,91 1,04 0,22 A partir des données ci-dessus il est clair que les éléments conformes à l'invention sont de 14 % plus performants que les sellettes de 2" et de 60 % plus performants que les sellettes de 3". De plus il a été utilisé moins d'éléments par pied cubique que pour les sellettes de 2" et environ le même nombre que les sellettes de 3" et une chute de pression (" pressure drop ") inférieure à celle des sellettes de 2". REVENDICATIONS 1. - Elément de garnissage mis en forme comprenant un corps cylindrique présentant une pluralité d'organes de corde au sein du corps dans lequel chaque extrémité d'un organe de corde est adjacente à une extrémité d'un autre organe de corde, et une pluralité d'organes radiaux de cloison s'étendant à partir de l'axe du cylindre jusqu'à au moins le point central d'un organe de corde. 2. - EÉlément de garnissage selon la revendication 1 présentant six organes de corde identiques disposés en deux triangles équilatéraux, avec les sommets du premier triangle qui sont décalés le long de la circonférence du corps cylindrique de 60 par rapport aux sommets adjacents du second. 3. - Élément de garnissage selon la revendication 2 présentant six organes radiaux de cloison. 4. - Élément de garnissage selon la revendication 2 présentant six organes de renfort reliant l'intérieur du corps cylindrique aux intersections de deux organes de corde. 5. - EÉlément de garnissage selon la revendication 1 formé à partir d'un matériau de céramique. 6. - Élément de garnissage selon la revendication 1 formé à partir d'un matériau plastique. 7. - EÉlément de garnissage selon la revendication 1 formé à partir d'un métal. 8. - EÉlément de garnissage selon la revendication 1 formé à partir de carbone.