Brevet FR2806325A1 — publié le 20010921

La présente invention est relative à un module de garnissage, du type comprenant un ensemble de déflecteurs qui définissent un ensemble de couches horizontales de ventilateurs fixes de brassage. On entend par garnissage un dispositif destiné au mélange d'une phase et/ou à la mise en contact de plusieurs phases circulant à co-courant ou à contre-courant. Dans le garnissage peut en particulier se produire un échange de chaleur et/ou de matière et/ou une réaction chimique. Une application particulière de l'invention réside dans les colonnes de distillation d'air. Les modules ou " packs " de garnissage du type précité sont des structures à effet tridimensionnel vis-à- vis du gaz qui monte dans la colonne. Elles assurent, par mise en rotation multiple du gaz, une forte turbulence de ce gaz, et le brassage résultant améliore l'échange de chaleur et/ou de matière avec le liquide descendant. Des exemples de tels packs de garnissage sont décrits dans le WO-A-86/06 296. Dans ces packs connus, la structure comprend des pyramides à bases ouvertes, et à faces latérales alternativement ouvertes et fermées, raccordées par leurs pointes de manière à constituer une multitude de pales de ventilateurs mettant le gaz en rotation pour intensifier le contact entre le gaz et le liquide. Une caractéristique particulièrement intéressante de cette structure est de pouvoir être obtenue par empilage de feuilles métalliques perforées ou découpées et pliées ayant des plans généraux verticaux. La perforation permet au gaz de passer à travers les bandes pliées empilées, le taux de perforation étant de l'ordre de 50%. Ces perforations permettent de réduire la perte de charge et de créer des ventilateurs favorisant le brassage du gaz. D'autres packs du type précité sont décrits dans le WO-A-90/10 497 et dans le EP-A-845 293. L'invention s'applique en particulier à tous ces dispositifs connus. Lorsqu'on réalise une colonne de traitement de fluide(s) avec de tels packs, les ventilateurs supérieurs d'un pack ne sont pas exactement superposés aux ventilateurs inférieurs analogues du pack situé juste audessus. De même, les ventilateurs inférieurs d'un pack ne sont pas exactement superposés aux ventilateurs supérieurs analogues du pack sousjacent. Ceci est d'autant plus vrai que, d'un pack au suivant, les plans généraux des bandes pliées sont généralement décalés angulairement par rapport à l'axe central de la colonne, généralement de 90 d'un pack à l'autre. Par suite, l'écoulement ascendant du gaz subit des changements de direction à l'interface entre deux packs, ce qui produit une perte de charge additionnelle à cet emplacement. Cette perte de charge provoque à son tour un engorgement en liquide de la région inférieure du pack supérieur, alors que la partie centrale de ce pack n'est pas engorgée. Ce phénomène diminue la capacité de traitement de la colonne. L'invention a pour but de réduire, voire de supprimer, cette perte de charge additionnelle et l'engorgement prématuré aux interfaces entre les packs. A cet effet, l'invention a pour objet un pack de garnissage du type précité, caractérisée en ce que, dans au moins une zone d'extrémité axiale du pack, les déflecteurs constituent des déflecteurs de transition définissant au moins une couche de ventilateurs fixes de transition dont l'effet de brassage est réduit par rapport à celui des ventilateurs courants des couches situées dans la partie courante du pack. Le pack de garnissage suivant l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes leurs combinaisons techniquement possibles: - au moins une couche de ventilateurs de transition a un effet de brassage positif; - dans ladite zone d'extrémité, les déflecteurs de transition définissent plusieurs couches de ventilateurs fixes de transition dont l'effet de brassage est progressivement réduit d'une couche à l'autre en allant vers la tranche d'extrémité du pack; - ladite zone d'extrémité comporte une couche d'extrémité à effet de brassage nul; - les déflecteurs sont plans et, dans ladite zone d'extrémité, sont plus fortement inclinés sur l'horizontale; des déflecteurs de transition comportent une partie côté extérieur du pack plus fortement inclinée sur l'horizontale que leur partie côté intérieur du pack; - des déflecteurs de transition présentent une ligne de pliage intermédiaire entre lesdites parties; et - des déflecteurs de transition présentent au moins une partie courbe. L'invention a également pour objet une bande plane découpée de matière en feuille, notamment en tôle mince, destiné à être pliée et/ou cintrée, vrillée ou emboutie, puis juxtaposée à d'autres bandes analogues à plan général vertical retournées alternativement pour constituer un pack de garnissage tel que défini ci-dessus. Cette bande, du type définissant une pluralité de rangées horizontales de déflecteurs, est caractérisée en ce que, dans au moins une zone marginale de la bande, les déflecteurs ont une configuration différente de celle des déflecteurs courants, définissant lesdits déflecteurs de transition. Suivant d'autres caractéristiques de cette bande: - les bords situés d'un même côté des déflecteurs courants et des déflecteurs de transition définissent des lignes de pliage dont l'angle par rapport à la direction longitudinale de la bande est augmenté dans ladite région marginale de la bande; et - lesdites lignes de pliage forment une ligne brisée. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un pack de garnissage tel que défini ci- dessus. Suivant ce procédé, on plie et/ou on cintre, vrille ou emboutit une série de bandes planes découpées telles que définies ci-dessus, de façon à former une structure en accordéon, on dispose les bandes dans des plans parallèles en les retournant alternativement, et on les empile en alignant les déflecteurs correspondants pour former les ventilateurs. Dans un mode de réalisation avantageux, on forme les structures en accordéon par pliage des bandes le long des lignes de pliage définies par les bords situés d'un même côté des déflecteurs courants et des déflecteurs de transition. L'invention a encore pour objet une appareil de traitement de fluide(s), caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de packs de garnissage tels que définis plus haut. Les packs peuvent être décalés angulairement d'un pack au suivant autour de l'axe central de l'appareil. Cet appareil peut notamment être une colonne d'échange de matière et/ou de chaleur, notamment une colonne de séparation d'un mélange de gaz, et en particulier une colonne de distillation d'air. Des exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrit en regard des dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 est une vue en perspective d'une partie d'un pack de garnissage conforme à l'invention; la Figure 2 est une vue analogue d'une variante; - la Figure 3 est une vue d'une bande plane découpée destinée à la réalisation du pack de la Figure 1, - la Figure 4 est une vue de la même bande après pliage en accordéon; et - les Figures 5 et 6 sont des vues correspondant respectivement aux Figures 3 et 4 mais relatives à la variante de la Figure 2. On a représenté sur la Figure 1 la partie inférieure d'un tronçon vertical 1 d'un pack de garnissage 2 destiné à une colonne de distillation d'air non représentée. Le tronçon 1 définit une superposition de ventilateurs, à savoir un ventilateur courant 3 surmonté d'autres ventilateurs identiques non représentés, et deux ventilateurs de transition, intermédiaire 4 et extrême 5, qui font partie d'une zone d'extrémité inférieure 6 du pack. Les ventilateurs 3 à 5 ont un axe vertical commun X-X. Le ventilateur 3 est constitué de quatre pales ou déflecteurs plans 7, inclinés d'un même angle a sur l'horizontale. Les orientations de ces pales se déduisent l'une de l'autre par une rotation de 90 autour de l'axe X- X, et chaque pale a la forme d'un losange prolongé vers le bas par une pointe triangulaire 8, adjacente à un côté inférieur du losange, comme décrit dans le EP-A-845 293 précité. Le ventilateur 4 est constitué de quatre pales ou déflecteurs 9 analogues aux pales 7 mais plus fortement inclinés sur l'horizontale, d'un angle D supérieur à a. Il s'inscrit, vu suivant l'axe X-X, dans le même périmètre que le ventilateur 3, de sorte que la hauteur verticale de chaque pale 9 est supérieure à celle de chaque pale 7. Les pointes supérieures des pales 9 sont reliées chacune à un point inférieur du losange d'une pale 7 correspondante par une mince zone de liaison 10. Par suite, vis-à-vis du flux de gaz ascendant, le ventilateur 4 a un effet de mise en rotation, et donc de brassage, positif mais inférieur à celui du ventilateur 3, et dirigé dans le même sens, qui est le sens antihoraire dans l'exemple représenté. Le ventilateur 5 est constitué de quatre pales ou déflecteurs 11 verticaux de forme rectangulaire, à bord inférieur 12 horizontal et à bord supérieur 13 évidé en V. Les pointes des V sont reliées aux pointes inférieures des pales 9 respectives par une mince zone de liaison 14. Ainsi, le ventilateur 5 a un effet de mise en rotation nul. Le tronçon 1 se répète un grand nombre de fois sur toute la section du pack 2. Le diamètre de ce tronçon est typiquement compris entre 1 et 4 cm. Le pack 2 peut être autonome et muni d'un cerclage cylindrique éventuellement pourvu dans son bord supérieur de plusieurs fentes verticales pour définir une balayette d'étanchéité relative adaptée pour coopérer avec la paroi intérieure de la colonne, comme connu en soi. Si le diamètre de la colonne est grand, on peut réaliser le pack par briques assemblées in situ, également comme connu en soi. Le pack 2, dans tous les cas, comporte donc à sa base une couche sans effet de brassage constitué des ventilateurs 5, puis une couche intermédiaire constituée des ventilateurs 4, à faible effet de brassage, puis une pluralité de couches de ventilateurs 3 courants à fort effet de brassage. De préférence, la zone d'extrémité supérieure du pack est constituée par une zone de transition identique à la zone 6 mais retournée. Les autres packs de la colonne sont constitués de la même manière. Ainsi, le gaz montant dans la colonne, mis en rotation intense au sein d'un pack 2 par les ventilateurs 3, voit sa rotation ralentie au passage des ventilateurs 4, puis stoppée au passage des ventilateurs 5. Il sort donc du pack sensiblement verticalement, et pénètre dans les ventilateurs 5 du pack supérieur sans changer de direction. Puis il est mis en rotation lente par les ventilateurs 4 de ce pack supérieur, puis en rotation intense par les ventilateurs 3. La perte de charge au passage d'un pack au suivant est ainsi pratiquement éliminée, de même par conséquent que l'engorgement prématuré de la région inférieure des packs. Au total, on obtient un gain à la fois sur la perte de charge totale de la colonne et sur la capacité de traitement de celle-ci. La Figure 2 représente une variante 2A du pack dans lequel les pales 7A et 9A sont dépourvues de la pointe inférieure telle que 8. De plus, l'augmentation d'inclinaison des pales 9A est obtenue par pliage de ces pales le long d'une ligne diagonale 15 d'orientation voisine de l'horizontale. Chaque pale 9A comporte ainsi une partie supérieure triangulaire 16 d'inclinaison a et une partie inférieure triangulaire 17 d'inclinaison P supérieure à a. Les ventilateurs inférieurs 5A sont identiques aux ventilateurs 5 de la Figure 1, avec quatre pales 11A verticales. En variante, les pales 9A peuvent être au moins partiellement courbes pour définir l'inclinaison accrue de leur partie inférieure. La Figure 3 représente une bande plane 18 de tôle mince destinée à la réalisation du pack 2 de la Figure 1. Cette bande est découpée ou perforée de manière à ne conserver que les pales 7, 9 et 11. En suivant le bord de gauche de ces pales, on définit un grand nombre de lignes de pliage brisées telles que 19, avec, pour chacune de ces lignes, un premier coude au point de liaison 10 et un second coude au point de liaison 14. La bande 18 est pliée en accordéon autour des lignes 19, ce qui conduit, en vue de face, à la configuration de la Figure 4. Le pack 2 est constitué d'une pluralité de bandes 18 ainsi obtenues, disposées chacune dans un plan général vertical, retournées alternativement autour d'un axe vertical et empilées avec alignement et interpénétration des pales de façon à constituer les ventilateurs 3, 4 et 5. Ainsi, sur la Figure 1, pour chaque ventilateur, les deux pales situées au premier plan appartiennent à une première bande 18 et celles situées au second plan appartiennent à une seconde bande 18. De même, les Figures 5 et 6 représentent une bande 18A découpée de manière à ne conserver que les pales 7A, 9A et 11A de la Figure 2. Le pliage en accordéon est analogue au précédent, mais avec en plus, à chaque pas de pliage le long d'une ligne brisée 19A, un pliage supplémentaire le long de la diagonale 15, initialement horizontale, de la pale 9A adjacente. Comme on le comprend, la zone d'extrémité axiale supérieure et/ou inférieure des packs à brassage progressif peut comporter tout nombre approprié de couches, et, dans cette zone, l'intensité du brassage peut être modifiée soit d'une couche à la suivante, soit d'un groupe de couches à un autre groupe de couches. REVENDICATIONS 1. Module de garnissage, du type comprenant un ensemble de déflecteurs (7, 9, 11; 7A, 9A, 11A) qui définissent un ensemble de couches horizontales de ventilateurs fixes (3, 4, 5) de brassage, caractérisé en ce que dans au moins une zone d'extrémité axiale (6) du module (2), les déflecteurs (9, 11; 9A, 11A) constituent des déflecteurs de transition définissant au moins une couche de ventilateurs fixes de transition (4, 5) dont l'effet de brassage est réduit par rapport à celui des ventilateurs courants (3) des couches situées dans la partie courante du module. 2. Module de garnissage suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une couche de ventilateurs de transition (4) a un effet de brassage positif. 3. Module de garnissage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que, dans ladite zone d'extrémité (6), les déflecteurs de transition (9, 11; 9A, 11A) définissent plusieurs couches de ventilateurs fixes de transition (4, 5) dont l'effet de brassage est progressivement réduit d'une couche à l'autre en allant vers la tranche d'extrémité du module. 4. Module de garnissage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite zone d'extrémité (6) comporte une couche d'extrémité (5) à effet de brassage nul. 5. Module de garnissage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les déflecteurs (7, 9, 11) sont plans et, dans ladite zone d'extrémité (6), sont plus fortement inclinés sur l'horizontale. 6. Module de garnissage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que des déflecteurs de transition (9A) comportent une partie (17) côté extérieur du module plus fortement inclinée sur l'horizontale que leur partie (16) côté intérieur du module. 7. Module de garnissage suivant la revendication 6, caractérisé en ce que des déflecteurs de transition (9A) présentent une ligne de pliage intermédiaire (15) entre lesdites parties (16 et 17). 8. Module de garnissage suivant la revendication 6, caractérisé en ce que des déflecteurs de transition présentent au moins une partie courbe. 9. Bande plane découpée de matière en feuille, notamment en tôle mince, destinée à être pliée et/ou cintrée, vrillée ou emboutie, puis juxtaposée à d'autres bandes analogues à plan général sensiblement vertical, retournées alternativement, pour constituer un module de garnissage (2; 2A) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, du type définissant une pluralité de rangées horizontales de déflecteurs (7, 9, 11; 7A, 9A, 11A), caractérisée en ce que, dans au moins une zone marginale de la bande (18; 18A), les déflecteurs ont une configuration différente de celle des déflecteurs courants (7; 7A), définissant lesdits déflecteurs de transition (9, 11; 9A, 11A). 10. Bande suivant la revendication 9, caractérisée en ce que les bords situés d'un même côté des déflecteurs courants (7; 7A) et des déflecteurs de transition (9, 11; 9A, 11A) définissent des lignes de pliage (19; 19A) dont l'angle par rapport à la direction longitudinale de la bande (18; 18A) est augmenté dans ladite région marginale de la bande. 11. Bande suivant la revendication 10, caractérisée en ce que lesdites lignes de pliage (19; 19A) forment une ligne brisée. 12. Procédé de fabrication d'un module (2; 2A) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on plie et/ou on cintre, vrille ou emboutit une série de bandes planes découpées suivant l'une quelconque des revendications 9 à 11, de façon à former une structure en accordéon, on dispose les bandes dans des plans parallèles en les retournant alternativement, et on les empile en alignant les déflecteurs correspondants (7, 9, 11; 7A, 9A, 11A) pour former les ventilateurs (3, 4, 5). 13. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'on forme les structures en accordéon par pliage des bandes (18; 18A) le long des lignes de pliage (19;19A) définies par les bords situés d'un même côté des déflecteurs courant (7; 7A) et des déflecteurs de transition (9, 11; 9A, 11A). 14. Appareil de traitement de fluide(s), caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de modules de garnissage (2; 2A) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8. 15. Appareil suivant la revendication 14, caractérisé en ce que les modules sont décalés angulairement d'un module au suivant autour de l'axe central de l'appareil. 16. Appareil suivant la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce qu'il constitue une colonne d'échange de matière et/ou de chaleur, notamment de séparation d'un mélange de gaz et en particulier une colonne de distillation d'air.