Brevet FR2827527A1 — publié le 20030124

La présente invention concerne un module ou pack d'interface pour la zone d'interface entre deux modules de garnissage ondulé-croisé, du type comprenant une structure de caillebotis ouvert, qui s'étend à l'état monté entre les deux modules de garnissage, les ouvertures de la structure s'étendant sensiblement dans la direction générale de circulation de fluide, la structure de caillebotis étant fabriquée à partir d'une matière en feuille, notamment des bandes en tôle. 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 séparant de mélanges gazeux, notamment les colonnes de distillation d'air. On connaît dans l'état de la technique des installations de distillation d'air comprenant des modules de garnissage ondulé-croisé. Les modules ou packs comprennent des tôles ondulées disposées parallèlement, tôles dont les ondulations sont obliques par rapport à une direction générale de circulation de fluide dans l'installation, et inclinées alternativement, généralement croisées de 900, d'une tôle à l'autre. Les modules de garnissage sont enfilés dans la colonne de distillation de façon à ce que les tôles d'un module sont décalées angulairement par rapport aux tôles d'un module adjacent autour de l'axe de la colonne, généralement de 900 d'un module à l'autre. Pendant l'utilisation, le gaz est contraint de changer de direction selon un tel angle pour passer d'un module à l'autre, avec une perte'de charge correspondante à cet emplacement. Cette perte de charge provoque une accumulation de liquide dans la zone inférieure du module supérieur et un engorgement de la colonne à cet emplacement, tandis que la partie centrale des modules n'a pas encore atteint son point d'engorgement. Ce phénomène diminue la capacité de traitement de la colonne. Afin de réduire cet effet, on a proposé dans l'état de la technique d'interposer des modules d'interface entre deux modules de garnissage, modules d'interface qui présentent une structure de caillebotis ouvert, dont les parois s'étendent sensiblement dans la direction de circulation générale du fluide. Un tel caillebotis est décrit par exemple dans le WO-A-97/16 247. Ce caillebotis est en forme de grille dont les parois sont disposées perpendiculaires les unes aux autres. Un tel caillebotis est difficile à fabriquer à partir de produits demi-finis, comme par exemple des bandes en tôle. L'invention a pour but de proposer un module d'interface qui soit facile à fabriquer. A cet effet, l'invention a pour objet un module d'interface du type précité, caractérisé en ce que la structure de caillebotis comprend une alternance d'une bande sensiblement lisse et d'une bande ondulée appliquées l'une sur l'autre et dont la direction générale d'ondulation est sensiblement ladite direction générale de circulation. Suivant des modes particuliers de réalisation, l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - au moins une des bandes comporte une perforation - le bord inférieur d'au moins une des bandes est crénelé ; - le module comprend un cerclage périphérique - le cerclage est disposé verticalement, à l'état monté, et comporte sur son côté supérieur une balayette périphérique comprenant des languettes d'étanchéité relative ; - le module comprend un empilement desdites bandes remplissant sensiblement la section transversale du récipient dans lequel il est installé, chaque bande présentant un plan général vertical ; - le module est constitué d'éléments d'interface sensiblement rectangulaires disposés l'un contre l'autre, remplissant sensiblement la section transversale du récipient dans lequel il est installé ; - les éléments d'interface sont reliés au module sous-jacent par des clous, à l'état monté ; - le module comprend une partie enroulée constituée d'une bande ondulée et d'une bande sensiblement lisse, enroulées ensemble en forme de spirale ; - le module comprend un moyeu comportant un empilement de bandes ondulées et de bandes lisses ayant chacune un plan général vertical, la partie enroulée étant enroulée autour de ce moyeu ; - le module comporte un ensemble de briques dont chacune des briques comprend un empilage de plusieurs segments de bandes ondulées et de plusieurs bandes lisses ; et - les briques sont reliées les unes aux autres par des clous. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un module d'interface précité, caractérisé en ce qu'on plie et/ou on cintre une série de bandes planes de matière en feuille, notamment en tôle mince, de façon à former une structure en accordéon, on dispose alternativement une bande plane et une bande en accordéon dans des plans généralement parallèles, et on les empile pour former une structure de caillebotis. L'invention a également pour objet un appareil de traitement de fluide (s) comprenant au moins un module d'interface tel que défini plus haut, interposé entre deux modules de garnissage. Les bandes des modules d'interface peuvent être décalés angulairement par rapport aux bandes des modules adjacentes 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. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la Figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une colonne comprenant des modules selon l'invention ; - la Figure 2 est une vue en perspective d'une partie des modules de la Figure 1 ; - la Figure 3 est une vue en perspective d'un module d'interface selon l'invention ; - la Figure 4 est une vue de dessus d'une variante d'un module d'interface de la Figure 3 ; - la Figure 5 est une vue de dessus d'un deuxième mode de réalisation d'un module d'interface selon l'invention. Sur la Figure 1, on a représenté une colonne d'échange de matière 2. La colonne 2 comprend, à son extrémité supérieure 4, une entrée de liquide 6 ainsi qu'une sortie de vapeur 8. A son extrémité inférieure 10 elle comprend une entrée de vapeur 12 et une sortie de liquide 14. Une pluralité de modules de garnissage 16 est disposée dans la colonne 2. Un support 18 maintient les modules de garnissage 16. Chaque module de garnissage 16 comprend une multitude de bandes ondulées 20 comprenant des ondulations parallèles 22 (voir Fig. 2). Les bandes sont disposées chacune parallèlement à une direction générale D de circulation de fluide dans la colonne 2, à savoir verticalement, et les unes contre les autres. Les ondulations 22 s'étendent obliquement par rapport à l'axe vertical de la colonne 2. Les ondulations 22 d'une bande sont décalées angulairement de 900 par rapport aux ondulations 22 des bandes voisines, c'est à dire qu'elles sont inclinées alternativement à 450 dans un sens et dans l'autre d'une bande à l'autre. Des modules d'interface 30 sont interposés entre les modules de garnissage 16. En se référant aux Figures 2 et 3, on voit que le module d'interface 30 comprend une structure de caillebotis ouvert 32 fabriquée à partir d'une alternance d'une bande ondulée 34 et d'une bande sensiblement lisse 36. Les ondulations des bandes ondulées 34 s'étendent verticalement, à l'état monté du module d'interface 30. La structure de caillebotis 32 remplit, à l'état monté, sensiblement la section transversale de la colonne 2. La partie inférieure 38 des bandes 34,36 est crénelée afin de créer des points bas qui aident à la formation des gouttes de liquide et évitent ainsi que le liquide soit collecté par capillarité sur l'arête inférieure des bandes 34,36. Il est à noter que le diamètre hydraulique des canaux verticaux 40 formés par les bandes 34,36 de ce module d'interface 30 est du même ordre que le diamètre hydraulique du garnissage ondulé-croisé 16 avec lequel il est utilisé. Le module d'interface 30 est cerclé par une bande de cerclage 42 en tôle qui maintient les bandes ondulées 34 et les bandes lisses par serrage. La bande de cerclage 42 comporte des balayettes 44 sur sa partie supérieure afin d'assurer une étanchéité relative de la circonférence de la surface de contact de cette bande 42 avec la virole V de la colonne. Ces balayettes sont réalisées au moyen d'une série de fentes verticales 45 partant du bord supérieur de la bande 42, qui définissent autant de languettes 45A légèrement repliées vers l'extérieur (Fig. 1 et 3 à vérifier). En outre, les bandes peuvent comporter une perforation de par exemple 10%, comme cela est connu. Pendant le fonctionnement, le module d'interface 30 permet de réduire sensiblement la perte de charge due au changement de direction induit aux zones d'interface entre deux modules de garnissage 16. Le module d'interface 30 est fabriqué de la façon suivante : On fabrique en continu une bande ondulée en tôle 34 à partir d'une bande plate en utilisant un outil de pliage classique. Puis on découpe des segments de bande ondulée 34/ de bande lisse 36 aux longueurs nécessaires pour réaliser le module d'interface 30. Ensuite, on empile les segments obtenus en alternant une bande ondulée 34 et une bande lisse 36, et on entoure l'ensemble par la bande de cerclage 42. Enfin, on relie les extrémités de la bande de cerclage 42 par exemple par soudage de façon à ce que les bandes 34,36 soient maintenues par serrage. On constate que la fabrication du module d'interface 30 est facile et peut être effectuée à une cadence élevée grâce à la fabrication en continu de la bande ondulée 34. Sur la Figure 4, on a représenté une variante d'un module d'interface 30 selon l'invention. Ce module comporte un moyeu 50 constitué d'une alternance de bandes lisses 36 et de bandes ondulées 34 analogues au module d'interface 30 représenté sur la Figure 3. Il comporte en outre une partie enroulée 52, constituée d'une bande ondulée 34 et d'une bande lisse 36. Cette partie 52 est enroulée en forme de spirale autour du moyeu 50. Le module 50 est également entouré d'une bande de cerclage 42. En variante, le moyeu 50 peut être supprimé et la section transversale du module d'interface 50 peut être emplie complètement par la partie enroulée 52. Cette variante est particulièrement avantageuse étant donné que l'ensemble bande ondulée 34/bande lisse 36 peut être simplement enroulé, ce qui est moins coûteux que d'empiler des segments de bande ondulée/bande lisse. Sur la Figure 5, on a représenté un deuxième mode de réalisation d'un module d'interface selon l'invention. Ce module d'interface 60 est utilisé pour des colonnes de grand diamètre. Le module d'interface 60 est constitué d'une pluralité d'éléments d'interface 62 ou briques sensiblement parallélépipédiques disposés les uns contre les autres. Chaque élément d'interface 62 comprend un empilage de plusieurs segments 64 de bandes ondulées 34 et de plusieurs bandes lisses 36. Les segments sont reliés par exemple par des clous horizontaux. Les éléments d'interface 62 sont fixées sur le module de garnissage 16 sous-jacent par des clous verticaux. Lors de l'assemblage, les côtés des éléments d'interface 62 qui s'appliquent contre la virole V de la colonne 2 sont découpés selon la forme de celles-ci. REVENDICATIONS 1. Module d'interface (30 ; 60) pour la zone d'interface entre deux modules de garnissage ondulé-croisé (16), du type comprenant une structure de caillebotis ouvert (32), qui s'étend à l'état monté entre les deux modules de garnissage (16), les ouvertures de la structure (32) s'étendant sensiblement dans la direction générale de circulation de fluide (D), la structure de caillebotis (32) étant fabriquée à partir d'une matière en feuille, notamment des bandes en tôle, caractérisé en ce que la structure de caillebotis (32) comprend une alternance d'une bande sensiblement lisse (36) et d'une bande ondulée (34) appliquées l'une sur l'autre et dont la direction générale d'ondulation est sensiblement ladite direction générale de circulation. 2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une des bandes (34,36) comporte une perforation. 3. Module selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bord inférieur (38) d'au moins une des bandes (34,36) est crénelé. 4. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un cerclage périphérique (42 ; 66). 5. Module selon la revendication 4, caractérisé en ce que le cerclage (42,66) est disposé verticalement, à l'état monté, et comporte sur son côté supérieur une balayette périphérique (44) comprenant des languettes d'étanchéité relative (45A). 6. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un empilement desdites bandes (34,36) remplissant sensiblement la section transversale du récipient (2) dans lequel il est installé, chaque bande (34,36) présentant un plan général vertical. 7. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est constitué d'éléments d'interface (62) sensiblement rectangulaires disposés l'un contre l'autre, remplissant sensiblement la section transversale du récipient (2) dans lequel il est installé. 8. Module selon la revendication 7, caractérisé en ce que les éléments d'interface (62) sont reliés au module (16) sous-jacent par des clous, à l'état monté. 9. Module selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une partie enroulée (52) constituée d'une bande ondulée (34) et d'une bande sensiblement lisse (36), enroulées ensemble en forme de spirale. 10. Module selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un moyeu (50) comportant un empilement de bandes ondulées (34) et de bandes lisses (36) ayant chacune un plan général vertical, la partie enroulée (52) étant enroulée autour de ce moyeu (50). 11. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de briques (62) dont chacune des briques comprend un empilage de plusieurs segments (64) de bandes ondulées (34) et de plusieurs bandes lisses (36). 12. Module selon la revendication 11, caractérisé en ce que les briques sont reliées les unes aux autres par des clous. 13. Procédé de fabrication d'un module suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'on plie et/ou on cintre une série de bandes planes de matière en feuille, notamment en tôle mince, de façon à former une structure en, accordéon (34), on dispose alternativement une bande plane (36) et une bande en accordéon (34) dans des plans généralement parallèles, et on les empile pour former une structure de caillebotis (32). 14. Appareil de traitement de fluide (s), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module d'interface (30 ; 60) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, interposé entre deux modules de garnissage (16). 15. Appareil suivant la revendication 14, caractérisé en ce que les bandes des modules d'interface (30 ; 60) sont décalées angulairement par rapport aux bandes des modules de garnissage (16) adjacents autour de l'axe central (X-X) de l'appareil (2). 16. Appareil suivant la revendication 14 ou la revendication 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.