Brevet FR2876441A1 — publié le 20060414

CONDENSEUR DE VAPEUR A PLAQUES SOUDEES NOTAMMENT POUR TOUR DE CONDENSATION ET DE DECANTATION L'invention se rattache au secteur technique des condenseurs et tours de condensation et de décantation utilisés en chimie fine. L'environnement technologique de l'invention est le suivant. Les unités de production de chimie fine sont de plus en plus complexes et sophistiquées. Parallèlement, le temps alloué pour la mise sur le marché d'un nouveau produit est de plus en plus réduit, pour des raisons de rentabilité. Les industriels de la chimie fine ont donc mis en oeuvre, depuis quelques décennies, une stratégie d'unités polyvalentes et non plus d'unités dédiées à une production comme par le passé. Cette stratégie répond aux deux contraintes énoncées ci-dessus: elle permet de limiter le montant des investissements, et de fabriquer très rapidement de nouveaux produits dans les unités existantes. Cette politique conduit ainsi à produire successivement des produits différents dans les mêmes unités. Une des contraintes principales de cette stratégie est la nécessité de nettoyer parfaitement l'installation entre chaque produit, afin d'éviter toute pollution d'un produit par des traces du produit précédent qui serait resté dans l'installation. Des équipements spécifiques, tels que des buses de nettoyage placées dans le circuit peuvent faciliter ces opérations de nettoyage. Par contre, leur nombre peut devenir très important dans une unité classique, ce qui augmente la complexité et le coût d'installation. De plus, elles peuvent elles-mêmes, dans certains cas, créer des zones de rétention difficiles à nettoyer, et elles ne peuvent nettoyer que des unités spécialement étudiées et conçues à cet effet. 2876441 2 Pour remédier à ces inconvénients, le demandeur a lui-même apporté un progrès dans l'aménagement des tours de condensation et décantation, qui a fait l'objet du brevet FR n 2.780.493. Ainsi, la tour permet, en effet, de regrouper plusieurs fonctions en un seul appareil, ce qui limite le nombre des tuyauteries de liaison, et facilite ainsi le nettoyage de l'installation. Des buses de nettoyage (jusqu'à quatre ou cinq) sont parfois installées sur une tour pour en faciliter le nettoyage. Cependant, en pratique, on a constaté que la partie condensation incluant un condenseur primaire constitué d'un faisceau de plaques et un condenseur secondaire dit piège se prêtait difficilement à un nettoyage totalement efficace. Si l'on considère une tour de condensation et décantation de type connue correspondant, par exemple, à l'enseignement du brevet précité, il est nécessaire de guider les gaz à condenser afin qu'ils circulent à travers les deux faisceaux d'échange précités et empêchent qu'ils s'écoulent dans l'enceinte ou virole réceptrice et ce directement entre l'entrée et la sortie. Ce guidage peut être réalisé, selon la figure 1, par un habillage presque complet des faisceaux, seules les parties inférieures étant libres, ou selon la figure 2, par un habillage partiel avec mise en place de disques et chicanes permettant d'obtenir l'effet désiré. Dans les deux cas, les boîtes d'arrivée et de retour des fluides de refroidissement sont situées en partie haute des faisceaux. Dans cette configuration, la position des boîtes d'entrée et de sortie des fluides de refroidissement, ainsi que l'habillage autour des faisceaux, ne permet pas un nettoyage totalement efficace de l'intérieur des plaques. Des buses placées en A et B ne permettent que de nettoyer très partiellement les entrée et sortie de gaz. En effet, l'entrée des faisceaux provoque un effet de grille qui absorbe l'énergie cinétique du fluide de nettoyage et conduit, en pratique, à un film de liquide ruisselant le long des bords des plaques sans en atteindre le milieu. 2876441 3 Ainsi, les tours de type précité ne sont pas conçues et régénérées de manière satisfaisante par rapport au problème posé. Le demandeur a alors procédé à différentes recherches afin de tenter de répondre de manière satisfaisante à ce problème. Des solutions venant à l'esprit immédiatement ont été examinées afin d'obtenir une bonne efficacité de nettoyage. La première solution consistait à tourner les faisceaux d'échange de façon à ce que les boîtes d'entrée et de sortie des fluides de refroidissement soient verticales, et de faire entrer les gaz à condenser par le fond supérieur. Cette possibilité n'est pas réalisable en pratique, car elle augmente sensiblement l'encombrement de la tour (figure 3B) avec une distance d'encombrement (dl) importante. Une autre possibilité consistait à tourner les faisceaux d'échange de la même façon que ci-dessus, et de placer les faisceaux en dessous de l'arrivée des gaz. Là aussi, cet arrangement conduit à une augmentation sensible de la tour, généralement incompatible avec la place disponible (figures 4A, 4B). De plus, la réalisation pratique des soudures d'assemblage est très difficile, voire impossible dans les règles de l'art. En outre, la conception actuelle des fourreaux de guidage ne permet pas une conception parfaitement nettoyable (présence de zones de rétention). Ainsi, il apparaît que les solutions immédiatement perceptibles ne répondent pas de manière satisfaisante au problème posé. La démarche du demandeur s'est donc orientée différemment par un reexamen complet du concept même des condenseurs et de leur intégration dans les tours de condensation et décantation. 2876441 4 Les recherches effectuées dans ce sens ont abouti à une solution technique originale permettant un parfait nettoyage des condenseurs et de la tour les recevant, avec un encombrement minimum. Ainsi, selon une première caractéristique de l'invention, le condenseur à plaques soudées est remarquable en ce qu'il comprend un faisceau de plaques soudées caractérisé en ce que lesdites plaques des condenseurs sont disposées verticalement, et l'une des faces verticales reçoit des boîtes de collectage d'entrée et sortie du fluide de refroidissement, et en ce que l'ensemble est disposé verticalement dans la calandre d'une tour de condensation décantation en laissant libre d'accès les parties supérieure et inférieure du faisceau de plaques. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la suite de la description. Pour fixer l'objet de l'invention illustrée d'une manière non limitative aux figures des dessins où : - les figures 1 et 2 sont des vues à caractère schématique illustrant l'état de l'art. - les figures 3A, 3B, 4A, 4B sont des vues à caractère schématique explicitant des solutions initialement envisagées par le demandeur pour répondre au problème posé. - la figure 5A est une vue à caractère schématique présentant le concept de l'invention du condenseur intégré dans la calandre ou virole de la tour de condensation-décantation, - la figure 5B est une vue de côté, selon la figure 5A. - la figure 6A est une vue à caractère schématique selon la figure 5A mais dans une position à 90 . la figure 6B est une vue de dessus selon la figure 6A. la figure 7 est une vue à caractère schématique illustrant avant montage les deux condenseurs munis des boîtes de collecte avant introduction dans la calandre. Cette vue est partiellement éclatée pour illustrer la partie intérieure de la calandre. - la figure 8 est une vue à caractère schématique illustrant l'introduction des condenseurs dans la calandre. Cette vue est partiellement éclatée pour illustrer le montage des condenseurs. - la figure 9 est une vue de dessus de la calandre accueillant les condenseurs avant introduction de ceux-ci. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative illustrée aux figures des dessins. La calandre de la tour de condensation et décantation est référencée dans son ensemble par (1). La calandre est aménagée pour recevoir intérieurement deux condenseurs (2 3), l'un (2) étant dit primaire, l'autre (3) étant dit secondaire ou piège. Selon l'invention, les deux condenseurs (2 3) sont conçus de manière identique, seuls changent leurs dimensions et volume d'utilisation se différenciant par leur fonction et conditions d'utilisation. Ainsi, le condenseur primaire est établi à partir d'un faisceau de plaques (4) rectangulaires soudées entre elles à au moins une extrémité en constituant un bloc homogène. Sur l'une des faces verticales du condenseur sont rapportées et fixées, de toute manière appropriée, des boîtes de collectage (5 6) d'entrée et de sortie du fluide de refroidissement établie dans la hauteur des condenseurs (2-3). En variante, les plaques constitutives dudit faisceau peuvent être soudées entre elles à deux 2876441 6 extrémités, les boîtes de collectage de fluide de refroidissement étant fixées de chaque côté des plaques. Les boîtes de collectage (5 6) de fluide de refroidissement ont une configuration parallélépipédique en s'adaptant audit faisceau de telle sorte que l'ensemble pourra être disposé dans l'enceinte cylindrique de la calandre, le long d'un ou des deux côtés verticaux du condenseur. L'ensemble est ainsi centré et parfaitement tenu dans le volume V1 défini dans la calandre. Le second condenseur (3) constitué d'une manière identique reçoit lui aussi une ou des boîtes de collectage et l'ensemble est positionné verticalement dans la calandre précitée selon un volume déterminé V2. Les deux condenseurs sont séparés l'un de l'autre par une paroi de séparation (7) verticale parallèle aux plaques des deux faisceaux des condenseurs précités. La plaque de séparation (7) profilée dans sa partie supérieure peut être bombée et est soudée sur le fond supérieur (8) bombé complémentaire qui obstrue la partie supérieure bombée de la calandre en contrôlant ainsi le sens de circulation du fluide introduit dans l'enceinte et en évitant de l'acheminer directement vers le condenseur secondaire. Ceci est obtenu par un aménagement spécifique du cylindre et des condenseurs précités. Ainsi qu'il apparaît, en particulier figure 6 des dessins, les parties supérieure et inférieure des faisceaux des plaques des deux condenseurs sont dégagées de tout obstacle et parfaitement accessibles. Le fluide et en particulier le gaz à condenser est dirigé vers le premier condenseur à travers une entrée (9) par toute canalisation appropriée. Dans la partie basse de la calandre, et dans le volume inférieur où se situe le condenseur primaire, est disposé un profil (10) en forme de chicane à pan incliné (l0a) permettant toute évacuation et évitant toute rétention de fluide. Cette forme en chicane se prolonge par une partie verticale (10b) parallèle aux plaques en regard du faisceau dudit condenseur primaire en laissant un espace ou intervalle (e) de 2876441 7 sorte que le liquide condensé pourra s'écouler librement, et que la quantité de fluide tel que gaz, à cet endroit, soit efficacement condensée par les plaques en regard du condenseur. Par ailleurs, afin de canaliser parfaitement le fluide à condenser, des plaques séparatrices complémentaires (11 12) sont disposées sur les deux autres côtés de chacun des faisceaux de plaques du condenseur de manière à obtenir, comme représenté figure 6B, une sorte de chemisage. Lesdites plaques (ll 12) ont une configuration particulière complémentaire avec une partie sensiblement légèrement inclinée par rapport à l'horizontal (11 a 12a) de façon à éliminer toute rétention de liquide condensé, et se prolonge par une partie verticale (1 lb 12b) entourant le faisceau de plaques de chacun des condenseurs. Ainsi qu'il apparaît à ladite figure 6B, l'ensemble des plaques (7 10 11 12), formant chemisage, entoure les condenseurs d'une manière hermétique et oblige le fluide à traverser le condenseur de haut en bas sans perte de surface d'échange. La configuration desdites plaques (7 10 1l 12) est telle qu'il n'y a pas de zones et parois horizontales et il n'y a pas de rétention de fluide. La liaison desdites plaques s'effectue par rapport au fond supérieur de l'enceinte de la calandre par tous moyens appropriés tels que soudure. On obtient ainsi un aménagement spécifique facile à mettre en place dans l'enceinte. La liaison desdites plaques sur le fond supérieur s'effectue préalablement au montage optimisant ainsi la mise en oeuvre de l'invention. A titre complémentaire, l'opération de liaison par soudure ou autre du fond supérieur de l'enceinte s'effectue sans gêne ni difficulté et laisse une accessibilité totale de la partie interne de la soudure de liaison entre ledit fond et l'enceinte pour une protection gazeuse efficace devant le soudage et un examen radiographique aisé de la soudure. 2876441 8 La nouvelle conception des condenseurs associés aux boîtes de collectage de fluide de refroidissement et leur mise en place dans l'enceinte de la tour de condensation répond au problème posé. L'ensemble est facilement nettoyable avec la mise en place de plusieurs buses de nettoyage à partir du fond supérieur bombé de l'enceinte. Le liquide de nettoyage projeté par les buses permet d'impliquer l'ensemble de la surface du chemisage entourant chaque condenseur mais aussi les parois des chambres intérieures définies par les volumes (V 1 V2) récepteurs des condenseurs. Le positionnement vertical de ceux-ci va entraîner un ruissellement du liquide de nettoyage et une collecte par la partie basse en fond du calandre. La solution apportée est particulièrement satisfaisante, répond à l'exigence de nettoyage requise initialement, mais aussi permet une reconsidération de l'aménagement de la calandre des tours de condensation décantation avec un montage aisé et une accessibilité améliorée des zones de soudure. Par ailleurs, un hublot de visualisation, placé sur le fond supérieur de la calandre, permet, si besoin est, de s'assurer de la parfaite propreté de l'ensemble, sans démontage de la tour de condensation décantation. 9 REVENDICATIONS - 1- Condenseur de vapeur à plaques soudées du type comprenant un faisceau de plaques soudées caractérisé en ce que lesdites plaques des condenseurs (2-3) sont disposées verticalement, et l'une des faces verticales reçoit des boîtes de collectage (5, 6) d'entrée et sortie du fluide de refroidissement, et en ce que l'ensemble est disposé verticalement dans la calandre (1) d'une tour de condensation décantation en laissant libre d'accès les parties supérieure et inférieure du faisceau de plaques. - 2- Condenseur, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'autour du condenseur un chemisage est défini par une pluralité de plaques (7, 10, 11, 12) disposées à partir de la calandre d'une tour de condensation décantation. - 3- Tour de condensation décantation du type incluant un condenseur primaire et un condenseur secondaire, lesdits condenseurs étant conçus selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisée en ce que la calandre de la tour est aménagée pour recevoir deux condenseurs disposés verticalement en définissant deux volumes (V l V2) indépendants et séparés par une plaque de séparation (7) profilée, solidarisée au fond supérieur de la calandre, et en ce que des plaques séparatrices complémentaires (11 12) sont disposées à partir du fond supérieur de la calandre sur deux opposés de chacun des faisceaux des plaques des condenseurs, 2876441 10 et en ce que un profil (10) en forme de chicane est disposé à partir du fond supérieur de la calandre pour entourer le quatrième côté de chaque condenseur. -4- Tour, selon la revendication 3, caractérisé en ce que les plaques (11 12) ont une partie sensiblement inclinée par rapport à l'horizontal (1 la 12a) se prolongeant par une partie verticale (1lb 12b). - 5- Tour, selon la revendication 3, caractérisée en ce que dans la partie basse de la calandre est disposé un profil (10) en forme de chicane à pan incliné (l0a) se prolongeant par une partie verticale (10b) parallèle aux plaques en regard du faisceau du condenseur et laissant un espace (e) pour le passage du fluide condensé. -6- Tour, selon la revendication 3, caractérisée en ce que le fluide à condenser est introduit par une entrée (9) formée sur la calandre en regard du premier condenseur. - 7- Tour, selon la revendication 3, caractérisée en ce que le fond supérieur de la calandre reçoit des buses de projection d'un liquide de nettoyage. - 8- Tour, selon la revendication 3, caractérisée en ce que le fond supérieur de la calandre est bombé et les plaques (7 10 11 12) sont disposées et fixées verticalement par soudure. - 9- Tour, selon la revendication 3, caractérisée en ce que les plaques (7 10 11 12) sont disposées et fixées verticalement par soudure. 2876441 11 -10- Tour, selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'un hublot de visualisation est placé sur le fond supérieur de la calandre.