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MATIERE POUR LES PROCEDES DE MISE DE CONTACT ET APPAREILS UTILISANT CETTE
MATIERE.
La présente invention est relative à un dispositif de mise en contact de liquides et de vapeurs et de liquides et de gaz, et elle est relative plus spécialement à un nouveau type de bourrage convenant pour des systèmes de mise en contact de vapeurs et de liquides et de liquides et de gaz, tels que les opérations suivantes : fractionnement, lavage, absorption, épuration, rectification, refroidissement, etc, dans lesquelles il est désirable de mettre en contact un liquide avec une matière gazéiforme, telle que des vapeurs ou des gaz.
Il est bien connu que, dans des colonnes habituelles de barbotage, les surfaces relativement petites entourant les chapeaux de barbotage sont les régions actives pour le contact entre les matières liquides et gazéiformes, et cet espace est petit, comparé à la section transversale totale de la tour.
En dépit de son rendement théorique faible, la tour de barbotage a cependant eu un large accueil à cause de la stabilité de son opération. De petites colonnes bourrées, dans lesquelles une masse de matières de contact, telles que des anneaux de Raschig, des Berl saddles, du coke broyé, de la laine de verre, etc, remplit sensiblement la colonne du haut en bas, ont une certaine utilité pour de petites installations mais doivent fonctionner sous des conditions réglées ou contrôlées de près. Lorsque le fractionnement est important, le fonctionnement des colonnes bourrées même pour des dimensions intermédiaires a été trouvé si critique que leur utilisation dans des installations industrielles est pratiquement impossible.
Un premier objet de la présente invention est, par conséquent, de procurer un procédé et un moyen pour mettre en contact une vapeur et des liquides, qui conviennent particulièrement pour de grandes opérations industrielles,
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et dans lesquels presque l'entièreté de la surface transversale d'une colonne donnée de grand diamètre est efficace comme région ou zone pour la mise en contact de larges gammes de charge liquide.
Un autre objet de la présente invention consiste à procurer un procédé et un moyen, dans lesquels il y a une distribution ou répartition uniforme de liquide et de matière gazéiforme sur toute la section transversale disponible d'une zone de contact. Un autre objet consiste à procurer un bourrage de contact qui contiendra une grande quantité de fluide distribué ou réparti, dans la tour, sans inondation. Un autre objet est de procurer un système de fractionnement, de rendement amélioré, grâce auquel la hauteur équivalant à un plateau théorique est grandement réduite. Un objet supplémentaire est de procurer un bourrage qui réalise une redistribution continue et uniforme du liquide sur la surface active de la colonne.
Un objet plus particulier de l'invention est de procurer un bourrage industriel qui puisse remplacer les chapeaux de barbotage et moyens similaires, dans une tour habituelle, dans le but d'augmenter le débit de vapeur et de liquide ou pour augmenter le rendement de fractionnement, ou les deux, alors qu'on opère avec un séjour de liquide réduit. Un autre objet est de permettre un fractionnement précis sous des conditions de vide élevé sans chute de pression excessive. Un objet supplémentaire est de procurer un bourrage qui soit durable et se soutenant sensiblement lui-même sur des hauteurs importantes.
Un autre objet encore est de procurer un bourrage qui soit efficace sur une large gamme de capacités, en procurant de ce fait un système de fractionnement de haute souplesse. Ces objets et d'autres apparaîtront de la description de l'invention qui sera donnée.
En général, ces objets et d'autres sont atteints en prévoyant des colonnes ou des tours bourrées avec des structures à mailles, ne formant pas film, superposées, d'une configuration et d'un agencement tels, dans la colonne, que le liquide suivra un trajet subdivisé de façon répétée latéralement et vers le bas, et qu'une matière gazéiforme suivra un trajet continu mais tortueux latéralement et vers le haut, qui est transversal au trajet du liquide dans les structures à mailles. D'une manière générale, le système com- prend une colonne qui contient une unité de bourrage foraminée, délimitant une série de vides ou cellules relativement symétriques délimités par les nattes ou claies adjacentes, et qui peuvent être prismatiques, cylindriques, tétraédriques, ou irréguliers.
Ces cellules sont délimitées par des couches multiples de structures à mailles ne formant pas film, dans lesquelles les éléments individuels consistent en fibres, brins ou torons, fils, éléments en rubans, etc.
Les unités ou claies de bourrage peuvent comprendre une série de feuilles ou surfaces, qui s'emboîtent les unes dans les autres, de toile métallique ou d'étoffe à mailles ouvertes, gaufrées ou ondulées à la forme désirée, la claie ayant une épaisseur suffisante pour mener une partie importante de la phase liquide vers le bas le long des filaments ou brins individuels dont elle est composée. De même, les feuilles immédiatement adjacentes de toiles à mailles ne formant pas film sont en relation de non-coïncidence ou en une relation issue du hasard, et la construction complète permet le passage non limité mais tortueux de vapeur à travers les interstices formés par les filaments des structures de toile, dans chaque unité formant claie.
De cette manière, une inondation de liquide est évitée, tout en obtenant le contact le meilleur au moyen d'un passage transversal de liquide et de vapeur dans la claie. Jusqu'ici, une telle uniformité de contact et une telle capacité ne pouvaient pas être obtenues à cause de l'antagonisme entre le courant de liquide et le courant de vapeur, se déplaçant en directions opposées, au lieu de transversalement comme prévu dans la présente invention.
Il est important qu'une distinction soit faite entre les structures à mailles fines qui permettent la formation d'un film continu de liquide entre les brins lorsqu'elles sont momentanément immergées dans un liquide ayant une tension de surface de l'ordre d'environ 25 à 75 degrés par centimètre, et des structures à mailles, ne formant pas film, qui n'entretiennent pas un tel
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film continu lorsqu'elles sont traitées de la même façon.
Dans la description ci-après, l'expression "structure à mailles ne formant pas film" sera utilisée pour distinguer le type de feuille foraminée ou matière poreuse, qui, lorsqu'elle est mouillée, maintient une maille ouverte pour le libre passage de vapeurs, d'avec les structures à mailles capillaires ou formant film de la technique antérieure, qui entretiennent un film continu de liquide sur la surface de la feuille, en empêchant un libre passage de vapeurs à travers celle- ci.
Des structures capillaires ou à mailles, formant film, compor- tent des distances relativement petites entre les filaments ou torons espacés, tandis que la structure à mailles ne formant pas film a une distance minimum beaucoup plus grande entre les éléments adjacents de la structure à mailles, par exemple, de 8 à 10 mm. C'est à la structure à mailles, ne formant pas film, que l'invention décrite s'intéresse.
Dans la fabrication des éléments de bourrage de la présente in- vention, on a gardé constamment certains objets fondamentaux en vue. Les mérites d'un crible à grandes mailles comme matériau de base pour un bourrage industriel sont multiples, à savoir, faible coût, perméabilité élevée aux gaz et rapport élevé de la surface conductrice de liquide à la surface totale. Une seule feuille d'un tel matériau est incapable de contrôler ou de diriger le passage de grands volumes de liquide le long de sa surface inclinée, et, par conséquent, un certain nombre de telles feuilles superposées sont requises pour donner le rapport désiré du dégouttement au passage total.
De simples feuilles de matériau à mailles ayant des ouvertures de dimensions capillaires conduiraient le liquide presque parfaitement sur leur surface inclinée, mais le bouchage des petits trous par le liquide est un désavantage que l'on veut éviter suivant la présente invention.
Une unité ou claie de bourrage peut consister en couches multiples de structures à mailles, ne formant pas film, se supportant d'elles-mê- mes, conformées pour procurer des surfaces inclinées aux limites supérieure et inférieure de la claie. Ces unités peuvent comprendre plus particulièrement une série d'éléments solidaires en 'accrochant, comprenant des filaments ou torons de métal, de matière plastique, etc. On préfère, cependant, utiliser suivant l'invention des feuilles de matières foraminées, telles que de la toile de quincaillerie, du crible métallique, des lattes de métal déployé, etc.
Les dimensions des trous est importante et, en général, les interstices devraient être compris entre 0,15 et 0,5 pouce pour des installations à grande échelle, mais d'autres stractures à mailles ayant des ouvertures plus grandes ou plus petites peuvent être utilisées pourvu que les ouvertures soient de dimensions plus grandes que celles qui soutiendraient un film continu du liquide.
A titre d'illustration, dans un procédé satisfaisant de fabrication des unités de bourrage de tour, suivant l'invention, une matière convenable foraminée ou semblable à un crible est choisie et pressée entre des matrices pour imprimer aux feuilles une série d'impressions semblables à des ondulations, ou sinueuses, permanentes, parallèles. Un certain nombre de feuilles, par exemple 3 à 25, sont alors emboîtées l'une dans l'autre et découpées à la forme de la tour comme, par exemple, au moyen d'une lime rotative ou'une meule de découpage à haute vitesse, pour former une seule unité de bourrage.
Le nombre requis de ces unités est fixé par la hauteur jusqu'à laquelle on désire remplir une tour, par l'amplitude ou hauteur perpendiculaire des ondulations imprimées dans le bourrage, et par l'épaisseur des unités de bourrage indivi- duelles.
Un matériau spécialement satisfaisant pour les structures à mailles individuelles est une feuille de métal déployé comportant des éléments solidaires semblables à des rubans.
Entre environ 3 et 15 couches de métal déployé peuvent être agencées en claies et maintenues ensemble par des dispositifs de fixation convenables, tels que des boulons, des liens métalliques, etc.,. Les claies peuvent être construites en tout métal convenable y compris l'acier, le nickel, le cui-
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vre, l'aluminium ou un autre métal ou un alliage, convenant spécialement pour l'opération de mise en contact visée. De même, la structure à mailles peut être revêtue ou peinte, si on le désire, pour la protéger contre la corrosion ou pour changer les caractéristiques de mouillage des torons individuels.
Une caractéristique essentielle de la présente invention est l'agencement des claies de mise en contact sous forme d'une série d'éléments onduleux se disposant horizontalement en travers de l'aire de passage de la tour. L'agencement préféré et convenant le mieux est celui dans lequel les sommets des ondulations d'une claie onduleuse sont disposés immédiatement en dessous des parties les plus basses ou creux de la claie voisine. Le dessin onduleux des claies de bourrage peut être obtenu convenablement en ondulant, en pressant, ou en ployant les structures à mailles individuelles pour produire des surfaces inclinées de façon opposée et alternée. Les structures conformées individuelles peuvent alors être assemblées pour produire une claie de l'épaisseur ou capacité désirée.
En conformant les claies de cette manière, le liquide peut s'écouler latéralement et vers le bas le long des filaments ou torons espacés de la claie, tout en permettant le passage transversal de matière gazéiforme à travers la claie.
Les unités de bourrage sont installées dans une tour horizontalement et, de préférence, avec les sommets des ondulations d'une unité, parallèles à et touchant la limite inférieure des creux de l'unité supérieure. De cette manière, des cellules sont créées entre les unités, et servent le but important de prévoir un espace pour un contact intime et un épanchement de liquide se déplaçant vers le bas, avec les gaz ou vapeurs se déplaçant vers le haut.
En cours de traitement, un liquide descendant pénètre partiellement les couches multiples de structures à mailles et tend à s'écouler vers le bas le long des filaments ou torons à l'intérieur de la structure à mailles à couches multiples. De cette manière, le trajet que suit le liquide qui s'écoule est très allongé. Des gaz ou des vapeurs se dirigeant vers le haut pénètrent en même temps les couches multiples de structures à mailles en forçant le liquide descendant à entrer en contact intime avec ces gaz ou vapeurs dans les structures à mailles aussi bien que dans les vides qui sont délimités par les couches multiples.
Dans le cas d'une tour convenablement chargée, les différentes phases du contact vapeur-liquide sont les suivantes : la vapeur balaie les filaments mouillés ; vapeur ramasse le liquide d'un filament et l'amène en contact contre un autre filament dans le parcours de la vapeur ; percement de la phase liquide par le courant de vapeur pour former des bulles; ébullition; formation d'écume, dispersion du liquide sous forme de gouttelettes vaporisées et de brouillard dans le courant de vapeur dans les compartiments à espaces vides ; etl'effet de suspension de l'entraînement des couches infé- rieures d'une structure à mailles.
Il est évident que tout bouillon et toutes gouttelettes dans les compartiments ou cellules à espaces libres du bourrage, qui augmentent de manière remarquable la surface de contact interfaciale, ne sont pas préjudiciales puisque l'entrainement est sensiblement supprimé à partir du courant de vapeur par les quelques couches inférieures du plateau voisin.
Ce déroulement donne lieu à une efficacité très élevée de mise en contact et, par conséquent, à un minimum de hauteur équivalant à un plateau théorique tout en maintenant-des conditions opératoires relativement stables. Les gaz ascendant ne doivent pas pénétrer dans des films soutenus continus de liquide, puisque le matériau à mailles est incapable de soutenir un tel film. De cette manière, la résistance au passage des gaz dans les unités de mise en contact est relativement faible. De même, les liquides descendants, bien qu'ils suivent un trajet tortueux, et puisqu'ils ne sont pas forcés de pénétrer par des ouvertures relativement petites, ne rencontrent qu'une petite résistance à leur passage et à leur réalisation de débits élevés possibles.
Comme signalé ci-avant, la capacité élevée et le rendement amélioré du système suivant l'invention résultent d'une combinaison unique d'éléments. En cours du fonctionnement, à de faibles charges de la tour, sensiblement tout le contact peut se réaliser dans la structure de claie inclinée. Lors-
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que la proportion de la vapeur ou du liquide est accrue, une certaine quantité du liquide est amenée à la surface supérieure de la claie et s'écoule en partie sur la surface inclinée supérieure,en se recueillant dans les creux et en s'écoulant à travers le creux vers le sommet de l'élément de bourrage immédiatement inférieur.
A des charges encore plus élevées, le liquide est soufflé hors du crible ou claie dans les cellules délimitées par les claies onduleuses adjacentes et là il prend l'allure d'un liquide en violente ébullition. Cela réalise un excellent contact du gaz et du liquide dans les cellules.
Le rendement d'un plateau peut être amélioré en construisant les couches les plus basses du plateau en mailles relativement fines (par exemple, de la toile de quincaillerie de 1/4 de pouce) convenant à la fois pour supprimer l'entrainement et pour le traitement à des charges relativement basses, tandis que les couches les plus élevées peuvent être à grosses mailles (par exemple, de la toile de quincaillerie de 1/2 pouce) ayant des caractéristiques élevées de support de charge. Ainsi, un plateau réalisé avec des dimensions de mailles variables procure un contact à des vitesses ou proportions opératoires faibles principalement dans les couches à mailles fines ou inférieures du plateau.
Aux vitesses ou proportions élevées, le contact est réalisé dans les couches supérieures à grosses mailles du plateau ainsi que dans les compartiments à espace libre. Lorsque le liquide s'accumule dans les creux, une pression suffisante est développée pour assurer un écoulement à travers les couches à mailles fines dans les creux, même aux vitesses ou proportions élevées de liquide.
Comme indiqué ci-avant,des tours de fractionnement bourrées ont été utilisées dans de petits appareils de laboratoire, dans lesquels un contrôle ou réglage rigoureux des conditions opératoires était possible, tandis que, dans des installations industrielles importantes, la formation de rigoles ou de canaux par le liquide de reflux et la vapeur étaient presque impossibles à contrôler ou régler. On sait aussi qu'une fois que commence la formation de rigoles ou canaux, elle tend à devenir plus importante jusqu'à ce qu'on arrive à un fonctionnement da s lequel la plus grande partie du liquide descend d'un côté de la colonne tandis que la vapeur s'élève d'un autre côté de celle-ci. Dans la présente invention, on a une répartition ou distribution uniforme de liquide suivant toute la superficie de la tour, quelles que soient les dimensions.
De plus, il n'y a pas de tendance à la formation de rigoles ou canaux; en fait, le bourrage agit pour produire une distribution uniforme. Ceci a été prouvé aux essais dans lesquels un courant de liquide a été introduit en un seul point au sommet d'une tour rectangulaire, et on a trouvé que le dégouttement de liquide, du bourrage, après passage à travers cinq couches ou éléments était sensiblement uniforme avec donc un seul point d'introduction du courant d'entrée de liquide.
Des essais de fonctionnement ou de performance sur le bourrage décrit ici montrent qu'à la fois la capacité de la tour et l'efficacité ou rendement, obtenus par ce bourrage de fractionnement industriel sont supérieurs à ceux obtenus avec des tours à chapeau de b arbotage. La hauteur d'un plateau théorique équivalent (HETP) observée avec un mélange binaire n'était que d'environ 35% de la valeur de la hauteur d'un plateau théorique équivalent pour des tours à chapeaux de barbotage, aux mêmes vitesses ou proportions d'alimen- tation.
En se basant sur les valeurs observées, une tour de barbotage de raffinerie ordinaire, à 20 plateaux, peut être remplie avec le nouveau bourrage et convertie en appareil de fractionnement ayant l'équivalent de plus de 55 plateaux, avec un débit disponible supérieur à la capacité maximum de la tour originale.
Par la présente invention, les vapeurs et les liquides sont forcés d'être redistribués beaucoup de fois en travers de la colonne sans accumulation excessive en un point quelconque puisque le liquide est distribué à partir des lignes de contact multiples entre les unités de bourrage adjacentes.
La disposition à claies multiples, inclinées de façon opposée et alternée procure de grandes superficies de matériau de bourrage dans une courte colonne et
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maintient aussi une inclinaison adéquate pour procurer la vitesse convenable de dégouttement. De cette manière, des colonnes de fractionnement de capacité fortement améliorée sont obtenues sans que l'on sacrifie l'efficacité d'un fractionnement précis.
L'invention sera mieux comprise grâce à la description suivante et aux dessins annexés illustrant certaines réalisations de l'invention.
La figure 1 est une coupe à travers des unités de bourrage, montrant les couches multiples de cribles métalliques,et les surfaces multiples inclinées de façon opposée et alternée.
La figure 2 est une coupe verticale montrant une colonne comportant une série d'unités de bourrage dans leur position de fonctionnement.
La figure 3 illustre une forme de distributeur de reflux.
La figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 2.
La figure 5 est une coupe verticale montrant les détails d'une variante de joint étanche à la paroi de la chambre.
La figure 6 montre un agencement modifié des sections de claies en pente.
La figure 7 est une vue d'un fragment de feuille qui a été fendue et déployée pour former une feuille de métal déployé.
La figure 8 est une vue de détail en coupe, à grande échelle, suivant la ligne 8-8 de la figure 7.
La figure 9 est une coupe à travers une claie, montrant schématiquement les couches de métal déployé et les surfaces multiples inclinées de façon opposée et alternée.
La figure 10 est une coupe verticale montrant une série d'unités de bourrage du type illustré à la figure 9, dans leur position de fonctionnement.
En se référant aux figures 1 et 2 des dessins, chaque feuille foraminée est, de préférence, découpée avec les torons ou filaments en diagonale et conformée grossièrement en un dessin onduleux avec des surfaces 11 et 12 inclinées de manière opposée et alternée. Une répartition uniforme du liquide sur la surface de passage de la section individuelle est favorisée en utilisant une feuille foraminée ayant les torons en pente par rapport aux sommets et aux creux produits par les surfaces inclinées de manière alternée et opposée. Si on le désire, les sommets des éléments ou "plateaux" de bourrage successifs peuvent être tournés jusqu'à 90 , en complétant la distribution dans toutes les directions.
Dans la fabrication d'une unité de bourrage, les éléments séparés peuvent être conformés grossièrement. Lorsqu'on travaille avec un crible sans liaison réalisé en torons métalliques, il est désirable d'utiliser une feuille ou lame flexible déformable, telle que du papier de construction aux deux côtés du crible durant la phase de formation. Cela empêche une distorsion des ouvertures de l'écran aux sommets. De la toile de quincaillerie à liaison et du métal déployé ne se distordent pas cependant. Une série de pièces conformées grossièrement de feuilles foraminées sont emboîtées les unes dans les autres et conformées en une unité unique 10 par compression sous un manteau d'estampage. L'unité est alors découpée pour se monter dans la tour.
En vue de minimiser le court-circuitage des unités 10 par les liquides, un bourrage 14 peut être utilisé entre l'unité et la paroi de la tour.
Les élévations ou sommets et les dépressions ou creux des plaques ou plateaux adjacents sont, de préférence, amenés en incidence ou contact étroit, et les éléments séparés peuvent être fixés ou goupillés ensemble. C'est ainsi, par exemple, que des boulons d'attache 26 peuvent être prévus pour s'étendre entre le support inférieur 15 du bourrage et l'unité de bourrage la plus supérieure 10. Une série de barres ou tubes parallèles 15, disposés au-dessus
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du conduit de servie 16 et au-dessus du conduit d'entrée de vapeur 17, suppor- tent les unités de bourrage 10. Ces barres 15 sont transversales aux sommets
18 et aux creux 19 de l'unité de bourrage formant tamis 10, la plus inférieure.
L'extrémité supérieure du boulon d'attache 26 est, de préférence, filetée de manière que les unités 10 peuvent être comprimées en serrant un écrou 27. Le boulon d'attache est montré comme traversant le cylindre 16, mais, si on le désire, un support de bourrage supérieur séparé peut être installé en travers du sommet de la chambre 13. Les éléments de bourrage maintenus en place par les boulons d'attache 26 peuvent être retirés sous forme d'une unité, en même temps qu'avec les supports de bourrage supérieur et inférieur 29.
Le reflux ou l'introduction intermédiaire de l'alimentation de la tour peut être effectuée en utilisant un distributeur convenable 20. Cepen- dant, le caractère du bourrage est tel qu'après le passage du liquide à travers quelques unités de bourrage, la distribution de liquide est uniforme.
La figure 3 illustre un type de distributeur 20 comprenant une entrée d'admission 21, des tubulures parallèles 22 et des conduites de distri- bution 23. Des fentes 24 dans le côté supérieur des conduites de distribution
23 permettent la décharge uniforme du liquide sur sensiblement l'entièreté de la surface de passage du bourrage supérieur de la tour. Les conduites de dis- tribution 23 peuvent être parallèles à, et en contact avec les sommets de l'unité de bourrage 10 supérieure pour réaliser une distribution optimum.
En cours d'opération, des vapeurs sont fournies à la tour 13 par l'admission de vapeur 17, le liquide est enlevé sous forme de produits de queue par la conduite de décharge 16, des vapeurs fractionnées sont enlevées au sommet par la conduite 25, et condensées, et une partie du condensat est renvoyé sous forme de liquide de reflux à l'unité supérieure 10 dans la tour 13. D'autres conduits de décharge peuvent être prévus dans la tour 13 pour la récupération de fractions intermédiaires, si on le désire.
La tour 13 peut contenir à la fois une section de rectification et une section de nettoyage ou épuration (stripping section), auquel cas on peut utiliser dans les sections séparées un bourrage d'amplitude, de longueur d'ondulation et d'épaisseur de claie ou natte différentes. En général, un bourrage ayant une amplitude élevée est bien approprié au traitement de charges importantes de liquide, et un bourrage ayant une faible amplitude trouve une utilité particulière avec les charges de liquide. Par amplitude élevée, on entend une unité de bourrage ou une claie ou natte ayant une hauteur totale d'environ 4 pouces ou plus, dont les côtés inclinés forment un angle d'environ 60 à 85 avec l'horizontale.
Un bourrage de faible amplitude est un bourrage qui a une hauteur totale comprise entre 2 et 4 pouces et dont les côtés inclinés forment un angle d'environ 30 à 60 avec l'horizontale. Le rayon de courbure des claies aux sommets et aux creux est suffisamment modéré, de manière qu'une rupture ou la formation d'angles aigus durant l'opération de façonnage ne se produise pas ; ce rayon peut être, par exemple, 3/8 de pouce ou plus. Pour ces bourrages à amplitudes élevée et basse, on peut utiliser les brins tressés ou les brins solidaires (d'une pièce), mais le métal déployé (brins solidaires) convient particulièrement pour la réalisation à amplitude élevée.
La figure 5 illustre les détails d'assemblage dans une autre réa- lisation du système de l'invention. Un bourrage est disposé près du cylindre de la tour 13 et peut se composer d'asbeste ou de fibres de verre. Un support intérieur pour le bourrage 30 comprend un crible ou lattis métallique 31. Des groupes d'unités ou claies 10 sont attachés par des boulons d'assujettissement 32. Si on le désire, des paires de claies 10 peuvent être boulonnées ensemble et des groupes comprenant plusieurs paires peuvent être réunis et introduits comme une cartouche dans la tour.
La figure 6 illustre une autre réalisation, suivant la présente invention, dans laquelle les unités ou claies de contact sont disposées verticalement dans la tour de contact 13 entre des chicanes 33. Comme dans les autres variantes, la direction du courant liquide est influencée par les torons de la claie 10, et les vapeurs passent transversalement à travers celle-ci, Si
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on le désire,les chicanes 33 peuvent être concentriques. Dans ce cas, les claies 10 peuvent consister en unités annulaires qui, en coupe transversale, sont conformées en V, et qui sont superposées dans les zones annulaires entre les chicanes. On n'a pas représenté au dessin de moyen séparé d'alimentation de fluide gazéiforme ni de moyen séparé d'alimentation de liquide, mais de tels moyens séparés peuvent être prévus pour chaque zone d'entre-chicanes.
Le nombre de feuilles foraminées utilisées pour composer une claie 10 dépend de l'inclinaison, de la dimension des ouvertures du treillis, et de la charge de liquide. Ce nombre peut varier d'environ 3 à environ 25, une charge élevée de liquide et des feuilles à grosses mailles exigeant relativement un plus grand nombre de feuilles par unité que de faibles charges de liquide et des feuilles à mailles plus petites. Une inclinaison d'au moins 45 favorise le rendement à faible charge à cause de la tendance décrue du liquide à tomber à travers les fils dans les espaces libres.
Pour une dimension de mailles de fils donnée et une inclinaison donnée, comprise entre les limites de 30 et 85 par rapport à l'horizontale., la capacité de la tour est augmentée à peu près proportionnellementà la hauteur d'inclinaison, celle-ci étant définie comme étant la distance en ligne droite entre un sommet et un creux adjacent, mesurée le long des inclinaisons de la claie. Il est habituellement nécessaire d'augmenter le nombre de feuilles foraminées utilisées dans une unité lorsque l'angle d'inclinaison est diminué dans le but de supporter la charge de liquide supplémentaire. Entre les limites d'inclinaison de 30 et 85 , pour une inclinaison donnée, le rendement de fractionnement d'un plateau donné est augmenté à peu près en proportion inverse de la hauteur d'inclinaison d'une unité de bourrage.
Ainsi, le bourrage employé dans une tour donnée peut être modifié en changeant la hauteur d'inclinaison, pour favoriser soit une capacité exceptionnellement haute, soit un rendement de fractionnement exceptionnellement élevé. Des hauteurs d'inclinaison comprises entre 1 et 15 pouces sont prévues en liaison avec des inclinaisons comprises entre environ 30 et envi= 80 . Un nombre suffisant de couches est utilisé pour empêcher un dégouttement excessif à travers le bourrage aux vitesses de vapeur et de liquide les plus basses d'une opération projetée.
Les dimensions des mailles sont telles que la vapeur puisse entrer en contact avec le liquide s'écoulant le long des fils et s'accumulant dans les creux de la claie, sans gêner sensiblement un écoulement effectif du liquide. Des dimensions de mailles, allant d'environ un minimum de 16 mailles à un maximum de 1 maille par pouce sont prévues, et sont choisies de telle sorte que les ouvertures soient plus grandes que celles qui seraient de dimensions telles qu'elles se boucheraient avec le liquide.
Les figures 7 et 8 illustrent une feuille de métal déployé du type utilisé suivant la présente invention. Dans la fabrication de la feuille de métal déployé, un plan de métal ayant le calibre désiré est pourvu de rangées de fentes 34 disposées de sorte que les fentes d'une rangée chevauchent et soient disposées entre celles des rangées voisines. Lorsqu'elle est déployée, la feuille à fentes présente des ouvertures losangiques 34a et des rangées transversales de points de liaison ou ponts respectivement 35 et 36. Les surfaces comprises entre les fentes qui se chevauchent 34 définissent les torons 37 qui s'étendent diagonalement par rapport à la feuille et sont reliés à leurs intersections par les points de liaison solidaires 35. Les torons 37 et les points de liaison 35 sont disposés de champ à un certain angle par rapport au plan de la feuille.
La figure 8 montre que les points de liaison 36 dans chaque rangée transversale alternée s'étendent de champ et perpendiculairement au plan de la feuille, tandis que les points de liaison 35 de chaque rangée intermédiaire sont inclinés et s'étendent de champ à un angle d'environ 60 par rapport au plan de la feuille. De cette manière, les structures à mailles, ne formant pas film, ont une surface "rugueuse" ou 'grossière", résultant de ce qu'elles ont les points de liaison d'une moitié des rangées, disposés de champ et perpendiculairement au plan de la feuille, et les points de liaison de l'autre moitié des rangées, disposés de champ à un certain angle. Cet agencement donne
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la rigidité à la feuille et procure une multiplicité de points de contact.
De même;, lorsque la feuille de métal déployé reçoit une allure ondulée, la surface "rugueuse" ou "grossière" des inclinaisons alternées et opposées procure une grande multiplicité de points desquels le liquide peut tomber en cascade dans la claie.
En se référant aux figures 9 et 10, le bourrage peut consister en environ 3 à 15 couches de structures à mailles, ne formant pas film, telles que de feuilles de métal déployé. Dans un mode de réalisation, on a utilisé, suivant l'invention, sept couches de lattes de métal déployé de 3/8 pouce pour réaliser une claie ayant une épaisseur d'environ 7/16 à 1/2 pouce. La claie était inclinée suivant un rayon de 3/8 pouce pour donner une hauteur H d'environ 4 pouces et une longueur d'ondulation W d'environ 3,75 pouces. Une autre forme intéressante qu'on a construit, suivant l'invention, a la même hauteur H et une longueur d'ondulation de 7 pouces. Beaucoup d'autres variantes sont prévues.
Lorsqu'une série de claies de ce genre sont agencées comme représenté schématiquement à la figure 10, il en résulte un bourrage efficace de tour. Ce type de bourrage est supérieur à celui représenté à la figure 1 pour des applications générales et convient spécialement pour des applications supposant des charges élevées de liquide. Les avantages se reflètent dans une capacité supérieure, de plus larges gammes de bonne distribution de fluides et des rendements volumétriques bien au-dessus de 5 pour 1 par rapport aux colonnes de barbotage.
Sur la base du coût, les tours à bourrage ont un avantage marqué sur les tours à barbotage habituelles. De même, une étude des coûts comparatifs des cribles métalliques et des feuilles de métal déployé montre que, du point de vue fabrication, il est beaucoup plus coûteux d'étirer des fils et de les tresser pour former des mailles de fils désirées., que d'estamper et d'étirer une feuille de métal déployé pour avoir des mailles losangiques. De la sorte, il y a à la fois des avantages mécaniques et économiques en faveur des lattis métalliques pour une application commerciale générale.
Les exemples suivants montrent qu'une amélioration est obtenue à la fois dans le rendement de fractionnement et la capacité de tour par rapport aux tours habituelles à cloches de barbotage.
Douze couches de toile de quincaillerie de 1/4 de pouce étaient conformées individuellement, puis superposées et rendues compactes collectivement par un manteau de forge mécanique entre des matrices, pour former une unité ondulée. Dans cette opération, beaucoup de fils des cribles étaient amenés en contact capillaire. La matrice inférieure utilisait des tubes d'un pouce de diamètre extérieur, disposés en parallèle dans un plan horizontal et fixés en une position élevée au-dessus d'une plaque plane, lesdits tubes ayant 3,5 pouces entre leurs centres. La matrice supérieure était identique mais était utilisée en position inverse, et disposée pour que les tubes de la matrice supérieure passent à mi-chemin entre les tubes de la matrice inférieure.
Les douze couches de treillis étaient rendues compactes jusqu'à une épaisseur d'environ 0,5 pouce dans l'opération de finissage, jusqu'à ce que la hauteur totale de la couche de bourrage fut d'environ 2 pouces. Ces couches étaient découpées à un rayon de 11,25 pouces pour leur installation dans une tour de 23,25 pouces de diamètre intérieur. L'espace annulaire compris entre le bourrage et la paroi était rendu étanche avec des cordes d'amiante de 5/8 pouce. Le bourrage était installé jusqu'à une profondeur de 62 pouces à la manière de la figure 2.
La vapeur fournie à la conduite d'admission de vapeur 17 était à la pression atmosphérique et contenait 10,6 mol % de benzène et 89,4 mol % de toluène. La vapeur quittant la tour par la conduite de sortie de vapeur 25 était entièrement refroidie jusqu'à une température de 89 F et renvoyée à la tour par la canalisation d'entrée de reflux 21. Le liquide de décharge passait de 16 à un appareil de distillation où il était revaporisé et réintroduit à la conduite d'entrée 17. Le courant de reflux titrait 69,0 mol % de benzène et 31,0 mol % de toluène. Un compteur d'entrée dans là canalisation d'entrée de reflux 21 enregistrait un passage de 390 gallons par heure à 60 F.
A cette vi-
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tesse relativement basse d'environ 64 à 79% des vitesses maxima admissibles pour les tours à cloches de barbotage, une hauteur équivalent à un plateau théorique, de 18,2 pouces était calculée. La vitesse maximum admissible pour les tours à cloches de carbotage était calculée par la formule
EMI10.1
(Chemical Engineers Handbook, Perry, 2e édition. (1941), pages 1.449-1450).
Dans cette formule : u = vitesse superficielle de vapeur, pied/sec. constante. Pour un espacement de plateau de 24 pouces, la valeur s'échelonne de 0,185 pour un joint liquide de 0,5 pou- ce à 0,150 pour un joint liquide de 3 pouces. d1= densité du liquide. d2= densité de la vapeur.
La même opération, si elle était réalisée dans une tour du type habituel à cloches de barbotage, avec un espacement de plateaux de 24 pouces, et montrant un rendement de plateau total de 54%, exigeait une hauteur de colonne de 155 pouces au lieu de 62. Sous ces conditions de traitement à faible vitesse le rendement du bourrage était supérieur à celui des cloches de bar- botage.
En utilisant le même appareil que dans l'exemple ci-avant, sauf qu'il s'agissait d'une profondeur de bourrage de 49 pouces, et en opérant à une pression effective de 0,3 livre par pouce carré à la canalisation d'entrée 17 de la tour, la composition de la vapeur qui pénètre était de 11 mol % de benzène et 89 mol % de toluène. La vapeur quittant la tour était entièrement condensée, refroidie jusqu'à 109 F t renvoyée comme reflux par la canalisation d'entrée 21. Le courant de reflux s'élevait à 825 gallons par heure à 60 F, et titrait 89,8 mol % de benzène et 10,2 mol % de toluène. Cette charge est équivalente à 137 à 170% du taux maximum admissible pour les tours à cloches de barbotage.
La hauteur équivalant à un plateau théorique calculée de 10,4 pouces se compare avec une valeur estimée de 45 pouces pour les tours habituelles à cloches de barbotage ayant un espacement de plateaux de deux pieds. Il est visible qu'une tour de barbotage habituelle exigerait non seulement une superficie transversale plus élevée, mais devrait encore être 4,3 fois plus grande,pour réaliser le même degré de fractionnement, comme montré par l'exemple ci-avant.
On a décrit ci-avant une manière de réaliser les couches ondu- lées, mais d'autres méthodes peuvent être employées. Par exemple, on peut encore utiliser une paire de rouleaux dentés ou ondulés couplés, entre lesquels la matière foraminée est passée, une ou plusieurs couches à la fois, pour leur donner la forme désirée. La matière conformée de cette manière peut alors être assemblée en claies de 1 épaisseur voulue, comme décrit.
Pour la facilité de la manipulation et de l'installation du bourrage dans des tours de fractionnement industrielles de grand diamètre, de telles tours ayant des diamètres de 3 à 8 pieds., on peut découper l'unité ou claie de bourrage en sections parallèles, qui peuvent être introduites par des trous d'homme convenables, prévus dans la paroi de la tour, et réassemblées à l'intérieur de celle-ci. De telles sections peuvent être entourées de toile métallique ou d'une feuille de métala qui peut être soudée par point au bord de la claie pour assurer une stabilité mécanique.
En plus de 1'ondulation du bourrage, les feuilles de cribles métalliques peuvent être pressées ou conformées pour donner, sur chaque plaque, une série de cônes cu pyramides qui sont disposés alternativement vers le haut
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et en position inverse. Une multiplicité de ces feuilles sont superposées de telle manière que les cônes orientés vers le haut se nichent dans les cônes orientés vers le haut, et les cônes renversés dans les cônes renversés, les feuilles ainsi disposées étant rendues compactes pour former une seule unité.
Des unités sont alors superposées dans la colonne de manière que des sommets d'une unité rencontrent des sommets d'une unité adjacente et que des bases pyramidales ou conoldales soient amenées en contact avec des pointes d'une unité adjacente. Les mailles de crible utilisées dans le bourrage pyramidal ou conoi- dal sont supérieures aux dimensions capillaires, et permettent un passage simultané de vapeur et de liquide à travers les mêmes pores d'une unité. L'utilisation de la même gamme de dimensions de mailles que celle indiquée pour la forme ondulée de bourrage est prévue, de même que les gammes de pentes et de hauteurs d'inclinaisons.
La forme de bourrage ressemblant à une courbe sinusoïdale modifiée a été illustrée, mais d'autres formes sont visées. De simples éléments en forme de V ont été utilisés avec succès, bien qu'il soit nécessaire de travailler avec des tolérances plus étroites pour assurer un alignement et un contact convenables entre les sommets et les creux des éléments d'unité adja- centso En arrondissant les pointes, comme montré à la figure 1, l'alignement nest pas si critique. La forme sinusoïdale réelle ou toute forme similaire d'un type ondulé serait satisfaisante. D'autres détails de construction con- çus pour permettre un passage transversal de vapeurs et de courant liquide le long des torons de la feuille foraminée apparaîtront à ceux qui sont versés en ce domaine.
Bien qu'on ait décrit l'invention en se référant à certaines formes de réalisation de celle-ci, on a en vue que divers changements peuvent etre réalisés en restant dans l'esprit de l'invention. Il est, par exemple, possible et il peut être,dans certains cas , avantageux, de fabriquer les unités ou claies de bourrage individuelles à partir d'une matière du type à treillis, de dimensions de mailles assorties, pourvu que les plus petites mailles utilisées n'amènent pas la formation de film sur elles, lorsqu'elles sont momentanément immergées dansun liquide ayant une tension de surface de 25 à 75 dynes par centimètre.
REVENDICATIONS.
1. Un appareil pour la mise en contact, à contre-courant, de vapeur et de liquide, comprenant une série de claies poreuses superposées, de forme ondulée, les sommets de chaque claie contactant les creux de la claie supérieure pour permettre un écoulement descendant du liquide à travers ledit appareil,chaque claie comprenant une série de feuilles métalliques foraminées ondulées en contact capillaire, les ouvertures desdites feuilles étant de dimensions supérieures à des dimensions capillaires et en relation de non-correspondance, en formant ainsi des passages tortueux pour la vapeur, à travers lesdites claies non bouchées par ledit liquide.