BE845344A

BE845344A - Colonne a bandes tournantes pour la mise en contact d'un gaz et d'un liquide

Info

Publication number: BE845344A
Application number: BE169936A
Authority: BE
Priority date: 1976-08-19
Filing date: 1976-08-19
Publication date: 1977-02-21

Description

Colonne à bandes tournantes pour la

,._se en contact d'un gaz et d'un liquide.

L'invention concerne un appareil pour l'exécution d'échanges de entière entre un gaz et un liquide, et plus particulièrement, une colonne à bandes tournantes pour la mise en contact d'un gaz (d'une vapeur) et d'un liquide. Le domaine préférable d'utilisation de l'invention est la rectification sous vide de substances sensibles aux températures élevées, par exemple des lactames, des acides gras, des alcools polyatomiques, des éthanolamines, des esters

à haut point d'ébullition, des huiles diverses, des produits alimentaires et pharmaceutiques. L'invention peut être appliquée dans l'industrie chimique, dans le raffinage du pétrole, dans les industries alimentaires, pharmaceutique , etc.

film liquide, pour la mise en contact d'un gaz et d'un liquide , constituée d'un corps pourvu de tubulures pour l'alimentation en gaz du bas de la colonne, pour l'évacuation du gaz par le haut de la colonne, pour l'introduction et l'évacuation du liquide de la colonne, et aussi d'un arbre vertical rotatif installé dans le corps.Sur cet arbre sont fixés plusieurs étages de contact disposés le long de lui à une certaine distance l'un de l'autre. Les étages de contact sont formés par des bandes courbées en spirales plates divergentes qui prennent naissance sur l'arbre. Les rives des bandes sont rabattues vers l'arbre. La colonne à bandes tournantes est également pourvue de dispositifs pour <EMI ID=2.1>

dispositifs des poches annulaires fixées à la paroi latérale intérieure , qui servent à recevoir le liquide éjecté des étages de contact, et des rigoles de déversement. Les rigoles de déversement sont placées entre les étages de contact. Les extrémités réceptrices des rigoles communiquent avec les poches annulaires recevant le liquide qui se déverse des étages de contact supérieurs. Les extrémités de déversement des rigoles se trouvent au-dessus des étages de contact inférieurs.

Pendant le fonctionnement de la colonne à bandes tournantes, son arbre est mis en rotation. Le gaz introduit par le cas de la colonne est évacué par le haut à travers les tubulures. Le liquide s'écoule dans la colonne de haut en bas er. passant par gravité d'un étage de contact à l'autre. Tous les étages de contact de la colonne tournent solidairement avec l'arbre, et pour cette raison, le liquide se trouvant à l'étage de contact , sous l'influence des forces centrifuges , s'étale sous forme de pellicule sur la face intérieure des bandes orientées vers l'arbre. Comme les ri-

tombe pas de la bande, mais suit une trajectoire hélicoïdale du centre vers la périphérie de l'étage de contact. De la périphérie de l'étage de contact, le liquide est rejeté sur les parois du corps de la colonne et s'écoule des parois par gravité dans la poche annulaire. Au départ de ladite

En venant de la rigole, le liquide parvient à cet étage de contact sur lequel le mouvement du liquide s'effectue exac-

rejeté de l'étage de contact le plus bas de la colonne, est évacué vers l'extérieur par une tubulure du bas de la colonne. Le gaz, dans son mouvement ascendant dans la colonne, traverse les étages de contact en entrant en contact avec la pellicule de liquide qui irrigue la face intérieure des bandes rabattues, courbées en spirale.

tient à la surface de contact limitée entre le gaz et le liquide. Dans la colonne, la surface de contact est limitée par la surface de travail totale des étages de contact. La surface de travail de l'étage de contact n'est formée que par la face inférieure de la bande rabattue, courbée en

l'axe et le long duquel se déplace la pellicule de liquide.

En outre, la pellicule de liquide arrosant la face intérieure des bandes courbées en spirale n'est pas suffi- samment brassée lors de son déplacement le long de la trajectoire hélicoïdale, du centre vers la périphérie de l'étage de costact. Cela s'explique par le fait que la pellicule de liquide tourne solidairement avec l'étage de contact, et, que l'énergie Se rotation de l'étage de contact n'est pas utilisée pour un brassage complémentaire de la pelli-

des bandes et la déplacement de la pellicule vers la péri-

La surface de contact limitée entre le gaz et le li-

l'efficacité des échanges de matière dans la colonne à bandes tournantes connue.

ayant une surface de contact développée permettant de réaliser une turbulence complémentaire de la pellicule de li- j quide. Cela permettrait d'intensifier les échanges de matière dans la colonne.

i Ce problème est résolu par le fait que dans une colon-;

l'admission du liquide dans le corps et pour l'évacuation du liquide du corps, et d'un arbre vertical rotatif installé dans le corps, de plusieurs étages de contact solidaires de l'arbre. disposés à une certaine distance l'un de l'autre et

de l'arbre et dont les rives sont rabattues vers l'arbre, avec des dispositifs pour l'écoulement du liquide d'un étage de contact à l'autre, réalisés sous forme de poches annulaires fixées à la paroi intérieure du corps pour récu-

<EMI ID=19.1> déversement sont situées au-dessus des étages de contact sous-jacents inférieurs, suivant l'invention, les bandes sont pourvues de gaufrages essentiellement transversaux.

Dans une telle colonne à bandes tournantes, la surface de contact entre le gaz et le liquide est accrue grâce à la division e&#65533; à la pulvérisation du liquide lors de son impact sur les bandes hélicoïdales munies de gaufrages transversaux. L'effet de division et de pulvérisation du liquide est dû au fait que ledit liquide est projeté sur

la bande gaufrée qui tourne solidairement avec l'étage de contact depuis la rigole de déversement immobile. Au contact du jet de liquide avec les gaufrages de la bande, la vitesse de la zone correspondante de la bande par rapport au

jet du liquide est environ égale, en module, à la vitesse linéaire absolue de cette zone de la bande participant, en même temps que l'étage de contact, au mouvement rotatif. Grâce à la forme hélicoïdale de la bande, il se produit un choc tangentiel du liquide sur les bandes gaufrées. Le liquide pénètre aussi bien que la face intérieure que sur la face extérieure des bandes. Ensuite, les projections de liquide, sous l'action des forces centrifuges , se déposent sur la face intérieure des bandes en provoquant une turbulence suppléEentaire, c'est-à-dire un brassage de la pellicule liquide qui recouvre la face intérieure de la bande.

et le liquide par formation de gouttes et la turbulence complémentaire de la pellicule liquide sous l'effet des projections de gouttes contribuent à intensifier l'échange de matière et élèvent le rendement de l'étage de contact, <EMI ID=21.1>

bord inférieur.

En effet, la face intérieure de la bande devient plus accessible ses: jets de liquide déversé de la rigole surplombante, et les gaufrages participent sur toute leur

Il est également avantageux d'augmenter la hauteur

parties inférieures des gaufrages se trouvent presqu'aussi accessibles aux jets de liquide que leurs parties supérieures .

tion au fond des rigoles de déversement. Une telle réalisation des rigoles ie déversement permet de répartir une même quantité de liquide sur un même étage de contact en un grand nombre de points. Cela favorise le développement de la surface de contact et augmente le degré de turbulence de

la pellicule liquide.

latérale du corps , capable de pivoter pour assurer un réglage de la position des rigoles de déversement par rapport aux étages de contact. Pareille exécution des rigoles

mode optimal se répartition du liquide aux étages de contact .

pour lequel on obtient l'augmentation maximale de la surface de contact et le plus haut degré de turbulence de la pellicule liquide. Par voie empirique, en utilisant comme critère d'optimalisation, par exemple, la qualité du distillat de la colonne, on peut trouver la position la plus avantageuse des rigoles de déversement au-dessus des étages de contact sans arrêter le fonctionnement de la colonne.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui

va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins sur lesquels:
- La figure 1 représente la colonne à bandes tournantes, en coupe longitudinale, suivant l'invention;
- la figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1;
- la figure 3 est une vue. isométrique d'un élément de bande dont est formé l'étage de contact, à plus grande échelle, suivant l'invention;
- la figure 4 est une vue isométrique d'un élément de bande dans une autre forme d'exécution, à plus grande échelle, suivant l'invention;
- la figure 5 est une vue isométrique d'un élément <EMI ID=28.1>

de échelle, suivant l'invention;
- la figure 6 représente une forme d'exécution de la colonne à bandes tournantes , en coupe longitudinale, suivant l'invention ;
- la figure 7 est une coupe suivant la ligne VII-VII de la figure 6 ; - la figure 8 est une coupe suivant la ligne VIIIVIII de la figure 6 ; et
- la figure 9 est une vue isométrique d'un élément de bande dont est composé l'étage de contact de la colonne de la figure 6, suivant l'invention, à plus grande échelle.

La colonne à bandes tournantes pour la mise en contact d'un gaz et d'un liquide se compose d'un corps cylindrique 1 (figure 1) dans lequel on a prévu une tubulure 2 pour l'alimentation en gaz du bas de la colonne, une tubulure 3 pour l'évacuation du gaz par le haut de la colonne, une tubulure 4 pour l'arrivée du liquide à la partie médian

en haut de la colonne et une tubulure 6 pour l'évacuation du liquide de la colonne.Dans le corps 1, coaxialement à lui, est placé l'arbre rotatif vertical 8, dans des roulements 7. L'extrémité supérieure de l'arbre 8 est pourvue d'une poulie qui transmet la rotation audit arbre à partir d'un mécanisme de commande (non représenté sur le dessin). Sur l'arbre 8, à une certaine distance l'un de l'autre, sont fixés les étages de contact 10. La surface de travail de chaque étage de contact 10 est formée par les deux bande
11 (figures 1,2). Les bandes 11 sont courbées en forme de spirales divergentes de l'arbre 8 dont les rives sont rabattues en direction de l'arbre 8, les rives 12 des bandes 11 étant rabattues vers l'arbre 8. Les deux bandes 11 forment une spirale double.

Les rives rabattues 12 sont destinées à retenir le liquide sur la face intérieure, orientée vers l'arbre, de la bande 11.

Les extrémités extérieures 13 des bandes 11 sont rétrécies pour réunir la pellicule de liquide en un jet avant de le rejeter sur les parois du corps 1.

Les bandes 11 sont fixées à l'aide des traverses radiales 14 sur la douille de montage centrale 15.

La douille 15 sert à fixer l'étage de contact 10 sur l'arbre. La colonne comprend aussi des dispositifs pour l'écoulement du liquide d'un étage de contact 10 à l'autre. Ces dispositifs comprennent des poches annulaires 16 fixées à la paroi intérieure du corps 1 et des rigoles de déversement 17, 18, 19 (figure 2) qui communiquent avec les poches annulaires 16 et qui sont disposées dans l'intervalle entre les étages de contact 10. Les poches annulaires 16 servent à récupérer le liquide éjecté des étages de contact 10 tournants, c'est pourquoi les extrémités extérieures 15 des bandes 11 sont disposées un peu au-dessus des poches 16, comme le montre la figure 1. Au fond des poches 16 sont pratiqués des orifices 20 par l'intermédiaire desquels les poches 16 communiquent avec les rigoles de déversement 17,
18, 19 (figure 2). Ces dernières sont destinées à amener

le liquide des poches 16 aux étages de contact 10 inférieurs sous-jacents. Dans la même section transversale, entre

les étages de contact 10, sont réparties trois rigoles 17,
13, 19 ayant en plan une forme curviligne.

frages transversaux 21 et 22 (figure 3). Les gaufrages 21

tandis que les gaufrages 22 sont réalisés sur la partie irriguée où se forme ordinairement la pellicule de liquide.

Cependant, une bande peut ne comporter que les gaufrages 21 sur les rives rabattues 12, comme sur la bande 11a (figure 4) ou comme sur la bande 11b (figure 5) , les gaufrages 23

sur sa surface irriguée pouvant être quelque peu inclinés par rapport au bord de la bande 11b.

La figure 1 représente une colonne à bandes tournantes où, à titre d'exemple, sont indiqués les étages de contact 10, dont les bandes 11 sont exécutées d'après la figure 3, bien qu'il soit tout aussi bien possible d'utiliser des bandes 11a (figure 4) ou des bandes 11b (figure 5).

La bande 11a (figure 4) est utilisée dans le cas où il est préférable de maintenir une durée de séjour minimale du liquide à chaque étage de contact et, par conséquent, dans toute la colonne. Les gaufrages 21,pratiqués sur la rive des bandes 11a, n'entraînent pas l'augmentation de la quantité de liquide à l'étage de contact en rotation , autrement dit, ils n'augmentent pas le retard dynamique

de l'étage de contact en liquide. Cependant, les gaufrages

21 exercent leurs fonctions en contribuant à la division

et à la pulvérisation du liquide déversé des rigoles supérieures 17, 18, 19 (figure 2).

Les versions exécutées des bandes 11 (figure 3) et
11b (figure 5) sont utilisées quand il est préférable d'augmenter la durée de séjour du liquide à l'étage de contact 10. Les creux dans les intervalles entre les gaufrages
22 (figure 3) ou 23 (figure 5), sur la face irriguée des bandes, contribuent à l'augmentation de la quantité de liquide sur la bande. En effet, la durée de séjour du liquide dans la colonne est augmentée, ce qui, dans certains cas, par exemple dans des processus accompagnés d'une réaction <EMI ID=32.1>

et, par conséquent, à l'augmentation de la surface de contact. Au fond des rigoles 18 et 19 (figure 2) , on a prévu des orifices 24 destinés à répartir le liquide à l'étage de contact 10 en de nombreux points,' ce .qui doit favoriser le développement de la surface de contact et l'augmentation du degré de turbulence de la pellicule .liquide.

Les rigoles 17 n'ont pas d'orifices au fond parce qu'elles ne sont destinées à alimenter en liquide que les poches annulaires 15 et le liquide n'en doit être évacué que par l'extrémité ouverte. Suivant l'invention, les

rangs dès rigoles 17, 18, 19 sont fixés par l'extrémité de réception fermée,sur des barres communes verticales

de rotation, à la paroi du corps 1 de la colonne dans les roulements 28 et 29 (figure 1). Les barres 25, 26 et 27
(non représentées à. la figure-1) passent à travers les poches 16 par les orifices 20. Les'passages des barres 25,

sont rendus étanches. L'une des extrémités émergentes de chaque barre 25, 26, 27 est pourvue d'une manette de pivotement 30'(figure 1) . En braquant 'la manette 30, on . obtient la position requise des rigoles 17, 18, 19 (figure 2) dans le plan de la section transversale.de la colonne. La figure 2 ne représente qu'une variante possible de réalisation et de disposition des rigoles. En particulier, dans <EMI ID=36.1>

posée une seule rigole ou peuvent être disposées quatre <EMI ID=37.1>

simultanément par plusieurs rigoles différentes 17, 18, 19, les poches annulaires 16 peuvent être divisées par des cloi- sons transversales 31 en trois secteurs indépendants.

Dans une autre variante de réalisation de la colonne à bandes tournantes (figure 6) , la configuration des

bandes formant l'étage de contact est quelque peu modifiée.

vertical 33 et d'étages de contact 34 fixés sur l'arbre 33. Les dispositifs de déversement sont exécutés sous forme . de poches annulaires 35 et de rigoles de déversement 36. sous-jacentes. Les étages de contact 34 sont formés par les bandes 37 enroulées en spirale (figures 6,7,8) dont les rives supérieures 38( figure 6) et les rives inférieures 39 sont rabattues vers l'arbre 33. Les bandes 37 sont fixées sur les arêtes radiales 40 reliées à la douille centrale 41. La

37 -augmente de h à H sur la largeur des bandes 37 à mesure de l'éloignement de leur rive supérieure 38. Une telle réalisation de l'étage de contact 34 (figure 6) contribue à la pénétration des jets de liquide déversé de la rigole sur- plombante 36,dans toutes les zones des gaufrages 42 pra-

Lors, de l'utilisation dans un procédé de rectifica- tion, la colonne à bandes.tournantes fonctionner.de la ma-

réduite en constituait volatil -sont introduites au bas de la colonne par la tubulure 2 (figure 1) et sont évacuées

par la tubulure 3.Le mélange liquide initial des constituants à séparer arrive dans la colonne par la tubulure 4 et passe dans la poche annulaire 16. Le reflux est introduit dans la colonne par la tubulure 5. Il arrive à la plus haute poche annulaire 16 d'où il s'écoule , par_la rigole 17, au second étage de contact 10. Compté à partir du haut, l'étage de contact supérieur 10 est utilisé comme étage de séparation. Il est destiné à piéger les gouttes (projections) de li- ' quide contenues dans la vapeur. Les gouttes de liquide déposées à l'étage de contact 10 le plus haut sont rejetées

de cet étage de contact dans la poche annulaire 16 la plus haute. Des poches 16, le liquide s'écoule vers les rigoles
17, 18, 19 ( figure 2) situées au-dessous. A la sortie de ces dernières, le liquide est réparti entre les étages de contact inférieurs 10 .Sortant des rigoles 17, le liquide

liquide, par les extrémités ouvertes et par les orifices

étages de contact 10 en rotation. Le liquide est alors

divisé et pulvérisé. Les gouttes de liquide, en se déposant sur la face de travail (irriguée) des bandes 11, provoquent une turbulence de la pellicule de liquide. Il en découle

que l'échange ..de matière est intensifié. Sortant de la poche

'.litiges, tombe également sur les bandes 11: De l'étage de contact 10 en rotation, le liquide est projeté sous forme de gouttes sur les parois du corps 1 de la colonne d'où il s'écoule vers la poche 16 sous-jacente.Les vapeurs du mélangea à séparer sont mises en contact avec la pellicule de liquide irriguant les bandes 11 et avec les gouttes de liquide

en suspension dans l'espace entre les bandes 11. -

Pendant le fonctionnement de la colonne, les rigoles 17, 18, 19 peuvent être'installées dans une position quelconque par braquage des barres 25, 26, 27' respectives. Cela permet, sans arrêter le fonctionnement de la colonne, de choisir une position des rigoles 17, 18, 19 pour laquelle la surface de contact et le degré de turbulence de la pellicule de liquide sur les bandes 11 atteignent des valeurs maximales. Comme critère d'optimalisation, on peut utiliser la qualité du distillât de la colonne.

La colonne représentée à la figure 6 fonctionne d'une manière analogue.

Claims

REVENDICATIONS

1.- Colonne à bandes tournantes pour la mise en contact d'un gaz et d'un liquide, comprenant un corps, des tubulures pour l'alimentation en gaz du bas du corps, pour l'évacuation du gaz du haut du corps, pour. l'alimentation en liquide du corps et l'évacuation du liquide du corps, un arbre-vertical rotatif mont,: dans le corps, plusieurs étages de contact fixés à l'arbre à une certaine distance l'un audessus de l'autre et formés de bandes courbées sous forme

de spirales divergeant de l'arbre, à rives rabattues vers l'arbre, et un dispositif d'échange de liquide d'un étage

de contact à l'autre , réalisé sous forme de poches annulaires fixées à la paroi latérale intérieure du corps, destinées à la réception du liquide rejeté des étages de contact et disposées dans l'intervalle entre les étages de contact des rigoles de déversement dont les embouchures communiquent avec les poches annulaires destinées à la réception du liquide s'écoulant des étages de contact supérieurs et dont les extrémités de déversement sont disposées au-dessous des étages de contact sous-jacents, caractérisée en ce que les bandes sont pourvues essentiellement de gaufrages transversaux.

2.- Colonne à bandes tournantes suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le bord supérieur de la bande est plus éloigné de l'arbre que son bord inférieur.

3.- Colonne à bandes tournantes suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la hauteur des gaufrages augmente suivant la largeur de la bande au fur et à mesure de l'éloignement du bord supérieur de la bande. .4.- Colonne à bandes tournantes suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que dans les fonds des rigoles de déversement sont pratiqués des orifices d'évacuation.

5.- Colonne à bandes tournantes suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les rigoles de déversement sont fixées sur au moins une barre verticale montée près de la paroi latérale du corps avec possibilité de pivotement, ce qui permet de régler la position des rigoles de déversement dans la section transversale de la colonne par rapport aux étages de contact.