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"APPAREIL POUR LE TRAITEMENT DE FLUIDES GAZEUX".
La présente invention est relative à un appareil pour le traitement chimique de fluides gazeux comprenant, entre des étages de réaction superposés, des échangeurs de chaleur à pa- roi d'échange de chaleur séparant les fluides gazeux susdits d'un fluide à une température différente de celle de ces flui- des gazeux.
Les appareils de ce genre sont utilisés, par exemple, pour provoquer, au contact de couches de matière active superposées, des réactions chimiques entraînant un dégagement ou une absorp- tion de chaleur et une variation concomitante de la température des fluides gazeux. Des réactions de ce genre peuvent être celles de la catalyse de l'anhydride sulfureux en anhydride sul- furique, celles de l'oxydation de la naphtaline en anhydride phtalique et acide maléique, ou encore celles de la synthèse des
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hydrocarbures par le procédé Fischer, sans que cette liste soit limitative.
Lorsque la variation thermique se produisant au cours de la réaction retarde celle-ci, on fait passer les fluides ga- zeux dans un échangeur de chaleur entre leurs passages à tra- vers deux couches de matière active. Dans les appareils con- le nus pour/traitement chimique des fluides gazeux, l'échange de chaleur est réalisé au travers de la paroi verticale qui en- toure les plateaux supportant la matière active de sorte que lorsqu'on veut augmenter la surface d'échange, on est obligé d'augmenter proportionnellement la distance entre deux couches adjacentes de matière active.
La présente invention a comme objet un appareil qui, pour une même surface d'échange de chaleur entre deux plateaux adja- cents, présente une moindre hauteur entre ces couches que dans le cas des appareils connus ayant des plateaux de même surface.
A cet effet, dans l'appareil suivant l'invention, la paroi d'échange de chaleur est repliée entre deux étages de réaction.
Suivant une forme de réalisation avantageuse, la paroi d'échange de chaleur est repliée vers l'intérieur de l'appareil.
De préférence, des chicanes sont disposées sur le trajet du fluide qui provoque l'échange de chaleur de façon à obli- ger celui-ci à suivre un trajet améliorant cet échange.
L'invention est également relative à un appareil pour le traitement de fluides gazeux comprenant des compartiments su- perposés séparés l'un de l'autre par une cloison double et en communication entre eux par l'intermédiaire de conduites aboutissant l'une à l'entrée et l'autre à la sortie d'un ap- pareillage effectuant une modification physique des fluides gazeux.
Ce genre d'appareils a déjà été utilisé, par exemple, pour effectuer un échange de chaleur important entre un mélange de fluides gazeux et un fluide extérieur dans un refroidisseur
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complètement distinct d'un appareil dans lequel se passent des réactions chimiques provoquant une forte élévation de tempéra- ture. Dans ce cas, les conduites qui relient les compartiments susdits au refroidisseur débouchent dans ces compartiments entre la cloison double susdite et la couche voisine de matiè- re active du compartiment avec lequel la conduite considérée est en communication.
Lorsque le débit gazeux est élevé, on est amené à utiliser des conduites d'une hauteur assez grande, de l'ordre de quaran- te à soixante centimètres. Les appareils présentent donc alors entre deux couches consécutives appartenant à deux comparti- ments adjacents, une hauteur égale à la somme des hauteurs de la conduite de sortie, de la cloison double et de la conduite de rentrée des gaz.
L'invention a pour but de permettre une réduction de la hauteur de l'appareil pour un même débit gazeux à traiter.
A cet effet, dans la cloison double susdite, sont ménagées deux cases dont une met un des compartiments en communication avec la conduite d'entrée susdite tandis que l'autre case met l'autre compartiment en communication avec la conduite de sor- tie, les deux conduites aboutissant latéralement dans les cases correspondantes.
La réduction de hauteur qui peut être réalisée grâce à l'appareil suivant l'invention est presque égale à la somme des hauteurs des deux conduites susdites parce que la hauteur de la cloison double susdite vaut à peu près la hauteur d'une de ces conduites dans les appareils connus.
Afin d'éviter que le courant de gaz qui pénètre à peu près verticalement dans un compartiment en sortant de la case cor- respondante puisse entraîner la matière active, généralement de faible dimension, au contact de laquelle la réaction suivante doit se passer, on dispose avantageusement dans le compartiment dans lequel le gaz rentre, une plaque déflectrice en regard de
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la case correspondante.
D'autres particularités et détails de l'invention apparaî- tront au cours de la description des dessins annexés au présent mémoire, qui représentent schématiquement, et à titre d'exemple seulement, une forme de réalisation de l'appareil suivant l'in- vention.
La figure 1 est une coupe verticale suivant la ligne 1-1 des figures 2 à 6 dans un appareil suivant l'invention.
Les figures 2, 3, 4,5 et 6 sont des coupes horizontales respectivement suivant les lignes II-II, III-III, IV-IV, V-V et VI-VI de la figure 1.
Dans ces différentes figures, les mêmes notations de réfé- rence désignent des éléments identiques.
L'appareil représenté sert, par exemple, à la catalyse de l'anhydride sulfureux qui entre en réaction avec l'oxygène, au contact de couches de matière active 2 supportées par des pla- teaux perforés 3.
La figure 1 représente une couche de matière active supé- rieure, une couche médiane et une couche inférieure. La couche supérieure et la couche médiane sont situées dans un comparti- ment 4 séparé d'un autre compartiment 5, dans lequel se trouve la couche inférieure de matière active, par une cloison double 7.
Supposons donc que les fluides gazeux qui doivent entrer en réaction circulent de haut en bas et qu'après avoir traversé la couche de matière active supérieure, ils doivent être refroidis pour favoriser la continuation de la réaction à travers la couche de matière active médiane. Entre ces deux couches de matière active est disposé un échangeur de chaleur dont la paroi d'échan- ge de chaleur est repliée entre les deux étages de réaction con- sidérés. Le repliement de cette paroi est effectué vers l'in- térieur de l'appareil.
L'échangeur de chaleur représenté comprend deux caissons
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annulaires 8 et 9 disposés respectivement à la partie supérieure et à la partie inférieure de l'échangeur de chaleur. Ces cais- sons sont disposés autour d'une paroi 10 qui entoure les flui- des gazeux en cours de traitement. Un fluide plus froid, par exemple, le fluide à traiter avant réaction, est envoyé par une tubulure 11 (figures 1, 2, 3 et 4) dans le caisson inférieur 9.
Une cloison 12 sépare le fluide refroidisseur en deux courants qui embrassent la paroi 10. A l'extrémité du caisson inférieur 9 opposée à la tubulure 11, le caisson 9 communique en 13 (fi- gures 1 et 3) avec un canal annulaire 14 (figures 1, 3 et 4) qui entoure un passage 15 pour les fluides gazeux en cours de trai- tement qui suivent le trajet des flèches X. Pour obliger ces fluides gazeux à circuler le long de la paroi de l'échangeur de chaleur repliée vers l'intérieur de l'appareil, on a disposé de part et d'autre du passage 15 des plateaux 20 obligeant les flui- des gazeux à passer à la périphérie de l'appareil pour se rendre dans le passage 15 ou pour s'en échapper.
Le canal annulaire 14 est entouré d'un autre canal annu- laire 16 (figures 1, 3 et 4) avec lequel il communique en 17.
Le canal annulaire 16 communique en 18 (figures 1, 4 et 5) avec le caisson annulaire supérieur 8. L'endroit 17 où les deux canaux annulaires 14 et 16 communiquent entre eux est diamétra- lement opposé aux endroits 13 et 18 où ces canaux annulaires communiquent avec les caissons annulaires 9 et 8. Le trajet suivi par le fluide refroidisseur est schématisé par les flèches Y. Le fluide refroidisseur sort du caisson annulaire su- périeur 8 par une tubulure 19.
Les canaux annulaires 14 et 16 sont séparés l'un de l'au- tre par des chicanes sensiblement semi-annulaires 21 qui obli- gent le fluide refroidisseur à suivre dans le canal 16, un tra- jet en sens inverse à celui du canal 14. Les plateaux 20 jouent un rôle semblable vis-à-vis des fluides gazeux à refroi- dir. L'échange de chaleur peut être favorisé au moyen d'ailettes
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22 dont sont pourvues différentes parois de l'échangeur.
On comprend que le repliement de la paroi d'échange de cha- leur pourrait également être effectué vers l'extérieur sans aug- menter la hauteur de l'échangeur. Celui-ci pourrait, en cas de nécessité, être un réchauffeur au lieu d'être un refroidis- seur, comme celui qui vient d'être décrit. Eventuellement, au lieu d'un seul repli, l'échangeur de chaleur pourrait présen- ter plusieurs replis.
La double cloison 7 qui sépare les compartiments 4 et 5 comprend une couche de matière calorifuge destinée à éviter les échanges thermiques entre ces deux compartiments. Pour sortir du compartiment 4, les fluides gazeux passent dans une case 23 ménagée dans la cloison double 7. Cette case 23 est en communi- cation avec une conduite 24 aboutissant à un échangeur de cha- leur indépendant de l'appareil représenté. A leur sortie de cet échangeur de chaleur non représenté, les fluides gazeux sont ramenés dans l'appareil des figures 1 et 6 par une conduite 25 aboutissant à une case 26 ménagée dans la cloison double 7.
La case 26 est en communication avec le compartiment inférieur 5.
Une plaque déflectrice 27 est disposée dans ce dernier compartiment, en regard de la case 26 afin d'éviter que le cou- rant vertical de haut en bas pénétrant dans le compartiment 5 puisse entraîner de la matière active faisant partie de la cou- che inférieure 2 représentée.
La cloison double 7 comprend également un joint de dilata- tion qui permet un déplacement relatif de la paroi extérieure de l'appareil par rapport à la partie médiane de la cloison double supportée par un support central 28 qui porte, en outre, les plateaux 3.
La partie du support central 28 disposés dans le compar- timent inférieur 5 est surmontée d'une plaque circulaire 29.
La partie du support central 28 disposée dans le compartiment
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supérieur 4 repose sur cette plaque 29. A celle-ci est soudée une bague circulaire 30 raccordée d'une manière étanche à un plat annulaire 31, lui-même soudé à un anneau 32. Cet anneau est fixé à son tour de manière étanche à une tôle 33 consti- tuant la partie périphérique du plafond du compartiment infé- rieur 5.
Afin de permettre la mise en place du calorifuge 34 dans la cloison double 7, il a été prévu des secteurs 35 reposant, d'une part, sur une cornière 36 solidaire de la tôle 33 et, d'autre part, sur une couronne 37 prévue sur le support central 28. Le calorifuge 34 intervenant dans la constitution de la cloison double est surmonté de secteurs 38 qui reposent, d'une part, sur un anneau 39 solidaire de la paroi 10 et, d'autre part, sur des montants 40 supportés par la tôle 33. Celle-ci est raidie par des tirants 41 qui facilitent également le mon- tage des différents secteurs de la cloison double avant leur assemblage.
Les conduites 24 et 25 qui, dans le cas qui vient d'être décrit, aboutissent à un échangeur de chaleur distinct de l'ap- pareil représenté, peuvent aussi aboutir, en cas de nécessité, à un autre appareillage effectuant une modification physique des fluides gazeux. Un tel appareillage peut être, par exem- ple, un absor-beur, un condenseur ou une chaudière.
Il est évident que l'invention n'est pas exclusivement limitée à la forme de réalisation représentée et que bien des modifications peuvent être apportées dans la forme, la disposi- tion et la constitution de certains des éléments intervenant dans sa réalisation, à condition que ces modifications ne soient pas en contradiction avec l'objet de chacune des revendications suivantes.
R E V E N D I C A T'I 0 N S.
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"APPARATUS FOR TREATMENT OF GAS FLUIDS".
The present invention relates to an apparatus for the chemical treatment of gaseous fluids comprising, between superimposed reaction stages, heat exchangers with a heat exchange wall separating the aforementioned gaseous fluids from a fluid at a different temperature. of that of these gaseous fluids.
Apparatus of this kind are used, for example, to cause, in contact with superimposed layers of active material, chemical reactions resulting in the release or absorption of heat and a concomitant variation in the temperature of the gaseous fluids. Reactions of this type can be those of the catalysis of sulfur dioxide to sulfuric anhydride, those of the oxidation of naphthalene to phthalic anhydride and maleic acid, or those of the synthesis of
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hydrocarbons by the Fischer process, without this list being exhaustive.
When the thermal variation occurring during the reaction delays the reaction, the gaseous fluids are passed through a heat exchanger between their passages through two layers of active material. In the devices known for the chemical treatment of gaseous fluids, the heat exchange is carried out through the vertical wall which surrounds the plates supporting the active material so that when it is desired to increase the surface area of the gas. exchange, we have to proportionally increase the distance between two adjacent layers of active material.
The present invention relates to an apparatus which, for the same heat exchange surface between two adjacent plates, has a lower height between these layers than in the case of known apparatuses having plates of the same surface.
To this end, in the apparatus according to the invention, the heat exchange wall is folded back between two reaction stages.
According to an advantageous embodiment, the heat exchange wall is folded back towards the interior of the device.
Preferably, baffles are arranged in the path of the fluid which causes the heat exchange so as to oblige the latter to follow a path improving this exchange.
The invention also relates to an apparatus for the treatment of gaseous fluids comprising superimposed compartments separated from one another by a double partition and in communication with each other by means of conduits leading to one another. 'inlet and the other at the outlet of an apparatus effecting a physical modification of gaseous fluids.
This kind of apparatus has already been used, for example, to effect a significant heat exchange between a mixture of gaseous fluids and an external fluid in a cooler.
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completely separate from an apparatus in which chemical reactions take place causing a sharp rise in temperature. In this case, the pipes which connect the aforementioned compartments to the cooler open into these compartments between the aforesaid double partition and the neighboring layer of active material of the compartment with which the pipe considered is in communication.
When the gas flow rate is high, it is necessary to use pipes of a fairly large height, of the order of forty to sixty centimeters. The devices therefore then have, between two consecutive layers belonging to two adjacent compartments, a height equal to the sum of the heights of the outlet pipe, of the double partition and of the gas re-entry pipe.
The object of the invention is to allow a reduction in the height of the apparatus for the same gas flow to be treated.
For this purpose, in the aforesaid double partition, two compartments are provided, one of which puts one of the compartments in communication with the aforesaid inlet pipe while the other compartment puts the other compartment in communication with the outlet pipe, the two pipes ending laterally in the corresponding boxes.
The reduction in height which can be achieved by means of the apparatus according to the invention is almost equal to the sum of the heights of the two aforesaid pipes because the height of the aforesaid double partition is approximately equal to the height of one of these pipes. in known devices.
In order to prevent the gas stream which penetrates more or less vertically into a compartment on leaving the corre- sponding cell from being able to entrain the active material, generally of small size, in contact with which the following reaction must take place, we have advantageously in the compartment in which the gas enters, a deflector plate facing
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the corresponding box.
Other features and details of the invention will become apparent from the description of the drawings appended hereto, which represent schematically, and by way of example only, one embodiment of the apparatus according to the invention. vention.
Figure 1 is a vertical section along line 1-1 of Figures 2 to 6 in an apparatus according to the invention.
Figures 2, 3, 4.5 and 6 are horizontal sections respectively along lines II-II, III-III, IV-IV, V-V and VI-VI of Figure 1.
In these different figures, the same reference notations designate identical elements.
The apparatus shown is used, for example, for the catalysis of sulfur dioxide which reacts with oxygen, in contact with layers of active material 2 supported by perforated plates 3.
Figure 1 shows an upper active material layer, a middle layer and a lower layer. The upper layer and the middle layer are located in a compartment 4 separated from another compartment 5, in which the lower layer of active material is located, by a double partition 7.
Suppose therefore that the gaseous fluids which are to enter into reaction flow from top to bottom and that after having passed through the upper active material layer, they must be cooled to promote the continuation of the reaction through the middle active material layer. Between these two layers of active material is placed a heat exchanger, the heat exchange wall of which is folded back between the two reaction stages under consideration. This wall is folded back towards the inside of the device.
The heat exchanger shown comprises two boxes
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annulars 8 and 9 arranged respectively at the upper part and at the lower part of the heat exchanger. These boxes are arranged around a wall 10 which surrounds the gaseous fluids being treated. A colder fluid, for example, the fluid to be treated before reaction, is sent through a pipe 11 (Figures 1, 2, 3 and 4) into the lower box 9.
A partition 12 separates the cooling fluid into two streams which embrace the wall 10. At the end of the lower casing 9 opposite the pipe 11, the casing 9 communicates at 13 (Figures 1 and 3) with an annular channel 14 ( figures 1, 3 and 4) which surrounds a passage 15 for the gaseous fluids being treated which follow the path of the arrows X. To force these gaseous fluids to flow along the wall of the heat exchanger folded towards Inside the apparatus, trays 20 have been placed on either side of passage 15, forcing the gaseous fluids to pass to the periphery of the apparatus in order to reach or to pass through passage 15. escape.
The annular channel 14 is surrounded by another annular channel 16 (Figures 1, 3 and 4) with which it communicates at 17.
The annular channel 16 communicates at 18 (Figures 1, 4 and 5) with the upper annular box 8. The place 17 where the two annular channels 14 and 16 communicate with each other is diametrically opposed to the places 13 and 18 where these channels annular cells communicate with annular casings 9 and 8. The path followed by the cooling fluid is shown schematically by arrows Y. The cooling fluid leaves the upper annular casing 8 via a pipe 19.
The annular channels 14 and 16 are separated from one another by substantially semi-annular baffles 21 which oblige the cooling fluid to follow in the channel 16, a path in the opposite direction to that of the channel. 14. The plates 20 play a similar role with respect to the gaseous fluids to be cooled. Heat exchange can be promoted by means of fins
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22 with which different walls of the exchanger are provided.
It will be understood that the folding of the heat exchange wall could also be carried out towards the outside without increasing the height of the exchanger. This could, if necessary, be a heater instead of being a cooler, like the one just described. Optionally, instead of a single fold, the heat exchanger could have several folds.
The double partition 7 which separates the compartments 4 and 5 comprises a layer of heat-insulating material intended to prevent heat exchange between these two compartments. To exit from compartment 4, the gaseous fluids pass through a box 23 provided in the double partition 7. This box 23 is in communication with a pipe 24 leading to a heat exchanger independent of the apparatus shown. On leaving this heat exchanger (not shown), the gaseous fluids are returned to the apparatus of FIGS. 1 and 6 by a pipe 25 leading to a box 26 formed in the double partition 7.
Box 26 is in communication with the lower compartment 5.
A deflector plate 27 is placed in the latter compartment, opposite box 26 in order to prevent the vertical current from top to bottom entering compartment 5 from being able to entrain active material forming part of the lower layer. 2 shown.
The double partition 7 also comprises an expansion joint which allows a relative displacement of the outer wall of the apparatus with respect to the median part of the double partition supported by a central support 28 which also carries the plates 3. .
The part of the central support 28 arranged in the lower compartment 5 is surmounted by a circular plate 29.
The part of the central support 28 arranged in the compartment
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upper 4 rests on this plate 29. To the latter is welded a circular ring 30 connected in a sealed manner to an annular plate 31, itself welded to a ring 32. This ring is in turn fixed in a sealed manner to a sheet 33 constituting the peripheral part of the ceiling of the lower compartment 5.
In order to allow the installation of the heat insulator 34 in the double partition 7, sectors 35 resting, on the one hand, on an angle 36 integral with the sheet 33 and, on the other hand, on a crown 37 have been provided. provided on the central support 28. The heat insulator 34 involved in the constitution of the double partition is surmounted by sectors 38 which rest, on the one hand, on a ring 39 integral with the wall 10 and, on the other hand, on uprights 40 supported by the sheet 33. The latter is stiffened by tie rods 41 which also facilitate the assembly of the different sectors of the double partition before their assembly.
The pipes 24 and 25 which, in the case which has just been described, lead to a heat exchanger separate from the apparatus shown, can also lead, if necessary, to another apparatus effecting a physical modification of the equipment. gaseous fluids. Such an apparatus can be, for example, an absorber, a condenser or a boiler.
It is evident that the invention is not exclusively limited to the embodiment shown and that many modifications can be made in the form, arrangement and constitution of some of the elements involved in its realization, provided that these modifications are not inconsistent with the purpose of each of the following claims.
R E V E N D I C A T'I 0 N S.
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