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La présente invention a trait à un élément de feuille ondulée, à un assemblage de tels éléments et à un appareil comprenant un tel assemblage, destiné' à répartir un liquide tombant, en plusieurs pellicules minces. Il a trait en particulier à un élément à surface étendue pour contact gaz-liquide, comme ceux de filtres à ruissellement, des tours réfrigérantes, des tours d'absorption, des tours à soufflage et d'autres appareils dans lesquels il est nécessaire ou désirable d'exposer une grande surface dans un petit volume ou sur une courte distance.
La présente invention propose un élément à surface étendue pour appareil de contact gaz-liquide, filtre à ruissellement et analogue, consistant notamment en une mince feuille de matériau inerte aux fluides avec lesquels elle doit être employée, agencée pour se dresser verticalement sur un de ses bords longitudinaux, comportant plusieurs ondulations parallèles, disposées longitudinalement, ayant des creux et des crêtes uniment raccordés, couvrant la majeure partie de l'aire de la feuille, plusieurs ondulations relativement courtes, disposées transversalement par rapport à la feuille, le long de chacun de ses deux bords longitudinaux et couvrant le reste de l'aire de la feuille,
chacune desdites ondulations transversalesétant normale auxdites ondulations longitudinales et s'étendant depuis le bord de la feuille pour communiquer librement avec une surface de l'ondulation longitudinale la plus proche, et plusieurs nervures de renforcement espacées, disposées transversalement par rapport à la feuille sur une face de celleci, chacune de ces nervures ayant une forme générale sigmoïde épousant les ondulations et portant au moins sur deux ondulations longitudinales voisines.
Parmi les caractéristiques souvent voulues pour un appareil de contact gaz-liquide, appartenant aux types suggérés, figurent un grand volume de vides, destiné à assurer une faible résistance à l'écoulement des fluides, combiné à de grandes surfaces par unité de volume et à une faible densité, pour simplifier le support structurel requis par l'appareil. Il a été antérieurement proposé de faire usage de matériau en feuille plate dont les faces planes sont verticales, en tant qu'éléments répartiteurs d'un appareil de contact gaz-liquide. Lorsqu'on fait usage de feuilles planes, l'espacement nécessaire entre les feuilles, destiné au courant contraire de gaz, offre toutefois une opportunité trop grande de chute libre au liquide entre les feuilles, et la répartition complète voulue en pellicules liquides ne peut être obtenue.
Il a donc été proposé d'employer des feuilles verticales à ondulations horizontales. Ces feuilles doivent aussi être espacées pour permettre le passage du courant contraire de gaz et elles n'empêchent pas la libre chute du liquide dans les espaces. Ensuite, lorsqu'on fait usage de feuilles ondulées assez minces pour donner une densité totale assez petite, les feuilles tendent à s'affaisser et, lorsqu'elles sont renforcées par la fixation de nervures verticales destinées à vaincre cette tendance, elles tendent à se briser le long des nervures. Finalement, une simple feuille ondulée n'assure pas que le liquide tombant sur son bord supérieur apparent se répartit sur les deux surfaces ondulées.
La plupart des configurations de ces feuilles font que ce liquide est dévié vers une seule face, ce qui fait qu'une paroi est sèche et l'autre, humide, et la première représente nécessairement une perte ou une capacité inutilisée de l'appareil.
Parmi les buts de la présente invention figure celui de proposer une variante du matériau en feuille ondulée aux fins susdites, qui présente la faible résistance nécessaire aux courants opposés sans permettre au liquide de tomber librement par les espaces séparant les feuilles lorsque ces dernières sont assemblées en position relative de fonctionnement. Un autre but est de proposer de telles feuilles, ayant une configuration qui
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assure leur fonctionnement à deux parois mouillées, Un autre but est de proposer de telles feuilles, ayant des ondulations de grande amplitude et des entretoises de renforcement qui ne créent pas de lignes de fatigue dans la feuille. Des buts apparentés comprennent la formation d'assemblages de telles feuilles et un appareil comprenant de tels assemblages.
L'invention consiste en un élément à surface étendue pour appareil de contact gaz-liquide, filtre à ruissellement et assemblages semblables, dans lesquels il est désirable de répartir un liquide tombant, en minces pellicules, consistant notamment en un mince feuille d'un matériau inerte vis-à-vis des fluides avec lesquels elle doit être employée. La feuille est destinée à se dresser verticalement sur un de ses bords longitudinaux et comporte plusieurs ondulations disposées longitudinalement, ayant des creux et des crêtes uniment raccordées, couvrant la majeure partie de l'aire de la feuille. Elle comporte aussi plusieurs ondulations relativement courtes, disposées transversalement par rapport à la feuille, le long de chacun de ses deux bords longitudinaux et couvrant le reste de l'aire de la feuille.
Chacune de ces ondulations courtes s'étend depuis le bord de la feuille pour communiquer librement avec une surface de l'ondulation longitudinale la plus proche. La feuille est renforcée par plusieurs nervures espacées, disposées transversalement par rapport à la feuille sur une face au moins de celle-ci. Ces nervures portent, de préférence, sur quelques ondulations seulement et ont, de préférence, une forme sigmoïde telle qu'elles suivant le contour transversal de la feuille. D'autres détails apparaissent à la lecture de la description qui suit et des dessins annexés.
La figure 1 est un plan d'une face d'une réalisation préférée d'un élément à feuille ondulée.
La figure 2 est un plan de la face opposée du même élément.
La figure 3 est une section longitudinale prise suivant la ligne 3-3 de la figure 1.
La figure 4 est une section transversale prise suivant la ligne 4-4 de la figure 1.
La figure 5 est une perspective isométrique de plusieurs éléments selon la figure 1 à l'état emboîté, non actif.
La figure 6 est une perspective isométrique de plusieurs éléments selon la figure 1, en assemblage de fonctionnement.
La figure 7 est une perspective simplifiée de plusieurs assemblages selon la figure 6, en position mutuelle étagée préférée.
Les dessins représentent une réalisation préférée de l'invention, dans laquelle les éléments à surface étendue et leurs nervures de renforcement sont moulées, estampées ou pressées dans une seule feuille. Pour ces éléments et assemblages destinés à être employés en contact avec des liquides aqueux, les éléments peuvent être avantageusement faits de matériau en feuille thermoplastique organique, tel qu'un polymère ou un copolymère de styrolène, avantageusement par le simple procédé d'étirage à vide. Pour d'autres applications, les éléments peuvent être faits de tout matériau inerte convenable qui, dans certains cas, peut consister en divers métaux, en papier ou en carton imprégné de résine, en béton moulé, en céramiques ou en d'autres matériaux aptes au façonnage à la forme convenable.
L'élément de feuille mince 10, représenté en détail aux figures 1 à 4, est, agencé pour se dresser verticalement sur un de ses bords longitudinaux 11, comme le montrent les figures 6 et 7. L'élément 10 comporte
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plusieurs ondulations longitudinales 12, ayant des creux 13 et des crêtes 14 uniment raccordés, sur chaque face, comme le montrent le mieux les figures 5 à 7 Les ondulations longitudinales 12 couvrent la majeure partie de l'aire des éléments 10. Le restant de l'aire de chaque élément 10 est couvert de plusieurs ondulations relativement courtes 15, disposées transversalement par rapport à la feuille et s'étendant depuis les bords longitudinaux 11 de l'élément 10 pour communiquer librement avec une surface de l'ondulation longitudinale 12 la plus proche.
Les ondulations transversales 15 ont des creux 16 et des crêtes 17 uniment raccordées, ayant de préférence environ la-même amplitude que celle des ondulations longitudinales 12. Les creux 16, situés le long d'un bord de l'élément 10, sont de préférence alignés sur les crêtes 17 de l'autre bord.
Chaque élément 10 est renforcé par plusieurs nervures espacées 18, disposées transversalement par rapport à la feuille et saillissant depuis au moins une de ses faces sur une distance inférieure à l'amplitude d'une ondulation. Dans la réalisation illustrée et préférée, les nervures 18 sont d'une pièce avec l'élément 10 et saillissent d'une surface de ce dernier, chaque nervure 18 portant sur deux ondulations complètes et ayant une forme générale sigmoïde, de manière à suivre le contour transversal de l'élément 10. Les figures 4 et 5 le montrent le plus clairement. Les nervures sigmoïdes préférées 18 sont étirées en creux en comportent des portées 19 plus étroites que les racines 20 (figure 3) pour permettre l'emboîtement des éléments 10 lorsque ces éléments sont empilés pour emmagasinage ou expédition, en assemblage non actif (figure 5).
Pour donner une rigidité sensiblement uniforme à toutes les parties de chaque élément 10, les nervures sont symétriquement disposées autour d'un centre de symétrie 21 (figures 1 et 2). Il est préférable que ledit centre de symétrie soit décalé du centre proprement dit 22 de l'élément 10 vers un de ses bouts, d'une distance valant environ la largeur d'une nervure 18. Il s'ensuit qu'il y a une plus grande distance d'un bout de l'élément 10 à la nervure la plus proche, que de l'autre bout de l'élément à la nervure la plus proche.
Lors de l'assemblage de plusieurs éléments 10, pour former un répartiteur pour le liquide tombant, tous les éléments sont tournés de manière que les nervures 18 saillissent dans le même sens et un élément 10 sur deux est tourné de manière que son centre de symétrie 21 se dispose du côté opposé du centre proprement dit 22, par rapport au centre de symétrie 21 de l'autre élément sur deux. Les nervures servent d'entretoises entre les éléments assemblés.
Il est commode de prévoir un petit renfoncement en cuvette 23 dans l'angle interne de chaque nervure sigmoïde 18 et un renfoncement plus petit 24 dans le creux 13 de l'ondulation longitudinale la plus proche 12, décalé, vers le bout long de l'élément 10, d'une distance égale à celle qui existe entre le centre de symétrie 21 et le centre proprement dit 22.
Lorsque les éléments 10 sont assemblés pour fonctionnement, les renfoncements 24 s'ajustent aux cuvettes 23, constituant un arrêt destiné à réduire ou à empêcher le déplacement des éléments individuels de l'assemblage.
Si on le désire, les cuvettes 23 peuvent être remplies d'adhésif, immédiatement avant assemblage et les éléments sont alors tenus ensemble sans le secours de châssis de maintien.
Lorsque les éléments doivent être assemblés pour former un corps de contact gaz-liquide, on les dispose sur leurs bords longitudinaux, c'est- à-dire de manière que leurs ondulations courtes transversales 15 soient verticales et leurs ondulations longitudinales 12, horizontales. Un tel assemblage est représenté figure 6. Le liquide tombant sur l'assemblage pénètre dans les ouvertures 25 en forme de nids d'abeilles. Le liquide qui
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tombe sur une des surfaces des ondulations transversales verticalement disposées s'en écoule uniment, en s'étalant sur les ondulations longitudinales à mesure de sa descente, jusqu'à ce qu'il passe sur les ondulations verticales du bord inférieur de la feuille et sorte de l'assemblage.
Le liquide qui tombe par une ouverture 25 doit tomber sur une des surfaces ondulées disposées horizontalement, à cause de l'amplitude des ondulations, c'est-à-dire qu'il n'a pas l'occasion de tomber librement à travers l'assemblage. De ce fait, tout le liquide tombant est réparti en pellicule sur les parois des éléments 10. Pour bien des applications, il est désirable de disposer des étages multiples d'assemblages d'éléments et il a été trouvé que la répartition optimum du liquide tombant est obtenue si les éléments des assemblages de chaque étage sont orientés à 90 degrés des éléments correspondants des étages voisins, comme le montre la figure 7.
Les exemples suivant illustrent deux applications pratiques de l'article selon la présente invention.
EXEMPLE 1.
Application de l'invention à des filtres à ruissellement pour oxydation bactérielle des liqueurs phénoliques perdues.
Le filtre à ruissellement ordinaire pour liqueurs phénoliques perdues est un lit de rocaille calibrée ou de laitier de haut fourneau, portant un revêtement de boue bactérielle. Dans un grand filtre industriel de ce type, les pierres avaient une surface moyenne de 20,5 pieds carrés par pied cube de lit filtrant et la porosité, ou volume des vides, du lit était d'environ 15 pour cent. Par contre, l'assemblage des figures 6 et 7 présente 25 pieds carrés de surface par pied cube et le volume des vides est de 94 pour cent. Au cours d'un essai spécifique comparatif, un grand réservoir cylindrique dressé fut divisé en deux parties égales par une cloison verticale diamétrale.
Un côté reçut un empilage d'éléments assem- blés selon l'invention, disposés en plusieurs étages ; l'autrecôté fut rempli de rocaille calibrée provenant du grand lit de filtrage industriel.
Une tête distributrice rotative à quatre bras, actionnée par la réaction de beaucoup de jets disposés le long de chaque bras, fut employée pour répartir le liquide également et continûment sur le dessus du réservoir comportant les empilages susdits. Il a été pourvu à l'échantillonnage séparé de la liqueur effluente des deux moitiés du réservoir. Initialement, le filtre fut inoculé pendant plusieurs jours de la manière habituelle par un aliment aqueux, le phénol et la culture bactérienne. Ensuite, une solution de l'aliment et de phénol à une concentration connue fut apportée continûment à la température existante de l'eau,,2100, et avec un débit d'environ 11 millions de gallons par acre d'aire de filtre et par jour. L'apport de phénol fut périodiquement accru et les liqueurs effluentes furent analysées pour le phénol.
Les résultats figurent au tableau ci-après.
Concentration du phénol, parties par million Jours Débit Effluent Phénol éliminé
Parties par million
EMI4.1
<tb>
<tb> invention <SEP> Rocaille <SEP> Invention <SEP> Rocaille
<tb> 6 <SEP> 76,5 <SEP> 15,8 <SEP> 26,4 <SEP> 60,7 <SEP> 50,1
<tb> 3 <SEP> 98,7 <SEP> 26,8 <SEP> 36,8 <SEP> 71,8 <SEP> 61,9
<tb> 10 <SEP> 114 <SEP> 17,8 <SEP> 40,9 <SEP> 96,2 <SEP> 73,1
<tb> 2 <SEP> 167 <SEP> 24,7 <SEP> 83,7 <SEP> 142,3 <SEP> 83,3
<tb>
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Il est évident que les caractéristiques de libre écoulement du corps perfectionné répartiteur de liquide crée des conditions très favorables pour le transfert de l'oxygène de l'air à la liqueur perdue alors qu'elle ruisselle sur les boues bactérielles adhérant à sa surface.
EXEMPLE 2. -
Application de l'invention à des tours de refroidissement d'eau.
Une tour réfrigérante à tirage forcé, de 38 pouces carrés, fut remplie successivement de divers empilages, y compris celui de la figure 7, où chaque élément avait 21 pouces de hauteur et 37 pouces de longueur.
Les éléments furent espacés d'un pouce, tandis que l'amplitude de crête à crête de chaque ondulation était d'environ 1,5 pouces. Les éléments étaient faits de¯copolymère de styrolène et la densité totale de l'empilage était de 2,8 livres anglaises par pied cube. Les débits d'air et d'eau étaient réglables entre des limites reculées et il a été pourvu à la mesure de la température de l'eau et de l'air en divers points du système.
L'eau employée provenait d'un condenseur industriel et l'on pouvait disposer volonté de températures, comprises entre 90 et 1200 F pour l'eau affluente.
Le rendement de la tour réfrigérante fut déterminé en appliquant la théorie de Merkel, telle qu'elle a été commentée par Simpson et autres dans Refrigerating Engineering, 52,535-543 et 574-576 (1946). Le coefficient du transfert total de chaleur pour un empilage de tour réfrigérante, en Uni-tés thermiques britanniques (BTU) par heure (pied cube d'empilage) est in versement proportionnel à la hauteur de la tour pour une tâche donnée à accomplir et, de ce fait, il est directement proportionnel aux rendements relatifs dos empilages étudiés. Il fut trouvé que, dans les conditions clans lesquelles les tours réfrigérantes ordinaires commerciales à empilages de lattes de bois, présentaient des coefficients de 54 à 60,
l' empilage selon l'invention a un coefficient de 230 ou environ quatre fois plus élevé D'autres essais ont montré que, pour un débit d'air de 1300 livres anglaises par heure (pied carré de section de tour) et un débit d'eau, en livres anglaises par heure (par pied carré de section de tour) de 1000, une tour comportant un empilage d'une hauteur de 16 pieds de bagues Raschig -le ? pouces aurait le même rendement de transmission de chaleur qu'une tour comportant un empilage de 30 pieds de hauteur d'assemblages perfectionnos selon la présente invention, mais que la tour à empilage de bagues Rasching présente une contre-pression prohibitive de 8,8 pouces d'eau dans ces conditions, tandis que la grande hauteur de l'empilage perfectionné provoqua une contre-pression de seulement 0,
6 pouce d'eau.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.