EP1067344A1 - Vaporiseur-condenseur à bain à plaques brasées et son application à un appareil de distillation d'air - Google Patents

Vaporiseur-condenseur à bain à plaques brasées et son application à un appareil de distillation d'air Download PDF

Info

Publication number
EP1067344A1
EP1067344A1 EP00401788A EP00401788A EP1067344A1 EP 1067344 A1 EP1067344 A1 EP 1067344A1 EP 00401788 A EP00401788 A EP 00401788A EP 00401788 A EP00401788 A EP 00401788A EP 1067344 A1 EP1067344 A1 EP 1067344A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
passages
liquid
vaporizer
condenser
exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP00401788A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1067344B1 (fr
Inventor
Bernard Darredeau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude, LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP1067344A1 publication Critical patent/EP1067344A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1067344B1 publication Critical patent/EP1067344B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
    • F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
    • F25J5/005—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger in a reboiler-condenser, e.g. within a column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/02—Bath type boiler-condenser using thermo-siphon effect, e.g. with natural or forced circulation or pool boiling, i.e. core-in-kettle heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/10—Boiler-condenser with superposed stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/20—Boiler-condenser with multiple exchanger cores in parallel or with multiple re-boiling or condensing streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/32—Details on header or distribution passages of heat exchangers, e.g. of reboiler-condenser or plate heat exchangers

Definitions

  • the present invention relates to a vaporizer-condenser bath of the brazed plate type.
  • the invention applies in particular to main vaporizers-condensers of air distillation, which vaporizes liquid oxygen under low pressure (typically slightly higher than the atmospheric pressure) by medium nitrogen condensation pressure (typically 5 to 6 at absolute bars), and it will be explained below in this app.
  • Bath vaporizers / condensers operate in thermosyphon.
  • the bottom-up circulation of oxygen is vaporizing is ensured by the hydrostatic pressure due to the height of the liquid oxygen bath.
  • the oxygen flow recirculating liquid must be several times greater than the flow of vaporized oxygen. For this reason, we impose that the height of the liquid oxygen bath is approximately equal to the height of the exchanger, that is to say that it is can almost completely immersed in the liquid.
  • the invention aims to provide a vaporizer-condenser with thermal performance improved.
  • the invention also relates to an apparatus air distillation comprising a vaporizer-condenser for vaporize liquid oxygen under low pressure by nitrogen condensation under medium pressure, this vaporizer-condenser being as defined above.
  • the vaporizer-condenser 1 shown in Figure 1 is the main vaporizer-condenser of a double air distillation column (not shown in Figure 1) essentially consisting of a distillation column medium pressure and a low distillation column pressure.
  • the vaporizer-condenser 1 is intended to vaporize liquid oxygen from the low pressure column tank by condensation of nitrogen gas at the top of the middle column pressure.
  • the vaporizer-condenser 1 consists of a body 2A lower heat exchanger surmounted by a heat exchanger body higher 2B.
  • Each exchanger body of general shape rectangular, consists of a stack of plates vertical rectangles 3A, 3B aluminum, all identical, of peripheral closing bars 4A, 4B and of spacer waves 5A, 5B, for example of corrugated sheet perforated. The whole is brazed in the oven in one surgery.
  • On each body 2A, 2B are welded two boxes of generally semi-cylindrical shape, namely a box upper side 6A, 6B of nitrogen gas inlet and a lower side box 7A, 7B for liquid nitrogen outlet.
  • Each pair of adjacent plates 3 delimits a passage of generally flat shape. These passages are alternately 8A oxygen vaporization passages, 8B ( Figure 1) and nitrogen condensation passages.
  • the bars 4 close the circumference of these passages, except inlet / outlet openings for fluids.
  • passages 8 are closed laterally on their full height and completely open at their ends upper and lower.
  • passages 8 are closed on all their periphery except for a side window upper nitrogen gas inlet, which leads to the box 6, and a lower side outlet window liquid nitrogen, onto which the box 7 opens.
  • the waves 5 of the vaporization passages have vertical generators over the entire height of these passages.
  • Those of the condensation passages have vertical generators over most of the height of these passages, but are extended at the top and bottom by oblique distribution waves which emerge in the nitrogen inlet / outlet side windows, so classic.
  • each device 20 consists of a perforated tube which extends over the entire the horizontal width of passage 8B, at the lower entrance of it, the 5B wave starting above this tube.
  • the tube diameter 20 is less than the spacing of the two plates 3B which delimit the passage, and the perforations 21 are directed upwards.
  • Each tube 20 is connected by a end at the bottom of tank 18, while its other end is closed.
  • the vaporizer-condenser also has a downpipe 22 which constitutes the sole supply of the lower body 2A.
  • the entrance to this pipe forms a manifold 23 open upwards, attached to the upper edge of reservoir 18, while its outlet is stitched at a point intermediate the height of at least one pipe 12.
  • the upper edge of the body 2B is provided vertical edges 24 which lead into the reservoir 18 all of the liquid oxygen coming out of the end upper 14B, and which direct in the collector 23 the all of the liquid overflowing from the reservoir 18.
  • the flow of liquid oxygen arriving in 19 is regulated so that with the overflow of the tank 18, the level of the liquid in the lower body 2A is maintained in the vicinity of the upper end 14A of it.
  • This regulation can be carried out for example by regulating the flow rate of liquid products withdrawn from installation, and / or by regulating the turbine refrigeration production thereof.
  • Liquid oxygen partially vaporizes in the passages 8A, where the bubbles resulting from the vaporization cause an ascending thermosyphon effect.
  • the fluid biphasic which leaves the upper end 14A divides in a liquid phase which overflows in the pipes 12 to return to the lower bath, and in a vapor phase which is collected by dome 13 and then passes into dome 15 via driving 17.
  • This gaseous oxygen enters all the passages 8B. At the entrance of each of them, it is accelerated in passing of tube 20, due to the reduced passage section which is offered, and drives up the droplets of liquid coming out of the orifices 21 under the effect of the hydrostatic height of the liquid in the tank 18.
  • the gaseous oxygen is thus intimately mixed with liquid oxygen at the entrance of passages 8B and causes this liquid, and vaporization continues from bottom to top of these passages.
  • the two-phase fluid coming out of the end upper 14B separates into a vapor phase which rises in the low pressure column, and in a liquid phase which overflows into tank 18.
  • Line 22 is supplied only by overflow of the reservoir 18, which guarantees the supply sufficient passages 8B in liquid to avoid any drying in them.
  • the lower part of this line 22 forms a liquid guard which forces all of oxygen vaporized in the body 2A to pass in the domes 13 and 15.
  • FIGS 2, 3 and 4 show a vaporizer-condenser 101 which integrates all the functions of the vaporizer-condenser 1 in a single exchanger body 102, with a particularly simple construction.
  • the vaporizer-condenser 101 is thus constituted of a single stack of vertical rectangular plates 103, closing bars 104 and spacer waves 105.
  • the nitrogen condensation passages extend continuously over the entire height of the exchanger, with a single upper entry box 106 and one single entry box lower outlet 107, both arranged laterally.
  • the oxygen vaporization passages 108 are closed laterally over their entire height and completely open at the top and bottom.
  • Their spacer waves 105, at vertical generators, are interrupted at one location intermediate their length.
  • a perforated tube 20 with orifices 21 directed upwards (Figure 5), with the arrangement described above next to Figure 4.
  • the tubes 20 are open at their two ends and open into the lower part of a side tank 18 which surrounds the exchanger body, through holes corresponding side closing bars for passageways 108.
  • the lower part 102A of the exchanger substantially to the level of the upper end 114A passages 108A, is directly immersed in a bath liquid oxygen 26 collected in the bottom column tank pressure 27, which overcomes the medium pressure column 28.
  • a partition vertical 29 starting from the bottom of the reservoir 18 surrounds the upper region of part 102A and plunges into the bath 26.
  • the vaporizer-condenser is supplied only at 19 in tank 18.
  • Tank 18 also receives excess liquid oxygen which exits at top of the exchanger. As before, the reservoir 18 feeds the tubes 20, and the liquid which leaves the orifices 21 is intimately mixed with the vapor phase of the mixture two-phase from the lower part 102A of the exchanger. The liquid phase of this mixture overflows in bath 26. The latter is also supplied by the tank 18 overflow.
  • the submerged lower part 8A or 102A of the vaporizer-condenser can, as a variant, be surmounted by more than one exchanger part such as 8B or 102B whose vaporization passages are supplied with a leaves with gaseous oxygen from the exchanger stage underlying, and secondly by liquid oxygen intimately mixed with this gaseous oxygen at their entry.
  • feeding the entire liquid oxygen vaporizer-condenser is preferably only on the highest floor then, from each floor on the underlying floor, by overflow.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Ce vaporiseur-condenseur (1) comprend deux parties d'échangeur superposées (2A, 2B). La partie inférieure (2A), immergée dans le liquide, a ses passages de vaporisation (8A) alimentés en source. La vapeur qui en sort est envoyée à l'entrée des passages de vaporisation (8B) de la partie supérieure, et du liquide est distribué dans le flux de vapeur qui pénètre dans chacun de ces passages. Application à la vaporisation d'oxygène liquide par condensation d'azote. <IMAGE>

Description

La présente invention est relative à un vaporiseur-condenseur à bain du type à plaques brasées.
L'invention s'applique en particulier aux vaporiseurs-condenseurs principaux des appareils de distillation d'air, qui vaporisent l'oxygène liquide sous basse pression (typiquement légèrement supérieure à la pression atmosphérique) par condensation d'azote moyenne pression (typiquement de 5 à 6 à bars absolus), et elle sera expliquée ci-dessous dans cette application.
Les vaporiseurs-condenseurs à bain fonctionnent en thermosiphon. La circulation de bas en haut de l'oxygène se vaporisant est assurée par la pression hydrostatique due à la hauteur du bain d'oxygène liquide.
Pour des raisons de sécurité, le débit d'oxygène liquide recirculant doit être plusieurs fois supérieur au débit d'oxygène vaporisé. Pour cette raison, on impose que la hauteur du bain d'oxygène liquide soit à peu près égale à la hauteur de l'échangeur, c'est-à-dire que ce dernier est à peut près totalement immergé dans le liquide.
Si l'on veut réduire l'écart de température entre le fluide qui se condense et celui qui se vaporise, afin de diminuer la pression de l'azote de chauffage et donc l'énergie de compression de l'air traité, il faut augmenter la surface d'échange thermique. Comme les dimensions horizontales de l'échangeur sont limitées par l'espace disponible en cuve de la colonne de distillation basse pression, on doit augmenter la hauteur de l'échangeur.
Cependant, une telle augmentation de hauteur accroít la pression hydrostatique du liquide en bas, c'est-à-dire à l'entrée, des passages de vaporisation, ce qui crée dans la partie inférieure de l'échangeur une région contenant du liquide franc sous-refroidi et neutralise au moins partiellement l'effet bénéfique de l'augmentation de la surface d'échange.
Pour éviter cet inconvénient, il a été proposé (voir par exemple le US-A-4 606 745) de subdiviser l'échangeur en plusieurs échangeurs superposés dont chacun est immergé dans un bain de hauteur réduite. Cependant, cette solution ne s'est pas révélée satisfaisante, car un bain de faible hauteur conduit à une faible vitesse du gaz vaporisé sortant de l'échangeur. Il en résulte une circulation de fluide diphasique insuffisante et une dégradation de l'échange thermique.
L'invention a pour but de fournir un vaporiseur-condenseur à bain ayant des performances thermiques améliorées.
A cet effet, le vaporiseur-condenseur à bain, du type à plaques brasées, suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend :
  • une partie d'échangeur inférieure comprenant un premier empilement brasé de plaques parallèles, d'ondes-entretoises et de barres de fermeture, qui définissent une série de premiers passages de vaporisation et une série de premiers passages de chauffage ;
  • des moyens d'alimentation en source des premiers passages de vaporisation en liquide à vaporiser ;
  • au moins une partie d'échangeur supérieure comprenant un deuxième empilement brasé de plaques parallèles, d'ondes-entretoises et de barres de fermeture, qui définissent une série de deuxièmes passages de vaporisation et une série de deuxièmes passages de chauffage ;
  • des moyens de transfert de la vapeur issue du sommet des premiers passages de vaporisation à une entrée inférieure des deuxièmes passages de vaporisation; et
  • des moyens de distribution de liquide à vaporiser dans le flux de vapeur qui pénètre dans chacun des deuxièmes passages de vaporisation.
Le vaporiseur-condenseur suivant l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes leurs combinaisons techniquement possibles :
  • le vaporiseur-condenseur comprend des moyens d'accélération du flux de vapeur qui pénètre dans chacun des deuxièmes passages de vaporisation, notamment une restriction de la section de passage de ce flux ;
  • les premiers et deuxièmes passages de vaporisation sont délimités respectivement par deux corps d'échanges distincts, et lesdits moyens de transfert comprennent un collecteur de l'ensemble de la vapeur issue du sommet des premiers passages de vaporisation, ce collecteur étant relié globalement aux entrées inférieures de tous les deuxièmes passages de vaporisation ;
  • les premiers et deuxièmes passages de vaporisation sont délimités par les mêmes plaques, les parties d'échangeur formant un corps d'échangeur unique dans lequel les ondes-entretoises de chaque passage de vaporisation sont interrompues pour la réception desdits moyens de distribution de liquide ;
  • le vaporiseur-condenseur comporte une amenée de liquide à vaporiser uniquement auxdits moyens de distribution, lesdits moyens d'alimentation en source recevant le liquide en excès issu de la partie d'échangeur supérieure ;
  • ladite amenée de liquide débouche dans un réservoir de liquide ouvert vers le haut, adapté pour créer une hauteur hydrostatique au-dessus desdits moyens de distribution, ce réservoir recevant également le liquide en excès issu du sommet de la partie d'échangeur supérieure et débordant dans un espace qui fait partie desdits moyens d'alimentation en source ;
  • lesdits moyens d'alimentation en source sont adaptés pour recevoir le liquide en excès issu du sommet des premiers passages de vaporisation ; et
  • lesdits moyens de distribution de liquide comprennent des tubes perforés disposés à l'entrée de chacun desdits deuxièmes passages de vaporisation et dans ces passages, les perforations de ces tubes étant orientées vers le haut.
L'invention a également pour objet un appareil distillation d'air comprenant un vaporiseur-condenseur pour vaporiser de l'oxygène liquide sous basse pression par condensation d'azote sous moyenne pression, ce vaporiseur-condenseur étant tel que défini ci-dessus.
Des exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels :
  • la Figure 1 représente schématiquement, en coupe verticale dans des passages de vaporisation, un vaporiseur-condenseur conforme à l'invention ;
  • la Figure 2 est une vue analogue d'un autre mode de réalisation ;
  • la Figure 3 est une vue analogue à plus grande échelle de la région de liaison des deux parties d'échangeur du vaporiseur-condenseur de la Figure 2 ;
  • la Figure 4 est une vue partielle prise en coupe suivant la ligne IV-IV de la Figure 1 ; et
  • la Figure 5 est une vue partielle prise en coupe suivant la ligne V-V de la Figure 2 ou de la Figure 3.
Le vaporiseur-condenseur 1 représenté sur la Figure 1 est le vaporiseur-condenseur principal d'une double colonne de distillation d'air (non représentée sur la Figure 1) constituée essentiellement d'une colonne de distillation moyenne pression et d'une colonne de distillation basse pression. Le vaporiseur-condenseur 1 est destiné à vaporiser l'oxygène liquide de cuve de la colonne basse pression par condensation d'azote gazeux de tête de la colonne moyenne pression.
Le vaporiseur-condenseur 1 est constitué d'un corps d'échangeur inférieur 2A surmonté d'un corps d'échangeur supérieur 2B. Chaque corps d'échangeur, de forme générale parallélépipédique, est constitué d'un empilement de plaques rectangulaires verticales 3A, 3B en aluminium, toutes identiques, de barres de fermeture périphériques 4A, 4B et d'ondes-entretoises 5A, 5B, par exemple en tôle ondulée perforée. L'ensemble est brasé au four en une seule opération. Sur chaque corps 2A, 2B sont soudées deux boítes de forme générale semi-cylindrique, à savoir une boíte latérale supérieure 6A, 6B d'entrée d'azote gazeux et une boíte latérale inférieure 7A, 7B de sortie d'azote liquide.
Chaque paire de plaques 3 adjacentes délimite un passage de forme générale plate. Ces passages sont alternativement des passages de vaporisation d'oxygène 8A, 8B (Figure 1) et des passages de condensation d'azote. Les barres 4 ferment le pourtour de ces passages, à l'exception d'ouvertures d'entrée/sortie pour les fluides.
Ainsi, les passages 8 sont fermés latéralement sur toute leur hauteur et totalement ouverts à leurs extrémités supérieure et inférieure.
Au contraire, les passages 8 sont fermés sur toute leur périphérie à l'exception d'une fenêtre latérale supérieure d'entrée d'azote gazeux, sur laquelle débouche la boíte 6, et d'une fenêtre latérale inférieure de sortie d'azote liquide, sur laquelle débouche la boíte 7.
Les ondes 5 des passages de vaporisation ont des génératrices verticales sur toute la hauteur de ces passages. Celles des passages de condensation ont des génératrices verticales sur l'essentiel de la hauteur de ces passages, mais sont prolongées en haut et en bas par des ondes obliques de distribution qui débouchent dans les fenêtres latérales d'entrée/sortie d'azote, de façon classique.
Au corps d'échangeur 2A sont associés :
  • une réserve d'oxygène liquide adaptée pour réaliser une immersion quasi-totale du corps 2A dans ce liquide. Cette réserve peut être la cuve de la colonne basse pression, ou bien, comme représenté, une cuve inférieure 11 disposée sous le corps d'échangeur et dans laquelle débouchent une ou plusieurs conduites de descente 12 ;
  • un dôme supérieur 13 qui coiffe l'extrémité supérieure 14A du corps 2A. L'extrémité supérieure des conduites 12 est reliée à ce dôme au niveau de cette extrémité 14A.
Au corps d'échangeur 2B sont associés :
  • un dôme inférieur 15 qui coiffe l'extrémité inférieure 16B du corps 2B et qui communique avec le dôme 13 par une conduite 17 ; et
  • un réservoir latéral 18 qui s'étend sur toute l'épaisseur, considérée perpendiculairement au plan du dessin, et sur toute la hauteur du corps 2B. Ce réservoir est ouvert vers le haut sensiblement au niveau de l'extrémité supérieure 14B de ce corps 2B. Au-dessus du réservoir 18 se trouve l'unique alimentation 19 en oxygène liquide du vaporiseur-condenseur. L'extrémité inférieure du réservoir 18 communique uniquement avec des dispositifs 20 d'injection d'oxygène liquide dans l'oxygène gazeux prévus respectivement à l'entrée de chaque passage de vaporisation 8B.
Comme on le voit sur la Figure 4, chaque dispositif 20 est constitué par un tube perforé qui s'étend sur toute la largeur horizontale du passage 8B, à l'entrée inférieure de celui-ci, l'onde 5B commençant au-dessus de ce tube. Le diamètre du tube 20 est inférieur à l'écartement des deux plaques 3B qui délimitent le passage, et les perforations 21 sont dirigées vers le haut. Chaque tube 20 est relié par une extrémité au bas du réservoir 18, tandis que son autre extrémité est fermée.
Le vaporiseur-condenseur comporte encore une conduite de descente 22 qui constitue l'unique alimentation du corps inférieur 2A. L'entrée de cette conduite forme un collecteur 23 ouvert vers le haut, accolé au bord supérieur du réservoir 18, tandis que sa sortie est piquée en un point intermédiaire de la hauteur d'au moins une conduite 12.
Par ailleurs, le bord supérieur du corps 2B est muni de bordures verticales 24 qui dirigent dans le réservoir 18 la totalité de l'oxygène liquide sortant de l'extrémité supérieure 14B, et qui dirigent dans le collecteur 23 la totalité du liquide qui déborde du réservoir 18.
En fonctionnement, le débit d'oxygène liquide arrivant en 19 est régulé pour que, avec le débordement du réservoir 18, le niveau du liquide dans le corps inférieur 2A soit maintenu au voisinage de l'extrémité supérieure 14A de celui-ci. Cette régulation peut être réalisée par exemple par régulation du débit de produits liquides soutirés de l'installation, et/ou par régulation de la turbine de production frigorifique de celle-ci.
L'oxygène liquide se vaporise partiellement dans les passages 8A, où les bulles résultant de la vaporisation provoquent un effet de thermosiphon ascendant. Le fluide diphasique qui sort de l'extrémité supérieure 14A se divise en une phase liquide qui déborde dans les conduites 12 pour retourner dans le bain inférieur, et en une phase vapeur qui est collectée par le dôme 13 puis passe dans le dôme 15 via la conduite 17.
Cet oxygène gazeux pénètre dans tous les passages 8B. A l'entrée de chacun d'eux, il est accéléré au passage du tube 20, du fait de la section de passage réduite qui lui est offerte, et entraíne vers le haut les gouttelettes de liquide qui sortent des orifices 21 sous l'effet de la hauteur hydrostatique du liquide présent dans le réservoir 18. L'oxygène gazeux est ainsi mélangé intimement à l'oxygène liquide à l'entrée des passages 8B et entraíne ce liquide, et la vaporisation se poursuit du bas en haut de ces passages. Le fluide diphasique qui sort de l'extrémité supérieure 14B se sépare en une phase vapeur qui monte dans la colonne basse pression, et en une phase liquide qui déborde dans le réservoir 18.
La conduite 22 est alimentée uniquement par débordement du réservoir 18, ce qui garantit l'alimentation suffisante des passages 8B en liquide pour éviter tout assèchement dans ceux-ci. La partie inférieure de cette conduite 22 forme une garde liquide qui oblige la totalité de l'oxygène vaporisé dans le corps 2A à passer dans les dômes 13 et 15.
Grâce à l'agencement décrit ci-dessus, on utilise un bain de hauteur partielle pour le corps d'échangeur inférieur, ce qui réduit la hauteur hydrostatique à l'entrée des passages 8A et donc la pression de l'azote de chauffage. Simultanément, on crée dans l'échangeur supérieur une circulation diphasique accélérée, sans bain de liquide franc, ce qui améliore l'échange thermique dans le corps supérieur 2B.
Les Figures 2, 3 et 4 représentent un vaporiseur-condenseur 101 qui intègre l'ensemble des fonctions du vaporiseur-condenseur 1 dans un seul corps d'échangeur 102, avec une construction particulièrement simple.
Le vaporiseur-condenseur 101 est ainsi constitué d'un unique empilement de plaques rectangulaires verticales 103, de barres de fermeture 104 et d'ondes-entretoises 105.
Les passages de condensation d'azote s'étendent continûment sur toute la hauteur de l'échangeur, avec une seule boíte d'entrée supérieure 106 et une seule boíte de sortie inférieure 107, toutes deux disposées latéralement.
Les passages de vaporisation d'oxygène 108 sont fermés latéralement sur toute leur hauteur et totalement ouverts en haut et en bas. Leurs ondes-entretoises 105, à génératrices verticales, sont interrompues en un emplacement intermédiaire de leur longueur. Dans chaque espace libre 25 ainsi défini est disposé un tube perforé 20 à orifices 21 dirigés vers le haut (Figure 5), avec l'agencement décrit plus haut en regard de la Figure 4. Cependant, dans ce cas, les tubes 20 sont ouverts à leurs deux extrémités et débouchent dans la partie inférieure d'un réservoir latérale 18 qui entoure le corps d'échangeur, à travers des perçages correspondants des barres de fermeture latérale des passages 108.
De cette manière sont définies, comme dans le cas de la Figure 1, une partie d'échangeur inférieure 102A contenant des passages de vaporisation inférieurs 108A, et une partie d'échangeur supérieure 102B contenant des passages de vaporisation supérieurs 108B, avec entre ces passages un espace 25 de collecte et de redistribution d'oxygène gazeux qui correspond à l'espace 13, 17, 15 précédemment décrit.
La partie inférieure 102A de l'échangeur, sensiblement jusqu'au niveau de l'extrémité supérieure 114A des passages 108A, est directement immergée dans un bain d'oxygène liquide 26 rassemblé en cuve de la colonne basse pression 27, laquelle surmonte la colonne moyenne pression 28.
Pour garantir que la totalité de l'oxygène vaporisé dans la partie 102A passe dans la partie 102B, une cloison verticale 29 partant du fond du réservoir 18 entoure la région supérieure de la partie 102A et plonge dans le bain 26.
L'alimentation du vaporiseur-condenseur s'effectue uniquement en 19 dans le réservoir 18. Le réservoir 18 reçoit également l'oxygène liquide en excès qui sort au sommet de l'échangeur. Comme précédemment, le réservoir 18 alimente les tubes 20, et le liquide qui sort des orifices 21 se mélange intimement avec la phase vapeur du mélange diphasique issu de la partie inférieure 102A de l'échangeur. La phase liquide de ce mélange, quant à elle, déborde dans le bain 26. Ce dernier est également alimenté par le débordement du réservoir 18. Ces divers mouvements de fluides sont indiqués par des flèches sur la Figure 2, et les avantages résultants sont analogues à ceux exposés plus haut en regard des Figures 1 et 4.
Comme on le comprend, la partie inférieure immergée 8A ou 102A du vaporiseur-condenseur peut, en variante, être surmontée de plus d'une partie d'échangeur telle que 8B ou 102B dont les passages de vaporisation sont alimentés d'une part par de l'oxygène gazeux issu de l'étage d'échangeur sous-jacent, et d'autre part par de l'oxygène liquide mélangé intimement à cet oxygène gazeux à leur entrée. Dans une telle variante, l'alimentation de l'ensemble du vaporiseur-condenseur en oxygène liquide s'effectue de préférence uniquement à l'étage le plus élevé puis, de chaque étage à l'étage sous-jacent, par débordement.

Claims (9)

  1. Vaporiseur-condenseur à bain (1 ; 101), du type à plaques brasées, caractérisé en ce qu'il comprend :
    une partie d'échangeur inférieure (2A ; 102A) comprenant un premier empilement brasé de plaques parallèles (3A ; 3), d'ondes-entretoises (5A ; 105) et de barres de fermeture (4A ; 104), qui définissent une série de premiers passages de vaporisation (8A ; 108A) et une série de premiers passages de chauffage ;
    des moyens (11, 12 ; 26) d'alimentation en source des premiers passages de vaporisation (8 ; 108A) en liquide à vaporiser ;
    au moins une partie d'échangeur supérieure (8B ; 108B) comprenant un deuxième empilement brasé de plaques parallèles (3B ; 3), d'ondes-entretoises (5B ; 105) et de barres de fermeture (4B ; 104), qui définissent une série de deuxièmes passages de vaporisation (8B ; 108B) et une série de deuxièmes passages de chauffage ;
    des moyens (13, 15, 17 ; 25) de transfert de la vapeur issue du sommet des premiers passages de vaporisation (8A ; 108A) à une entrée inférieure des deuxièmes passages de vaporisation (8B ; 108B) ; et
    des moyens (20) de distribution de liquide à vaporiser dans le flux de vapeur qui pénètre dans chacun des deuxièmes passages de vaporisation (8B ; 108B).
  2. Vaporiseur-condenseur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'accélération du flux de vapeur qui pénètre dans chacun des deuxièmes passages de vaporisation (8B ; 108B), notamment une restriction de la section de passage de ce flux.
  3. Vaporiseur-condenseur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les premiers et deuxièmes passages de vaporisation sont délimités respectivement par deux corps d'échanges distincts (2A, 2B), et en ce que lesdits moyens de transfert comprennent un collecteur (13) de l'ensemble de la vapeur issue du sommet des premiers passages de vaporisation (8A), ce collecteur étant relié globalement (en 15) aux entrées inférieures de tous les deuxièmes passages de vaporisation (8B).
  4. Vaporiseur-condenseur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les premiers (108A) et deuxièmes (108B) passages de vaporisation sont délimités par les mêmes plaques (103), les parties d'échangeur (102A, 102B) formant un corps d'échangeur unique (102) dans lequel les ondes-entretoises (105) de chaque passage de vaporisation sont interrompues (en 25) pour la réception desdits moyens de distribution de liquide (20).
  5. Vaporiseur-condenseur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une amenée (19) de liquide à vaporiser uniquement auxdits moyens de distribution, lesdits moyens d'alimentation en source (11, 12 ;26) recevant le liquide en excès issu de la partie d'échangeur supérieure (102B).
  6. Vaporiseur-condenseur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ladite amenée de liquide (19) débouche dans un réservoir de liquide (18) ouvert vers le haut, adapté pour créer une hauteur hydrostatique au-dessus desdits moyens de distribution (20), ce réservoir recevant également le liquide en excès issu du sommet de la partie d'échangeur supérieure (102B) et débordant dans un espace (12 ; 26) qui fait partie desdits moyens d'alimentation en source.
  7. Vaporiseur-condenseur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens d'alimentation en source (11, 12 ; 26) sont adaptés pour recevoir le liquide en excès issu du sommet des premiers passages de vaporisation (8A, ; 108A).
  8. Vaporiseur-condenseur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de distribution de liquide (20) comprennent des tubes perforés disposés à l'entrée de chacun desdits deuxièmes passages de vaporisation (8B ; 108B) et dans ces passages, les perforations (21) de ces tubes étant orientées vers le haut.
  9. Appareil de distillation d'air, comprenant un vaporiseur-condenseur pour vaporiser de l'oxygène liquide sous basse pression par condensation d'azote sous moyenne pression, caractérisé en ce que le vaporiseur-condenseur (1 ;101) est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8.
EP00401788A 1999-07-07 2000-06-22 Vaporiseur-condenseur à bain à plaques brasées et son application à un appareil de distillation d'air Expired - Lifetime EP1067344B1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9908791 1999-07-07
FR9908791A FR2796137B1 (fr) 1999-07-07 1999-07-07 Vaporiseur-condenseur a bain a plaques brasees et son application a un appareil de distillation d'air

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP1067344A1 true EP1067344A1 (fr) 2001-01-10
EP1067344B1 EP1067344B1 (fr) 2003-11-05

Family

ID=9547821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP00401788A Expired - Lifetime EP1067344B1 (fr) 1999-07-07 2000-06-22 Vaporiseur-condenseur à bain à plaques brasées et son application à un appareil de distillation d'air

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6393864B1 (fr)
EP (1) EP1067344B1 (fr)
JP (1) JP2001050657A (fr)
DE (1) DE60006321T2 (fr)
FR (1) FR2796137B1 (fr)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9453674B2 (en) * 2013-12-16 2016-09-27 Praxair Technology, Inc. Main heat exchange system and method for reboiling
EP4080145A4 (fr) * 2019-12-17 2024-01-10 Taiyo Nippon Sanso Corporation Évaporateur de condensation de type réservoir de liquide multi-niveau, et dispositif de séparation d'air équipé dudit type d'évaporateur

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10027140A1 (de) * 2000-05-31 2001-12-06 Linde Ag Mehrstöckiger Badkondensator
PT1479985T (pt) * 2002-01-17 2017-08-03 Alfa Laval Corp Ab Evaporador submerso compreendendo um permutador de calor de placas e um compartimento cilíndrico onde está disposto o permutador de calor de placas
FR2853723B1 (fr) * 2003-04-10 2007-03-30 Air Liquide Procede et installation de traitement d'un bain de liquide riche en oxygene recueilli en pied d'une colonne de distillation cryogenique
EP1890099A1 (fr) * 2006-08-08 2008-02-20 Linde Aktiengesellschaft Déphlegmateur
US9476641B2 (en) * 2007-09-28 2016-10-25 Praxair Technology, Inc. Down-flow condenser reboiler system for use in an air separation plant
FR2995671B1 (fr) * 2012-09-19 2014-10-03 Air Liquide Ensemble d'echangeurs de chaleur et unite de separation comprenant un tel ensemble d'echangeurs de chaleur

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1152432B (de) * 1962-04-21 1963-08-08 Linde Eismasch Ag Platten-Kondensator-Verdampfer, insbesondere fuer Gas- und Luftzerleger
US4606745A (en) * 1984-05-30 1986-08-19 Nippon Sanso Kabushiki Kaisha Condenser-evaporator for large air separation plant
US5775129A (en) * 1997-03-13 1998-07-07 The Boc Group, Inc. Heat exchanger
US5901574A (en) * 1996-02-14 1999-05-11 Linde Aktiengesellschaft Device and process for evaporating a liquid

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4715433A (en) * 1986-06-09 1987-12-29 Air Products And Chemicals, Inc. Reboiler-condenser with doubly-enhanced plates
FR2718836B1 (fr) * 1994-04-15 1996-05-24 Maurice Grenier Echangeur de chaleur perfectionné à plaques brasées.
FR2733039B1 (fr) * 1995-04-14 1997-07-04 Air Liquide Echangeur de chaleur a plaques brassees, et procede correspondant de traitement d'un fluide diphasique
FR2774755B1 (fr) * 1998-02-09 2000-04-28 Air Liquide Condenseur a plaques brasees perfectionne et son application aux doubles colonnes de distillation d'air

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1152432B (de) * 1962-04-21 1963-08-08 Linde Eismasch Ag Platten-Kondensator-Verdampfer, insbesondere fuer Gas- und Luftzerleger
US4606745A (en) * 1984-05-30 1986-08-19 Nippon Sanso Kabushiki Kaisha Condenser-evaporator for large air separation plant
US5901574A (en) * 1996-02-14 1999-05-11 Linde Aktiengesellschaft Device and process for evaporating a liquid
US5775129A (en) * 1997-03-13 1998-07-07 The Boc Group, Inc. Heat exchanger

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9453674B2 (en) * 2013-12-16 2016-09-27 Praxair Technology, Inc. Main heat exchange system and method for reboiling
US9920988B2 (en) 2013-12-16 2018-03-20 Praxair Technology, Inc. Main heat exchange system and method for reboiling
EP4080145A4 (fr) * 2019-12-17 2024-01-10 Taiyo Nippon Sanso Corporation Évaporateur de condensation de type réservoir de liquide multi-niveau, et dispositif de séparation d'air équipé dudit type d'évaporateur

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001050657A (ja) 2001-02-23
FR2796137B1 (fr) 2001-09-14
DE60006321T2 (de) 2004-09-16
EP1067344B1 (fr) 2003-11-05
US6393864B1 (en) 2002-05-28
FR2796137A1 (fr) 2001-01-12
DE60006321D1 (de) 2003-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0546947B1 (fr) Echangeur de chaleur indirect du type à plaques
EP0130122B1 (fr) Dispositif pour vaporiser un liquide par échange de chaleur avec un deuxième fluide et installation de distillation d&#39;air comprenant un tel dispositif
CA2048432A1 (fr) Appareil de production d&#39;azote
EP1067344B1 (fr) Vaporiseur-condenseur à bain à plaques brasées et son application à un appareil de distillation d&#39;air
EP0566435B1 (fr) Echangeur de chaleur à ruissellement et installation de distillation d&#39;air comportant un tel échangeur
EP0410832B1 (fr) Appareil de vaporisation-condensation pour double colonne de distillation d&#39;air
EP1088578A1 (fr) Vaporiseur-condenseur à thermosiphon et installation de distillation d&#39;air correspondante
EP0178985B1 (fr) Appareil de réchauffage de fluide
FR2666517A1 (fr) Vaporisateur rapide multi-etages a plaques bosselees.
FR2774755A1 (fr) Condenseur a plaques brasees perfectionne et son application aux doubles colonnes de distillation d&#39;air
EP0507649B1 (fr) Procédé de vaporisation d&#39;un liquide, échangeur de chaleur pour sa mise en oeuvre, et application à une installation de distillation d&#39;air à double colonne
FR2798598A1 (fr) Vaporiseur-condenseur a bain et appareil de distillation d&#39;air correspondant
FR2474647A1 (fr) Procede et appareil pour la vaporisation d&#39;un liquide
FR2583738A1 (fr) Procede et dispositif de distillation, en particulier pour la preparation d&#39;eau douce a partir de solutions salines.
EP0738862B1 (fr) Echangeur de chaleur à plaques brasées
FR2573185A1 (fr) Echangeur de chaleur a chauffage direct
EP0861344B1 (fr) Fer a repasser electrique a vapeur
EP0373027B1 (fr) Chaudière à condensation pour chauffage à fluide caloporteur
FR2793548A1 (fr) Vaporiseur-condenseur a plaques fonctionnant en thermosiphon, et double colonne de distillation d&#39;air comportant un tel vaporiseur-condenseur
CA1252350A (fr) Installation et procede de chauffage du type a combustion submergee
WO2011110772A2 (fr) Echangeur de chaleur
WO2011110782A1 (fr) Echangeur de chaleur
FR2506910A2 (fr) Chaudiere a gaz pouvant fonctionner en circuit de combustion etanche
FR2817952A1 (fr) Vaporisateur-condenseur et installation de distillation d&#39;air comportant un tel vaporisateur-condenseur
CA2339885C (fr) Dispositif transportable de stockage et de fourniture de fluide cryogenique, plus particulierement d&#39;oxygene medical

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE FR GB

AX Request for extension of the european patent

Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

17P Request for examination filed

Effective date: 20010710

AKX Designation fees paid

Free format text: DE FR GB

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: L'AIR LIQUIDE, S.A. A DIRECTOIRE ET CONSEIL DE SUR

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: DARREDEAU, BERNARD

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): DE FR GB

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REF Corresponds to:

Ref document number: 60006321

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20031211

Kind code of ref document: P

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 20031229

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20040806

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20080523

Year of fee payment: 9

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20080521

Year of fee payment: 9

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20090622

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

Effective date: 20100226

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20090630

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20080513

Year of fee payment: 9

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20090622

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20100101