EP1067344B1 - Bath vaporiser-condenser with brazed plates and use thereof in an air distillation device - Google Patents
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- EP1067344B1 EP1067344B1 EP00401788A EP00401788A EP1067344B1 EP 1067344 B1 EP1067344 B1 EP 1067344B1 EP 00401788 A EP00401788 A EP 00401788A EP 00401788 A EP00401788 A EP 00401788A EP 1067344 B1 EP1067344 B1 EP 1067344B1
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Definitions
- the present invention relates to a vaporizer-condenser bath of the brazed plate type according to the preamble of claim 1.
- a vaporizer-condenser is known from DE-A-1 152 432 and US-A-5 775 129.
- 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 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 spray 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) consisting essentially 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 periphery 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, on which the box 7 opens.
- the waves 5 of the vaporization passages have vertical generators over the entire height of these passages.
- Those of 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 the 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 the 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 input 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 mixes intimately 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 lower immersed 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 each floor on the underlying floor, by overflow.
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Description
La présente invention est relative à un vaporiseur-condenseur à bain du type à plaques brasées selon le préambule de la revendication 1. Un tel vaporiseur-condenseur est connu des DE-A-1 152 432 et US-A-5 775 129.The present invention relates to a vaporizer-condenser bath of the brazed plate type according to the preamble of claim 1. Such a vaporizer-condenser is known from DE-A-1 152 432 and US-A-5 775 129.
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.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.
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.Bath vaporizers / condensers operate in thermosyphon. The bottom-up circulation of oxygen is vaporizing is ensured by hydrostatic pressure due to the height of the liquid oxygen bath.
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.For safety reasons, 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.
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.If you want to reduce the temperature difference between the fluid that condenses and one that vaporizes, in order to decrease the pressure of the heating nitrogen and therefore the compression energy of the treated air, it is necessary to increase the heat exchange surface. As the dimensions heat exchangers are limited by space available at the bottom of the distillation column pressure, the height of the exchanger must be increased.
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.However, such an increase in height increases the hydrostatic pressure of the liquid at the bottom, i.e. at the inlet, spray passages, which creates in the lower part of the exchanger a region containing free liquid sub-cooled and neutralizes at least partially the beneficial effect of increasing the exchange surface.
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.To avoid this drawback, it has been proposed (see for example US-A-4,606,745) to subdivide the exchanger into several superimposed exchangers each of which is immersed in a reduced height bath. However, this solution does not has not been found satisfactory because a weak bath height leads to a low speed of the vaporized gas leaving of the exchanger. This results in a circulation of fluid insufficient two-phase and deterioration of the exchange thermal.
L'invention a pour but de fournir un vaporiseur-condenseur à bain ayant des performances thermiques améliorées.The invention aims to provide a vaporizer-condenser with thermal performance improved.
A cet effet, le vaporiseur-condenseur à bain, du type à plaques brasées, suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend :
- 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.
- means for transferring the vapor from the top of the first vaporization passages to a lower inlet of the second vaporization passages; and
- means for distributing liquid to be vaporized in the vapor flow which enters each of the second vaporization passages.
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.
- the vaporizer-condenser comprises means for accelerating the flow of vapor which penetrates into each of the second vaporization passages, in particular a restriction of the passage section of this flow;
- the first and second vaporization passages are delimited respectively by two separate exchange bodies, and said transfer means comprise a collector of all of the vapor coming from the top of the first vaporization passages, this collector being connected overall to the lower inlets all second spray passes;
- the first and second vaporization passages are delimited by the same plates, the exchanger parts forming a single exchanger body in which the spacer waves of each vaporization passage are interrupted for the reception of said liquid distribution means;
- the vaporizer-condenser comprises a supply of liquid to be vaporized only to said distribution means, said source supply means receiving the excess liquid from the upper exchanger part;
- said liquid supply opens into a liquid tank open upwards, adapted to create a hydrostatic height above said distribution means, this tank also receiving excess liquid from the top of the upper exchanger part and overflowing into a space which is part of said source supply means;
- said source supply means are adapted to receive the excess liquid from the top of the first vaporization passages; and
- said liquid distribution means comprise perforated tubes disposed at the entrance to each of said second spray passages and in these passages, the perforations of these tubes being oriented upwards.
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.The invention also relates to an apparatus air distillation comprising a vaporizer-condenser for spray liquid oxygen under low pressure by nitrogen condensation under medium pressure, this vaporizer-condenser being as defined above.
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.
- Figure 1 shows schematically, in vertical section in vaporization passages, a vaporizer-condenser according to the invention;
- Figure 2 is a similar view of another embodiment;
- Figure 3 is a similar view on a larger scale of the connection region of the two exchanger parts of the vaporizer-condenser of Figure 2;
- Figure 4 is a partial view taken in section along the line IV-IV of Figure 1; and
- FIG. 5 is a partial view taken in section along the line VV of FIG. 2 or of FIG. 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.The vaporizer-condenser 1 shown in Figure 1 is the main vaporizer-condenser of a double air distillation column (not shown in Figure 1) consisting essentially 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.
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.The vaporizer-condenser 1 consists of a
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.Each pair of
Ainsi, les passages 8 sont fermés latéralement sur toute leur hauteur et totalement ouverts à leurs extrémités supérieure et inférieure.Thus, the passages 8 are closed laterally on their full height and completely open at their ends upper and lower.
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.On the contrary, 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, on which the box 7 opens.
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.The waves 5 of the vaporization passages have vertical generators over the entire height of these passages. Those of 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.
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 dedescente 12 ; - un dôme supérieur 13 qui coiffe l'extrémité
supérieure 14A du
corps 2A. L'extrémité supérieure desconduites 12 est reliée à ce dôme au niveau de cetteextrémité 14A.
- a reserve of liquid oxygen suitable for achieving almost total immersion of the
body 2A in this liquid. This reserve can be the tank of the low pressure column, or, as shown, alower tank 11 disposed under the exchanger body and into which open one ormore downpipes 12; - an
upper dome 13 which covers theupper end 14A of thebody 2A. The upper end of thepipes 12 is connected to this dome at thisend 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 14Bde ce corps 2B. Au-dessus du réservoir 18 se trouve l'uniquealimentation 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.
- a
lower dome 15 which covers thelower end 16B of thebody 2B and which communicates with thedome 13 via apipe 17; and - a
lateral reservoir 18 which extends over the entire thickness, considered perpendicular to the plane of the drawing, and over the entire height of thebody 2B. This reservoir is open upwards substantially at the level of theupper end 14B of thisbody 2B. Above thereservoir 18 is theonly supply 19 of liquid oxygen to the vaporizer-condenser. The lower end of thereservoir 18 communicates only withdevices 20 for injecting liquid oxygen into the gaseous oxygen provided respectively at the inlet of eachvaporization passage 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.As seen in Figure 4, each
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.The vaporizer-condenser also has a
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.Furthermore, the upper edge of the
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.In operation, the flow of liquid oxygen
arriving in 19 is regulated so that with the overflow of the
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.Liquid oxygen partially vaporizes in the
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.This gaseous oxygen enters all the
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.Thanks to the arrangement described above, a
partial height bath for the exchanger body
lower, which reduces the hydrostatic height at the
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.Figures 2, 3 and 4 show a vaporizer-
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.The vaporizer-
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.The nitrogen condensation passages extend
continuously over the entire height of the exchanger, with a
single
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. 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. In each
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.In this way are defined, as in the case of
Figure 1, a
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.The
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.To ensure that all of the vaporized oxygen
in
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.The vaporizer-condenser is supplied
only at 19 in
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.As you can see, the lower immersed
Claims (9)
- Bath condenser-reboiler (1; 101), of the type with brazed plates, comprising:a lower exchanger part (2A; 102A) comprising a first brazed stack of parallel plates (3A; 3), of corrugated spacers (5A; 105) and of sealing bars (4A; 104), which define a series of first vaporizing passages (8A; 108A) and a series of first heating passages;means (11, 12; 26) for supplying, as source, the first vaporizing passages (8A; 108A) with liquid to be vaporized;at least one upper exchanger part (8B; 108B) comprising a second brazed stack of parallel plates (3B; 3), of corrugated spacers (5B; 105) and of sealing bars (4B; 104), which define a series of second vaporizing passages (8B; 108B) and a series of second heating passages;means (13, 15, 17; 25) for transferring the vapour emanating from the top of the first vaporizing passages (8A; 108A) to a lower inlet of the second vaporizing passages (8B; 108B); andmeans (20) for delivering liquid to be vaporized into the stream of vapour that penetrates each of the second vaporizing passages (8B; 108B).
- Condenser-reboiler according to Claim 1, characterized in that it includes means for accelerating the stream of vapour that penetrates each of the second vaporizing passages (8B; 108B), especially a restriction in the flow area of this stream.
- Condenser-reboiler according to Claim 1 or 2, characterized in that the first and second vaporizing passages are respectively bounded by two separate exchange bodies (2A, 2B) and in that the said transfer means comprise a header (13) for all of the vapour emanating from the top of the first vaporizing passages (8A), this header being connected altogether (at 15) to the lower inlets of all of the second vaporizing passages (8B).
- Condenser-reboiler according to Claim 1 or 2, characterized in that the first (108A) and second (108B) vaporizing passages are bounded by the same plates (103), the exchanger parts (102A, 102B) forming a single exchanger body (102) in which the corrugated spacers (105) of each vaporizing passage are interrupted (at 25) in order to receive the said liquid delivery means (20).
- Condenser-reboiler according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that it includes a feed (19) of liquid to be vaporized to the said delivery means only, the said source supply means (11, 12; 26) receiving the excess liquid emanating from the upper exchanger part (102B).
- Condenser-reboiler according to Claim 5, characterized in that the said liquid feed (19) runs into a liquid reservoir (18) open at the top, designed to create a hydrostatic head above the said delivery means (20), this reservoir also receiving the excess liquid emanating from the top of the upper exchanger part (102B) and running into a space (12; 26) that forms part of the said source supply means.
- Condenser-reboiler according to any one of Claims 1 to 6, characterized in that the said source supply means (11, 12; 26) are designed to receive the excess liquid emanating from the top of the first vaporizing passages (8A; 108A).
- Condenser-reboiler according to any one of Claims 1 to 7, characterized in that the said liquid delivery means (20) comprise perforated tubes placed at the inlet of each of the said second vaporizing passages (8B; 108B) and in these passages, the perforations (21) in these tubes being upwardly oriented.
- Air distillation unit that includes a condenser-reboiler for vaporizing low-pressure liquid oxygen by condensation of medium-pressure nitrogen, characterized in that the condenser-reboiler (1; 101) is in accordance with any one of Claims 1 to 8.
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