FR2605251A1 - Distributeur-repartiteur de fluides liquides - Google Patents

Abstract

DISTRIBUTION ET REPARTITION D'UN FLUIDE LIQUIDE. LE DISTRIBUTEUR REPARTITEUR COMPREND AU MOINS UN CANAL DE REPARTITION 2 : - POSSEDANT UNE LARGEUR FAIBLE PAR RAPPORT A SA LONGUEUR; - DELIMITE PAR UN FOND 4, DEUX COTES EXTREMES 5 ET DEUX PAROIS 6 A CARACTERE GENERAL PLAN, SENSIBLEMENT PARALLELES ENTRE ELLES ET DONT L'UNE AU MOINS EST POURVUE, SUR UNE PARTIE AU MOINS DE SA SURFACE, D'AU MOINS UNE FAMILLE DE FENTES 7 S'ETABLISSANT A PARTIR D'UN PLAN FICTIF DE BASE P SITUE AU-DESSUS DU FOND 4 ET QUI, POUR UNE HAUTEUR DE CHARGE DONNEE DU FLUIDE DANS LE CANAL, PRESENTENT TOUTES UNE MEME SECTION DE PASSAGE; ET - COMPORTANT, EN DESSOUS DE SON FOND, AU MOINS UN MOYEN 8 DE REPARTITION. APPLICATION AUX COLONNES DE DISTILLATION.

Description

DISTRIBUTEUR REPARTITEUR DE FLUIDES LIQUIDES
La présente invention concerne le domaine technique général de la distribution et répartition d'un fluide liquide quelconque délivré par une tubulure d'alimentation sous la forme d'une veine et devant être distribué et réparti, le plus également ou uniformément possible, sur une surface de traitement, de transfert, d'utilisation, etc...

Un des domaines techniques les plus particulièrement concernés est celui des colonnes à garnissages et, plus spécialement encore, celui des colonnes pourvues de garnissages ordonnés. De telles colonnes sont utilisées, par exemple, en distillation pour réaliser des échanges gaz/liquide.

Dans le domaine technique général et, plus encore, dans celui spécifique d'application visé ci-dessus, on sait que le problème à résoudre est celui de pouvoir distribuer ou redistribuer le fluide liquide sur la surface sous-jacente, d'une manière la plus uniformément répartie, de façon que l'utilisation, l'usage ou le processus ultérieur, par exemple de distillation, s'accomplisse dans les meilleures conditions.

Dans le domaine d'application aux colonnes de distillation pourvues de garnissages, cette condition est particulièrement importante car, de la bonne distribution et répartition du fluide liquide sur le garnissage, que le liquide vienne d'une alimentation de la colonne ou de la collecte du liquide issu du volume de garnissage supérieur, dépend le bon mouillage des surfaces. Ceci est particulièrement important dans le cas de garnissage ordonné.

Dans le domaine d'application aux colonnes à garnissages, il est connu de mettre en oeuvre, pour assumer une fonction de distribution-répartition à partir d'une veine d'alimentation, une tubulure d'admission verticale de hauteur non négligeable débouchant par sa base dans une goulotte principale fermée, de part et d'autre de laquelle s'étendent des tubes de répartition. Ces tubes sont percés de trous dont le nombre et la section dépendent du produit et de l'application.

Une telle réalisation ne peut donc être que spécifique à un produit donné et à un domaine d'application et les conditions de marche ne peuvent varier que d'un facteur faible dépendant de la hauteur de charge dans la tubulure d'admission verticale.

Outre ces inconvénients, il convient de noter, également, que les orifices des tubes de répartition, nécessairement de faible section calibrée, ont tendance, selon la nature du produit ou la présence de particules, à s'obstruer plus ou moins rapidement.

Dans L'application particulière aux colonnes de distillation, de tels appareils de répartition-distribution sont, en général, d'un encombrement vertical important, ce qui augmente les dimensions de la colonne pour un nombre de plateaux efficaces nécessaires pour la séparation envisagée. Un tel encombrement vertical est encore accru s'il est souhaité, par exemple, pouvoir faire varier les conditions de marche de la colonne par modification de la hauteur de charge déterminée par la tubulure d'alimentation.

On connait, également, une autre proposition constructive d'un répartiteur, plus particulièrement réservé au domaine de la colonne de distillation. Un tel répartiteur comprend une admission de liquide dans une goulotte principale ouverte sur son dessus et en relation par sa base avec des canaux de répartition percés de trous, comme dans le cas de construction précédemment évoqué. Dans une telle construction, la goulotte coopère à l'établissement de la hauteur de charge, ce qui permet de diminuer l'encombrement vertical du répartiteur.

Le fonctionnement d'un tel appareil ne peut, toutefois, pas être garanti quant à l'exacte répartition, notamment en quantité du produit liquide délivré par les canaux, car celle-ci dépend, fortement, de l'assiette de la goulotte principale. Toute variation d'horizontalité, même faible, privilégie, en effet, en alimentation certains canaux de répartition par rapport à d'autres.

Les deux techniques ci-dessus se caractérisent donc par une même conception faisant intervenir une structure comprenant des orifices calibrés pour l'établissement de jets liquides et l'existence d'une tubulure ou cheminée surmontant le plan commun aux orifices calibrés pour l'établissement d'une hauteur de charge d'une réserve liquide alimentant les orifices calibrés.

L'objet de l'invention est de proposer un nouveau distributeur-répartiteur possédant, pour assumer les mêmes fonctions, une structure différente, de manière à supprimer les inconvénients énumérés ci-dessus.

La proposition selon l'invention consiste à préconiser un distributeur-répartiteur se caractérisant par la mise en oeuvre, sur une de ses parois au moins, d'au moins une famille de fentes qui s'établissent à partir d'un plan de base fictif commun horizontal et qui, pour une hauteur de charge donnée, présentent toutes une même section de passage, de telles fentes assumant une première fonction de délivrance de filets liquides et une seconde fonction d'établissement d'une hauteur de charge réglable.

Par la mise en oeuvre de tels moyens, il devient possible de régler le problème de la souplesse de fonctionnement par la modification de la hauteur de charge, sans être pénalisé par l'encombrement vertical incompatible avec les structures de réception dans de nombreux domaines d'application et, notamment, dans celui des colonnes à garnissages.

L'invention préconise, par ailleurs, d'associer à de tels moyens à double fonction, des moyens de collecte et de répartition capables d'assurer une réelle distribution uniforme.

La conception du distributeur-répartiteur conforme à l'invention est, par ailleurs, choisie de manière à limiter les risques d'obturation.

Pour atteindre les objectifs ci-dessus, le distributeur-répartiteur selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend au moins un canal de répartition :
- possédant une largeur faible par rapport à sa
longueur,
- délimité par un fond, deux côtés extrêmes et deux
parois à caractère général plan, sensiblement
parallèles entre elles et dont l'une au moins est
pourvue, sur une partie au moins de sa surface,
d'au moins une famille de fentes s'établissant à
partir d'un plan fictif de base situé au-dessus
du fond et qui, pour une hauteur de charge donnée
du fluide dans le canal, présentent toutes une
même section de passage,
- et comportant, en-dessous de son fond, au moins
un moyen de répartition.

L'invention a également pour objet un distributeurrépartiteur qui comprend une goulotte de distribution en relation avec la tubulure d'alimentation et à partir de laquelle s'étendent n canaux de répartition répondant à la caractéristique générale ci-dessus.

Diverses autres caractéristiques ressortent de La description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de L'invention.

La fig. 1 est une perspective d'un distributeurrépartiteur selon l'invention.

La fig 2 est une coupe transversale correspondant, à plus grande échelle, à la fig. 1.

Les fig. 3 et 4 sont des élévations montrant, à plus grande échelle; deux exemples d'exécution de certaines des fentes.

La fig. 5 est une coupe partielle prise, à plus grande échelle, selon la ligne V-V de la fig. 2 pour illustrer une autre variante de réalisation.

La fig. 6 est une élévation montrant une autre forme d'exécution.

La fig. 7 est une perspective illustrant une forme d'exécution préférée de L'objet de L'invention.

La fig. 8 est une coupe transversale prise selon le plan
VIII-VIII de la fig. 7.

La fig. 9 est une coupe transversale, analogue à la fig.

8, représentant une variante de réalisation.

La fig. 10 est une vue en plan d'une forme d'exécution adaptée de l'objet de l'invention.

La fig. 11 est une vue transversale prise selon la ligne brisée XI-XI de la fig. 10.

Les fig. 1 et 2 montrent un premier exemple d'exécution de l'objet de l'invention chargé d'assurer, sur une surface S de mouillage, généralement horizontale, une distribution et une répartition la plus uniforme possible d'un fluide initialement délivré sous la forme d'une veine.

Le distributeur-répartiteur selon les fig. 1 et 2 comprend une tubulure 1 d'alimentation canalisant la veine d'arrivée de fluide à distribuer et à répartir. Cette tubulure d'alimentation 1 est chargée de fournir du fluide liquide qui, dans l'exemple de réalisation, est reçu directement par un canal de répartition 2 constitué sous la forme d'une gouttière 3 s'étendant horizontalement. La gouttière 3 présente une largeur faible devant sa longueur et se trouve délimitée par un fond 4, des côtés transversaux 5 et deux parois 6 latérales à caractère généralement plan. Les deux parois 6 peuvent appartenir directement à la structure de la gouttière 3, bien que, dans certains cas, l'une de ces parois puisse être constituée par un panneau porteur sur lequel la gouttière 3, alors formée uniquement par le fond, les deux côtés 5 et la paroi 6, est adaptée.

La gouttière 3 est alimentée par la tubulure 1 qui s'ouvre dans le plan supérieur ouvert de la gouttière. Il pourrait, toutefois, être envisagé de raccorder la tubulure 1 sensiblement à hauteur du fond 4 de la gouttière, comme cela est illustré en traits mixtes à la fig. 2.

Dans l'exemple illustré, l'une des parois, par exemple 6a, présente des fentes 7 parallèles entre elles, ménagées à intervalles d'écartement, de préférence, constant et dont les bases sont situées dans un plan horizontal commun P superposé au fond 4.

Par le terme "fente", on entend toute ouverture dont la longueur est grande devant la largeur qui peut être constante ou non, dont les bords sont rectilignes ou non et parallèles ou non entre eux et dont l'axe longitudinal x-x' est rectiligne ou non.

Le distributeur-répartiteur est, par ailleurs, complété par un moyen de répartition 8 qui, dans l'exemple d'exécution selon la fig. 1, s'étend à partir du fond 4, sensiblement dans le prolongement vertical de la paroi 6a. Le moyen 8 est, dans cet exemple, constitué par un peigne comportant des dents 9 qui sont raccordées å la surface extérieure de la paroi 6a par des surfaces collectrices 10 se jouxtant et présentant, de préférence, des bords latéraux convergeant en direction des dents auxquelles elles se raccordent. Le peigne 8 comporte, généralement, autant de dents 9 qu'il existe de fentes 7 avec lesquelles lesdites dents se trouvent en relation respective d'aplomb vertical.

En fonction du débit de fluide liquide délivré par la tubulure d'alimentation 1, on conçoit que s'établit, à l'intérieur de la gouttière 3, un niveau de remplissage et d'équilibre se situant au-dessus du plan P. Du fluide Liquide passe donc à travers les fentes 7 qui délivrent des filets fluides 11 s'écoulant le long de la surface extérieure de la paroi 6a pour être collectés par les surfaces 10 et être dirigés vers les dents 9 qui en assurent la distribution et la répartition uniforme sur la surface S de mouillage. La fig. 2 montre que la fonction de répartition peut être assumée en prévoyant de déporter, alternativement, Les dents 9 par rapport à un plan vertical de référence P', tout en laissant subsister entre deux dents alternativement déportées, une dent 9 contenue dans un tel plan.

Il devient ainsi possible de répartir, sur une largeur utile L de la surface S de mouillage, les différents filets liquides délivrés par le canal de répartition 2 et dont les débits sont fonction de la hauteur de charge à l'intérieur de la gouttière 3, c'est-à-dire du niveau d'équilibre atteint.

En faisant varier l'alimentation, il est donc possible d'établir le niveau de remplissage et d'équilibre à une hauteur différente par rapport au plan P et, par suite, de faire varier la hauteur de charge et, par conséquent, la quantité de fluide liquide distribuée et répartie. Cette fonction est assumée par les fentes 7 dont la section utile de passage croit avec l'élévation du niveau de remplissage d'équilibre.

Ainsi, contrairement aux appareils connus, le distributeur-répartiteur selon l'invention permet, pour un encombrement vertical donné, l'obtention de conditions de distribution-répartition variables. Un tel distributeurrépartiteur offre, en conséquence, une plus grande faculté d'emploi ou d'installation dans différents domaines d'application et permet une variation plus importante du débit liquide. A cet égard, il doit être considéré que le moyen 8, ici constitué par un peigne, pourrait aussi être formé par une surface ou jupe permettant la réunion des différents filets délivrés par les fentes, afin de fournir une sorte de film liquide déposé sur une surface S qui pourrait être entraînée en défilement selon une direction, par exempleorthogonale au plan P.Un défilement de la surface S peut aussi être envisagé dans le cas de réalisation du moyen 8 sous la-forme d'un peigne, par exemple dans une application où il convient de déposer sur cette surface S des gouttes de produit uniformément réparties.

La paroi 6a comporte, de préférence, en-dessous du plan P et à proximité de la face interne du fond 4, des orifices 12 d'égouttage qui sont, en permanence, occupes chacun par une aiguille mobile 13 destinée à éviter le risque de bouchage ou d'obstruction. Les orifices 12 sont ménagés de façon que leur section de passage utile soit négligeable, par rapport à celle des fentes.

Les fentes 7 peuvent être exécutées de différentes façons dépendant de la nature de la matière première constitutive de la paroi 6a. En cas de réalisation en métal et, notamment, en acier inoxydable, les fentes 7 peuvent être réalisées par diverses méthodes d'usinage, telles que par découpage laser, par électro-érosion, voire par électro-découpage.

Afin d'obtenir, à partir des filets 11, un bon étalement de surface et l'établissement d'un écoulement convenablement réparti et collecté par les surfaces 10, il est avantageux de soumettre la face extérieure de la paroi 6a, ainsi que la face correspondante des surfaces 10 et des dents 9, à un traitement visant à favoriser une#bonne mouillabilité. A titre d'exemple, il peut être prévu de soumettre ces surfaces à un sablage.

Les fentes 7 peuvent présenter une largeur constante, comme illustré par la fig 3, ou une largeur variant selon une certaine loi, dans le même sens et simultanément pour toutes les fentes. Dans l'exemple selon la fig. 4, les fentes 7 présentent une largeur croissant depuis la base.

La fig. 5 montre que les fentes 7 peuvent être exécutées de manière que leur plan médian longitudinal P" fasse un angle j3 par rapport au plan de la face 6a. Un tel angle # , égal à 900 dans le cas de la fig. 2, peut alors posséder une valeur comprise entre 15 et 900.

Il doit être considéré que les fentes pourraient aussi comporter des bords longitudinaux non nécessairement parallèles entre eux en répondant alors à une exigence de symétrie par rapport au plan P" ou des bords longitudinaux non nécessairement rectilignes ou, encore, des sections de passage différentes dans les plans des faces extérieure et intérieure de la paroi 6a. Il est, d'ailleurs, possible d'envisager d'exécuter dans une paroi, telle que 6a, des fentes 7 organisées en plusieurs familles répondant chacune à un critère d'exécution faisant intervenir l'une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessus.

La fig. 6 montre qu'il est aussi possible d'envisager de ménager dans la paroi 6a au moins deux familles de fentes 7 et possédant des longueurs différentes. Dans un tel cas, les fentes s'établissent à partir d'un plan P1 superposé au plan P, de manière à ne délivrer du produit que Lorsque la hauteur de charge H, définie entre les plans P et P1, est atteinte. Le moyen 8 peut alors être constitué par un peigne dont les surfaces 10 sont géométriquement délimitées pour que chacune d'elles prenne en charge le filet liquide délivré par la fente 71 considérée comme associée à la fente 7 à laquelle la surface 10 correspond.

Les fentes -7 peuvent aussi être exécutées, de manière que leur direction générale, telle que l'axe x-x', fasse un angle avec la verticale. Un tel angle ~ peut être compris entre 0 et 890. Cette forme de réalisation a pour avantage d'augmenter la longueur utile de chaque fente et de faire croître, progressivement, la largeur d'étalement e au fur et à mesure de l'élévation du niveau de remplissage d'équilibre à l'intérieur de la gouttière 3.

Les fig. 7 et 8 montrent une forme d'exécution préférée, selon laquelle la gouttière 3 possède des fentes 7 ménagées dans les deux parois 6 et 6a. Dans un tel cas, le moyen 8 est, par exemple, constitué par un peigne adapté à la base d'un fond 4 réalisé pour présenter une section droite transversale en forme de "V". Les dents 9 du peigne 8 sont, de la sorte, alimentées simultanément par les deux séries de fentes 7 qui, de préférence, peuvent présenter une obliquité inverse d'une face à l'autre.

La fig. 9 montre qu'il est possible aussi, dans un tel cas, de prévoir deux moyens 8 affectés chacun à l'une des parois 6, 6a. Cette disposition permet une plus grande possibilité de répartition en jouant différemment sur l'organisation de déport latéral des dents 9.

Les fig. 10 et 11 montrent une forme d'exécution dans le cas d'application du distributeur-répartiteur selon l'invention à une colonne de distillation équipée de garnissages ordonnés. Selon cet exemple, le distributeur-répartiteur comprend une tubulure d'alimentation 1 débouchant dans une goulotte de distribution 20 en forme de gouttière possédant une largeur faible par rapport à sa longueur. La goulotte 20 possède deux parois latérales 21, généralement à caractère plan, parallèles entre elles et, de préférence, verticales, dans lesquelles sont ménagées des fenêtres 22 situées en vis-à-vis. Chaque fenêtre 22 sert de passage de communication entre le volume de la goulotte 20 et celui d'un canal de répartition 2 s'étendant à partir de la paroi latérale 21 correspondante, selon une direction perpendiculaire à celle de la goulotte 20.Ainsi, comme cela ressort de la fig. 9, la goulotte 20 porte, de part et d'autre de son plan médian vertical, une pluralité de canaux de répartition 2 s'établissant, de préférence, selon des mêmes plans transversaux, pour ceux homologues, situés de part et d'autre de La goulotte.

Les différents canaux de répartition 2 sont adaptés sur la goulotte 20, de manière à posséder un fond 4 qui peut être situé, soit au-dessus, soit en-dessous du fond de la goulotte 20.

De préférence, la goulotte 20 possède des parois latérales 21 de hauteur égale à celle des parois latérales 6 des canaux de répartition 2. La goulotte 20 peut aussi comporter des orifices munis d'aiguilles destinées à L'égouttage de la goulotte. Ces parois latérales 21 peuvent aussi comporter, comme illustré à la fig. 10, des fentes 7 qui sont mises en relation par des surfaces collectrices 10a avec certaines des dents 9 des peignes 8 des canaux de répartition 2.

La fig. 10 montre qu'en conférant des longueurs ordonnées aux différents canaux de répartition, il devient possible de couvrir une surface circulaire sur laquelle une distribution et une répartition uniforme du fluide peuvent être assurées par les différentes dents 9.

La fig. 10 montre qu'il est, également, possible d'assurer la liaison des différents canaux de répartition 2 par desraidisseurs 23 adaptés en partie supérieure et à partir desquels peuvent être reprises des pattes de fixation 24 contribuant, avec une patte 25 adaptée en bout de la goulotte 20, à une adaptation et à un montage rapides et aisés å l'intérieur d'une colonne de distillation schématisée en traits mixtes et désignée par la référence 26.

L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.

Claims (20)

REVENDICATIONS :

1 - Distributeur-répartiteur de fluide liquide entre une veine d'arrivée et une surface de mouillage, du type comprenant une tubulure d'alimentation (1) en relation avec la veine, au moins un canal de répartition (2) recevant du fluide fourni par la tubulure et des ouvertures ménagées dans la paroi du canal pour l'écoulement de filets liquides,

caractérisé en ce qu'il comprend au moins un canal de répartition (2)

- possédant une largeur faible par rapport à sa

longueur,

- délimité par un fond (4), deux côtés extrêmes (5)

et deux parois (6) à caractère général plan,

sensiblement parallèles entre elles et dont l'une

au moins est pourvue, sur une partie au moins de

sa surface, d'au moins une famille de fentes (7)

s'établissant à partir d'un plan fictif de base

(P) situé au-dessus du fond (4) et qui pour

une hauteur de charge donnée du fluide dans le

canal, présentent toutes une même section de

passage,

- et comportant, en-dessous de son fond, au moins

un moyen (8) de répartition.

2 - Distributeur-répartiteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen (8) est constitué par une jupe.

3 - Distributeur-répartiteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen (8) est constitué par un peigne dont les dents (9) sont en relation avec les fentes (7) par des surfaces collectrices (10).

4 - Distributeur-répartiteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les dents (9) du peigne (8) s'étendent de façon déportée, alternativement, de part et d'autre d'un plan de référence vertical (P') avec, à chaque fois, interposition d'une dent contenue dans ce plan.

5 - Distributeur-répartiteur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les dents sont associées à des surfaces collectrices (10) possédant des bords latéraux convergeant en direction des dents auxquelles elles se raccordent.

6 - Distributeur-répartiteur selon l'une des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que chaque dent (9) est placée à l'aplomb d'au moins une fente (7).

7 - Distributeur-répartiteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen (8) est raccordé à la base d'un fond (4) à section droite transversale en "V".

8 - Distributeur-répartiteur selon la revendication 1 ou 7, caractérisé en ce que Le canal de répartition (2) comporte, au plus près du fond, des fentes, des trous d'égouttage (12) placés à l'aplomb de dents du peigne et occupés chacun par une aiguille libre (13).

9 - Distributeur-répartiteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fentes (7) sont de direction générale parallèle, au moins pour celles appartenant à une même famille.

10 - Distributeur-répartiteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fentes (7) d'une même famille au moins possèdent une largeur variant, pour toutes, dans le même sens et selon la même loi.

11 - Distributeur-répartiteur selon l'une des revendications 1, 9 ou 10, caractérisé en ce que les fentes (7) sont définies par un plan médian longitudinal (P") faisant un angle (P) différent de 900 par rapport au plan de la paroi.

12 - Distributeur-répartiteur selon l'une des revendications 1 et 9 à 11, caractérisé en ce que les fentes (7) sont de direction inclinée par rapport à la verticale.

13 - Distributeur-répartiteur selon l'une des revendications 1 et 9 à 12, caractérisé en ce que les fentes (7) sont prevues dans deux parois (6 et 6a) sensiblement parallèles du canal de répartition.

14 - Distributeur-répartiteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que les fentes (7) sont de directions inclinées en sens inverse d'une paroi à l'autre.

15 - Distributeur-répartiteur selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que des moyens (8) sont prévus en relation avec chacune des parois pourvues de fentes (7).

16 - Distributeur-répartiteur selon l'une des revendications 1, 13, 14 ou 15, caractérisé en ce que les parois (6) pourvues de fentes, le fond et les moyens (8) possèdent un état de surface extérieur traité pour favoriser l'étalement de chaque filet.

17 - Distributeur-répartiteur selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend une goulotte de distribution (20) en relation avec la tubulure d'admission (1) et à partir de laquelle s'étendent, sensiblement dans le même plan, m canaux de répartition (2) parallèles, selon l'une des revendications 1 à 16.

18 - Distributeur-répartiteur selon la revendication 17, caractérisé en ce que les canaux de répartition parallèles (2) sont réunis entre eux par des raidisseurs (23) portant des attaches de fixation (24).

19 - Colonne à garnissage caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un distributeur selon la revendication 17 ou 18.

20 - Utilisation de la colonne à garnissage selon la revendication 19 en distillation.