FR3059570A1 - Procede de fabrication d'un garnissage structure par une methode de fabrication additive - Google Patents

Procede de fabrication d'un garnissage structure par une methode de fabrication additive Download PDF

Info

Publication number
FR3059570A1
FR3059570A1 FR1662060A FR1662060A FR3059570A1 FR 3059570 A1 FR3059570 A1 FR 3059570A1 FR 1662060 A FR1662060 A FR 1662060A FR 1662060 A FR1662060 A FR 1662060A FR 3059570 A1 FR3059570 A1 FR 3059570A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
structured
structured packing
tubes
block
lining
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.)
Withdrawn
Application number
FR1662060A
Other languages
English (en)
Inventor
John Roesler
Alice POURTIER
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.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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 IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority to FR1662060A priority Critical patent/FR3059570A1/fr
Priority to PCT/EP2017/080777 priority patent/WO2018104124A1/fr
Publication of FR3059570A1 publication Critical patent/FR3059570A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/32—Packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit or module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/3221—Corrugated sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32213—Plurality of essentially parallel sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32213—Plurality of essentially parallel sheets
    • B01J2219/32217—Plurality of essentially parallel sheets with sheets having corrugations which intersect at an angle of 90 degrees
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32213—Plurality of essentially parallel sheets
    • B01J2219/3222—Plurality of essentially parallel sheets with sheets having corrugations which intersect at an angle different from 90 degrees
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32237—Sheets comprising apertures or perforations
    • B01J2219/32241—Louvres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32248—Sheets comprising areas that are raised or sunken from the plane of the sheet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32248—Sheets comprising areas that are raised or sunken from the plane of the sheet
    • B01J2219/32251—Dimples, bossages, protrusions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32255—Other details of the sheets
    • B01J2219/32262—Dimensions or size aspects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32265—Sheets characterised by the orientation of blocks of sheets
    • B01J2219/32268—Sheets characterised by the orientation of blocks of sheets relating to blocks in the same horizontal level
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203—Sheets
    • B01J2219/32265—Sheets characterised by the orientation of blocks of sheets
    • B01J2219/32272—Sheets characterised by the orientation of blocks of sheets relating to blocks in superimposed layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32279—Tubes or cylinders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32282—Rods or bars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32286—Grids or lattices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32286—Grids or lattices
    • B01J2219/32289—Stretched materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322—Basic shape of the elements
    • B01J2219/32293—Cubes or cubic blocks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/324—Composition or microstructure of the elements
    • B01J2219/32408—Metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/324—Composition or microstructure of the elements
    • B01J2219/32408—Metal
    • B01J2219/32416—Metal fibrous
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/324—Composition or microstructure of the elements
    • B01J2219/32483—Plastics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/328—Manufacturing aspects
    • B01J2219/3281—Pleating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/33—Details relating to the packing elements in general
    • B01J2219/3306—Dimensions or size aspects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/33—Details relating to the packing elements in general
    • B01J2219/3313—Revamping

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un garnissage structuré au moyen d'une méthode de fabrication additive. La fabrication additive permet de former directement un bloc de garnissage structuré.

Description

© N° de publication : 3 059 570 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national : 16 62060 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
COURBEVOIE © Int Cl8 : B 01 J 19/32 (2017.01), B 33 Y 10/00
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
©) Date de dépôt : 07.12.16. © Demandeur(s) : IFP ENERGIES NOUVELLES Etablis-
(© Priorité : sement public — FR.
@ Inventeur(s) : ROESLER JOHN et POURTIER
ALICE.
(43) Date de mise à la disposition du public de la
demande : 08.06.18 Bulletin 18/23.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux ® Titulaire(s) : IFP ENERGIES NOUVELLES Etablisse-
apparentés : ment public.
©) Demande(s) d’extension : © Mandataire(s) : IFP ENERGIES NOUVELLES.
loAJ PROCEDE DE FABRICATION D'UN GARNISSAGE STRUCTURE PAR UNE METHODE DE FABRICATION ADDITIVE.
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un garnissage structuré au moyen d'une méthode de fabrication additive. La fabrication additive permet de former directement un bloc de garnissage structuré.
FR 3 059 570 - A1
La présente invention concerne le domaine du garnissage des colonnes de contact gaz/liquide, et plus particulièrement pour les unités de traitement de gaz, de captage du CO2, de déshydratation ou encore de distillation.
Afin de mettre en contact un gaz et un liquide et de favoriser les échanges (chaleur et/ou matière) entre ces fluides, de telles colonnes comportent généralement au moins un garnissage. Le garnissage présente une géométrie spécifique pour optimiser les échanges entre le liquide et le gaz. On distingue notamment deux types de garnissage : le garnissage vrac et le garnissage structuré.
On appelle garnissage vrac, des empilements anarchiques, aléatoires, d'éléments unitaires possédant des formes particulières, par exemple des anneaux, des spirales... Les échanges de chaleur et/ou de matière se réalisent au sein de ces éléments unitaires. Ces éléments unitaires peuvent être en métal, en céramique, en plastique ou en matériaux analogues. Les demandes de brevet EP 1478457 et WO 2008/067031 décrivent deux exemples d’élément unitaire de garnissage vrac.
On appelle garnissage structuré, un assemblage de tubes, de plaques, de feuilles pliées, ou corruguées (de l’anglais « corrugated >> c'est-à-dire sensiblement ondulé avec des angles droits), et arrangées de manière organisée sous forme de grands blocs comme décrit notamment dans les demandes de brevet FR 2913353 (US 2010/0213625), US 3,679,537, US 4,296,050. Les garnissages structurés ont l’avantage d'offrir une grande aire géométrique pour un volume donné.
Un des inconvénients de la mise en œuvre du garnissage structuré est l’étape obligatoire d’assemblage (empilement) de pièces plus ou moins complexes, dont certaines parties peuvent se recouvrir et/ou se déformer. Si cet assemblage n’est pas précis, donc pas conforme à ce qui est attendu, il peut en résulter la réalisation d’un garnissage ne possédant pas les caractéristiques recherchées en termes d’échange entre le liquide et le gaz, les performances de la colonne d’échange peuvent être détériorées. De plus, cette étape d’assemblage peut être longue.
Par ailleurs, la géométrie du garnissage structuré est limitée à des formes relativement simples pouvant être obtenues par usinage et/ou déformation plastique, et afin de pouvoir réaliser cet assemblage.
Afin de pallier ces inconvénients, la présente invention concerne un procédé de fabrication d’un garnissage structuré au moyen d’une méthode de fabrication additive. La fabrication additive permet de former directement un bloc de garnissage structuré, c’est-àdire directement l’empilement, ce qui permet de se passer d’une étape d’assemblage supplémentaire. De plus, la fabrication additive permet de réaliser des formes relativement complexes, éventuellement non réalisables par des méthodes de fabrication classiques, ce qui offre des possibilités d’amélioration de conception et pouvant favoriser les échanges. En outre, la rugosité des parois du garnissage structuré obtenue par fabrication additive est supérieure à la rugosité obtenue par usinage utilisé classiquement. Cette rugosité plus élevée permet de favoriser les échanges entre les deux fluides, ce qui permet d’augmenter les performances du garnissage structuré.
Le procédé selon l’invention
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un garnissage structuré pour la mise en contact de deux fluides. Pour ce procédé, on réalise les étapes suivantes :
a) on détermine la structure d’un bloc de garnissage structuré ; et
b) on fabrique ledit bloc de garnissage structuré ayant ladite structure déterminée, par une méthode de fabrication additive au moyen d’un matériau.
Selon un mode de réalisation de l’invention, on détermine ladite structure dudit bloc de garnissage structuré au moyen d’une conception assistée par ordinateur.
Avantageusement, ladite structure dudit bloc dudit garnissage structuré est un assemblage d’au moins deux éléments de base identiques.
Conformément à une mise en oeuvre de l’invention, on détermine ladite structure dudit garnissage structuré, en mettant en oeuvre les étapes suivantes :
i) on conçoit numériquement un élément de base ;
ii) on assemble numériquement au moins deux éléments de base identiques pour former un bloc de garnissage structuré ; et iii) on détermine numériquement ladite structure dudit bloc de garnissage structuré par limitation des dimensions dudit assemblage desdits éléments de base.
Selon une caractéristique, lesdits éléments de base sont formés par des plaques ou des feuilles pliées, ou ondulées, ou des tubes, lesdits éléments de base comportant des orifices.
Selon un premier mode de réalisation, lesdits tubes sont orientés dans la structure selon les quatre directions formées par les diagonales d’un parallélépipède rectangle.
De manière avantageuse, ledit parallélépipède rectangle comporte une dimension d’un côté supérieure aux autres.
De préférence, lesdits tubes ont sensiblement une section circulaire ou elliptique.
Selon un deuxième mode de réalisation, lesdites plaques ou feuilles forment une succession de canaux comportant des ailettes, chacune desdits ailettes étant constituée par au moins une bande formée dans l’une desdites plaques ou feuilles, ladite bande restant solidaire de ladite plaque ou feuille par au moins un côté, et ladite bande étant formée de manière à créer un orifice formant une discontinuité sur la surface de ladite plaque ou feuille.
Selon une mise en œuvre, ledit matériau est un métal ou un polymère.
Selon une première variante, ledit métal est un acier, un alliage d’aluminium, ou un alliage de titane.
Selon une deuxième variante, ledit polymère est un nylon.
Conformément à un mode de réalisation, l’épaisseur d’une paroi dudit garnissage structuré est comprise entre 0.05 et 1 mm, de préférence entre 0.05 et 0.4 mm.
Selon un mode de réalisation, la rugosité d’une paroi dudit garnissage structuré est comprise entre 5 et 15 pm.
Présentation succincte des figures
D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
Les figures 1 et 2 illustrent un premier exemple de réalisation d’un élément de base d’un garnissage structuré.
La figure 3 illustre un bloc de garnissage structuré selon un premier mode de réalisation de l’invention.
La figure 4 illustre un deuxième exemple d’un élément de base d’un garnissage structuré.
La figure 5 illustre un assemblage selon une première variante du deuxième exemple d’élément de base d’un garnissage structuré.
La figure 6 illustre un bloc de garnissage structuré selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
La figure 7 illustre un assemblage selon une deuxième variante du deuxième exemple d’élément de base d’un garnissage structuré.
La figure 8 illustre le remplissage d’une colonne d’échange.
La figure 9 illustre un bloc de garnissage structuré obtenu par fabrication additive selon le deuxième mode de réalisation de l’invention.
Description détaillée de l'invention
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un garnissage structuré pour la mise en contact de deux fluides. On rappelle qu’un garnissage structuré est un assemblage de tubes, de plaques, de feuilles ou analogues pliées, ou corruguées (de l’anglais « corrugated » c'est-à-dire sensiblement ondulé avec des angles droits), et arrangées de manière organisée sous forme de grands blocs comme décrit notamment dans les demandes de brevet FR 2913353 (US 2010/0213625), US 3,679,537, US 4,296,050, FR 2913897 (US 8,505,884). Les garnissages structurés ont l’avantage d'offrir une grande aire géométrique pour un volume donné. On appelle éléments de base, les tubes, plaques, feuilles ou analogues qui sont arrangés de manière organisée dans un garnissage structuré.
Le garnissage structuré obtenu par le procédé selon l’invention peut être utilisé notamment dans une colonne d’absorption réactive, de distillation, de traitement de gaz, de captage du CO2, de déshydratation, de refroidissement (par exemple pour un aéroréfrégirant d’un tour de refroidissement de centrale électrique).
Selon l’invention, le procédé de fabrication comporte les étapes suivantes :
1) Détermination de la structure d’un bloc de garnissage structuré, et
2) Fabrication additive du bloc de garnissage structuré
Le procédé selon l’invention ne comporte pas d’étape d’assemblage d’éléments de base d’un garnissage structuré. En effet, la fabrication additive permet de réaliser directement le bloc correspondant à l’arrangement organisé d’éléments de base. Ainsi, les éventuels problèmes liés à l’assemblage sont évités.
1) Détermination de la structure d’un bloc de garnissage structuré
Lors de cette étape, on détermine la structure d’un bloc de garnissage structuré. En d’autres termes, on détermine la géométrie, les dimensions, le nombre d’éléments de base (appelé également élément structurel), et éventuellement le matériau d’un bloc de garnissage structuré. La géométrie consiste en la forme de l’élément de base du garnissage structuré. Cet élément de base peut être une plaque ou une feuille pliée, ondulée ou corruguée. Il peut être aussi un tube. Cet élément de base comporte au moins un orifice, permettant le passage des fluides. Le bloc de garnissage structuré consiste en un arrangement organisé d’une pluralité d’éléments de base sensiblement identiques.
Selon une variante de réalisation de l’invention, les blocs de garnissage structuré peuvent avoir sensiblement une forme de parallélépipèdes rectangles.
Selon une mise en œuvre de l’invention, la détermination de la structure du bloc de garnissage structuré peut être mise en œuvre numériquement au moyen d’une conception assistée par ordinateur. A la fin de cette étape, on peut donc obtenir un modèle numérique du bloc de garnissage structuré.
Conformément à une option de réalisation, la détermination de la structure du bloc de garnissage structuré peut comprendre les étapes suivantes :
a) on conçoit numériquement l’élément de base, c’est-à-dire la plaque, la feuille ou le tube, pourvu d’orifices ;
b) on assemble (on empile) numériquement au moins deux éléments de base identiques, de manière à former le bloc ;
c) on détermine numériquement la structure du bloc par limitation des dimensions de l’assemblage des éléments de base, en d’autre termes « on découpe » l’ensemble aux dimensions du bloc souhaitées. A la fin de cette étape, on peut donc obtenir un modèle numérique du bloc de garnissage structuré.
Dans la suite de la description, on décrit de manière non limitative deux modes de réalisation du garnissage structuré. Toutefois, le bloc de garnissage structuré défini lors de cette étape et fabriqué ensuite peut prendre toute forme de garnissage structuré, étant donné que la fabrication additive permet de réaliser des pièces de géométrie complexe.
Selon un premier mode de réalisation de l’invention, le garnissage structuré peut comprendre des plaques ou feuilles ondulées, par exemple telles que décrites dans les demandes de brevet FR 2913353 (US 2010/0213625), FR 2995223 (US 9,339,786) et FR 2995224 (US 9,333,480). Ces plaques ou feuilles forment une succession de canaux comportant des ailettes, chacune des ailettes étant constituée par au moins une bande découpée dans l’une des plaques, la bande restant solidaire de la plaque par au moins un côté, et la bande étant déformée de manière à créer un orifice formant une discontinuité sur la surface de la plaque ou feuille.
Les structures de garnissage selon le premier mode de réalisation de l’invention permettent un gain de capacité pour passer des débits, de gaz ou de liquide ou des deux fluides, plus importants dans la colonne de mise en contact. Ce gain en capacité peut être utilisé notamment dans les cas de revamping pour augmenter les débits de fonctionnement de colonnes de mise en contact existantes par remplacement des garnissages internes de ces colonnes par de nouveaux garnissages selon l'invention. Cela permet d'éviter la construction de nouvelles colonnes. Dans le cas de nouvelles installations, les garnissages selon l'invention permettent de diminuer le diamètre des colonnes de mise en contact et/ou de diminuer la hauteur de garnissage et, donc, la taille de la colonne. Dans les deux cas, on vise à obtenir une réduction des coûts d'investissement.
Par ailleurs, les structures de garnissage selon le premier mode de réalisation de rinvention permettent un gain en efficacité, c'est-à-dire qu'elles augmentent l'aire, par unité de volume, réellement disponible pour réaliser le contact gaz/liquide. Ce gain en efficacité permet de diminuer la hauteur de garnissage nécessaire pour une performance donnée et donc un gain sur la taille de la colonne de mise en contact.
De plus, le gain en capacité des garnissages selon l'invention peut également avoir des répercussions sur les coûts de fonctionnement. En effet, dans certaines applications, comme l'absorption réactive mise en œuvre notamment pour la désacidification du gaz naturel ou de gaz de synthèse, le bon fonctionnement de la colonne de mise en contact est assuré par une valeur minimale du débit de liquide par section de passage de colonne. L'utilisation d'un garnissage structuré selon le premier mode de réalisation de l'invention permet, pour un débit de gaz donné, de réduire le diamètre de la colonne. Le maintien d'un débit de liquide par unité de surface constant permet donc de diminuer le débit total de liquide par section de passage de colonne. En conséquence, les coûts opératoires associés à la circulation du liquide sont diminués.
L’élément de base du garnissage structuré selon le premier mode de réalisation de l’invention est constitué d’une feuille ou plaque ondulée. Les ondulations sont encadrées entre deux plans parallèles relativement proches. La distance séparant ces deux plans limites peut être comprise entre 3 mm et 50 mm, de préférence supérieure à 10 mm, et de préférence comprise entre 10 mm et 30 mm. Selon un exemple de réalisation, les ondulations peuvent être en forme de triangle et peuvent être réparties de part et d'autre d’un plan méridien : une partie des ondulations étant située d'un côté du plan méridien, l'autre partie des ondulations étant située de l'autre côté du plan méridien. Les ondulations forment une succession de canaux. De préférence, on choisit des ondulations qui génèrent des canaux qui touchent les plans limites, sans sortir de l'espace délimité par ces deux plans. Ainsi, les feuilles ondulées occupent une surface maximum dans la tranche plane définie par les plans limites.
On peut employer différentes formes d'ondulation des plaques pour réaliser un garnissage structuré selon l'invention. Par exemple, on peut utiliser des plaques présentant des ondulations de forme sinusoïdale. On peut mettre en œuvre des ondulations qui ne sont pas symétriques, par exemple un enchaînement de demi-cercles et de triangles. On peut également utiliser des plaques comportant des ondulations irrégulières et aléatoires.
Selon l'invention, on modifie les feuilles ondulées pour former des ailettes qui créent des discontinuités de surface desdites feuilles. La figure 1 représente une portion d'un canal d'une plaque ondulée. Une bande B a été découpée selon les entailles C1 et C2. La bande B reste solidaire de la plaque au niveau de ses extrémités E1 et E2. Sur la figure 1, la bande B est située en-dessous du plan méridien P. La bande B peut avoir différentes formes, par exemple rectangulaire ou trapézoïdale. Selon le premier mode de réalisation de l'invention, la bande B a été déformée de manière à créer une discontinuité de la surface de la feuille au niveau des entailles C1 et C2. La déformation est limitée par le fait que la bande ne sort pas de l'espace situé entre les plans limites L1 et L2. Ainsi la feuille ondulée n'occupe que l'espace disponible entre ces deux plans L1 et L2, et peut sans problème être empilée sur une autre feuille ondulée présentant les mêmes caractéristiques. De préférence, on déforme la bande B de manière à ce qu'elle soit positionnée en dessous du plan P. En d'autres termes, la bande B est déformée de manière à ce qu'au moins une partie de la bande franchisse le plan P. Après déformation, la bande B est située du côté du plan P opposé au côté où était positionnée la bande B dans sa position initiale. L'ailette constituée d'une bande déformée est située au moins en partie du côté opposé, par rapport au plan P, à la position du canal dans lequel la bande a été découpée. Ainsi, les ailettes occupent l'espace libre des canaux formés par les ondulations et augmentent la surface du garnissage qui est effectivement utile à la mise en contact des fluides.
De préférence, la surface des ailettes a une direction parallèle à la direction D des canaux. Ainsi, les ailettes n'entravent pas ou s'opposent au minimum, à l'écoulement des fluides dans les canaux des plaques ondulées. Cela participe à minimiser la perte de charge des fluides traversant un garnissage structuré comportant ces plaques.
La feuille ondulée pourvue d'ailettes selon le premier mode de réalisation de l'invention développe la même aire géométrique spécifique que la même feuille ondulée sans ailette, puisqu'il n'y a pas de retrait de matière lors de la création des ailettes. Ainsi, un garnissage structuré selon le premier mode de réalisation de l'invention développe la même aire géométrique qu'un garnissage structuré standard. La présence des ailettes dans le garnissage structuré selon l'invention force le film liquide s'écoulant à la surface des canaux, à s'écouler sous forme de goutte au niveau des ruptures de surface créées par la présence des ailettes.
Par ailleurs, les ailettes assurent une bonne agitation de l'écoulement de gaz, ce qui est favorable au transfert de masse entre le gaz et le liquide qui sont mis en contact dans le garnissage structuré selon le premier mode de réalisation de l'invention. Pour favoriser l'agitation, on peut prévoir que la forme d'une ailette est différente de celle des ailettes adjacentes le long d'un même canal. L'alternance de forme des ailettes le long d'un canal participe activement à l'agitation de l'écoulement et au mélange des phases en circulation le long du canal.
La figure 2 donne un exemple de feuille ondulée pourvue d'une multitude d'ailettes A triangulaires semblables à celles décrites en référence à la figure 1. Sur une feuille ondulée, les ailettes peuvent être identiques.
Les feuilles ondulées pourvues d'ailettes sont empilées de manière à former un bloc de garnissage structuré. De préférence, la direction des canaux d'une feuille ondulée est décalée par rapport à la direction des canaux des feuilles adjacentes, par exemple d'un angle compris entre 20° et 90°, de préférence d'unangle ayant une valeur sensiblement proche de 90°. La figure 3 représente un bloc de garnissage structuré composé de feuilles ondulées ayant un motif triangulaire selon le premier mode de réalisation. Le procédé de fabrication selon l’invention permet de fabriquer directement ce bloc de garnissage, sans étape supplémentaire d’assemblage des feuilles. De plus, la fabrication additive permet la fabrication de garnissage structuré plus rigide. Par exemple, la fabrication additive peut permettre de réaliser des élément de rigidification, tels que des picots. Ainsi, la structure plus rigide est plus fiable.
Le garnissage structuré selon le premier mode de réalisation peut être réalisé notamment selon l’une des variantes décrites dans les demandes de brevet FR 2913353 (US 2010/0213625), FR 2995223 (US 9,339,786) et FR 2995224 (US 9,333,480), en particulier :
- selon les géométries des bandes illustrées aux figures 4a à 4f, 6 et 8 de la demande de brevet FR 2913353 (US 2010/0213625),
- selon les dimensions et les orientations décrites page 11 et 12 de la demande de brevet FR 2913353 (US 2010/0213625),
- selon le perfectionnement de la demande de brevet FR 2995223 (US 9,339,786), avec une répartition particulière des orifices (au moins une zone longitudinale parallèle à un des bords de la plaque, dans laquelle les arêtes ne comportent pas d’orifices), par exemple décrit sur les figures 7 à 8 et pages 8 et 9, de manière à favoriser les contacts entre les éléments de base, et ainsi conserver les performances du garnissage.
- selon le perfectionnement de la demande de brevet FR 2995224 (US 9,333,480), avec différentes longueurs d’ailettes (les ailettes d’un canal ont des longueurs différentes des ailettes d’un canal voisin), par exemple décrit sur les figures 7 à 9 et pages 7 à 9, de manière à favoriser les contacts entre les éléments de base, et ainsi conserver les performances du garnissage structuré.
Selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, l’élément de base du garnissage structuré peut être un tube. Le garnissage structuré peut comprendre alors un arrangement organisé de faisceaux de tubes, dans chaque faisceau de tubes, les tubes peuvent être orientés selon les quatre directions formées par les diagonales d’un parallélépipède rectangle. Ainsi, le garnissage structuré peut être tel que celui décrit dans la demande de brevet : FR 2913897 (US 8,505,884) ou dans la demande de brevet portant le numéro de dépôt FR 15/58652.
On appelle tube, un cylindre creux, possédant une section sensiblement constante, et dont la dimension perpendiculaire à la section (selon la génératrice du cylindre) est la plus grande dimension de l’élément creux. Un tube peut avoir une section quelconque, par exemple carré, rectangulaire, polygonale, circulaire, elliptique...Selon le deuxième mode de réalisation de l’invention, les parois des tubes comportent des orifices disposés de manière à favoriser la circulation et le mélange des fluides dans la structure.
Selon le deuxième mode de réalisation de l’invention, chaque faisceau de tubes comprend quatre tubes orientés suivant les quatre directions des diagonales d’un parallélépipède rectangle. Selon une première variante de réalisation, le parallélépipède rectangle est un cube. Alternativement, le parallélépipède rectangle n’est pas un cube, et comporte donc une dimension supérieure aux autres dimensions, ce qui permet de réduire les angles d’orientation des tubes par rapport au plan vertical, car ces angles sont différents des angles formés par les directions d’un cube. Ainsi, il est possible d’augmenter la capacité de la structure de garnissage. On rappelle que la capacité d’un garnissage correspond à la quantité de gaz passant dans un garnissage sans être en engorgement, c’est-à-dire sans créer d’accumulation de gaz dans une partie du garnissage. Les directions des tubes correspondent sensiblement aux quatre diagonales d’un parallélépipède rectangle, à ceci près que les tubes ne s'entrecoupent pas au niveau de l'intersection théorique des diagonales au centre du parallélépipède rectangle, mais se croisent au voisinage de ce point.
La figure 4 représente un exemple non limitatif de réalisation d’un l’élément tubulaire 2 composant l’élément de base d'un garnissage structuré selon l'invention. Le tube 2 de la figure 4 est présenté avec une section sensiblement circulaire, toutefois, le tube peut avoir une section de forme différente: carré, rectangle, polygone, cercle, ellipse,... Toutes les formes de réalisation de la section du tube sont compatibles avec les différents modes de réalisation décrits ci-dessous.
L'élément de base 2 est constitué d'une paroi en forme de tube de diamètre hydraulique Θ pourvue d'orifices ou trous T. Le diamètre hydraulique d’un tube est une notation communément utilisée pour le calcul des écoulements dans un tube, une conduite hydraulique ou un canal, de manière à faire des calculs similaires à ceux d'un tube de section circulaire, lorsque la section du tube n’est pas circulaire. Le diamètre hydraulique Θ
4A peut être défini selon une formule du type : Θ = — avec A l’aire de la section de passage du tube et P le périmètre de la section de passage du tube. Pour un tube de section circulaire, le diamètre hydraulique correspond au diamètre géométrique. Selon l'invention, on choisit les dimensions des orifices T et du diamètre hydraulique θ de manière à optimiser les circulations et la mise en contact des fluides. Selon un mode de réalisation de l’invention, le diamètre hydraulique θ de l'élément tubulaire 1 est compris entre 5 et 50 mm de manière à optimiser l'aire géométrique par unité de volume d'un garnissage structuré composé de tels tubes. Ces dimensions permettent de développer l’aire géométrique par unité de volume, et en maintenant une faible perte de charge, de façon à être compatibles avec les applications visées.
Selon une conception avantageuse du deuxième mode de réalisation de l’invention, on choisit l'aire minimum des orifices T supérieure à 2 mm2, de préférence 4 mm2, de manière à ce que le film liquide qui s'écoule à l'intérieur des tubes puisse être cassé par un flux de gaz qui traverse les orifices. En effet, si la taille des orifices T est inférieure à 2 mm2, le film liquide qui circule sur la paroi interne d'un tube risque de boucher par capillarité ces orifices. Les orifices présentant une surface supérieure à 2 mm2 permettent le passage des phases gazeuses et liquides d'un tube à l'autre, et d'assurer ainsi un bon contact et un bon mélange. Dans l'application du garnissage selon l'invention à l'absorption réactive, on préfère utiliser des tubes munis d'orifices dont l'aire est supérieure à 4 mm2, voire 8 mm2. En effet, en général, les fluides mis en contact dans une colonne d'absorption réactive circulent à grande vitesse, typiquement à des vitesses comprises entre 1 m/s et 2 m/s. De ce fait, on prévoit des orifices plus grands afin de fragmenter le film liquide en circulation à la paroi des tubes.
Selon une variante de réalisation de l’invention, les orifices T sont inscrits dans des rectangles de longueur L et de largeur I comprises entre 2 et 45 mm, de préférence entre 3 et 20 mm. Autrement dit, un orifice doit toucher les quatre côtés d'un rectangle de longueur L et de largeur I. Par contre, la forme d'un orifice T peut être quelconque, tant qu'il reste inscrit dans un rectangle de dimensions L et I. L'orifice peut avoir une forme sensiblement circulaire, une forme d'ellipse, une forme de losange... Le fait d'inscrire les orifices dans des rectangles de dimensions L et I permet d'imposer une dimension minimum entre les bords des orifices, afin de provoquer la cassure du film liquide circulant sur la paroi des tubes du garnissage.
Les orifices T sont disposés de manière ordonnée ou aléatoire. De préférence, les orifices T sont disposés de manière régulière pour obtenir des caractéristiques d'échanges homogènes le long de l'élément 2. De préférence, l'espace entre deux orifices n'excède pas deux fois la valeur du diamètre hydraulique Θ. On peut choisir le nombre d'orifices de manière à ce que l'élément 2 comporte entre 10% et 90% d'ouverture, c'est-à-dire que le rapport entre l'aire des orifices et l'aire de la partie pleine du tube soit compris entre 10% et 90%, une excellente valeur de ce rapport étant comprise entre 25% et 50%.
Les orifices T tels que définis ci-dessus, ouvrent des voies de communication au fluide entre l'intérieur et l'extérieur de l'élément 2 afin d'optimiser le mélange entre les phases, donc le contact et la redistribution entre les phases, circulant dans un garnissage structuré composé de tubes 2.
Avantageusement, l’angle formé par l’axe de chaque tube par rapport à un axe vertical, dans un plan vertical passant par l’axe du tube, est compris entre 10 et 55°, avantageusement entre 10 et 50° pour obtenir un effet important pour la capacité de la structure de garnissage. De manière préférée, cet angle est compris entre 30 et 45° pour obtenir des résultats optimaux en termes de capacité de la structure de garnissage.
La figure 5 représente un assemblage d'éléments tubulaires (faisceau de tubes) selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, les tubes 2 étant disposés suivant quatre directions distinctes d’un cube. Les tubes de la figure 5 sont représentés avec une section sensiblement circulaire, toutefois, les tubes peuvent avoir une section de forme différente : carré, rectangle, polygone, cercle, ellipse ... Toutes les formes de réalisation de la section du tube sont compatibles avec les différents modes de réalisation décrits ci-dessous.
La figure 7 représente un assemblage d'éléments tubulaires (faisceau de tubes) selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, les tubes 2 étant disposés suivant quatre directions distinctes d’un parallélépipède rectangle. Les tubes de la figure 7 sont représentés avec une section sensiblement circulaire, toutefois, les tubes peuvent avoir une section de forme différente: carré, rectangle, polygone, cercle, ellipse ... Toutes les formes de réalisation de la section du tube sont compatibles avec les différents modes de réalisation décrits ci-dessous.
L'agencement détaillé de cet assemblage est décrit en référence aux figures 5 et 7. Ces figures illustrent un faisceau de quatre tubes 2, chacun étant disposé suivant l'une des quatre directions d'assemblage D20a à D20d. Les quatre directions D20a à D20d dans lesquelles les tubes sont assemblés correspondent respectivement aux quatre diagonales d'un parallélépipède rectangle, à ceci près que les tubes ne s'entrecoupent pas au niveau de l'intersection des diagonales au centre du parallélépipède rectangle, mais se croisent au voisinage de ce point.
Pour former la structure du bloc de garnissage structuré, on répète la disposition de la figure 5 (ou 7), c'est-à-dire on dispose suivant un axe de construction, correspondant au point d'entrecroisement des quatre tubes d'un faisceau, un nouveau faisceau de tubes disposé dans le même ordre que le faisceau précédent, et ainsi de suite. On obtient ainsi, un début d'assemblage ordonné formé d'une première rangée de faisceaux de tubes 2 alignés suivant l'axe. On forme ainsi un entrecroisement de quatre réseaux de tubes qui s'étendent chacun dans un plan orienté suivant une des quatre directions d'assemblage des tubes dans un faisceau. Les tubes de chaque réseau sont espacés les uns des autres par une distance permettant le passage (entrecroisement) des tubes des autres réseaux.
Lorsqu'on a atteint le nombre désiré de faisceaux dans la rangée, on superpose ensuite plusieurs séries de rangées de faisceaux suivant des axes parallèles à l'axe de manière à remplir le volume libre autour de la rangée. Ensuite, la structure de garnissage est obtenue par ajout d'au moins une rangée supplémentaire de faisceaux selon un nouvel axe parallèle à l'axe de construction. On complète ensuite de la même façon le volume libre de part et d'autre de la rangée, typiquement jusqu'à l'extrémité des tubes de la rangée, de manière à obtenir dans ce volume une structure tridimensionnelle formée de tubes respectivement disposés suivant quatre directions. Cette structure tridimensionnelle forme le bloc de garnissage structuré déterminé lors de cette étape.
La figure 6 illustre un bloc 3 de garnissage structuré formé par des tubes 2 orientés selon les quatre directions d’un parallélépipède rectangle. Le procédé de fabrication selon l’invention permet de fabriquer directement ce bloc de garnissage, sans étape supplémentaire d’assemblage des feuilles.
2) Fabrication additive du bloc de garnissage structuré
Lors de cette étape, on fabrique au moins un bloc de garnissage structuré ayant la structure déterminée à l’étape précédente. Cette étape ne vise pas la fabrication d’un élément de base (plaque, feuille ou tube) mais la fabrication d’un bloc de garnissage structuré, c’est-à-dire directement d’un ensemble d’éléments de base (par exemple, tel qu’illustré sur les figures 3 et 6). Cette fabrication est mise en œuvre par une méthode de fabrication additive au moyen d’un matériau.
On appelle fabrication additive, ou impression tridimensionnelle (impression 3D), les procédés de fabrication par ajout de matière, généralement ces procédés peuvent être assistés par ordinateur. Un tel procédé peut consister à la mise en forme d’une pièce par ajout de matière, par couches successives. Pour ce procédé, une matière première (sous forme de liquide, poudre, ruban, ou fil) est mise en forme grâce à une source de chaleur ou une source optique (par exemple laser, faisceau d’électrons, lumière visible, rayons ultraviolets ou infrarouges). Le processus de mise en forme peut être physique (par exemple : fusion suivie d’une solidification, frittage) ou chimique (par exemple : polymérisation).
Les méthodes de fabrication additive permettent de fabriquer des structures complexes. Par exemple, la fabrication additive permet de réaliser sans difficulté d’assemblage un garnissage structuré basé sur des tubes orientés selon les quatre diagonales d’un parallélépipède rectangle (comme illustré sur les figures 5 à 7), en particulier lorsque le parallélépipède rectangle comporte une dimension supérieure aux autres et lorsque la section des tubes n’est pas circulaire, par exemple elliptique. En effet, par la méthode habituelle, décrite notamment dans la demande de brevet FR 2913897 (US 8,505,884) ou dans la demande de brevet portant le numéro de dépôt FR 15/58652, la constitution du garnissage structuré nécessite beaucoup de manipulations (placement des tubes par faisceau, assemblage de faisceaux par rangées, assemblage de plusieurs rangées) complexes, longues et coûteuses.
De plus, la fabrication additive génère un état de surface de moins bonne qualité (c’està-dire une rugosité plus élevée) que des pièces obtenues par usinage. La rugosité plus élevée des parois du garnissage structuré permet d’améliorer les échanges entre le gaz et de liquide sur le garnissage, en améliorant la mouillabilité du matériau, ce qui favorise l’étalement du liquide. Les performances du garnissage structuré s’en trouvent améliorées. Selon une mise en œuvre de l’invention, la rugosité moyenne des parois du garnissage structuré, c’est-à-dire la rugosité des plaques, feuilles ou tubes, est comprise entre 5 et 15 pm, de manière à améliorer les performances du garnissage structuré.
Conformément à une option de réalisation, pour laquelle la structure du bloc de garnissage structuré est obtenue au moyen d’une conception assistée par ordinateur, la méthode de fabrication additive peut être automatisée en fabriquant le bloc de garnissage structuré depuis le modèle numérique du bloc de garnissage structuré.
Selon une mise en œuvre de l’invention, le matériau utilisé est sous forme de poudre. Dans ce cas, la méthode de fabrication additive peut être du type :
- la fusion laser sur lit de poudre (SLM/SLS pour « Sélective Laser Melting/Sintering >>), ou
- la fusion laser par projection de poudre (LMD pour « Laser Métal Déposition >>).
Dans les deux cas, le matériau est amené sous forme de poudre, déposé aux endroits où de la matière est nécessaire. Un laser vient fondre la matière pour rendre la poudre solidaire des couches déjà réalisées. La différence entre les deux technologies vient du fait que pour la méthode SLM, les étapes de dépose de poudre et de fusion sont successives alors que pour la méthode LMD, la dépose et la fusion sont simultanées. Pour la SLM, le laser peut être remplacé par un faisceau d’électrons. De plus, le phénomène de fusion peut être remplacé par un phénomène de frittage.
Selon une caractéristique de l’invention, le matériau utilisé est un métal ou un polymère. Le métal présente l’avantage d’une bonne tenue mécanique. Le polymère présente l’avantage d’être facilement mis en œuvre par les méthodes de fabrication additive.
De préférence, le métal est un acier, un alliage d’aluminium ou un alliage de titane. Par exemple, le métal est choisi parmi :
- des superalliages à base de Nickel et Cobalt, notamment de type 625, 718 CoCr ou analogue,
- des aciers inoxydables, notamment du type 316L et 17-4PH,
- des alliages d’aluminium, notamment de type AISi 10Mg, et
- des alliages de titane de préférence TÎ6AI4V.
Les matériaux exemplifiés ci-dessus présentent l’avantage d’être facilement utilisables par des méthodes de fabrication additive, et l’avantage de résister aux conditions (températures, pressions, corrosion) au sein des colonnes d’échange entre un gaz et un liquide.
Alternativement, le polymère est un nylon. En effet, ce matériau est adapté au milieux corrosifs. De plus, ce matériau présente l’avantage d’être peu onéreux.
Selon une mise en oeuvre de l’invention, l’épaisseur des parois du garnissage structuré, c’est-à-dire l’épaisseur des plaques, feuilles ou tubes, est comprise entre 0.05 et 1 mm, de préférence entre 0.05 et 0.4 mm. Ces épaisseurs permettent une bonne tenue mécanique du garnissage structuré, tout en limitant le poids du garnissage structuré.
Une fois le bloc de garnissage fabriqué, on juxtapose dans une colonne d’échange une pluralité de blocs de garnissage structuré. Avantageusement, les blocs situés à la périphérie interne de la paroi sont adaptés à la forme cylindrique de la colonne et les autres blocs de garnissage structuré peuvent être sous une forme de blocs parallélépipédiques rectangles. Puis, les blocs sont agencés dans une colonne de mise en contact, de manière à ce que leurs longueurs (la plus grande dimension) soient parallèles à l’axe de la colonne, c’est-àdire généralement l’axe vertical. L’agencement des blocs peut être réalisé par tranches successives, sans orientation particulière d’une tranche à l’autre.
Afin de pouvoir être facilement installé dans une colonne d’échange par un trou d’homme, les blocs de garnissage structuré sont dimensionnés pour passer dans un trou de diamètre 600 mm. Selon un exemple de réalisation, le bloc de garnissage structuré peut avoir une section carré, de côté compris entre 100 et 500 mm, et de hauteur comprise entre 100 et 500 mm.
Les figures 3 et 6 sont des exemples de blocs de garnissage juxtaposés dans une colonne d’échange. La figure 8 illustre un exemple non limitatif d’agencement de blocs parallélépipédiques rectangles 3 dans une colonne 4. Pour cet exemple, les blocs sont répartis sur deux tranches de garnissage structuré disposées l’une au-dessus de l’autre.
La figure 9 illustre un bloc de garnissage structuré obtenu par fabrication additive à partir de métal selon le deuxième mode de réalisation de l’invention. Le bloc 3 de garnissage structuré possède une forme sensiblement cylindrique. Le bloc 3 de garnissage comporte une pluralité de tubes 2.

Claims (14)

  1. Revendications
    1) Procédé de fabrication d’un garnissage structuré pour la mise en contact de deux fluides, caractérisé en ce qu’on réalise les étapes suivantes :
    a) on détermine la structure d’un bloc (3) de garnissage structuré ; et
    b) on fabrique ledit bloc (3) de garnissage structuré ayant ladite structure déterminée, par une méthode de fabrication additive au moyen d’un matériau.
  2. 2) Procédé selon la revendication 1, dans lequel on détermine ladite structure dudit bloc (3) de garnissage structuré au moyen d’une conception assistée par ordinateur.
  3. 3) Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite structure dudit bloc (3) dudit garnissage structuré est un assemblage d’au moins deux éléments de base (1,2) identiques.
  4. 4) Procédé selon la revendication 3, dans lequel on détermine ladite structure dudit garnissage structuré, en mettant en œuvre les étapes suivantes :
    i) on conçoit numériquement un élément de base (1,2);
    ii) on assemble numériquement au moins deux éléments de base (1, 2) identiques pour former un bloc (3) de garnissage structuré ; et iii) on détermine numériquement ladite structure dudit bloc (3) de garnissage structuré par limitation des dimensions dudit assemblage desdits éléments de base (1,2).
  5. 5) Procédé selon l’une des revendications 3 ou 4, dans lequel lesdits éléments de base sont formés par des plaques (1) ou des feuilles pliées, ou ondulées, ou des tubes (2), lesdits éléments de base (1,2) comportant des orifices (T).
  6. 6) Procédé selon la revendication 5, dans lequel lesdits tubes (2) sont orientés dans la structure selon les quatre directions (20a, 20b, 20c, 20d) formées par les diagonales d’un parallélépipède rectangle.
  7. 7) Procédé selon la revendication 6, dans lequel ledit parallélépipède rectangle comporte une dimension d’un côté supérieure aux autres.
  8. 8) Procédé selon l’une des revendications 5 ou 6, dans lequel lesdits tubes (2) ont sensiblement une section circulaire ou elliptique.
  9. 9) Procédé selon la revendication 5, dans lequel lesdites plaques ou feuilles (1) forment une succession de canaux comportant des ailettes (B), chacune desdits ailettes (B) étant constituée par au moins une bande formée dans l’une desdites plaques ou feuilles (1), ladite bande restant solidaire de ladite plaque ou feuille (1) par au moins un côté, et ladite
    5 bande étant formée de manière à créer un orifice (T) formant une discontinuité sur la surface de ladite plaque ou feuille (1).
  10. 10) Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit matériau est un métal ou un polymère.
  11. 11) Procédé selon la revendication 10, dans lequel ledit métal est un acier, un alliage d’aluminium, ou un alliage de titane.
  12. 12) Procédé selon la revendication 10, dans lequel ledit polymère est un nylon.
  13. 13) Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’épaisseur d’une paroi dudit garnissage structuré est comprise entre 0.05 et 1 mm, de préférence entre 0.05 et 0.4 mm.
    20
  14. 14) Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la rugosité d’une paroi dudit garnissage structuré est comprise entre 5 et 15 pm.
    3,0¼
    2/5
FR1662060A 2016-12-07 2016-12-07 Procede de fabrication d'un garnissage structure par une methode de fabrication additive Withdrawn FR3059570A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1662060A FR3059570A1 (fr) 2016-12-07 2016-12-07 Procede de fabrication d'un garnissage structure par une methode de fabrication additive
PCT/EP2017/080777 WO2018104124A1 (fr) 2016-12-07 2017-11-29 Procede de fabrication d'un garnissage structure par une methode de fabrication additive

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1662060A FR3059570A1 (fr) 2016-12-07 2016-12-07 Procede de fabrication d'un garnissage structure par une methode de fabrication additive
FR1662060 2016-12-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR3059570A1 true FR3059570A1 (fr) 2018-06-08

Family

ID=58314430

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1662060A Withdrawn FR3059570A1 (fr) 2016-12-07 2016-12-07 Procede de fabrication d'un garnissage structure par une methode de fabrication additive

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3059570A1 (fr)
WO (1) WO2018104124A1 (fr)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2913353A1 (fr) * 2007-03-09 2008-09-12 Inst Francais Du Petrole Garnissage structure haute performance pour colonne de mise en contact de fluides et methode de fabrication.
FR2913897A1 (fr) * 2007-03-20 2008-09-26 Inst Francais Du Petrole Structure de garnissage pour colonne de mise en contact de fluides et methode de fabrication.
US20140014493A1 (en) * 2012-03-15 2014-01-16 Robert C. Ryan Minimal surface area mass and heat transfer packing
US20150048528A1 (en) * 2013-08-19 2015-02-19 Sean Anderson Barton Fill material for direct-contact heat/mass exchangers
US20150246484A1 (en) * 2012-09-21 2015-09-03 Hirschberg Engineering Three-dimensional moulding

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1536423C3 (de) 1967-03-23 1973-10-25 Bebo-Plastik Gmbh., 2140 Bremervoerde Vorrichtung zum kontinuierlichen umlaufenden Bedrucken der Außen wandung von Hohlkörpern nicht kreis förmigen Querschnitts
CH477902A (de) 1967-08-16 1969-09-15 Sulzer Ag Verfahren zur Herstellung von für Stoffaustauschkolonnen bestimmten Packungskörpern
CH617357A5 (fr) 1977-05-12 1980-05-30 Sulzer Ag
TW592799B (en) 2002-02-28 2004-06-21 Saint Gobain Norpro Corp Improved ceramic packing element
US7722945B2 (en) 2006-10-10 2010-05-25 Koch-Glitsch, Lp Random packing elements and column containing same
FR2995224B1 (fr) 2012-09-11 2014-09-12 IFP Energies Nouvelles Garnissage haute performance pour colonne de mise en contact de fluides
FR2995223B1 (fr) 2012-09-11 2014-09-12 IFP Energies Nouvelles Garnissage structure haute performance pour colonne de mise en contact de fluides

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2913353A1 (fr) * 2007-03-09 2008-09-12 Inst Francais Du Petrole Garnissage structure haute performance pour colonne de mise en contact de fluides et methode de fabrication.
FR2913897A1 (fr) * 2007-03-20 2008-09-26 Inst Francais Du Petrole Structure de garnissage pour colonne de mise en contact de fluides et methode de fabrication.
US20140014493A1 (en) * 2012-03-15 2014-01-16 Robert C. Ryan Minimal surface area mass and heat transfer packing
US20150246484A1 (en) * 2012-09-21 2015-09-03 Hirschberg Engineering Three-dimensional moulding
US20150048528A1 (en) * 2013-08-19 2015-02-19 Sean Anderson Barton Fill material for direct-contact heat/mass exchangers

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018104124A1 (fr) 2018-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2134463B2 (fr) Garnissage structure haute performance pour colonne de mise en contact de fluides et méthode de fabrication
EP2895262B1 (fr) Garnissage structuré haute performance pour colonne de mise en contact de fluides
WO2005092491A1 (fr) Structure de garnissage ondule-croise
EP3728976A1 (fr) Element intercalaire a texturation de surface, echangeur de chaleur et procede de fabrication associes
FR3069918A1 (fr) Echangeur de chaleur comprenant un element de distribution a canaux multiples
EP3132222B1 (fr) Module d'echangeur de chaleur a echange thermique, utilisation avec du metal liquide et du gaz
FR2865027A1 (fr) Ailette pour echangeur de chaleur et echangeur de chaleur muni de telles ailettes
EP2895263B1 (fr) Garnissage structuré haute performance pour colonne de mise en contact de fluides
FR3059570A1 (fr) Procede de fabrication d'un garnissage structure par une methode de fabrication additive
EP3728977B1 (fr) Echangeur de chaleur avec elements et plaques a texturation de surface
EP3657002B1 (fr) Serpentin pour echangeur thermique, echappement de turbopompe comprenant un serpentin et procede de fabrication d'un serpentin
EP3144060B1 (fr) Structure de garnissage optimisee pour colonne de mise en contact de fluides et procede de fabrication
FR3075335B1 (fr) Echangeur de chaleur avec elements intercalaires superposes
FR3075337A1 (fr) Element intercalaire a texturation de surface, echangeur de chaleur comprenant un tel element
FR3113610A1 (fr) Garnissage filaire pour un appareil d’echange de matiere
EP4265358A1 (fr) Procédé de fabrication d'une pièce poreuse par fusion laser sur lit de poudre
FR3140420A1 (fr) Echangeur de chaleur à structure d’échange thermique améliorée
FR3133077A3 (fr) Echangeur de chaleur à structure d’échange thermique améliorée
FR3075341A1 (fr) Echangeur de chaleur avec elements intercalaires a texturation de surface
WO2010100367A1 (fr) Appareil de séparation d'air incorporant un échangeur de chaleur à plaques
FR3051244A1 (fr) Echangeur de chaleur a plaques, procede de fabrication et utilisation correspondante

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20180608

ST Notification of lapse

Effective date: 20190906