FR3099884A3

FR3099884A3 - Onde de garnissage structuré

Info

Publication number: FR3099884A3
Application number: FR2001036A
Authority: FR
Inventors: Gilles Lebain
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2020-02-03
Filing date: 2020-02-03
Publication date: 2021-02-19

Abstract

Titre : Onde de garnissage structuré Onde de garnissage constituée par une plaque métallique ondulée rectangulaire, les ondulations formant des canaux rectilignes inclinés d’un angle α entre 45° et 60° par rapport à un bord de la plaque, une ondulation étant constituée par une première et une deuxième séries (1,2) de plis, en alternance, les plis des première et deuxième séries ayant la même hauteur et le même pas de pli, chaque pli de la première série étant décalé par rapport à chaque pli de la deuxième série. Figure de l’abrégé : Fig. 4

Description

Onde de garnissage structuré

La présente invention est relative à une onde de garnissage structuré. Elle concerne particulièrement une onde adaptée à faire partie d’un garnissage ondulé-croisé, en particulier adaptée au domaine des équipements de mise en contact de fluides. Il s’agit en particulier du domaine des plaques de garnissage structuré qui équipent les colonnes d’échange de matière et de chaleur. Cette invention s’applique tout spécialement aux colonnes destinées aux transferts gaz-liquide à contre-courant que sont les colonnes de distillation, d’absorption et d’épuisement.

Le garnissage structuré est le contacteur le plus performant pour de nombreuses applications de transfert de masse et de chaleur. Il permet dans beaucoup de cas, d’obtenir une plus faible perte de charge et une colonne plus compacte que les technologies alternatives que sont le garnissage vrac et les plateaux. Il est constitué de plaques ondulées dont la direction est alternée. On le nomme parfois ondulé-croisé.

illustre un empilement 71 de plaques ondulées 72 portant des crêtes 73 et des perforations 72a.

Un contacteur doit permettre le contact intime entre deux phases tout en limitant l’encombrement et les pertes de charge. C’est cette contradiction que les contacteurs de phases liquide-liquide ou gaz-liquide cherchent à résoudre par des formes géométriques et des matériaux, autant que possible bon marché.

Autrement dit, un gain de volume est avantageux si les gains (généralement de capital) qu’il génère dépasse une éventuelle hausse des pertes de charge et du coût du nouveau contacteur.

montre une onde ayant une hauteur h, pas d’onde, étant la distance entre deux crêtes adjacentes b, un angle de pli β, une épaisseur έ, une longueur de pli s et un rayon de courbure R.

L’invention consiste à modifier la géométrie traditionnelle des feuilles de garnissage structuré ondulé-croisé en créant des déports de géométrie par rapport à l’axe médian de l’onde. Ce déport permet d’amplifier les déformations ultérieures crées sur le flanc de l’onde. Ces déformations ne sont plus disposées symétriquement par rapport à l’axe horizontal de l’onde.

La déformation peut être obtenue sans rupture de la feuille d’aluminium. Il y aura alors une continuité entre les dimensions originelles de l’onde et celle au cœur de la déformation. Dans une variante la déformation peut être obtenue avec un décrochage de l’onde initiale, ce qui entrainera une rupture dans la matière qui sera favorable au re-mélange des fluides entre les canaux.

Ces modifications de géométrie sont à développée constante, de telle sorte que l’on évite que le pliage soit également un emboutissage. De plus, elles sont sans inversion de matière, ce qui permet de former l’onde en un temps. On peut ainsi produire ces nouvelles géométries à forte cadence selon des méthodes de fabrication éprouvées.

La perturbation générée sur les écoulements des fluides augmente le temps de contact entre les phases liquide et gazeuse augmentant ainsi le transfert de masse, avec un impact réduit sur la perte de charge. Le transfert de masse étant amélioré, le garnissage est plus efficace. Cette efficacité accrue permettra de réduire la hauteur ou le diamètre de la colonne.

Le garnissage structuré actuel est composé de tôles ondulées formant des canaux rectilignes inclinés d’un angle α (entre 45° et 60°) par rapport à l’horizontale. Afin d’augmenter l’échange entre le liquide et le gaz qui s’écoule dans le garnissage, il est proposé dans l’état de l’art des ouvertures aménagées dans les tôles ondulées. Ces ouvertures produisent des accidents qui changent l’écoulement gaz et améliorent l’échange avec le liquide. En revanche, la création d’ouverture ajoute des contraintes de fabrication qui peuvent empêcher l’utilisation de cinématique très rapide en rotation ou qui demande un affûtage régulier des lames de pliage/découpage ou bien oblige à créer une étape en amont de découpe du feuillard synchronisée très précisément avec le pliage. Les documents suivants illustrent l’art actuel : WO A 20050119148; WO A 20080132311; US A 4710326; US A 4670196; EP A 1754009; EP A 1029588.

Le garnissage TJH commercialisé par l’entreprise NewTianjin (New Tianjin Technology & Development Co., Ltd.) et sa filiale allemande BE.ST GmbH présente un seul accident en zigzag. Celui-ci est le produit d’un pliage-emboutissage. Il est présenté comme étant 5-10% plus efficace qu’un garnissage dépourvu de ce zigzag supplémentaire.

Selon un objet de l’invention, il est prévu une onde de garnissage constituée par une plaque métallique ondulée rectangulaire, les ondulations formant des canaux rectilignes inclinés d’un angle α entre 45° et 60° par rapport à un bord de la plaque, une ondulation étant constituée par une première et une deuxième séries de plis, en alternance, les plis des première et deuxième série ayant la même hauteur et le même pas de pli, chaque pli de la première série étant décalé par rapport à chaque pli de la deuxième série.

Le décalage (ou décrochage) permet un re-mélange des fluides entre les deux côtés d’une plaque ce qui est favorable à la cinétique du transfert et donc à l’efficacité. Cependant lors de la fabrication, il est plus délicat de gérer la coupe du feuillard d’aluminium.

L’invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures :

montre une vue de dessus d’une ondulation d’onde selon l’invention.

montre une coupe d’une ondulation d’onde selon l’invention.

montre une vue de coupe d’une ondulation d’onde selon l’invention.

montre une vue de dessus d’une ondulation d’onde selon l’invention.

montre une vue d’un pli d’une ondulation d’onde selon l’invention.

montre une vue de dessus d’une ondulation d’onde selon l’invention.

Des ondes comme illustrées sont empilées pour former un garnissage comme illustré dans la . Chaque onde de garnissage est constituée par une plaque métallique ondulée rectangulaire, les ondulations formant des canaux rectilignes inclinés d’un angle α entre 45° et 60° par rapport à un bord de la plaque, une ondulation étant constituée par une première et une deuxième séries de plis, en alternance, les plis des première et deuxième série ayant la même hauteur et le même pas de pli, chaque pli de la première série étant décalé par rapport à chaque pli de la deuxième série.

Les déformations sont avec décrochage, c’est-à-dire avec une rupture de la matière. La géométrie de l’onde change cette fois-ci brutalement ce qui cause une rupture locale du feuillard.

L’onde de base n’est plus symétrique par rapport à son axe vertical ce qui permet de gagner en amplitude lors de la création des déformations sur les flancs de l’onde. Ces déformations dans la géométrie de l’onde sont périodiques à développée constante, c’est-à-dire qu’à intervalles réguliers le long du canal d’une onde, on crée des déformations par décalage latéral.

Ces déformations sont de telle sorte que la développée de l’onde est identique en tout point.

De plus, ces modifications géométriques maintiennent aussi le pas de l’onde constant (b sur la Figure 2). Le maintien à la fois de ce pas et de la développée permet une formation de l’onde uniquement par pliage et sans emboutissage (il n’y a pas de déformation plastique).

Le dessin montre que les deux séries de plis sont formés en découpant l’ondulation à intervalles régulières et en décalant un pli sur deux par rapport à la ligne.

montre une coupe d’une ondulation d’onde selon l’invention où une série de plis 1 a une hauteur perpendiculaire à la plaque et l’autre série de plis 2 a une hauteur à un angle inférieur à 90° à la plaque. Dans ce cas le décalage est faible et les parois de l’onde sont très proches les unes par rapport aux autres. Les plis d’une série sont symétriques, ceux de l’autre série ne le sont pas.

montre une vue de coupe d’une ondulation d’onde selon l’invention où les deux séries de plis 1, 2 ont une hauteur à un angle inférieur à 90° à la plaque. Ce fort décalage place mieux les ondes dans le flux gazeux. Cette coupe correspond à la vue de la [FIG. 3].

montre une vue de dessus d’une ondulation d’onde selon l’invention. Dans ce cas les déformations sont continues, c’est-à-dire sans rupture de la matière. La géométrie entre l’onde de base et l’onde déformée ne génère pas de rupture de la matière.

montre une vue d’un pli d’une ondulation d’onde selon l’invention avec faible décalage mais onde de base symétrique.

montre une vue d’un pli d’une ondulation d’onde selon l’invention avec fort décalage mais onde de base non symétrique.

Ces déformations à développée constantes sont possibles en ajustant le rayon de courbure au niveau de la crête et du creux de l’onde.

Claims

Onde de garnissage constituée par une plaque métallique ondulée rectangulaire, les ondulations formant des canaux rectilignes inclinés d’un angle α entre 45° et 60° par rapport à un bord de la plaque, une ondulation étant constituée par une première et une deuxième séries (1,2) de plis, en alternance, les plis des première et deuxième séries ayant la même hauteur et le même pas de pli, chaque pli de la première série étant décalé par rapport à chaque pli de la deuxième série.