FR3136384A1 - Colonne d’échange de matière et de chaleur équipée de garnissage ondulé-croisé en mousse métallique - Google Patents

Colonne d’échange de matière et de chaleur équipée de garnissage ondulé-croisé en mousse métallique Download PDF

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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

Titre : Colonne d’échange de matière et de chaleur équipée de garnissage ondulé-croisé en mousse métallique Colonne d’échange de matière et de chaleur comprenant une enceinte (5) en forme de cylindre ayant une paroi latérale et un bloc de garnissages ondulé-croisé (6) constitué par un empilement de lamelles , ayant été façonnées pour former des ondulations dans la lamelle, le matériau des lamelles de garnissage étant une mousse métallique, les lamelles étant assemblées pour former un bloc de garnissage ondulé croisé, le matériau des lamelles de garnissage étant une mousse métallique à pores ouverts et la surface spécifique du garnissage étant supérieure à 800 m2/m3, la paroi courbe du bloc étant contiguë à l’intérieur de la paroi latérale de l’enceinte sur tout le pourtour du bloc. Figure de l’abrégé : Figure 5A

Description

Colonne d’échange de matière et de chaleur équipée de garnissage ondulé-croisé en mousse métallique
La présente invention concerne une colonne d’échange de matière et de chaleur équipée de garnissage ondulé-croisé en mousse métallique.
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.
Les garnissages structurés en feuilles ondulées-croisées constituent dans la plupart des cas la solution technique la plus efficace pour les opérations de transfert de masse gaz-liquide. Comparativement aux autres familles de contacteurs que sont les garnissages vracs et les plateaux de distillation, ils conduisent à de plus faibles pertes de charge pour une même séparation, tout en ayant une capacité et une efficacité élevées. Leurs faibles pertes de charges conduisent à un gain énergétique et donc à une réduction du coût opératoire. La capacité de gaz et l’efficacité se reflètent dans la compacité en section et en hauteur de l’équipement. Réduire les dimensions de la colonne correspond à une réduction d’investissement initial.
Ces gains relatifs imputables aux garnissages structurés sont particulièrement importants dans le cas de procédés impliquant de faibles reflux liquides. C’est le cas notamment des colonnes de distillation à pression atmosphérique et plus encore pour les colonnes opérant sous vide.
Pour profiter au mieux de l’efficacité des garnissages ondulés-croisés, on peut chercher à augmenter la surface spécifique des garnissages, notamment en réduisant la hauteur des ondulations. On a alors une surface développée plus importante dans un volume donné, permettant plus d’échange et donc une hauteur de section réduite.
On parle parfois de garnissage de haute densité lorsque la surface spécifique excède 400 m2/m3.
Les garnissages structurés les plus denses atteignent jusqu’à 2100 m2/m3en laboratoire. Il y a cependant peu de références industrielles au-delà de 1000 m2/m3.
La surface spécifique appeut se calculer à l’aide de la formule suivante :
où apest en m2/m3, s est la longueur développée du côté d’une onde, b est la longueur de la base d’une onde (pas de l’onde), h la hauteur et τ et le taux de perforations de l’onde. Les longueurs s, b et h sont représentées sur la .
Les colonnes à garnissages structurés ondulé-croisé connues dans l’art antérieur comprennent des éléments fixés autour des cylindres des garnissages, ces éléments occupant l’espace annulaire entre la virole de la colonne et les cylindre des garnissages. Ces éléments, appelés « balayettes » ou en anglais « wall wipers » ou « wiper bands » sont prévus pour empêcher du liquide de circuler sur la virole, en le dirigeant vers l’intérieur du garnissage, via un pied de l’élément qui rentre dans le cylindre de garnissage. De tels éléments sont connus de FR2827527, GB2338194, US8807541 et WO9640428A& ou « Structured Packings in Air Separation Plants » de Hug, Proceedings Energy Week Conference, 1997.
L’usage de tels éléments accroît le coût de construction de la colonne et surtout réduit l’espace disponible dans la colonne dans lequel l’échange de chaleur et de masse peut avoir lieu.
Un but de l’invention est d’augmenter la section de la colonne disponible pour l’échange de chaleur et de masse efficace.
La distillation dans des colonnes ayant une section particulièrement petite permet d’obtenir des performances de distillation importante. Néanmoins, pour pouvoir distiller un grand débit, on est obligé de mettre des colonnes en parallèle afin de distribuer le fluide à séparer sur plusieurs colonnes reliées ensemble.
Une colonne classique qui contient du garnissage structuré doit disposer d’un élément entourant le bloc de garnissage afin de réduire le court-circuitage de gaz ou liquide, entre la paroi de la colonne et le bord du bloc de garnissage structuré, ce qui réduit in fine la section de passage.
Un autre but de l’invention est de trouver une solution adaptée à ce problème de distillation dans des colonnes à petite section.
Lorsqu’on met plusieurs colonnes en parallèle, la surface prise par les parois des colonnes et les balayettes réduisent fortement la section de passage pour les fluides.
Selon un objet de l’invention, il est prévu une colonne d’échange de matière et de chaleur comprenant
  • une enceinte allongée ayant un axe principal en forme de
  1. cylindre ayant une paroi latérale ou
  2. parallélépipède rectangle ayant quatre parois latérales
  • des moyens d’introduction d’un fluide dans la colonne
  • des moyens de soutirage d’un fluide de la colonne
  • à l’intérieur de l’enceinte, au moins un bloc de garnissages ondulé-croisé constitué par au moins un empilement de lamelles, ayant été façonnées pour former des ondulations dans la lamelle, le sens d’empilage étant perpendiculaire à l’axe principal, les lamelles étant assemblées pour former un bloc de garnissage ondulé croisé, le matériau des lamelles de garnissage étant une mousse métallique à pores ouverts et la surface spécifique du garnissage étant supérieure à 500 m2/m3, voire à 800 m2/m3caractérisée en ce que le bloc de garnissages
a’) est cylindrique si l’enceinte est en forme de cylindre, tous les bords libres des lamelles du bloc parallèles à l’axe principal étant contigus à l’intérieur de la paroi latérale de l’enceinte sur le pourtour du bloc ou
b’) est en forme de parallélépipède rectangle droit si l’enceinte est en forme de parallélépipède rectangle, le bloc ayant six côtés, tous les bords libres des lamelles du bloc parallèles à l’axe principal étant contigus à l’intérieur d’une des parois latérales de l’enceinte sur le pourtour du bloc.
Selon d’autres aspects de l’invention :
  • les ondulations comprennent des crêtes et des vallées, les crêtes des deux lamelles extérieures de chaque bloc touchant la paroi de l’enceinte cylindrique ou les parois de l’enceinte parallélépipédique.
  • le diamètre de l’enceinte est d’au plus 200mm, voire d’au plus 100mm ou la section de base rectangulaire de l’enceinte a une dimension maximale d’au plus 200mm, voire d’au plus 100mm.
  • les quatre côtés du bloc de garnissages sont reliés par des arêtes.
  • le diamètre de l’enceinte est d’au moins 2m, voire d’au moins 4m ou la section de base rectangulaire de l’enceinte a une dimension maximale d’au moins 2 m, voire d’au moins 4 m.
  • les lamelles de l’au moins un bloc de garnissages sont solidaires entre elles.
Selon un autre aspect de l’invention, il est prévu un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique comprenant au moins une colonne telle que décrite ci-dessus, la colonne étant disposée dans un contenant thermiquement isolé.
Selon un autre aspect de l’invention, il est prévu un ensemble de colonnes telles que décrites ci-dessus, une conduite pour envoyer une partie d’un même fluide comprenant au moins deux composants à chacun des colonnes et une conduite reliée à chaque colonne pour recueillir une partie d’un fluide enrichi en un composant du fluide.
Il s’agit d’introduire directement dans la colonne l’empilage de lamelles poreuses en mousse métallique, par exemple de nickel, ondulées. L’empilage forme un bloc de façon que les bords des bandes touchent la paroi interne de l’enceinte. Celle-ci est de préférence de petit diamètre. Les lamelles microporeuses légèrement élastiques permettent d’assurer un bon contact avec la paroi. Par ailleurs, elles ont un effet de capillarité importante (lié à la structure microporeuse de la mousse), qui permet à la fois de très bien étaler le liquide sur la surface et surtout d’aspirer le surplus de liquide qui voudrait se former à la paroi, évitant ainsi tout court-circuitage de liquide le long de l’enceinte.
Les différents blocs sont montés classiquement en alternant l’orientation des lamelles.
Selon d’autres caractéristiques facultatives :
  • l’épaisseur de la lamelle avant le passage en presse est inférieure à 0,6 mm avant l’opération de pliage.
  • le matériau en mousse métallique est constitué en majorité de nickel.
  • le matériau en mousse métallique est constitué en majorité de cuivre.
  • le matériau en mousse métallique est constitué par un alliage de type FeCrAl.
  • le matériau en mousse métallique est constitué par un alliage de type NiCrFeAl.
  • le matériau en mousse métallique a une densité de pores comprise entre 10 et 130 ppi (« pores per inch », pores par pouce, soit entre 3,937 et 51,181 pores par cm), de préférence entre 30 et 80 ppi (soit entre 11,811 et 31,496 pores par cm).
De préférence, la longueur parcourue par un liquide produit par séparation d’air avançant par capillarité dans la mousse pendant le temps de résidence du liquide dans le corps de garnissage étant supérieure à quinze fois, voire vingt fois, le pas de l’ondulation de la lamelle.
De préférence, le garnissage en mousse métallique est utilisé dans une section de colonne d’échange de matières gaz-liquide, où le reflux liquide est inférieur à 20 m3/h/m2, de préférence inférieur à 10 m3/h/m2.
Un tel matériau utilisé dans des garnissages à haute densité permet de favoriser l’étalement du liquide sur les feuilles grâce aux effets capillaires induits par la porosité. L’attraction du liquide dans le matériau permet de réduire les phénomènes d’assèchement, augmente ainsi la surface effective de contact entre les phases et conduit à une meilleure efficacité des garnissages à haute densité soumis à des faibles reflux liquides.
Les effets du matériau seront d’autant plus prégnants que la surface spécifique du garnissage sera élevée. Il est donc particulièrement recommandable pour les très hautes densités, notamment supérieures à 500 m2/m3, voire à 800 m2/m3.
L’épaisseur résultante en sortie de presse, après façonnement de l’onde, est inférieure à l’épaisseur initiale. Elle est typiquement inférieure à 0,5 mm. L’épaisseur de feuille avant le façonnage dans la presse est inférieure à 2 mm, de préférence inférieure à 0,6 mm.
Cette faible épaisseur permet de bénéficier de l’effet d’étalement capillaire de la surface poreuse sans affecter négativement le taux de vide qui correspond au passage du gaz. En effet, une large épaisseur de matériau poreux une fois saturée de liquide est un volume mort pour l’échange gaz-liquide.
De plus, la diffusion de matière au sein du liquide est majorée si le milieu du liquide est un milieu poreux. Ceci pénalise le transfert de matière au sein du liquide ce qui contribue à minorer l’efficacité du garnissage.
Les essais ont montré que les mousses métalliques bien dimensionnées et adaptées aux caractéristiques du fluide employé ont un effet d’étalement supérieur à celui du métal tissé et cela avec un coût inférieur et un pliage par presse plus aisé. La mousse peut être en alliages de fer, de cuivre, d’aluminium ou de nickel. Cette large gamme de matériaux permet de s’adapter aux compatibilités des produits. Par exemple, le nickel et le cuivre sont préférés dans le cas d’une distillation avec une haute concentration en oxygène.
Dans ces dimensions et avec des faibles reflux liquide notamment inférieurs à 20 m3/m2/h voire à 10 m3/m2/h, les conditions hydrauliques permettent une utilisation optimale des caractéristiques de la mousse en termes de mouillage. Les aspérités dues à la forme complexe de la mousse permettent d’augmenter la surface effective de contact entre phases.
Le transfert est amélioré par une utilisation optimale de la grande surface d’échange du garnissage à très haute densité. Cet avantage est perdu à haute charge liquide où le liquide noie ces aspérités et où le phénomène d’assèchement est très faible même pour une feuille lisse. Le bénéfice de cette invention est maximal pour les faibles débits liquides, les hautes surfaces spécifiques et les fluides mouillants.
Le calcul d’une épaisseur de Nusselt δ du film liquide sur le garnissage nous permet d’obtenir une vitesse effective du liquide par écoulement gravitaire :
On peut alors estimer le temps de résidence du liquide dans le module :
Plus les pores sont petits, plus la force capillaire est grande mais au-delà d’une certaine densité de pores, les frottements visqueux conduisent à un optimum de vitesse d’étalement. La densité de pores des mousses métalliques est généralement comprise entre 10 et 130 ppi (« pores per inch » ou « pores par pouce » ceci étant l’unité internationale utilisée dans le domaine, soit entre 3,937 et 51,181 pores par cm). On peut estimer la longueur parcourue par capillarité pendant un temps donné par la formule suivante :
Cette formule nous permet de dimensionner la mousse de telle sorte que l’étalement par capillarité soit maximal étant données les caractéristiques du fluide, de la mousse et de la géométrie du garnissage. Le gain volumique devient remarquable quand la valeur de lcapest supérieure à 10 fois le pas d’ondes b. Dans ces conditions, le garnissage décrit par la présente invention permet de réduire considérablement le volume d’une section de colonne pour une capacité et une pureté données.
Ces performances sont mêmes supérieures à celles des garnissages de métal tissé, grâce à la structure tridimensionnelle de la mousse avec un coût réduit.
schématise la géométrie typique des garnissages ondulés-croisés.
indique les différents paramètres géométriques d’une onde de garnissage ondulé-croisé.
, composée de la [Fig. 3A] et de la [Fig. 3B], représente la structure de matériau en métal tissé et en mousse métallique.
représente l’invention décrite ci-dessous par le biais d’un exemple d’utilisation dans un procédé de séparation des gaz de l’air par distillation. Celui-ci est représenté à l’aide d’un schéma simplifié en .
, composée de la figure [Fig. 5A], de la [Fig. 5B] et de la [Fig. 5C], représente une vue de dessus d’un bloc de garnissages sous trois variantes installé dans une colonne selon l’invention.
Description de modes de réalisation
illustre une partie d’un module de garnissages constitué par un empilement de lamelles ondulées 1,2 orientées de sorte que les ondulations se croisent d’une lamelle à l’autre. Chaque lamelle est identique et l’empilement est construit en retournant une lamelle sur deux. Les ondulations illustrées dans la ont un pas b, une hauteur h, une épaisseur e, une longueur développée de côté d’onde s et un angle de pli entre deux côtés d’une onde β.
Selon l’art antérieur, les lamelles sont en aluminium perforé ou en gaze ([Fig. 3A]). Selon la présente invention, les lamelles sont en mousse métallique ([Fig. 3B]) ayant des pores ouverts. La surface spécifique est supérieure à 800 m2/m3
L’épaisseur e de la lamelle avant le passage en presse est inférieure à 2 mm, de préférence inférieure à 0.6 mm avant passage en presse pour former la lamelle pliée.
Le matériau en mousse métallique peut être constitué en majorité de nickel ou en majorité de cuivre.
Le matériau en mousse métallique peut être constitué par un alliage de type FeCrAl ou par un alliage de type NiCrFeAl.
Le matériau en mousse métallique a une densité de pores comprise entre 10 et 130 ppi, soit entre 3,937 et 51,181 pores par cm de préférence entre 30 et 80 ppi (soit entre 11,811 et 31,496 pores par cm).
Une application industrielle de ce garnissage est la séparation des gaz de l’air par distillation cryogénique. Le procédé est schématisé en pour une double colonne avec deux colonnes cylindriques. Un débit d’air entre dans l’échangeur principal à une pression voisine de 6 bar. Il a été préalablement épuré de l’eau et du gaz carbonique qu’il contenait dans l’atmosphère.
Il est refroidi à contre-courant par les produits sortant de la distillation cryogénique. Un système plus ou moins complexe de compresseurs et de turbines pourvoit un appoint de froid. Celui-ci compense les pertes de frigories par l’écart de température au bout froid de l’échangeur, les entrées thermiques et l’éventuelle production de liquide. Cette dernière n’est pas représentée sur le schéma.
L’air refroidi à son point de rosée entre alors dans une première colonne de distillation 3 à moyenne pression où a lieu une rectification qui produit en tête un débit d’azote gazeux à moyenne pression. En cuve, un liquide enrichi en oxygène est sorti pour être distillé dans une deuxième colonne à basse pression 4, c’est-à-dire proche de la pression atmosphérique.
Dans cette deuxième colonne d’épuisement 4, le liquide est encore enrichi en oxygène pour atteindre une pureté commerciale en cuve. De cette deuxième colonne 4 peut être extrait un débit d’un mélange d’oxygène et d’argon qui est alors distillé dans deux ou trois colonnes successives pour obtenir de l’argon à une pureté commerciale. Ces colonnes ne sont pas représentées sur le schéma.
Pour obtenir un reflux liquide dans la colonne à moyenne pression 3, l’azote est condensé dans un échangeur de chaleur. De manière analogue pour obtenir un gaz ascendant dans la colonne basse pression 4, l’oxygène est vaporisé également dans un échangeur de chaleur. En pratique, il s’agit d’un même échangeur de chaleur qui d’un côté condense l’azote liquide et de l’autre vaporise l’oxygène liquide. C’est pour que cela soit possible thermodynamiquement que la première colonne 3 est à moyenne pression où la température de liquéfaction de l’azote est légèrement supérieure à la température d’ébullition de l’oxygène à pression atmosphérique.
Pour augmenter le taux d’extraction d’azote, on ajoute parfois un reflux d’azote liquide depuis la tête de la colonne moyenne pression 3 dans la colonne basse pression 4, pour produire en tête un peu plus d’azote. On ajoute aussi généralement un ou deux reflux liquide à une hauteur intermédiaire pour optimiser les profils des débits dans les colonnes et augmenter l’efficacité globale du procédé.
Les conditions hydrauliques de la colonne basse pression 4 impliquent des reflux liquides relativement faibles, typiquement inférieur à 25 m3/h/m2en cuve et jusqu’à moins de 10 m3/h/m2en tête.
Les lamelles ondulées formant les blocs de garnissage sont en mousse métallique la surface spécifique du garnissage étant supérieure à 800 m2/m3. Les lamelles sont disposées les unes contre les autres avec leur sens d’ondulation alternés de manière à former des garnissages ondulés-croisés, de manière connue. Les blocs de garnissages sont de forme cylindrique. Les lamelles sont toutes de la même dimension dans le sens vertical mais sont de dimensions différentes dans le sens horizontal, les lamelles les plus grandes ayant une dimension horizontal égale au diamètre interne de la colonne. Le sens d’empilage des lamelles est perpendiculaire à l’axe principal de l’enceinte.
Par contre, à la différence des colonnes équipées de garnissages classiques, les blocs de garnissage sont formés par des lamelles dont les bords libres parallèles à l’axe principal forment une surface courbe virtuelle qui est plaquée contre la virole de la colonne, de sorte que la surface courbe est contiguë à la paroi interne de la colonne. Les bords libres parallèles à l’axe principal sont plaqués contre la paroi interne de la virole afin d’empêcher le passage de gaz ou de liquide le long de la paroi Ainsi les habituelles balayettes ne sont pas présentes. Le diamètre de la colonne et celui des blocs sont choisis de sorte que les blocs peuvent se glisser à l’intérieur de la colonne et s’y tiennent soit par friction soit en étant supporté par le dessous.
Comme la surface des lamelles est rugueuse, les lamelles peuvent tenir ensemble pour former un bloc, étant solidaires entre elles, sans utiliser les moyens habituels de cerclage, tels que des anneaux métalliques entourant le bloc, illustrés dans FR2688148A.
En cuve de colonne basse pression 4, on obtient une valeur de longueur parcourue par capillarité lcapde 135mm, pour un liquide, soit 15 fois la valeur du pas b de l’onde. Les tests expérimentaux montrent qu’à capacité de traitement inchangée, la réduction de hauteur des sections garnies, c'est-à-dire la hauteur d’une lamelle 1,2, peut excéder 15%.
Les colonnes argon ont également des reflux liquides faibles, de l’ordre de 15 m3/h/m2et en général des garnissages très denses, notamment d’une surface spécifique supérieure à 700 m2/m3. De la même manière que pour la colonne basse pression, on peut utiliser un garnissage en mousse métallique. On obtient une valeur pour lcapde 126mm, soit 20 fois la valeur de la base b de l’onde. Dans ces densités élevées, la réduction de hauteur peut excéder 25% sans altérer la capacité de traitement.
Les gains volumiques attendus en utilisant la présente invention sont d’autant plus importants que le garnissage aura une densité importante. L’effet d’étalement promu par la mousse métallique est d’autant plus significatif que la surface à irriguée est grande.
L’oxygène liquide a une tension de surface inférieure à 13,2 mN/m, l’argon liquide inférieure à 12,6 mN/m et l’azote liquide à 8.9 mN/m à pression atmosphérique. La tension décroît avec la pression : à 5 bar, les valeurs de tension pour les mêmes liquides sont 8,7, 8,1 et 5,3 mN/m.
Il sera compris que l’appareil pourrait comprendre une seule des colonnes de la , par exemple la colonne 3, avec un condenseur de tête.
Le diamètre de la colonne dans ce cas est de préférence d’au moins 200 mm, voire au moins 1000 mm.
L’appareil de séparation d’air peut comprendre une pluralité de colonnes correspondant à la colonne 3, chacune étant alimentée comme la colonne 3 en air et chacune produisant en tête de l’azote gazeux. Une conduite commune peut envoyer de l’air à chacune des colonnes et une conduite commune peut recueillir de l’azote de chacune de colonnes.
Le diamètre de l’enceinte est d’au moins 2m, voire d’au moins 4m ou la section de base rectangulaire de l’enceinte a une dimension maximale d’au moins 2 m, voire d’au moins 4 m.
Il est également possible de remplacer la colonne cylindrique de la par une colonne à section parallélépipédique. Dans ce cas, les blocs de garnissages seront également de forme parallélépipédique, les dimensions des quatre parois latérales de la colonne et celles des blocs étant choisies de sortes que les côtés des blocs sont contigus aux quatre parois latérales de la colonne.
Dans ce cas, la dimension la plus grande de la base carrée peut dans certains cas être d’au plus 200 mm, voire au plus 100 mm.
L’invention permet d’éliminer les balayettes et ainsi de gagner 20% de section utile pour le fluide, permettant soit d’augmenter la productivité à taille égale, soit de réduire le nombre de colonnes en parallèle pour traiter le débit à distiller. Par exemple, sur des colonnes de section carrée de 100 mm, l’écartement de chaque côté entre la colonne et les garnissages, occupé par des balayettes, est par exemple de 5 mm.
Les colonnes peuvent évidemment être de base rectangulaire.
montre une vue de dessus d’un bloc de garnissages 6 avec ses lamelles alignées, ce bloc étant à l’intérieur de l’enceinte 5 d’une colonne, de préférence isolée thermiquement. L’enceinte a un axe principal, vertical quand installé pour la distillation. Dans a) il s’agit d’un bloc cylindrique 6 installé dans une enceinte cylindrique 5. On voit que les largeurs des lamelles sont variables, les plus larges correspondant au diamètre de l’enceinte 5, de sorte que les bords de chaque lamelle parallèles à l’axe de l’enceinte sont en contact avec la paroi de l’enceinte. De plus, on voit que pour les deux lamelles les moins larges, les crêtes des ondulations sont en contact avec la paroi de la colonne. Dans b), le bloc forme un parallélépipède à base carrée et à avec des angles à 90° entre les faces du bloc. Dans ce cas, le bloc est contigu aux quatre parois de l’enceinte 5 à section carrée. Toutes les lamelles ont la même forme et dimensions et toutes sont en contact avec les parois respectives de l’enceinte 5 par leurs bords parallèles à l’axe de l’enceinte. Toutes les lamelles sont en contact avec deux parois opposées par leurs bords verticaux et les deux lamelles à l’extrême droite et à l’extrême gauche du bloc 6 sont en contact par les crêtes sur des lignes de plis des ondulations avec les deux autres parois opposées de l’enceinte. Pour la version c), le bloc 6 et l’enceinte 5 ont une section en forme de carré mais avec des angles arrondis. Les lamelles juxtaposant deux côtés opposés du bloc 6 sont légèrement raccourcies par rapport aux autres. Toutes les lamelles sont en contact avec deux parois opposées par leurs bords parallèles à l’axe de l’enceinte et les deux lamelles à l’extrême droite et à l’extrême gauche du bloc sont en contact par les crêtes sur des lignes de plis des ondulations avec les deux autres parois opposées de l’enceinte 5.L’enceinte 5 est de préférence extrudée, en particulier si le diamètre de l’enceinte est d’au plus 200mm, voire d’au plus 100mm ou si la section de base rectangulaire de l’enceinte a une dimension maximale d’au plus 200mm, voire d’au plus 100mm.
En variante, le diamètre de l’enceinte est d’au moins 2m, voire d’au moins 4m ou la section de base rectangulaire de l’enceinte a une dimension maximale d’au moins 2 m, voire d’au moins 4 m.
Plusieurs blocs de garnissages peuvent être superposés, les uns au-dessus des autres, à l’intérieur de l’enceinte d’une colonne.
Plusieurs colonnes identiques selon l’invention peuvent être reliées ensemble pour réaliser en parallèle une seule opération de distillation. Ainsi chaque colonne est alimentée par le même fluide à séparer et produit les mêmes produits.

Claims (8)

  1. Colonne d’échange de matière et de chaleur (3,4) comprenant
    • une enceinte (6) allongée ayant un axe principal en forme de
    a) cylindre ayant une paroi latérale ou
    b) parallélépipède rectangle ayant quatre parois latérales
    • des moyens d’introduction d’un fluide dans la colonne
    • des moyens de soutirage d’un fluide de la colonne
    • à l’intérieur de l’enceinte, au moins un bloc de garnissages ondulé-croisé constitué par au moins un empilement de lamelles (1,2), ayant été façonnées pour former des ondulations dans la lamelle, le sens d’empilage étant perpendiculaire à l’axe principal, les lamelles étant assemblées pour former un bloc de garnissage ondulé croisé, le matériau des lamelles de garnissage étant une mousse métallique à pores ouverts et la surface spécifique du garnissage étant supérieure à 500 m2/m3, voire à 800 m2/m3caractérisée en ce que le bloc de garnissages
    a’) est cylindrique si l’enceinte est en forme de cylindre, tous les bords libres des lamelles du bloc parallèles à l’axe principal étant contigus à l’intérieur de la paroi latérale de l’enceinte (5) sur le pourtour du bloc ou
    b’) est en forme de parallélépipède rectangle droit si l’enceinte (5) est en forme de parallélépipède rectangle, le bloc ayant six côtés, tous les bords libres des lamelles du bloc parallèles à l’axe principal étant contigus à l’intérieur d’une des parois latérales de l’enceinte sur le pourtour du bloc.
  2. Colonne selon la revendication 1 dans laquelle les ondulations comprennent des crêtes et des vallées, les crêtes des deux lamelles extérieures de chaque bloc (6) touchant la paroi de l’enceinte cylindrique (5) ou les parois de l’enceinte parallélépipédique.
  3. Colonne selon la revendication 1 ou 2 où le diamètre de l’enceinte est d’au plus 200mm, voire d’au plus 100mm ou la section de base rectangulaire de l’enceinte (5) a une dimension maximale d’au plus 200mm, voire d’au plus 100mm.
  4. Colonne selon l’une des revendications précédentes dans laquelle les quatre côtés du bloc de garnissages (6) sont reliés par des arêtes.
  5. Colonne selon l’une des revendications précédentes 1,2 ou 4 où le diamètre de l’enceinte (5) est d’au moins 2m, voire d’au moins 4m ou la section de base rectangulaire de l’enceinte a une dimension maximale d’au moins 2 m, voire d’au moins 4 m.
  6. Colonne selon l’une des revendications précédentes dans lequel les lamelles (1,2) de l’au moins un bloc de garnissages (6) sont solidaires entre elles.
  7. Appareil de séparation d’air par distillation cryogénique comprenant au moins une colonne (3,4) selon une des revendications précédentes, la colonne étant disposée dans un contenant thermiquement isolé.
  8. Ensemble de colonnes, chaque colonne étant selon l’une des revendications 1 à 6, une conduite pour envoyer une partie d’un même fluide comprenant au moins deux composants à chacun des colonnes et une conduite reliée à chaque colonne pour recueillir une partie d’un fluide enrichi en un composant du fluide.
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Citations (8)

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Title
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