LU83365A1 - Dispositif pour distribuer un liquide sous forme d'un mince film dans des echangeurs de chaleur verticaux - Google Patents

Description

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Dispositif pour distribuer un liquide sous forme d'un mince film dans des échangeurs de chaleur verticaux.

La présente invention concerne un dispositif pour 5 distribuer un liquide sous forme d'un mince film dans des échangeurs de chaleur verticaux. Plus particulièrement, la présente invention a trait à un dispositif pour distribuer sous la forme d'un film la solution d’urée sortant d'un réacteur de synthèse d'urée dans les tubes de l'appareil pour dé-10 composer sous haute pression le carbamate d'ammonium. Bien que la présente invention ne soit pas limitée à cette application, on se référera à cette dernière car elle constitue s l'un des cas les plus importants dans l'industrie chimique.

Comme on le sait, la distribution du liquide sur 15 la plaque tubulaire pour alimenter les divers tubes d'un échangeur de chaleur par l'intermédiaire de "têtes tubulaires" de distribution, est d'une importance capitale pour que l'on puisse obtenir un fonctionnement satisfaisant de l'appareil grâce au fait que les tubes sont alimentés avec un débit uni-20 forme du liquide.

Pour obtenir ce résultat, la technique antérieure a offert des solutions qui peuvent être groupées dans la pratique, en deux types fondamentaux d'alimentation, à savoir : a) une alimentation du liquide au centre de la pla-55 que tubulaire et, de ce fait, le mouvement du fluide est centrifuge (du centre vers la périphérie), et b) une alimentation du liquide à la périphérie de la plaque tubulaire et, de ce fait, le mouvement du fluide est centripète (de la périphérie vers le centre).

30 Ces deux solutions conduisent à une distribution non uniforme du liquide car la chute de pression entre une "tête tubulaire" de distribution et celle qui lui est immédiatement voisine entraîne une colonne ou énergie potentielle qui est maximale près du point d'alimentation et diminue considé-35 rablement à mesure que la zone d'alimentation s'éloigne, le résultat étant un manque fâcheux d'uniformité de la distribu-I tion du liquide sur tous les tubes.

Des observations effectuées air l'état des tubes de * k i I ', I 2 l'appareil de la technique classique ont montré qu'un amincissement considérable de la paroi du tube se produit à l'endroit où la colonne est plus élevée, en correspondance avec le point où le débit d'alimentation est important, probablement en ral-5 son du fait que les tubes se trouvant dans cette zone travaillent dans des conditions d'écoulement surabondant/ce qui donne naissance au phénomène d'érosion dans la région supérieure.

En plus du phénomène d'écoulement surabondant, on pense qu'il se produit dans la région supérieure des tubes un dégagement 10 intense de gaz qui est dû à la fols à la libération des gaz • inertes contenus dans la solution et l'évaporation d'une fraction de l'ammoniac libre contenu dans la solution.

Ces deux facteurs se conjuguent pour donner nals-' sance à un certain phénomène de corrosion.

| 15 La technique antérieure utilise pour la distrlbu- | tion, des "tête tubulaires" perforées à leur sommet pour per- | mettre l'échappement des gaz et des vapeurs se dégageant de fj | la solution tombant sous forme d'un film le long des tubes ! du faisceau tubulaire; la distribution sous forme d'un film | Λ 120 sur 3e s parois Intérieures de ces tubes est obtenue grâce au fait que la solution s'écoule par des perforations formées dans la surface périphérique des "têtes". Ces perforations sont de préférence orientées tangentiellement par rapport à la surface intérieure des "têtes". En ce qui concerne la dis-25 trlbution du liquide sur la plaque tubulaire, la forme des | "têtes" et des perforations est donnée à titre d'exemple suffisamment caractéristique par le brevet français 2 3^7 Ο93.

On s'est alors aperçu, d'une façon tout à fait surprenante, que les conditions favorables pour la corrosion des 30 tubes de l'échangeur ont pour origine la conjugaison du fait v que la colonne de liquide e& non constante avec le fait que "têtes" sont ouvertes a leur sommet.

La présente invention a donc pour objet principal de procurer un dispositif pour la distribution du liquide sous \ 35 forme d'un film dans des échangeurs de chaleur, ce dispositif ' comprenant essentiellement, en combinaison : l· ; jl 1°) une multiplicité de "têtes" fermées à leur I I fj sommet mais comportant des perforations dans leur surface latérale et au voisinage de leur sommet fermé hermétiquement, ' * * 3 des perforations tangentielles étant formées en supplément dans la surface latérale des "têtes" en correspondance avec leur section intermédiaire en vue de l'introduction du liquide dans le faisceau tubulaire et, 5 2°) un lit de garnissage reposant sur une toile métallique, de préférence une toile métallique ayant des mailles carrées, ladite toile métallique étant placée sur une grills formée par des barres parallèles dont chacune repose sur les bords de deux rangées adjacentes de "têtes". La fonction de 10 garnissage peut également être remplie par une ou plusieurs I - plaques perforées comportant des trous d'un diamètre de 5 à il | 10 mm et, dans ce cas, la toile métallique est supprimée ternis I ' que la grille subsiste.

! · En ce qui concerne les perforations formées à trail 15 vers la surface périphérique des "têtes" dans la section supé- | rieure de celles-ci, elles ont pour rôle de donner naissance ij | à une chute de pession pour les gaz et les vapeurs arrivant j des tubes de l’échangeur de chaleur; à ce sujet, il est sur- jj prenant qu’il faille prévoir un obstacle contre le dégagèrent I 20 des gaz et des vapeurs alors que c’est une règle établie cens | les opérations de distillation de réduire à un minimum autant |i I que possible le temps de contact entre la phase gazeuse eu i phase vapeur et la phase liquide.

I Le nombre de ces perforations est généralement | 25 compris entre 2 et 8. Leurs axes sont de préférence perpendi culaires à la "tête" et sont espacés les uns des autres ar.zu-lairement de façon uniforme dans le sens circonférenciel et le long de la périphérie extérieur de chaque "tête". La cr.ute de pression que l’on peut escompter de ees perforations est 30 de l’ordre de 0,1 mm - 2000 mm de colonne de d’eau.

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En ce qui concerne le lit de garnissage, celui-ci jj est composé par des éléments de garnissage classiques tel: que ceux utilisés dans les tours à garnissage, la hauteu- tu lit étant généralement de 500 mm à 2000 mm, 1000 mm étan: la I 35 valeur préférée.

i II convient de remarquer que les barres de 1ε mille / pourraient aussi, dans une autre possibilité, ne pas rerrrar ! vil,. SUr ^es k°r^s des "têtes” et, par contre, être espacées te 1' ^ ! 4 ces dernières de manière à permettre une passivation complète des pièces constitutives métalliques tout en empêchant les "têtes” d’être expulsées si des variations de pression brusques venaient à prendre naissance. Dans ce cas, les barres reposent 5 contre la paroi de l’enveloppe et leurs extrémités portent sur des supports appropriés.

On va maintenant décrire la présente Invention en se référant aux figure 1 à 3 des dessins annexés donnés à titre purement Illustratif et non limitatif.

10 La figure 1 montre la partie supérieure (collecteur) de l'échangeur de chaleur du type à film. La référence 1 désigne l'enveloppe du collecteur, la référence 2 le tube .

servant à introduire le liquide devant être distribué sous la forme d'un film, la référence 3 le tube pour l'échappement vers 15 l'atmosphère des gaz et des vapeurs, la référence 4 un distrl- : buteur tout à fait classique pour liquide, la référence 5 le lit de garnissage rempli de bagues Raschlg ou autres moyens Î analogue, et ld référence 6 la grille sur laquelle repose la toile métallique supportant le lit de garnissage. La référence Î?0 7 désigne deux”têtes" tubulaires fermées selon la présente

Invention, tandis que la référence 11 désigne la plaque tubulaire supérieure du faisceau de tubes 12 dont deux tubes seulement ont été représentés sur la figure.

La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d’une 25 seule "tête" 7 selon la présente Invention. Sur les dessins, la référence 8 désigne un des trous prévuspour évacuer vers l'atmosphère les gaz et les vapeurs et la référence 9 désigne les perforations tangentielles destinées à l'Introduction du v liquide dans les tubes du faisceau tubulaire .

30 La figure 5 montre la façon selon laquelle les barres 10 destinées à supporter la toile métallique repose sur deux rangées adjacentes de "têtes" 7.

Dans son ensemble, l’échangeur de chaleur vertical à distribution de liquide sous forme de film selon la présente 35 invention comprend, d'une part, une enveloppe extérieure comportant une ouverture pour l’introduction de liquide à traiter, I; une ouverture pour l'évacuation du liquide traité, une ouver- ^ i \ T> ture pour l'échappement vers l'atmosphère dés gaz et des vapeurs I / 5 ί j · qui se sont dégagés du liquide ou qui ont été éventuellement introduits volontairement pour la "séparation" ou "décollage" du liquide et, d'autre part, à l'intérieur, du haut vers le I * bas, un distributeur pour liquide dont la tâche est d'étaler 5 le liquide sur la totalité de la superficie de section droite intérieure de l'appareil et des moyens de support pour ce distributeur, un lit de garnissage à travers lequel s'infiltre le liquide étalé, une toile métallique sur laquelle repose ledit „ lit de garnissage, une grille pour supporter ladite toile métal lo lique, les "têtes"fermées hermétiquement à leur sommet etdcntl’Intérieur estcreuxtïivue d'une distribution du liquide sous forme d'un film à un faisceau tubulaire sous-jacent sur les tubes duquel v repose ladite toile métallique, une plaque tubulaire supérieure qui est fixée à la paroi de l'enveloppe et à travers laquelle 15 sont introduites les sections d'extrémité supérieures des tubes desdits faisceaux, les "têtes" étant introduites dans les tubes dudit faisceau tubulaire dans la partie supérieure de ladite ! plaque tubulaire, le faisceau tubulaire, une plaque tubulaire I inférieure qui est fixée à la paroi d'enveloppe et dans laquel- , 20 le sont introduites les sections d'extrémité inférieures des ï j tubes dudit faisceau l'agent de chauffage étant introduit ί dans l'espace délimité par l'enveloppe et lesdites plaques tu bulaires supérieure et inférieure par une ouverture qui a été I spécialement formée dans l'enveloppe extérieure en correspon- jj 25 dance avec ledit faisceau tubulaire et étant évacué par une \ ouverture formée dans la même région.

Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être 30 apportées dans le cadre de la présente invention.

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Claims (7)

1. Dispositif pour distribuer un liquide sous la | forme d'un mince film dans un échangeur de chaleur vertical I " du type comprenant une enveloppe extérieure comportant une 5 ouverture pour l'introduction du liquide à traiter, une ouverture pour l'évacuation du liquide traité, une ouverture pour l'échappement vers l'atmosphère des gaz et des vapeurs, une ouverture pour Introduire un agent chauffant, une ouver-„ ture pour évacuer ledit agent chauffant et, à l'intérieur, 10 du haut vers le bas, un distributeur de liquide ayant pour rôle d'étaler ledit liquide sur la totalité de la superficie de section droite intérieure de ladite enveloppe et des moyens * supportant le distributeur, des "têtes" creuses pour la dis- ; tributlon du liquide sous forme d'un film dansles tubes d'un 15 faisceau tubulaire sous-jacent, lesdltes "têtes" comportant des S perforations tangentielles à travers la section intermédiaire de leur surface périphérique et étant évidées Intérieurement, Iune plaque tubulaire supérieure fixée à la paroi de l'enveloppe et dans laquelle sont introduites les sections d'extrémité 20 supérieures des tubes dudit faisceau, lesdites "têtes" étant introduites dans les tubes de ladite plaque tubulaire dans la partie supérieure de ladite plaque tubulaire, ledit faisceau de tubes, une plaque tubulaire Inférieure fixée à la paroi de l'enveloppe et dans laquelle sont Introduites les sections 25 d'extrémité inférieure des tubes dudit faisceau, caractérisé par le fait que les "têtes" de distribution de liquide sont fermées de façon étanche à leur sommet et sont pourvues de perforations pratiquées dans leur surface périphérique au voisinage des sommets fermés de façon étanche pour décharger 30 les gaz et les vapeurs, lesdites "têtes" de distribution supportant une grille formée par des barres parallèles dont chacune repose sur les bords de chaque paire de rangées adjacentes de têtes, lesdites barres des grilles supportant un élément à mailles qui soutient un lit de garnissage. i | Ô5

2. Dispositif suivant la revendication 1, caracté- ! : risé par le fait que le lit de garnissage a une hauteur de [ f 500 mm à 2000 mm, de préférence 1000 mm. I T"® i / i F ï i ? i 7 I

* 3. Dispositif suivant la revendication 1, caracté- » risé par le fait que le nombre des perforations que comporte la "tête” pour l'évacuation des gaz et des vapeurs est compris entre 2 et 8.

4. Dispositif suivant la revendication 1, caracté risé par le fait que les perforations que comportent les têtes pour l'évacuation des gaz et des vapeurs donnent naissance à une chute de pression de 0,1 - 2000 mm de colonne d'eau. Xq

5. Dispositif suivant la revendication 1, caracté risé par le fait que les axes des perforations que comporte une tête pour évacuer les gaz et les vapeurs sont perpendiculaires à l'axe de la tête.

6. Dispositif suivant la revendication 1, caracté- ; i 15 risé par le fait que le lit de garnissage et l'élément à mailles sont remplacés par une ou plusieurs plaques perforées dont les perforations ont un diamètre de 5 à 10 mm.

7. Dispositif suivant la revendication 1, caraeté- | risé par le fait que les barres ne reposent pas sur les bords | f 20 des têtes mais sur la paroi de l'enveloppe, les extrémités j des barres reposant sur des supports prévus spécialement. % « i ;