WO2021019176A1 - Device for forming and distributing a two-phase fluid flow - Google Patents

Device for forming and distributing a two-phase fluid flow Download PDF

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WO2021019176A1
WO2021019176A1 PCT/FR2020/051378 FR2020051378W WO2021019176A1 WO 2021019176 A1 WO2021019176 A1 WO 2021019176A1 FR 2020051378 W FR2020051378 W FR 2020051378W WO 2021019176 A1 WO2021019176 A1 WO 2021019176A1
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WO
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chamber
channels
phase
sub
fluid
Prior art date
Application number
PCT/FR2020/051378
Other languages
French (fr)
Inventor
Anne-Marie BILLET
Frédéric DA COSTA
Ignace COGHE
Hélène CHAUMAT
Audrey DEVATINE
Carine JULCOUR
Original Assignee
Institut National Polytechnique De Toulouse
Centre National De La Recherche Scientifique
Université Toulouse Iii-Paul Sabatier
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 Institut National Polytechnique De Toulouse, Centre National De La Recherche Scientifique, Université Toulouse Iii-Paul Sabatier filed Critical Institut National Polytechnique De Toulouse
Publication of WO2021019176A1 publication Critical patent/WO2021019176A1/en

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/001Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
    • B01J4/002Nozzle-type elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30Injector mixers
    • B01F25/31Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/314Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit
    • B01F25/3143Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit characterised by the specific design of the injector
    • B01F25/31434Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit characterised by the specific design of the injector being a bundle of similar tubes, each of them having feedings on the circumferential wall, e.g. as mixer for a reactor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/2485Monolithic reactors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0278Feeding reactive fluids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/2402Monolithic-type reactors
    • B01J2219/2418Feeding means
    • B01J2219/2419Feeding means for the reactants

Definitions

  • a device for forming, creating, generating, and delivering a two-phase fluid flow is disclosed.
  • the two phases of the two-phase flow can be a liquid phase and a gas phase or two immiscible liquid phases.
  • the expected two-phase flow can in particular be a Taylor flow, that is to say a flow comprising a succession of gas bubbles and liquid plugs.
  • the device according to the invention can be called to simplify distribution device, for example gas and liquid distribution device, or distributor, for example gas and liquid distributor.
  • the device according to the invention can be used to supply any device operating with a two-phase supply, for example gas-liquid or liquid-liquid.
  • the device according to the invention can in particular find its application in the context of powering all devices, such as multiphase reactors or contactors (gas-liquid or liquid-liquid), which operate with phases circulating in co-current. descending or ascending, to ensure a uniform distribution of these phases on the input section of these devices.
  • devices such as multiphase reactors or contactors (gas-liquid or liquid-liquid), which operate with phases circulating in co-current. descending or ascending, to ensure a uniform distribution of these phases on the input section of these devices.
  • These devices can in particular be fixed bed reactors, or monolith reactors, or absorbers of the monolith type. They may be reactors with a heterogeneous catalyst or absorbers for scrubbing gas, used in particular in the oil industry.
  • monolithic reactors are reactors comprising solid blocks - for example made of metal, plastic, ceramic or resin - pierced with channels inside which a catalyst can be found. This catalyst can be present on the walls of the channels or be in suspension. These channels are generally thin - for example with a diameter which may be of the order of 1 mm -, and close - with, for example, a distance between the channels which may be less than 1 mm.
  • the distributors most commonly used in industry for supplying gas and liquid to multiphase contactors, in particular fixed bed catalytic catalysts are: perforated plates with separate supply of the phases; - trays with perforated chimneys; trays with bell mixer channels; - trays with "gas lift” effect tubes, sometimes called “vapor lift", the principle of which is based on the entrainment of the liquid by the gas. All these distributors do not always ensure a good distribution of fluids in the reactors.
  • the distributors used for the gas and liquid supply of monolith reactors are in particular:
  • the quality of the distribution depends on the pressure drop across the plate. For a low pressure drop (ie, for example less than 100-200 mm of water), the jets of liquid above the monolith are thicker and lead to less good distribution of the liquid phase in the channels. The droplets formed when passing through the plate must be finer than the diameter of the channels to be evenly distributed.
  • the spray cone of the nozzle is not always constant with the flow of liquid, and therefore does not always spray the inlet section of the reactor on the same surface.
  • this configuration of bringing fluids into contact by free mixing promotes the coalescence of bubbles or drops.
  • the dispersion of fine bubbles in the liquid phase is not always uniform, the distribution of fluids in the channels is not optimal.
  • the bubbles are smaller than the channels of the monolith then the Taylor flow structuring cannot be obtained.
  • Document WO-A1-2007 / 023225 [1] relates to a device for filtering and distributing a gas phase and a liquid phase constituting the feed to a reactor comprising a fixed catalytic bed, said reactor operating. with downward cocurrent of gas and liquid and the liquid phase being loaded with clogging particles.
  • This device comprises a distributor plate formed by a substantially horizontal base plane and integral with the walls of the reactor, on which are fixed substantially vertical chimneys, provided with an upper opening for the admission of gas and a lower opening for the gas. evacuation of the gas-liquid mixture intended to supply the catalytic bed. These chimneys are pierced over a certain fraction of their height with a side slot or side openings for the admission of the liquid.
  • the internal diameter of the chimneys is generally between 10 mm and 150 mm, and preferably between 25 mm and 80 mm.
  • the main purpose of this device is to ensure filtration of impurities.
  • the major drawback of this device is that the chimneys can clog.
  • Document EP-A1-0462753 [2] relates to a device for mixing fluids in a catalytic reactor with several beds.
  • the main purpose of this device is to mix fluids of different temperatures and compositions in a small area.
  • This device can be qualified as a falling film multitubular reactor. It comprises two separate chambers, namely a first chamber supplied with gas (upper chamber) and a second chamber supplied with liquid (chamber below). The supply of liquid and gas is carried out via concentric tubes with an annular slot for the liquid. The structure of this device does not allow the creation of a Taylor flow.
  • Document FR-A-3043339 [3] relates to a device for filtering and distributing a gas phase and a liquid phase, capable of being placed upstream of a fixed catalytic bed of a reactor operating at co-current of gas and liquid.
  • This device includes:
  • a solid tray extending in a horizontal plane on which are fixed substantially vertical chimneys open at their upper and lower ends, these chimneys being provided with openings over at least a fraction of their height;
  • Each basket is provided with a basket support means cooperating with a chimney of the tray to support the filter basket.
  • this device The main purpose of this device is to ensure filtration of impurities. But, in addition to the risk of clogging, this device requires the installation of many elements such as baskets and supports, prohibiting its manufacture in order to supply a monolith whose channels are thin and close as we have already seen. specified above.
  • Document WO-A2-2009 / 092875 [4] relates to a device for filtering and predistributing a gas phase and a liquid phase constituting the feed to a catalytic reactor operating with a downward cocurrent of gas and liquid, the liquid phase being loaded with clogging particles.
  • This device is placed upstream of a distributor plate and consists of:
  • At least one tube extending vertically from an upper level located above the level of the upper end of the chimneys and which remains contained inside the filtration bed.
  • this device has an internal geometry that is too complex to be able to be used with a monolith.
  • the document WO-A1-2006 / 076923 [5] relates to a distribution plate for distributing, uniformly distributing the vapor and the liquid on the cross section of a reactor operating with a downward cocurrent flow of gas and liquid. liquid.
  • This very simple device has the drawback of allowing preferential passages for fluids, because it can have, depending on the operating flow rates, pressure gradients or jet effects, induced by the general fluid supplies, upstream of the plate. .
  • Document FR-A1-2996465 [6] relates to a distribution and filtration plate suitable for a downward cocurrent liquid gas flow, in a fixed bed reactor for the treatment of heavy clogging loads, which may include several beds of catalysts. , each plate then being positioned upstream of each catalytic bed.
  • This plate is formed from top to bottom by: a perforated support supporting a filtration layer;
  • a solid plate comprising several vertical distribution elements open at their upper end for the admission of gas and comprising a row of holes for the admission of liquid;
  • this device comprises perforated plates which, because they are sensitive to the conditions of the upstream fluid supply, do not distribute these fluids homogeneously over the straight section at the inlet of the apparatus.
  • the fluid supply must be distributed in equivalent flow rates over the different channels, but also according to the same flow regime, preferably a Taylor flow.
  • the aim of the present invention is to provide a device for forming and distributing a two-phase fluidic flow which, among other things, meets the needs listed above and which solves the problems of the devices of the prior art.
  • a device for forming and distributing a two-phase fluidic flow comprising:
  • first chamber comprising at least one orifice for the admission of a first fluid phase inside said first chamber
  • second chamber comprising at least (one or more) one orifice for the admission of a second fluid phase immiscible with the first fluid phase inside said second chamber, the first and second chambers being distinct and separated by a partition, and the at least one orifice (the orifice (s)) for the 'admission of a first fluid phase inside said first chamber, and the at least one orifice (the orifice (s)) for the admission of a second fluid phase inside the second chamber being distinct;
  • each comprising a first end open in the first chamber, said channels passing through said partition and extending in the second chamber to a second open end opening out to the outside of a wall of the second chamber remote from said partition, said channels being provided for the circulation of the first fluid phase from the first end to the second end;
  • each of the channels being defined by a side wall, and said side wall being provided, in the second chamber, with an inlet to allow the introduction of the second fluid phase into each of the channels, the contacting of the second phase fluid with the first fluid phase and the formation of a two-phase fluid flow in each of the channels (beyond the entry in the direction of flow of the first phase);
  • a perforated plate or floor
  • through holes which separates the first chamber into two sub-chambers
  • a perforated plate or floor
  • through holes which separates the second chamber into two sub-chambers
  • These perforated plates can each have a greater or lesser thickness, for example a thickness which can range from 1 mm to a few mm (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 mm) up to 1 cm to a few cm (2, 3, 4, 5, ... 10 cm).
  • each of the perforated plates can have any shape.
  • they can have the shape of a polygon (for example square, pentagon, hexagon, rectangle, rhombus ...), of circle (in other words, they can be circular), or of ellipse.
  • the through holes of each of the plates may have a larger dimension, such as a diameter, for example from 1 mm to 3 mm.
  • perforated plate or floor can be placed at different positions, for example at different heights in the first and second chambers.
  • the device according to the invention has never been described in the prior art. It has a particular structure, configuration, geometry which has never been described or even suggested in the prior art.
  • first phase can be a liquid phase and the second phase can be a gas phase, or the first phase can be a liquid phase and the second phase can also be a liquid phase but which is not miscible with the gas. first phase.
  • Each of the chambers is further provided with at least one orifice, specifically for the admission of the first fluid phase or of the second fluid phase, and the device according to the invention is also characterized in that the orifice (s) ) for the admission of a first fluid phase inside said first chamber, and the orifice (s) for the admission of a second fluid phase inside the second chamber are distinct, or even distant.
  • the device according to the invention is further characterized by the channels described above which allow the two phases not to meet, not to be brought into contact, only at the level of the inputs for the second phase; these inlets can optionally also be called junctions, depending on their shape), in order to thus form a two-phase fluid flow in the channels which leaves the device through the second open ends opening out to the outside of the second chamber and of the device.
  • the device according to the invention is finally defined by the presence of a perforated plate (or floor), provided with through holes which separates the first and / or the second chamber into two sub-chambers.
  • the perforated plate provided with through holes is in further crossed by the channels and defines a first sub-chamber (of the second chamber) between the partition and the perforated plate, and a second sub-chamber in fluid communication with the first sub-chamber; the at least one orifice for the admission of the second fluid phase located in the first sub-chamber, and the inlets with which the side walls of the channels located in the second sub-chamber (of the second chamber) are provided.
  • the supply of the second fluid phase is thus previously homogenized in the first sub-chamber (of the second chamber) (which can be qualified as a homogenization chamber), before entering the second sub-chamber (of the second chamber) by means of this perforated plate (or horizontal floor in the case of a vertical device) provided with through holes and traversed by the channels.
  • This avoids the preferential paths of the second fluid phase, such as a gas, to the closest inlets with which the side walls of the channels are provided.
  • the perforated plate provided with through holes thus defines a first sub-chamber (of the first chamber) between the partition and the perforated plate, and a second under - chamber in fluid communication with the first sub-chamber; the at least one orifice for the admission of the first fluid phase located in the second sub-chamber and the first open ends of the channels in the first chamber located in the first sub-chamber.
  • the first fluid phase supply is thus homogenized beforehand in the second sub-chamber (of the first chamber) (which can be qualified as a homogenization chamber), before entering the first sub-chamber (of the first chamber) by means of this perforated plate (or horizontal floor in the case of a vertical device) provided with through holes. This avoids the preferential paths of the first fluid phase, such as a liquid, to the open ends closest to the channels.
  • the device according to the invention can comprise a perforated plate (or floor), provided with through holes only in the first chamber.
  • the device according to the invention can comprise a perforated plate (or floor), provided with through holes only in the second chamber.
  • the device according to the invention can comprise a perforated plate (or floor), provided with through holes in the first chamber and the second chamber.
  • the device according to the invention meets the needs listed above, does not have the drawbacks of the devices of the prior art and provides a solution to the problems of the devices of the prior art.
  • the device according to the invention makes it possible to generate, in each channel at the level of the inlet to the second end of each of these connection channels, a structured two-phase flow (for example gas-liquid or liquid-liquid) in which the two fluid phases are in close contact and obey a desired flow regime, namely for example a flow comprising bubbles (or drops) of liquid of smaller diameter than the channel, or else a Taylor flow, that is, that is to say a flow comprising a succession of gas bubbles and liquid plugs. Taylor flow is most often desired because it provides a high contact area.
  • a structured two-phase flow for example gas-liquid or liquid-liquid
  • a desired flow regime namely for example a flow comprising bubbles (or drops) of liquid of smaller diameter than the channel
  • Taylor flow that is, that is to say a flow comprising a succession of gas bubbles and liquid plugs. Taylor flow is most often desired because it provides a high contact area.
  • the frequency of passage of the bubbles exceeds 100 Hz (that is to say that more than 100 bubbles per second pass through each channel).
  • Such a high frequency, greater than 100 Hz has never been mentioned in the description of the devices of the prior art.
  • This frequency of passage of bubbles can even exceed 300 Hz, even 400 Hz (that is to say that more than 400 bubbles per second pass in each channel).
  • all the channels of the device according to the invention there is the same quantity of each phase, for example the same quantity of gas and liquid and there is a two-phase flow organized, for example with a succession of gas bubbles and liquid caps.
  • a typical shape of bubbles is a gun bullet shape. All the channels of the device according to the invention work in the same way.
  • the device namely the fluid distributor, according to the invention makes it possible to supply an apparatus with two premixed phases, according to a desired flow regime. These phases are distributed in the different channels (of the device as well as of the reactor or absorber of the monolith type) with a much better homogeneity (see the Figures, and in particular Figures 17, 18 and 20) than that which has been observed with the devices of conventional distribution, of the prior art, such as the devices described above, and in particular the devices with perforated plates.
  • the device according to the invention allows for the first time good spatial homogeneity of the two-phase supply of a monolithic reactor or absorber, which thus eliminates one of the obstacles which opposed the implementation of these reactors in the reactor. industry instead of packed reactors.
  • the device according to the invention which can in particular be qualified as a device for injecting fluids into the channels of an apparatus, such as a reactor, guarantees good homogeneity of the distribution of the two fluids over the entire section of this apparatus. , such as a reactor (case of a fixed bed reactor, packed), or in the different channels of this device (case of a monolithic reactor or absorber)
  • the device according to the invention allows good control of the introduction of the two phases into its internal channels.
  • the two phases are distributed homogeneously on leaving the device according to the invention, in order to water a fixed bed or to supply the channels of a monolith.
  • the device according to the invention also has the advantage of being of a simple design and manufacture, of being compact, of being perfectly sealed, and of not having any moving parts. Depending on the material in which the dispenser is made, it will be able to withstand the chemicals considered in the various potential industrial applications; Once the dimensions of the channels and their arrangement have been decided, the realization of the dispenser, by 3D printing, is simple.
  • the channels are parallel to each other.
  • the channels are arranged in rows.
  • the two-dimensional spatial distribution of the channels on the cross section of the device, in particular at the level of said wall of the second chamber remote from said partition, and the dimensions and shapes of the sections of the channels are identical to the two-dimensional spatial distribution on the section. right of a device supplied by the device and the dimensions and shapes of the channels of said device.
  • the dimensions, the positioning and the internal topology of the channels of the device according to the invention are generally specifically adapted to the geometry of the device to be supplied using the device according to the invention.
  • the channels of the device according to the invention generally have the same diameter and the same spatial distribution over the cross section as the channels of the monolith itself.
  • the inlets of the channels are in one or more shapes chosen from the following shapes: orifice in the side wall of the channel connected to a tube; flush orifice, flush with the side wall of the canal; the side wall of the channel possibly forming a venturi, and the tube or orifice being provided in the restriction of the venturi.
  • the orifices and tubes of the inlets of the channels may have dimensions, such as diameters, which vary, for example from 0.5 mm to 2 mm. Tubes can have varying lengths
  • the channels are channels with a circular cross section.
  • the channels can then have a diameter of 1 to 10 mm, preferably 2 to 6 mm, more preferably 3 to 5 mm, better still 4 to 5 mm.
  • the cross section of the channels can have the shape of a polygon (for example square, pentagon, hexagon, rectangle, rhombus ...), or of an ellipse.
  • the cross section of the channels can advantageously have a larger dimension of 1 to 10 mm, preferably 2 to 6 mm, more preferably 3 to 5 mm. mm, better 4 to 5 mm.
  • the channels having such "small" diameters can be qualified as fine or capillary channels.
  • the diameter of the channels is generally chosen so as to be identical to the diameter of the channels of the device, such as a monolith reactor, to be supplied, with the two-phase fluid flow formed with the device according to invention.
  • the diameter of the channels of the device such as a monolith reactor, to be supplied with the two-phase fluidic flow formed with the device according to the invention is 2 mm then the diameter of the channels of the device according to invention will also be 2 mm.
  • the operation of the device is less easy, while if the diameter is too large then the gas bubble (in the case where the second phase is a gas and the first phase is a liquid) will not be well confined, formed, sheared.
  • the device is a one-piece device, which greatly facilitates its manufacture by an additive manufacturing technique, for example by a manufacturing technique that uses a 3D printer.
  • the material which constitutes the device according to the invention is preferably chosen from materials which are resistant to the fluids which pass through it, in other words to the first fluid phase and to the second fluid phase, in particular if these fluids are corrosive and / or at high temperature and / or under pressure.
  • the material from which the dispenser is made is generally chosen so as to resist the chemicals contemplated in the various potential industrial applications.
  • the material which constitutes the device according to the invention is also chosen from the materials allowing manufacture of the device by an additive manufacturing technique, for example by a manufacturing technique which uses a 3D printer.
  • the device according to the invention is made of a material chosen from metals such as aluminum and titanium, metal alloys such as steel and titanium or aluminum alloys, organic polymers and resins such as as ABS and acrylic resins, and all the materials allowing the device to be manufactured by an additive manufacturing technique.
  • metals such as aluminum and titanium, metal alloys such as steel and titanium or aluminum alloys, organic polymers and resins such as as ABS and acrylic resins, and all the materials allowing the device to be manufactured by an additive manufacturing technique.
  • the device according to the invention is substantially vertical, the first chamber and the second chamber are superimposed, (the first chamber and the second chamber being arranged one above the other, namely the first chamber arranged in the above the second chamber or vice versa; and preferably the first chamber is arranged above the second chamber), said partition being substantially horizontal, and said channels being substantially vertical.
  • the perforated plate (s) (floor (s)) mentioned above is (are) then also substantially horizontal (s).
  • the device according to the invention is provided with means of connection with an apparatus to be supplied with a two-phase fluid flow such as a fixed bed reactor or a monolithic reactor or absorber.
  • an apparatus to be supplied with a two-phase fluid flow such as a fixed bed reactor or a monolithic reactor or absorber.
  • the device according to the invention must be able to be connected to this device to be supplied, such as a fixed bed reactor or a monolith reactor, while ensuring a good seal between the device and this device.
  • connection means may in particular consist of a system of joints and clamping flanges.
  • the device according to the invention can be provided with centering pins to ensure the exact correspondence of the channels with the channels of the device to be supplied, in particular the channels of a monolithic reactor or absorber.
  • the invention also relates to an assembly or assembly comprising several devices according to the invention as described above.
  • This assembly or assembly can comprise several devices according to the invention, without any limitation on the number of these devices.
  • this assembly or assembly can comprise from 2 to ten devices according to the invention, generally within the limit of 1 or 2 meters of bulk.
  • the devices can be assembled, in particular side by side with common power supplies, in particular interposed.
  • the invention further relates to a system comprising a device according to the invention, as described above, or an assembly as described above, and at least one device to be supplied with a two-phase fluid flow formed by the device or the assembly according to the invention.
  • the devices to be supplied can thus number from 1 to ten, generally within the limits of a footprint of 1 to 2 meters.
  • a single device it can supply a single device or several devices, such as monolithic reactors or absorbers, in series, in particular stacked. In the case of a set of devices, each of these devices can power one or more devices.
  • the devices to be supplied can be devices operating with fluid phases circulating in co-current, for example with downward co-current.
  • the apparatus to be supplied with a two-phase fluidic flow is a fixed bed reactor or a monolith reactor or absorber.
  • the device to be supplied is generally provided with connection means cooperating with the connection means of the device according to the invention in order to ensure a good seal between the device according to the invention and this device.
  • the system must be able to be used at the pressure and at the temperature desired for the apparatus such as a fixed bed reactor or a monolithic reactor or absorber.
  • the applications of the device according to the invention relate in particular to all devices, reactors and multiphase absorbers (gas-liquid or liquid-liquid) requiring operation with fluids circulating in downward co-current and a uniform distribution of these fluids over the section d. device input.
  • These are therefore fixed bed reactors, for example in the petroleum processing industry, as well as so-called monolith devices (catalytic reactors or absorbers).
  • Examples of fluids and reactions, with the associated operating conditions, which can be carried out in the devices capable of being supplied by the device according to the invention, are the following:
  • the invention relates to a method of manufacturing the device according to any one of the preceding embodiments in which the device is manufactured by an additive manufacturing technique, in particular with a 3D printing machine.
  • FIG. 1 is a top view of an embodiment (first embodiment) of the device according to the invention.
  • FIG. 2 is a vertical sectional view along the line G-G of FIG. 1 of an embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 3 is a vertical sectional view along the line J-J of Figure 1 of an embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 4 is a three-dimensional perspective view of an embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 5 is a side view of an embodiment of the device according to the invention, with the dimensions.
  • the dimensions in mm indicated in this figure are given by way of illustration and not by way of limitation.
  • FIG. 6 is a horizontal sectional view, along the line AA of FIG. 5, of an embodiment of the device according to the invention, with the dimensions.
  • the dimensions in mm indicated in this figure are given by way of illustration and not by way of limitation.
  • FIG. 7 is a vertical sectional view, along the line CC of FIG. 6, of an embodiment of the device according to the invention, with the dimensions.
  • the dimensions in mm indicated in this figure are given by way of illustration and not by way of limitation.
  • FIG. 8 is another three-dimensional perspective view from another angle, of an embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 9 is a three-dimensional perspective view of an embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 10 is an enlarged view in cross section which shows the rows of channels and the geometry of the inlets provided in these channels in the second chamber (here the lower chamber) of an embodiment of the device according to the invention.
  • this Figure is a horizontal section on the upper line of the bottom flange of an embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 11 is a three-dimensional sectional view of another embodiment of the device according to the invention, in which a perforated plate (or floor), provided with through holes separates the first chamber into two sub-chambers, and another plate perforated (or floor), provided with through holes separates the second chamber into two sub-chambers.
  • FIG. 12 is a three-dimensional sectional view of yet another embodiment of the device according to the invention in which a perforated plate (or floor), provided with through holes separates the first chamber into two sub-chambers, and the second chamber does not include a perforated plate (or floor) separating it into two sub-rooms.
  • FIG. 13 is a three-dimensional perspective view of a system, an assembly constituted by the assembly of an embodiment of a device according to the invention and of a monolith reactor.
  • FIG. 14 is a three-quarter sectional view in three-dimensional perspective and enlarged of a part of the system, the assembly shown in Figure 13 and consisting of the assembly of an embodiment of a device according to the invention and of a monolith reactor.
  • FIG. 15 is a three-quarter sectional view in three-dimensional perspective of the system, the assembly shown in FIG. 13, and constituted by the assembly of an embodiment of a device according to the invention and of a monolith reactor.
  • FIG. 16 is a photograph which shows a background image of the 12 consecutive canals, filled with water.
  • FIG. 17 is a photograph which shows an image of the 12 channels supplied with air and water.
  • FIG. 18 is a photograph which shows a binarized image (via gray level thresholding) of the flow in row A of 12 channels as shown in Figure 10.
  • FIG. 19 gives the frequency diagrams for each of the 12 channels of row A (see Figure 10), obtained by Fourier transformation. For each diagram, on the abscissa is plotted the frequency (in Hz), and on the ordinate is plotted the representativeness (dimensionless, between 0 and 1) of the frequency along the abscissa.
  • FIG. 20 is a graph which shows the flow regimes obtained in row A of 12 channels ( Figure 10) for different overall gas supply flow rates Q. G (on the abscissa, L.min 1 ) and liquid QL ( on the y-axis, L.min 1 ).
  • FIG. 21 is a vertical section in three-dimensional external view, which shows a simulated geometry of a device according to the invention (such as that shown in Figure 11), implemented in Example 2, in which a perforated plate ( or floor), provided with through holes separates the first chamber into two sub-chambers, and another perforated plate (or floor), provided with through holes separates the second chamber into two sub-chambers.
  • FIG. 22 is a three-dimensional vertical sectional view in external view, which represents a simulated geometry of a device according to the invention, implemented in Example 2, in which a perforated plate (or floor), provided with through holes separates the second bedroom into two sub-bedrooms.
  • empty areas are in fact walls or solid elements which have not been meshed for the simulation of the flow.
  • FIG. 23 is a three-dimensional vertical section in external view, which represents a simulated geometry of a comparative dispensing device, not in accordance with the invention, implemented in example 2.
  • This dispensing device is a device of the “spray shower” type. » In which a perforated plate (or floor), provided with through holes, separates the second chamber into two sub-chambers.
  • empty areas are in fact walls or solid elements which have not been meshed for the simulation of the flow.
  • FIG. 24 is a view in vertical section, which represents a simulated geometry of a device according to the invention, implemented in Example 2, in which a perforated plate (or floor), provided with through holes separates the first chamber. into two sub-chambers, and another perforated plate (or floor), provided with through holes, separates the second chamber into two sub-chambers.
  • the geometry of Figure 24 therefore comprises two perforated plates or floors.
  • empty areas are in fact walls or solid elements which have not been meshed for the simulation of the flow.
  • FIG. 25 is a vertical sectional view which represents a simulated geometry of a device according to the invention, implemented in Example 2, in which a perforated plate (or floor), provided with through holes separates the second chamber into two sub-bedrooms.
  • empty areas are in fact walls or solid elements which have not been meshed for the simulation of the flow.
  • FIG. 26 is a three-dimensional perspective view which represents a vertical section of a device of the “spray shower” type not in accordance with the invention which is connected to a monolith block.
  • the device described in these Figures has a substantially cylindrical shape with a circular outer cross section, but other shapes and sections could be easily envisioned by those skilled in the art, for example a polygonal section, in particular square or hexagonal.
  • the device described in these Figures is shown in a substantially vertical arrangement but it could be disposed otherwise, for example horizontally or with an angle of inclination relative to a vertical axis.
  • the device for forming and distributing a two-phase fluidic flow according to the invention comprises an enclosure made of a material as defined above.
  • This enclosure is defined by an upper wall (1), a lower wall (2) and an internal side wall of rectangular section (3).
  • a removable cover (4) optionally transparent or a porthole.
  • first chamber (5) in the figures, this chamber is an upper chamber but it could, conversely, be a lower chamber
  • a first fluid phase for example a liquid phase.
  • This first chamber (5) comprises at least one orifice (6) for the admission of the first fluid phase inside said first chamber (5), which can for example be called the liquid inlet orifice ( 6).
  • the liquid inlet orifice ( 6) can for example be called the liquid inlet orifice ( 6).
  • two inlet ports (6) are shown but the first chamber (5) could only include a single port or more than two inlet ports, for example 3, 4, or even 6 or 8 inlet ports.
  • the first chamber (5) only comprises a single inlet orifice, it could in particular be a single circular orifice which allows a more homogeneous supply of the first fluid phase.
  • the preferred geometry of the intake port (s), whatever the number, is a circular geometry.
  • the orifices (6) are arranged, by way of example, in the side wall (3) of the first chamber (5) but one or more orifices could also be provided in the upper wall (1).
  • a first fluid phase such as a liquid.
  • this enclosure is also defined a second chamber (7) (in the figures this chamber is a lower chamber but it could, conversely, be an upper chamber) intended to receive a second fluid phase, for example a gas phase.
  • a second fluid phase for example a gas phase.
  • This second chamber (7) comprises at least one orifice (8) for the admission of the second fluid phase inside said second chamber (7), which can for example be called gas inlet orifice ( 8).
  • the second chamber (7) only comprises a single inlet orifice, it could in particular be a single circular orifice which allows a more homogeneous supply of the second fluid phase.
  • the preferred geometry of the intake port (s), whatever the number, is a circular geometry.
  • the orifices (8) are arranged, by way of example, in the side wall of the second chamber (7).
  • the first (5) and the second chamber (7) are distinct and separated by a partition (9), and the at least one orifice ( 6) for the admission of a first fluid phase inside said first chamber (5), and the at least one orifice (8) for the admission of a second fluid phase inside the second bedroom (7) are quite distinct.
  • a perforated plate (10) provided with through holes (11) separates the second chamber (7) into a first sub-chamber (12) defined between the partition ( 9) and the perforated plate (10) and a second sub-chamber (13) in fluid communication with the first sub-chamber (12) via the through holes (11).
  • This perforated plate (10), which in Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15, is horizontal, can therefore be called a perforated floor and provides a prior homogenization of the gas flow before it passes through the second sub-chamber (13).
  • the through holes (11) of the perforated plate (10) can have any shape.
  • they can have the shape of a polygon (for example square, pentagon, hexagon, rectangle, rhombus ...), of circle (in other words, they can be circular), or of ellipse.
  • the through holes (11) of the perforated plate (10) may have a larger dimension, such as a diameter, for example from 1 mm to 3 mm.
  • the perforated plate (10) can be placed in various positions, for example at different heights, in the second chamber (7) so that the first sub-chamber (12) and the second sub-chamber (13) may have variable sizes.
  • the perforated plate (10) can be placed for example halfway up in the second chamber (7).
  • This perforated plate (10) in the second chamber (7) can however be omitted if a perforated plate is provided in the first chamber, but it is preferable that it be present for the aforementioned purposes of homogenization of the stream.
  • a perforated plate provided with through holes can also be provided in the first chamber (5) (see below and Figures 11 and 12). This perforated plate then separates the first chamber (5) into a first sub-chamber defined between the partition (9) and said perforated plate, and a second sub-chamber in fluid communication with the first sub-chamber via holes crossing. If a perforated plate is thus provided in the first chamber (5), then a perforated plate (10) provided with through holes (11) may be provided in the second chamber (7) as described above, or else this perforated plate may be omitted in the second chamber (7).
  • the device according to the invention further comprises several channels (14), each comprising a first open end (15) in the first chamber (5), said channels (14) passing through said partition (9) and extending into the second. chamber (7) up to a second open end (16) opening out to the outside of a wall (2) of the second chamber (7) remote from said partition (9).
  • This wall (2) is none other than the wall bottom of the enclosure.
  • In these channels (14) circulates the first fluid phase from the first end (15) to the second end (16).
  • the channels (14) have a mouth (15) provided in the first upper chamber (5) and these channels (14) protrude beyond the partition (9) over a certain length inside the first chamber (5) before opening at their first end (15) into the first chamber (5).
  • the channels may not protrude beyond the partition (9) inside the first chamber (5) and their first end (15) may then be in the form of a simple flush orifice, flush. , on the surface of the partition (9) on the side of the first chamber (5).
  • the channels (14) extend into the second chamber (7), pass through the lower wall (2) or base of the enclosure and of the second chamber (7), up to a second open end (16) opening out to the exterior of the lower wall (2) of the enclosure and of the second chamber (7).
  • the channels (14) can optionally see their section enlarge when passing through the wall (2) as shown in particular in Figure 2.
  • Each of the channels (14) is defined by a side wall (17), and said side wall (17) is provided, in the second chamber (7), with an inlet (18) or lateral opening to allow the introduction of the second phase (here a gas) in each of the channels (14), the placing of the second phase in contact with the first phase and the formation (beyond these inlets (18) in the direction of flow of the first phase) of a two-phase fluid flow in the channels.
  • This entry (18) or lateral opening in the channels (14), within the second chamber (7) can be located at any point along the length of these channels (14) in the second chamber (7) , in other words at any height in the second chamber (7).
  • this inlet (18) or lateral opening in the channels (14), within the second chamber (7) is located towards the middle of the length, towards the middle of the height of these channels in the second chamber in case in particular where a little of the first phase would enter the second chamber supplied in the second phase.
  • the channels (14) are parallel to each other and they are arranged in rows. More exactly, in Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15, the channels (14) are 84 in number and are arranged in 7 rows each of 12 channels (14).
  • the channels (14) shown in Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15, are channels with a circular cross section, but straight sections with other shapes can be considered, for example a polygonal section, in particular square, rectangular, pentagonal, hexagonal, or in rhombus, or else an elliptical section.
  • the channels (14) may have a larger dimension, such as a diameter, as specified above, of
  • the channel inputs (18) can be in one or more forms.
  • the channels of the device shown in Figures 1-10, as well as Figures 13-15 have inlets (18) in each row.
  • These inlets (18) have the following shapes: orifice in the side wall of the channel connected to an orthogonal tube with the side wall of the channel (i.e. forming a T-fitting with the side wall of the channel) or to a tube inclined horizontally or vertically with respect to the side wall of the channel according to, simple flush orifice, leveling (therefore not forming a T bar) in the side wall of the channel.
  • This orthogonal or inclined tube has a length of 1 or 2 mm, and its diameter is 0.5 to 2 mm and this flush hole has a diameter of 0.5 to 2 mm.
  • the flush orifice and the tubes have in the Figures a circular cross section but other shapes are possible: polygons, in particular square, rhombus, etc.
  • the device of Figures 1 to 10, as well as that shown in Figures 13 to 15, is provided with means for connection with an apparatus to be supplied with a two-phase fluid flow such as a fixed bed reactor or a monolith reactor.
  • connection means consist of a system of clamping flanges (19) located at the base of the device.
  • Another clamp system (20) is provided at the top of the device for connection with other devices or pipelines.
  • Figures 5, 6, and 7 are views of the embodiment of the device according to the invention as shown in Figures 1 to 4 with ribs.
  • the dimensions of the device, distributor according to the invention can in fact vary between wide limits.
  • the device according to the invention may have a height of 71 mm, and a diameter of 88 mm with external flanges, this diameter possibly being less if the device does not have flanges.
  • the height of the lower chamber (7) (chamber for the gas phase) can then be 29 mm.
  • distributor according to the invention has the essential function of supplying with a two-phase flow (gas and liquid, or two liquids) an apparatus such as a chemical reactor, its dimensions are therefore variable, adapted to the destination reactor. .
  • the overall phase flow rates which feed the device according to the invention are dictated by the flow rates necessary for the reactor.
  • Figure 10 shows the 7 rows, lines (called rows, lines A, B, C, D, E, F, and G) of channels (14) - each row, line comprising 12 channels - of the embodiment of the device according to the invention shown in Figures 1 to 7 and 8 and 9.
  • Figure 10 shows various examples of the inlet configuration provided for the second phase (gas).
  • Line A Flush hole, that is to say without an extension tee tube, with a diameter of 1 mm.
  • Line B Tee tube (forming a “T” with the channel) with an extension tube 2.5mm long from a 1mm diameter hole in the channel.
  • Line C Tee tube (forming a "T” with the channel) with an extension tube 2.5mm long from a 1.5mm diameter hole in the channel.
  • Line D Flush hole, that is to say without extension tee tube, with a diameter of 2 mm.
  • Line E Tee tube (forming a “T” with the channel) with an extension tube 2.5mm long from a 2mm diameter hole in the channel.
  • the extension tube is arranged with an orientation of 22 ° on the vertical axis in order to free the gas inlet orifice as much as possible with respect to the following channel and therefore to be located between two channels of the following line.
  • Line F Tee tube (forming a “T” with the channel) with an extension tube 2.5mm long from a 2mm diameter hole in the channel.
  • Line G Tee tube (forming a “T” with the channel) with an extension tube 1.5 mm long from a 2 mm diameter hole in the channel.
  • a perforated plate (21) provided with through holes (22) is further provided in the first chamber (5).
  • This perforated plate (21) then separates the first chamber (5) into a first sub-chamber (23) defined between the partition (9) and said perforated plate (21), and a second sub-chamber (24) in fluid communication with the first sub-chamber (23) via the through holes (22).
  • the perforated plate (21) can be placed in various positions, for example at different heights, in the first chamber (5), so that the first sub-chamber (23) and the second sub-chamber (24) can have varying sizes.
  • the perforated plate (21) can be placed, for example, halfway up in the first chamber (5).
  • the device of this embodiment described in FIG. 11 is substantially similar to the device of the described embodiment. in Figures 1 to 10, and the description of the device of the embodiment of Figures 1 to 10, also applies to the device of the embodiment of Figure 11.
  • a perforated plate (10) provided with through holes (11) is also provided in the second chamber (7) as described above for the embodiment of Figures 1 to 10.
  • the first chamber (5) comprises only one orifice (6), provided in the upper wall (1), for the admission. of the first fluid phase inside said first chamber (5).
  • this single orifice (6) is a circular orifice provided in the upper wall (1) which allows a simpler supply (therefore technically easier) in the first fluid phase.
  • the device of the embodiment described in Figure 11 does not include, like the devices of Figures 1 to 10 and 13 to 15, means for connection with an apparatus to be supplied with a two-phase fluid flow such as a fixed bed reactor. or a monolith reactor, these connection means possibly consisting of a system of clamping flanges (19) located at the base of the device.
  • the device of FIG. 11 could of course be provided with means for connection with an apparatus to be supplied with a two-phase fluid flow.
  • a clamping clamp system (20) is provided at the top of the device for possible connection with other devices or pipes.
  • a perforated plate (21) provided with through holes (22) is provided in the first chamber (5).
  • This perforated plate (21) then separates the first chamber (5) into a first sub-chamber (23) defined between the partition (9) and said perforated plate (21), and a second sub-chamber (24) in fluid communication with the first sub-chamber (23) via the through holes (22).
  • the perforated plate (21) can be placed in various positions, for example at different heights, in the first chamber (5), so that the first sub-chamber (23) and the second sub-chamber (24) can have varying sizes.
  • the perforated plate (21) can be placed, for example, halfway up in the first chamber (5).
  • the through holes (22) of the perforated plate (21) can have any shape.
  • they can have the shape of a polygon (for example square, pentagon, hexagon, rectangle, rhombus ...), of circle (in other words, they can be circular), or of ellipse.
  • the through holes (22) of the perforated plate (21) may have a larger dimension, such as a diameter, for example from 1 mm to 3 mm.
  • the device of this embodiment described in Figure 12 is similar to the device of the embodiment described in Figures 1 to 10, and the description of the embodiment of the device of Figures 1 to 10, also applies to the embodiment of Figure 12.
  • the first chamber (5) comprises only one orifice (6), provided in the upper wall (1), for the admission of the first fluid phase inside said first chamber (5).
  • this single orifice (6) is a circular orifice provided in the upper wall (1) which allows a simpler supply of the first fluid phase.
  • the device of the embodiment described in Figure 12 does not include, like the devices of Figures 1 to 10 and 13 to 15, means of connection with an apparatus to be supplied with a two-phase fluid flow such as a fixed bed reactor. or a monolith reactor, these connection means possibly consisting of a system of clamping flanges (19) located at the base of the device.
  • the device of Figure 12 could obviously be provided with means of connection with an apparatus to be supplied with a two-phase fluid flow.
  • a clamping flange system (20) is not provided at the top of the device for connection with other devices or pipes. But, again, the device of Figure 12 could of course be provided with a clamping flange system (20) at the top of the device for connection with other devices or pipes.
  • FIGS. 13 to 15 there is shown a system comprising a device according to the invention (100) and an apparatus for supplying (101) with a two-phase fluid flow, namely a monolith reactor (101).
  • the monolith reactor (101) is assembled with the device according to the invention by means of the flange (19) provided at the base of the device according to the invention (100) and a flange (102) provided at the top of the monolith reactor (101), a flat gasket is placed between these flanges and this gasket is crushed by clamping with screws (103).
  • the channels (14) of the distributor device (100) have the same diameter and the same spatial distribution on the cross section as the channels of the monolith reactor (101).
  • a device according to the invention is manufactured and this device is used to form a two-phase water-gas flow.
  • This device is the device shown in Figures 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, and 10 already described above.
  • the device according to the invention, used in Example 1 which follows comprises 7 rows of 12 channels (see in particular Figure 10), positioned according to a distribution model corresponding to that of resin monoliths available, which thus allows performance tests to be carried out with these monoliths.
  • the device according to the invention, used in Example 1 comprises two separate chambers (5, 7) supplied with one or the other of the two fluids.
  • the first chamber (5) or upper chamber ensures the distribution of the first phase, namely water, in the channels, or capillaries, and the two-phase mixing is carried out in each capillary at the level of the second chamber (7), or lower chamber, using dedicated junctions, or inlets (18).
  • the supply in the second phase namely air
  • a first sub-chamber (12) by means of a "floor" (10) passed through. by the channels (14) and pierced with orifices (11) (see in particular Figure 9).
  • Each of the 7 rows of channels (14) offers, within the distributor according to the invention, in the lower supply chamber (7), the same topology for the junction of gas and liquid, but the 7 rows available have enabled to constitute 7 different configurations for this junction, connection in "T” or connection by flushing orifice, according to diameters ranging from 1 to 2 mm (see in particular Figure 10).
  • the internal geometry of the dispenser was designed using dedicated software (“Autodesk Inventor ® ”).
  • the device was made from UV photopolymerizable acrylic resin in a 3D printing machine (3D printer from the 3D System ® company using "Polyjet ® " technology).
  • Tesselation Language which is the format used for the slicing operation.
  • the configuration of the printing and the virtual cutting of the 3D model into slices corresponding to the thickness of the layers of the material to be stacked during the 3D printing are carried out.
  • the quality of the homogeneity of the distribution of the two phases in the different channels could be qualitatively evaluated by means of direct observations, video recordings and photographs of the flows at the outlet of each of the rows of 12 channels by means of transparent capillaries adapted to the dispenser.
  • Figures 16 and 17 show raw images for row A (defined in Figure 10) comprising 12 channels, with overall flow rates (to supply 12 channels) of air and water of 0.72 L / min. and 1.21 L / min, respectively.
  • Figure 16 shows a background image of the 12 consecutive channels, filled with water.
  • Figure 17 shows an image of the 12 channels supplied with air (second phase introduced through the inlets in the channels located in the second chamber) and water. This image shows that a homogeneous two-phase flow and Taylor flow type is indeed obtained in all the channels.
  • Figures 16 and 17 show the shots for row A of 12 channels (see Figure 10) used for image processing with the “Matlab ® ” software (overall air and water flow rates: 0 , 72 L / min and 1.21 L / min, respectively)
  • Figure 18 is the binarized image digitally with MATLAB ® (via thresholding grayscale) of the flow in the row A of channels 12 as shown in Figure 17.
  • Figure 19 gives the frequency diagrams for each of the 12 channels of row A (see Figure 10), obtained by Fourier transformation.
  • Tests conducted for row A of channels (defined in Figure 10) with different overall air and water supply flow rates (gas injected in the lower chamber, liquid in the upper chamber, using a single side port for each chamber), made it possible to map the flow structures obtained simultaneously in the 12 channels.
  • Figure 20 shows the flow regimes obtained in row A of 12 channels ( Figure 10) for different overall gas and liquid feed rates.
  • the tests carried out in this example are tests are carried out in simulated devices simulating real devices.
  • This distributor therefore comprises, in the first supply chamber, a perforated plate placed at an equal distance from the partition wall of the chambers and from the fluid supply port.
  • the device has, in the second supply chamber, a perforated plate placed at an equal distance from the partition wall of the chambers and from the lower floor of the second chamber.
  • two supply orifices are positioned one opposite the other, in the upper sub-chamber.
  • This distributor ( Figure 26) comprises two supply chambers (104 and 105), with a perforated plate (106) at the bottom of the second chamber (105).
  • These non-perforated channels (107) pass through the second chamber (105).
  • the second chamber (105) supplied with hot water at 70 ° C (second fluid phase) via 2 side orifices (108), is in contact with the perforated plate (106).
  • the plate (106) also includes the lower orifices of the channels (107) coming from the first chamber (104).
  • this perforated plate (106) separates this second chamber (105) into two sub-chambers in fluid communication (second fluid phase).
  • the second sub-chamber (lower chamber 109) of the second chamber therefore receives both the first and second fluid phases.
  • a perforated plate (110) distributes these 2 fluids (cold water and hot water) to the apparatus or the reactor located below: it has been shown in the example, on leaving this spraying plate (110), a set of 84 channels (111) simulating a monolith block and arranged as in the case where the distributor is a distributor according to the invention.
  • the digital simulations were carried out with the commercial simulation tool Ansys Workbench ® version 18.2, and in particular using its drawing software (Ansys Workbench ® Design Modeler), meshing (Ansys Workbench ® Meshing) and using its digital solver (Ansys Workbench ® FLUENT). Due to the vertical plane of symmetry admitted by the device according to the invention, only one half of the distributor is shown, in order to reduce calculation times. Thus, for each of the 7 rows of 12 channels, only 6 channels are taken into account in the volume shown, ie a total of 42 channels (see Figures 21, 22, 24 and 25).
  • the internal geometry of the distributor (that is to say the volume through which the fluid passes) is represented using approximately 800,000 meshes of characteristic size 2.10 4 m. The validity of this mesh was checked by a preliminary study of sensitivity of the results to the number and to the smoothness of the meshes.
  • the first chamber is supplied with water at 20 ° C at a flow rate of 0.049 kg / s
  • the second chamber with water at 70 ° C at an equivalent flow rate (0.049 kg / s).
  • the lateral perforations of the channels, present in the second chamber are therefore the seat of a mixture of water at 20 ° C and water at 70 ° C.
  • the differences in flow rate at the outlet of the channels, as well as the comparison of the average temperatures at the outlet of the different channels reflect the quality of the homogeneity of the distribution of fluids (in terms of partial flow rates) in the various channels.
  • Geometry 1 Device, distributor, according to the invention, with perforated plates in the middle of the first chamber and of the second fluid supply chamber ( Figures 21 and 24).
  • Geometry 2 Device, distributor according to the invention with a perforated plate in the second chamber only ( Figures 22 and 25).
  • Geometry 3 “spray shower” type distributor ( Figures The result of the simulations is first used in terms of the distribution of the total flow in the 42 simulated channels ( Figures 23 and 26).
  • the temperature fields (which represent the mixture of a hot fluid and a cold fluid) in the channels of the 3 simulated distributors are compared. It can be seen by observing these temperature fields that the mixing of hot water and cold water is rapid for the devices according to the invention, as soon as the hot water enters through the perforations, lateral entries (18) of the channels (14). On the other hand, for the spray shower type distributor, it is noted that the temperature heterogeneities persist over nearly 2 cm in the channels of the fed monolith.

Abstract

Device for forming and distributing a two-phase fluid flow, comprising: - a first chamber (5) supplied with a first fluid phase and a second chamber (7) supplied with a second fluid phase and separated from the first chamber by a partition (9); - a plurality of ducts (14), each comprising a first open end (15) in the first chamber (5), said ducts (14) passing through said partition (9) and extending into the second chamber (7) to a second open end (16), said ducts (14) being provided for circulating the first fluid phase from the first end (15) to the second end (16); - each of the ducts (14) being defined by a lateral wall (17) provided, in the second chamber (7), with an inlet (18) to allow the second phase to be introduced into each of the ducts (14), the second phase to be brought into contact with the first phase and a two-phase fluid flow to be formed in the ducts (14), - a perforated plate provided with through-holes (11) separating the first chamber (5) and/or the second chamber (7) into two sub-chambers. Assembly comprising a plurality of said devices. System comprising such a device and an apparatus (101) to be supplied with a two-phase fluid flow. Method for manufacturing said device.

Description

Description Description
Titre : DISPOSITIF DE FORMATION ET DE DISTRIBUTION D'UN ECOULEMENT FLUIDIQUE Title: TRAINING AND DISTRIBUTION DEVICE FOR A FLUID FLOW
DIPHASIQUE. DIPHASIC.
DOMAINE TECHNIQUE TECHNICAL AREA
L'invention concerne un dispositif de formation, création, génération, et de distribution d'un écoulement fluidique diphasique. A device for forming, creating, generating, and delivering a two-phase fluid flow is disclosed.
Les deux phases de l'écoulement diphasique peuvent être une phase liquide et une phase gazeuse ou deux phases liquides non miscibles. The two phases of the two-phase flow can be a liquid phase and a gas phase or two immiscible liquid phases.
L'écoulement diphasique attendu peut être notamment un écoulement de Taylor, c'est-à-dire un écoulement comprenant une succession de bulles de gaz et de bouchons de liquide. The expected two-phase flow can in particular be a Taylor flow, that is to say a flow comprising a succession of gas bubbles and liquid plugs.
Le dispositif selon l'invention peut être appelé pour simplifier dispositif de distribution, par exemple dispositif de distribution de gaz et de liquide, ou distributeur, par exemple distributeur de gaz et de liquide. The device according to the invention can be called to simplify distribution device, for example gas and liquid distribution device, or distributor, for example gas and liquid distributor.
Le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour alimenter tout appareil fonctionnant avec une alimentation diphasique, par exemple gaz-liquide ou liquide-liquide. The device according to the invention can be used to supply any device operating with a two-phase supply, for example gas-liquid or liquid-liquid.
Le dispositif selon l'invention peut notamment trouver son application dans le cadre de l'alimentation de tous les appareils, tels que des réacteurs ou contacteurs polyphasiques (gaz-liquide ou liquide-liquide), qui fonctionnent avec des phases circulant à co-courant descendant ou ascendant, pour assurer une distribution uniforme de ces phases sur la section d'entrée de ces appareils. The device according to the invention can in particular find its application in the context of powering all devices, such as multiphase reactors or contactors (gas-liquid or liquid-liquid), which operate with phases circulating in co-current. descending or ascending, to ensure a uniform distribution of these phases on the input section of these devices.
Ces appareils peuvent être en particulier des réacteurs à lit fixe, ou des réacteurs monolithes, ou des absorbeurs de type monolithe. Il peut s'agir de réacteurs à catalyseur hétérogène ou d'absorbeurs pour le lavage de gaz, mis en œuvre notamment dans l'industrie pétrolière. These devices can in particular be fixed bed reactors, or monolith reactors, or absorbers of the monolith type. They may be reactors with a heterogeneous catalyst or absorbers for scrubbing gas, used in particular in the oil industry.
Le dispositif selon l'invention s'applique de préférence aux réacteurs et absorbeurs monolithes. Rappelons que les réacteurs monolithes sont des réacteurs comportant des blocs solides -par exemple en métal, plastique, céramique ou résine - percés de canaux à l'intérieur desquels peut se trouver un catalyseur. Ce catalyseur peut être présent sur les parois des canaux ou être en suspension. Ces canaux sont généralement fins - avec par exemple un diamètre qui peut être de l'ordre de 1 mm-, et proches - avec par exemple une distance entre les canaux qui peut être inférieure à 1 mm. The device according to the invention is preferably applied to monolithic reactors and absorbers. It should be remembered that monolithic reactors are reactors comprising solid blocks - for example made of metal, plastic, ceramic or resin - pierced with channels inside which a catalyst can be found. This catalyst can be present on the walls of the channels or be in suspension. These channels are generally thin - for example with a diameter which may be of the order of 1 mm -, and close - with, for example, a distance between the channels which may be less than 1 mm.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE STATE OF THE PRIOR ART
Dans les contacteurs ou réacteurs chimiques polyphasiques, et plus particulièrement dans les réacteurs à lit fixe, ou les réacteurs monolithes, par exemple pour la catalyse hétérogène, la qualité de la distribution des fluides sur la section droite d'entrée (à savoir au-dessus du lit de particules, ou à l'entrée des multiples canaux d'un monolithe), conditionne drastiquement l'efficacité et donc la productivité globale du contacteur ou réacteur. In multiphase chemical contactors or reactors, and more particularly in fixed bed reactors, or monolithic reactors, for example for heterogeneous catalysis, the quality of the distribution of fluids on the straight inlet section (i.e. above of the bed of particles, or at the inlet of the multiple channels of a monolith), drastically conditions the efficiency and therefore the overall productivity of the contactor or reactor.
Cela est particulièrement vrai dans le cas des réacteurs monolithes utilisés en écoulement diphasique, pour lesquels aucun échange radial n'est possible entre les canaux, engendrant ainsi la conservation de la distribution initiale des fluides tout le long du réacteur. This is particularly true in the case of monolithic reactors used in two-phase flow, for which no radial exchange is possible between the channels, thus generating the conservation of the initial distribution of fluids throughout the reactor.
La technologie des dispositifs de distribution des fluides, ou distributeurs, fait donc l'objet d'études depuis de nombreuses années. The technology of fluid distribution devices, or distributors, has therefore been the subject of studies for many years.
Ainsi, les distributeurs les plus couramment utilisés dans l'industrie pour l'alimentation en gaz et en liquide des contacteurs polyphasiques, notamment des catalyseurs catalytiques à lit fixe sont : les plateaux perforés à alimentation séparée des phases ; - les plateaux avec des cheminées perforées ; les plateaux avec des canaux mélangeurs à cloches ; - les plateaux avec des tubes à effet « gas lift », parfois appelés « vapour lift », dont le principe repose sur l'entraînement du liquide par le gaz. Tous ces distributeurs n'assurent pas toujours une bonne distribution des fluides dans les réacteurs. Thus, the distributors most commonly used in industry for supplying gas and liquid to multiphase contactors, in particular fixed bed catalytic catalysts are: perforated plates with separate supply of the phases; - trays with perforated chimneys; trays with bell mixer channels; - trays with "gas lift" effect tubes, sometimes called "vapor lift", the principle of which is based on the entrainment of the liquid by the gas. All these distributors do not always ensure a good distribution of fluids in the reactors.
La mauvaise distribution des fluides a un impact sur les performances des réacteurs. Elle crée le risque d'établissement de passages préférentiels des fluides (en particulier du liquide), et donc le risque de temps de séjour courts pour les réactifs, ou encore le risque d'établissement de zones à faible circulation de fluide, (dites « zones mortes »). De telles zones à faible circulation de fluide induisent le risque d'apparition de points chauds, donc de désactivation prématurée du catalyseur, voire d'emballement thermique de la réaction. Poor fluid distribution has an impact on reactor performance. It creates the risk of establishment of preferential passages for fluids (in particular liquid), and therefore the risk of short residence times for the reagents, or even the risk of establishment of areas with low fluid circulation, (called " dead zones ”). Such areas with low fluid circulation induce the risk of hot spots appearing, and therefore of premature deactivation of the catalyst, or even thermal runaway of the reaction.
Les distributeurs utilisés pour l'alimentation en gaz et en liquide des réacteurs monolithes sont notamment : The distributors used for the gas and liquid supply of monolith reactors are in particular:
- les plaques perforées : La qualité de la distribution dépend de la perte de charge à travers la plaque. Pour une faible perte de charge (à savoir par exemple inférieure à 100-200 mm d'eau), les jets de liquide au-dessus du monolithe sont plus épais et conduisent à une moins bonne distribution de la phase liquide dans les canaux. Les gouttelettes formées au passage de la plaque doivent être plus fines que le diamètre des canaux pour être distribuées uniformément. - perforated plates: The quality of the distribution depends on the pressure drop across the plate. For a low pressure drop (ie, for example less than 100-200 mm of water), the jets of liquid above the monolith are thicker and lead to less good distribution of the liquid phase in the channels. The droplets formed when passing through the plate must be finer than the diameter of the channels to be evenly distributed.
- les assemblages de capillaires : La distribution dans le monolithe s'avère non uniforme sur la section du monolithe. Une légère rotation de l'assemblage conduit à une modification de la perte de charge et donc de la distribution. - capillary assemblies: The distribution in the monolith turns out to be non-uniform over the section of the monolith. A slight rotation of the assembly leads to a modification of the pressure drop and therefore of the distribution.
- les lits de billes : Si les sphères sont de petite taille, il arrive qu'elles bouchent l'entrée de certains canaux ; de plus, à débit de liquide élevé, le lit peut être noyé.- beds of balls: If the spheres are small, they sometimes block the entrance to certain channels; in addition, at high liquid flow, the bed can be flooded.
- les tubes ouverts ou buses : Le cône d'aspersion de la buse n'est pas toujours constant avec le débit de liquide, et n'arrose donc pas toujours la section d'entrée du réacteur sur la même surface. De plus, cette configuration de mise en contact des fluides par mélange libre favorise la coalescence des bulles ou des gouttes.- open tubes or nozzles: The spray cone of the nozzle is not always constant with the flow of liquid, and therefore does not always spray the inlet section of the reactor on the same surface. In addition, this configuration of bringing fluids into contact by free mixing promotes the coalescence of bubbles or drops.
- les empilements de monolithes courts, d'ouvertures différentes (appelés « monolith stocks », en anglais) : Ces dispositifs ont souvent donné de bons résultats, en particulier en termes de reproductibilité de la perte de charge. On peut empiler 2 ou 3 monolithes, ou même plus. Ce type de dispositif n'empêche cependant pas l'apparition de passages préférentiels pour les fluides.- Stacks of short monoliths, with different openings (called “monolith stocks” in English): These devices have often given good results, in particular in terms of reproducibility of the pressure drop. You can stack 2 or 3 monoliths, or even more. This type of device does not, however, prevent the appearance of passages preferred for fluids.
- les éjecteurs de liquide : Il s'agit en fait d'un très bon distributeur simultané de gaz et de liquide, qui permet au liquide de se pré-saturer en gaz avant d'alimenter le réacteur. Il engendre une dispersion de fines bulles dans le liquide, qui est à l'origine d'une distribution homogène des fluides dans les canaux du monolithe et d'une meilleure surface de contact entre les phases. Agissant comme un compresseur, l'éjecteur pousse les fluides dans le monolithe, impliquant des vitesses élevées des fluides dans les canaux. - liquid ejectors: This is in fact a very good simultaneous distributor of gas and liquid, which allows the liquid to be pre-saturated with gas before supplying the reactor. It generates a dispersion of fine bubbles in the liquid, which is at the origin of a homogeneous distribution of the fluids in the channels of the monolith and a better contact surface between the phases. Acting as a compressor, the ejector pushes the fluids into the monolith, involving high velocities of the fluids in the channels.
Cependant, la dispersion des fines bulles dans la phase liquide n'étant pas toujours uniforme, la distribution des fluides dans les canaux n'est pas optimale. De plus, dans le cas de l'alimentation d'un appareil de type monolithe, si les bulles sont plus petites que les canaux du monolithe alors la structuration en écoulement de Taylor ne pourra pas être obtenue. However, the dispersion of fine bubbles in the liquid phase is not always uniform, the distribution of fluids in the channels is not optimal. Moreover, in the case of the supply of a device of the monolith type, if the bubbles are smaller than the channels of the monolith then the Taylor flow structuring cannot be obtained.
Des exemples de distributeurs sont décrits dans les documents suivants. Examples of dispensers are described in the following documents.
Le document WO-A1-2007/023225 [1] a trait à un dispositif de filtration et de distribution d'une phase gaz et d'une phase liquide constituant l'alimentation d'un réacteur comportant un lit catalytique fixe, ledit réacteur fonctionnant à co-courant descendant de gaz et de liquide et la phase liquide étant chargée en particules colmatantes. Document WO-A1-2007 / 023225 [1] relates to a device for filtering and distributing a gas phase and a liquid phase constituting the feed to a reactor comprising a fixed catalytic bed, said reactor operating. with downward cocurrent of gas and liquid and the liquid phase being loaded with clogging particles.
Ce dispositif comprend un plateau distributeur constitué par un plan de base sensiblement horizontal et solidaire des parois du réacteur, sur lequel sont fixées des cheminées sensiblement verticales, munies d'une ouverture supérieure pour l'admission du gaz et d'une ouverture inférieure pour l'évacuation du mélange gaz-liquide destiné à alimenter le lit catalytique. Ces cheminées sont percées sur une certaine fraction de leur hauteur d'une fente latérale ou d'orifices latéraux pour l'admission du liquide. This device comprises a distributor plate formed by a substantially horizontal base plane and integral with the walls of the reactor, on which are fixed substantially vertical chimneys, provided with an upper opening for the admission of gas and a lower opening for the gas. evacuation of the gas-liquid mixture intended to supply the catalytic bed. These chimneys are pierced over a certain fraction of their height with a side slot or side openings for the admission of the liquid.
Le diamètre intérieur des cheminées est généralement compris entre 10 mm et 150 mm, et préférentiellement compris entre 25 mm et 80 mm. The internal diameter of the chimneys is generally between 10 mm and 150 mm, and preferably between 25 mm and 80 mm.
Le but principal de ce dispositif est d'assurer une filtration des impuretés. L'inconvénient majeur de ce dispositif est que les cheminées peuvent se colmater. The main purpose of this device is to ensure filtration of impurities. The major drawback of this device is that the chimneys can clog.
Le document EP-A1-0462753 [2] concerne un dispositif de mélange de fluides dans un réacteur catalytique à plusieurs lits. Le but principal de ce dispositif est de mélanger des fluides de températures et compositions différentes dans une petite zone. Document EP-A1-0462753 [2] relates to a device for mixing fluids in a catalytic reactor with several beds. The main purpose of this device is to mix fluids of different temperatures and compositions in a small area.
Ce dispositif peut être qualifié de réacteur multitubulaire à film tombant. Il comprend deux chambres séparées, à savoir une première chambre alimentée en gaz (chambre du dessus) et une seconde chambre alimentée en liquide (chambre du dessous). L'alimentation en liquide et en gaz est réalisée par l'intermédiaire de tubes concentriques avec une fente annulaire pour le liquide. La structure de ce dispositif ne permet pas de créer un écoulement de Taylor. This device can be qualified as a falling film multitubular reactor. It comprises two separate chambers, namely a first chamber supplied with gas (upper chamber) and a second chamber supplied with liquid (chamber below). The supply of liquid and gas is carried out via concentric tubes with an annular slot for the liquid. The structure of this device does not allow the creation of a Taylor flow.
Le document FR-A-3043339 [3] a trait à un dispositif de filtration et de distribution d'une phase gazeuse et d'une phase liquide, apte à être disposé en amont d'un lit catalytique fixe d'un réacteur fonctionnant à co-courant de gaz et de liquide. Document FR-A-3043339 [3] relates to a device for filtering and distributing a gas phase and a liquid phase, capable of being placed upstream of a fixed catalytic bed of a reactor operating at co-current of gas and liquid.
Ce dispositif comprend : This device includes:
- un plateau plein s'étendant selon un plan horizontal sur lequel sont fixées des cheminées sensiblement verticales ouvertes à leurs extrémités supérieure et inférieure, ces cheminées étant munies d'ouvertures sur au moins une fraction de leur hauteur ;a solid tray extending in a horizontal plane on which are fixed substantially vertical chimneys open at their upper and lower ends, these chimneys being provided with openings over at least a fraction of their height;
- plusieurs paniers amovibles aptes à contenir et retenir un milieu filtrant. - several removable baskets able to contain and retain a filter medium.
Chaque panier est pourvu d'un moyen de support du panier coopérant avec une cheminée du plateau pour soutenir le panier de filtration. Each basket is provided with a basket support means cooperating with a chimney of the tray to support the filter basket.
Le but principal de ce dispositif est d'assurer une filtration des impuretés. Mais, outre qu'il présente un risque de colmatage, ce dispositif nécessite l'implantation de nombreux éléments tels que paniers et supports, interdisant sa fabrication en vue d'alimenter un monolithe dont les canaux sont fins et proches comme on l'a déjà précisé plus haut. The main purpose of this device is to ensure filtration of impurities. But, in addition to the risk of clogging, this device requires the installation of many elements such as baskets and supports, prohibiting its manufacture in order to supply a monolith whose channels are thin and close as we have already seen. specified above.
Le document WO-A2-2009/092875 [4] concerne un dispositif de filtration et de prédistribution d'une phase gaz et d'une phase liquide constituant l'alimentation d'un réacteur catalytique fonctionnant à co-courant descendant de gaz et de liquide, la phase liquide étant chargée en particules colmatantes. Document WO-A2-2009 / 092875 [4] relates to a device for filtering and predistributing a gas phase and a liquid phase constituting the feed to a catalytic reactor operating with a downward cocurrent of gas and liquid, the liquid phase being loaded with clogging particles.
Ce dispositif est placé en amont d'un plateau distributeur et est constitué : This device is placed upstream of a distributor plate and consists of:
- d'un plateau perforé d'orifices, horizontal et solidaire des parois du réacteur, sur lequel sont fixées des cheminées verticales ouvertes à leur extrémité supérieure pour l'admission du gaz et à leur extrémité inférieure pour l'évacuation du gaz, ce plateau supportant un lit de filtration entourant les cheminées ;- a perforated plate with orifices, horizontal and integral with the walls of the reactor, on which are fixed vertical chimneys open at their upper end for admission gas and at their lower end for evacuating the gas, this plate supporting a filtration bed surrounding the chimneys;
- d'au moins un tube s'étendant verticalement depuis un niveau supérieur situé au-dessus du niveau de l'extrémité supérieure des cheminées et qui reste contenu à l'intérieur du lit de filtration. - At least one tube extending vertically from an upper level located above the level of the upper end of the chimneys and which remains contained inside the filtration bed.
Là-encore, le but principal de ce dispositif est d'assurer une filtration des impuretés. Comme le dispositif du document [3], ce dispositif a une géométrie interne trop complexe pour pouvoir être utilisé avec un monolithe. Here again, the main purpose of this device is to filter the impurities. Like the device of document [3], this device has an internal geometry that is too complex to be able to be used with a monolith.
Le document WO-A1-2006/076923 [5] concerne un plateau de distribution pour distribuer, répartir de manière uniforme la vapeur et le liquide sur la section transversale d'un réacteur fonctionnant avec un écoulement à co-courant descendant de gaz et de liquide. The document WO-A1-2006 / 076923 [5] relates to a distribution plate for distributing, uniformly distributing the vapor and the liquid on the cross section of a reactor operating with a downward cocurrent flow of gas and liquid. liquid.
Ce dispositif très simple présente l'inconvénient d'autoriser des passages préférentiels des fluides, car il peut présenter, selon les débits de fonctionnement, des gradients de pression ou des effets de jet, induits par les alimentations générales en fluide, en amont du plateau. This very simple device has the drawback of allowing preferential passages for fluids, because it can have, depending on the operating flow rates, pressure gradients or jet effects, induced by the general fluid supplies, upstream of the plate. .
Le document FR-A1-2996465 [6] concerne un plateau de distribution et de filtration adapté à un écoulement gaz liquide à co-courant descendant, dans un réacteur en lit fixe pour le traitement de charges lourdes colmatantes, pouvant comporter plusieurs lits de catalyseurs, chaque plateau étant alors positionné en amont de chaque lit catalytique. Document FR-A1-2996465 [6] relates to a distribution and filtration plate suitable for a downward cocurrent liquid gas flow, in a fixed bed reactor for the treatment of heavy clogging loads, which may include several beds of catalysts. , each plate then being positioned upstream of each catalytic bed.
Ce plateau est constitué de haut en bas par : un support perforé supportant une couche de filtration ; This plate is formed from top to bottom by: a perforated support supporting a filtration layer;
- un plateau plein comportant plusieurs éléments de distribution verticaux ouverts à leur extrémité supérieure pour l'admission du gaz et comportant une rangée de trous pour l'admission du liquide ;- A solid plate comprising several vertical distribution elements open at their upper end for the admission of gas and comprising a row of holes for the admission of liquid;
- au moins un élément dispersif de forte porosité située au-dessous du plateau plein.- at least one high porosity dispersive element located below the solid plate.
Ici aussi, le but principal de ce dispositif est d'assurer une filtration des impuretés, à savoir des particules colmatantes contenues dans une charge. Comme le dispositif précédent, ce dispositif comporte des plateaux perforés qui, du fait qu'ils sont sensibles aux conditions de l'alimentation en fluides en amont, ne distribuent pas de façon homogène ces fluides sur la section droite à l'entrée de l'appareil. Here too, the main purpose of this device is to ensure filtration of the impurities, namely the clogging particles contained in a load. Like the previous device, this device comprises perforated plates which, because they are sensitive to the conditions of the upstream fluid supply, do not distribute these fluids homogeneously over the straight section at the inlet of the apparatus.
Tous les distributeurs de fluides énumérés et décrits ci-dessus, actuellement utilisés, notamment dans l'industrie chimique, ne donnent pas entièrement satisfaction, qu'il s'agisse des distributeurs pour les réacteurs à lit fixe, ou des distributeurs pour les réacteurs ou absorbeurs monolithes. All the fluid distributors listed and described above, currently used, especially in the chemical industry, are not entirely satisfactory, whether they are distributors for fixed-bed reactors, or distributors for reactors or monolithic absorbers.
Ces distributeurs n'assurent pas une distribution des fluides de bonne qualité, à savoir une bonne homogénéité, uniformité de la distribution des fluides sur la section d'entrée de l'appareil alimenté, tel qu'un réacteur à lit fixe ou un réacteur monolithe. These distributors do not ensure a distribution of the fluids of good quality, namely a good homogeneity, uniformity of the distribution of the fluids on the inlet section of the device supplied, such as a fixed bed reactor or a monolith reactor. .
Le problème de la mauvaise distribution ou répartition des fluides se pose avec une acuité particulière dans le cas des réacteurs ou absorbeurs de type monolithe, puisque, dans ces appareils : The problem of poor distribution or distribution of fluids arises with particular acuity in the case of reactors or absorbers of the monolith type, since, in these devices:
- toute mauvaise distribution des fluides à l'entrée des canaux de l'appareil se propage jusqu'à la sortie de celui-ci. Cette mauvaise distribution, impacte donc les performances de l'appareil de manière plus importante que dans les réacteurs ou contacteurs à lit de grains ou à garnissage ;- any poor distribution of fluids at the inlet of the device's channels spreads to the outlet thereof. This poor distribution therefore impacts the performance of the device to a greater extent than in grain bed or packed reactors or contactors;
- l'alimentation en fluides doit être répartie en débits équivalents sur les différents canaux, mais aussi selon le même régime d'écoulement, de préférence un écoulement de Taylor. - The fluid supply must be distributed in equivalent flow rates over the different channels, but also according to the same flow regime, preferably a Taylor flow.
La distribution des fluides obtenue avec les dispositifs décrits plus haut n'étant pas adaptée aux monolithes, elle est un frein considérable au développement dans l'industrie des réacteurs ou absorbeurs de type monolithe. Since the distribution of fluids obtained with the devices described above is not suitable for monoliths, it is a considerable obstacle to the development in the industry of reactors or absorbers of the monolith type.
Il existe donc, au regard de ce qui précède, un besoin pour un dispositif de formation et de distribution d'un écoulement fluidique diphasique, aussi appelé distributeur, qui ne présente pas les inconvénients, défauts, limitations et désavantages des dispositifs de l'art antérieur, tels que les dispositifs décrits dans ce qui précède, et qui assure notamment une distribution des fluides de meilleure qualité que dans les dispositifs de l'art antérieur, à savoir en particulier une meilleure homogénéité ou uniformité, sur la section d'entrée de l'appareil alimenté : - d'une part de la distribution des fluides en termes de débits, etThere is therefore, in view of the above, a need for a device for forming and distributing a two-phase fluid flow, also called a distributor, which does not have the drawbacks, defects, limitations and disadvantages of the devices of the art. prior art, such as the devices described in the foregoing, and which ensures in particular a distribution of fluids of better quality than in the devices of the prior art, namely in particular better homogeneity or uniformity, on the inlet section of the device powered: - on the one hand, the distribution of fluids in terms of flow rates, and
- d'autre part du type ou régime d'écoulement dans les canaux lorsqu'il s'agit d'un appareil de type monolithe. - on the other hand of the type or regime of flow in the channels in the case of a monolith type device.
En d'autres termes, il existe un besoin pour une nouvelle technologie de distributeur, et un cahier des charges associé, qui permette d'obtenir une bonne homogénéité spatiale, en termes de débits et de structure d'écoulement, de l'alimentation en phases à l'entrée de l'appareil à alimenter, en particulier à l'entrée d'un réacteur ou absorbeur monolithe. In other words, there is a need for a new distributor technology, and associated specifications, which make it possible to obtain good spatial homogeneity, in terms of flow rates and flow structure, of the supply of water. phases at the inlet of the device to be fed, in particular at the inlet of a monolithic reactor or absorber.
Il existe aussi un besoin pour un dispositif qui permette une grande flexibilité du point de vue des gammes des débits globaux d'alimentation. There is also a need for a device which allows great flexibility in terms of the ranges of the overall feed rates.
Sur la base des débits à traiter dans le milieu industriel et de la surface de contact à développer entre les phases pour assurer un échange de masse satisfaisant, il existe également en particulier un besoin pour un dispositif qui permette d'obtenir un écoulement de Taylor dont la fréquence de passage de bulles est élevée, de préférence supérieure à 100 Hz. Based on the flow rates to be treated in the industrial environment and the contact surface to be developed between the phases to ensure a satisfactory mass exchange, there is also in particular a need for a device which makes it possible to obtain a Taylor flow of which the bubble passage frequency is high, preferably greater than 100 Hz.
Le but de la présente invention est de fournir un dispositif de formation, et de distribution d'un écoulement fluidique diphasique qui réponde entre autres aux besoins énumérés plus haut et qui résolve les problèmes des dispositifs de l'art antérieur. The aim of the present invention is to provide a device for forming and distributing a two-phase fluidic flow which, among other things, meets the needs listed above and which solves the problems of the devices of the prior art.
EXPOSÉ DE L'INVENTION DISCLOSURE OF THE INVENTION
Ce but, et d'autres encore, sont atteints, conformément à l'invention, par un dispositif de formation et de distribution d'un écoulement fluidique diphasique comprenant : This object, and others still, are achieved, in accordance with the invention, by a device for forming and distributing a two-phase fluidic flow comprising:
- une première chambre comprenant au moins un orifice pour l'admission d'une première phase fluide à l'intérieur de ladite première chambre, et une seconde chambre comprenant au moins (un ou plusieurs) un orifice pour l'admission d'une seconde phase fluide non- miscible avec la première phase fluide à l'intérieur de ladite seconde chambre, la première et la seconde chambres étant distinctes et séparées par une cloison, et le au moins un orifice (le ou les orifice(s)) pour l'admission d'une première phase fluide à l'intérieur de ladite première chambre, et le au moins un orifice (le ou les orifice(s)) pour l'admission d'une seconde phase fluide à l'intérieur de la seconde chambre étant distincts;- a first chamber comprising at least one orifice for the admission of a first fluid phase inside said first chamber, and a second chamber comprising at least (one or more) one orifice for the admission of a second fluid phase immiscible with the first fluid phase inside said second chamber, the first and second chambers being distinct and separated by a partition, and the at least one orifice (the orifice (s)) for the 'admission of a first fluid phase inside said first chamber, and the at least one orifice (the orifice (s)) for the admission of a second fluid phase inside the second chamber being distinct;
- plusieurs canaux, comportant chacun une première extrémité ouverte dans la première chambre, lesdits canaux traversant ladite cloison et s'étendant dans la seconde chambre jusqu'à une seconde extrémité ouverte débouchant à l'extérieur d'une paroi de la seconde chambre éloignée de ladite cloison, lesdits canaux étant prévus pour la circulation de la première phase fluide depuis la première extrémité jusqu'à la seconde extrémité;- several channels, each comprising a first end open in the first chamber, said channels passing through said partition and extending in the second chamber to a second open end opening out to the outside of a wall of the second chamber remote from said partition, said channels being provided for the circulation of the first fluid phase from the first end to the second end;
- chacun des canaux étant défini par une paroi latérale, et ladite paroi latérale étant pourvue, dans la seconde chambre, d'une entrée pour permettre l'introduction de la seconde phase fluide dans chacun des canaux, la mise en contact de la seconde phase fluide avec la première phase fluide et la formation d'un écoulement fluidique diphasique dans chacun des canaux (au-delà de l'entrée dans le sens de la circulation de la première phase) ; - each of the channels being defined by a side wall, and said side wall being provided, in the second chamber, with an inlet to allow the introduction of the second fluid phase into each of the channels, the contacting of the second phase fluid with the first fluid phase and the formation of a two-phase fluid flow in each of the channels (beyond the entry in the direction of flow of the first phase);
une plaque perforée (ou plancher), munie de trous traversants qui sépare la première chambre en deux sous-chambres, et/ou une plaque perforée (ou plancher), munie de trous traversants qui sépare la seconde chambre en deux sous-chambres. a perforated plate (or floor), provided with through holes which separates the first chamber into two sub-chambers, and / or a perforated plate (or floor), provided with through holes which separates the second chamber into two sub-chambers.
Ces plaques perforées peuvent avoir chacune une épaisseur plus ou moins grande, par exemple une épaisseur pouvant aller de 1 mm à quelques mm (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 mm) jusqu'à 1 cm à quelques cm (2, 3, 4, 5, ...10 cm). These perforated plates can each have a greater or lesser thickness, for example a thickness which can range from 1 mm to a few mm (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 mm) up to 1 cm to a few cm (2, 3, 4, 5, ... 10 cm).
Les trous traversants de chacune des plaques perforées peuvent posséder toute forme. Par exemple, ils peuvent avoir une forme de polygone (par exemple carré, pentagone, hexagone, rectangle, losange ...), de cercle (autrement dit, ils peuvent être circulaires), ou d'ellipse. The through holes of each of the perforated plates can have any shape. For example, they can have the shape of a polygon (for example square, pentagon, hexagon, rectangle, rhombus ...), of circle (in other words, they can be circular), or of ellipse.
Les trous traversants de chacune des plaques peuvent avoir une plus grande dimension, telle qu'un diamètre, par exemple de 1 mm à 3 mm. The through holes of each of the plates may have a larger dimension, such as a diameter, for example from 1 mm to 3 mm.
Selon les dimensions internes du dispositif et l'importance du débit d'alimentation global d'une des phases fluides, on peut décider de placer une telle plaque perforée ou plancher, seulement dans la première chambre, ou bien seulement dans la seconde chambre, ou bien encore dans les deux chambres. Lesdites plaques perforées peuvent être placées à différentes positions, par exemple à différentes hauteurs dans les première et seconde chambres. Depending on the internal dimensions of the device and the importance of the overall feed rate of one of the fluid phases, it is possible to decide to place such a perforated plate or floor, only in the first chamber, or else only in the second chamber, or well still in both rooms. Said perforated plates can be placed at different positions, for example at different heights in the first and second chambers.
Le dispositif selon l'invention n'a jamais été décrit dans l'art antérieur. Il présente une structure, configuration, géométrie particulière qui n'a jamais été décrite ou même suggérée dans l'art antérieur. The device according to the invention has never been described in the prior art. It has a particular structure, configuration, geometry which has never been described or even suggested in the prior art.
Il est notamment caractérisé par deux chambres d'alimentation, distinctes, non communicantes, séparées par une paroi, chacune de ces chambres étant dédiée à une phase fluide différente, à savoir respectivement une première phase fluide et une seconde phase fluide, la seconde phase fluide étant non-miscible avec la première phase fluide. Par exemple, la première phase peut être une phase liquide et la seconde phase peut être une phase gazeuse, ou bien la première phase peut être une phase liquide et la seconde phase peut être aussi une phase liquide mais qui n'est pas miscible avec la première phase. It is in particular characterized by two separate, non-communicating supply chambers separated by a wall, each of these chambers being dedicated to a different fluid phase, namely respectively a first fluid phase and a second fluid phase, the second fluid phase. being immiscible with the first fluid phase. For example, the first phase can be a liquid phase and the second phase can be a gas phase, or the first phase can be a liquid phase and the second phase can also be a liquid phase but which is not miscible with the gas. first phase.
Chacune des chambres est en outre pourvue d'au moins un orifice, spécifiquement pour l'admission de la première phase fluide ou de la seconde phase fluide, et le dispositif selon l'invention est également caractérisé en ce que le ou les orifice(s) pour l'admission d'une première phase fluide à l'intérieur de ladite première chambre, et le ou les orifice(s) pour l'admission d'une seconde phase fluide à l'intérieur de la seconde chambre sont distincts, voire éloignés. Each of the chambers is further provided with at least one orifice, specifically for the admission of the first fluid phase or of the second fluid phase, and the device according to the invention is also characterized in that the orifice (s) ) for the admission of a first fluid phase inside said first chamber, and the orifice (s) for the admission of a second fluid phase inside the second chamber are distinct, or even distant.
Le dispositif selon l'invention est en outre caractérisé par les canaux décrits plus haut qui permettent que les deux phases ne se rencontrent, ne soient mises en contact, seulement au niveau des entrées pour la seconde phase ; ces entrées peuvent éventuellement être aussi appelées jonctions, selon leur forme), afin de former ainsi un écoulement fluidique diphasique dans les canaux qui sort du dispositif par les secondes extrémités ouvertes débouchant à l'extérieur de la seconde chambre et du dispositif. The device according to the invention is further characterized by the channels described above which allow the two phases not to meet, not to be brought into contact, only at the level of the inputs for the second phase; these inlets can optionally also be called junctions, depending on their shape), in order to thus form a two-phase fluid flow in the channels which leaves the device through the second open ends opening out to the outside of the second chamber and of the device.
Le dispositif selon l'invention est enfin défini par la présence d'une plaque perforée (ou plancher), munie de trous traversants qui sépare la première et/ou la seconde chambre en deux sous-chambres. The device according to the invention is finally defined by the presence of a perforated plate (or floor), provided with through holes which separates the first and / or the second chamber into two sub-chambers.
Ainsi dans le cas où la seconde chambre est séparée par une plaque perforée munie de trous traversants, la plaque perforée munie de trous traversants est en outre traversée par les canaux et définit une première sous-chambre (de la seconde chambre) entre la cloison et la plaque perforée, et une seconde sous-chambre en communication fluidique avec la première sous-chambre ; le au moins un orifice pour l'admission de la seconde phase fluide se trouvant dans la première sous-chambre, et les entrées dont sont pourvues les parois latérales des canaux se trouvant dans la seconde sous-chambre (de la seconde chambre). Thus in the case where the second chamber is separated by a perforated plate provided with through holes, the perforated plate provided with through holes is in further crossed by the channels and defines a first sub-chamber (of the second chamber) between the partition and the perforated plate, and a second sub-chamber in fluid communication with the first sub-chamber; the at least one orifice for the admission of the second fluid phase located in the first sub-chamber, and the inlets with which the side walls of the channels located in the second sub-chamber (of the second chamber) are provided.
L'alimentation en seconde phase fluide est ainsi préalablement homogénéisée dans la première sous-chambre (de la seconde chambre) (que l'on peut qualifier de chambre d'homogénéisation), avant de pénétrer dans la seconde sous- chambre (de la seconde chambre) au moyen de cette plaque perforée (ou plancher horizontal dans le cas d'un dispositif vertical) munie de trous traversants et traversée par les canaux. On évite ainsi les chemins préférentiels de la seconde phase fluide, telle qu'un gaz, vers les entrées les plus proches dont sont pourvues les parois latérales des canaux. The supply of the second fluid phase is thus previously homogenized in the first sub-chamber (of the second chamber) (which can be qualified as a homogenization chamber), before entering the second sub-chamber (of the second chamber) by means of this perforated plate (or horizontal floor in the case of a vertical device) provided with through holes and traversed by the channels. This avoids the preferential paths of the second fluid phase, such as a gas, to the closest inlets with which the side walls of the channels are provided.
Dans le cas où la première chambre est séparée par une plaque perforée munie de trous traversants, la plaque perforée munie de trous traversants définit ainsi une première sous-chambre (de la première chambre) entre la cloison et la plaque perforée, et une seconde sous-chambre en communication fluidique avec la première sous-chambre ; le au moins un orifice pour l'admission de la première phase fluide se trouvant dans la seconde sous-chambre et les premières extrémités ouvertes des canaux dans la première chambre se trouvant dans la première sous-chambre. In the case where the first chamber is separated by a perforated plate provided with through holes, the perforated plate provided with through holes thus defines a first sub-chamber (of the first chamber) between the partition and the perforated plate, and a second under - chamber in fluid communication with the first sub-chamber; the at least one orifice for the admission of the first fluid phase located in the second sub-chamber and the first open ends of the channels in the first chamber located in the first sub-chamber.
L'alimentation en première phase fluide est ainsi préalablement homogénéisée dans la seconde sous-chambre (de la première chambre) (que l'on peut qualifier de chambre d'homogénéisation), avant de pénétrer dans la première sous- chambre (de la première chambre) au moyen de cette plaque perforée (ou plancher horizontal dans le cas d'un dispositif vertical) munie de trous traversants. On évite ainsi les chemins préférentiels de la première phase fluide, telle qu'un liquide, vers les extrémités ouvertes les plus proches des canaux. The first fluid phase supply is thus homogenized beforehand in the second sub-chamber (of the first chamber) (which can be qualified as a homogenization chamber), before entering the first sub-chamber (of the first chamber) by means of this perforated plate (or horizontal floor in the case of a vertical device) provided with through holes. This avoids the preferential paths of the first fluid phase, such as a liquid, to the open ends closest to the channels.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre une plaque perforée (ou plancher), munie de trous traversants uniquement dans la première chambre. Ou le dispositif selon l'invention peut comprendre une plaque perforée (ou plancher), munie de trous traversants uniquement dans la seconde chambre. The device according to the invention can comprise a perforated plate (or floor), provided with through holes only in the first chamber. Or the device according to the invention can comprise a perforated plate (or floor), provided with through holes only in the second chamber.
Ou encore, le dispositif selon l'invention peut comprendre une plaque perforée (ou plancher), munie de trous traversants dans la première chambre et la seconde chambre. Or again, the device according to the invention can comprise a perforated plate (or floor), provided with through holes in the first chamber and the second chamber.
Une homogénéité encore meilleure de la distribution des fluides dans les différents canaux, est obtenue lorsque des plaques perforées sont présentes dans la première chambre et la seconde chambre et le mélange des fluides est rapide. Even better homogeneity of the distribution of fluids in the different channels is obtained when perforated plates are present in the first chamber and the second chamber and the mixing of the fluids is rapid.
Le dispositif selon l'invention répond aux besoins énumérés plus haut, ne présente pas les inconvénients des dispositifs de l'art antérieur et apporte une solution aux problèmes des dispositifs de l'art antérieur. The device according to the invention meets the needs listed above, does not have the drawbacks of the devices of the prior art and provides a solution to the problems of the devices of the prior art.
Le dispositif selon l'invention permet de générer, dans chaque canal au niveau de l'entrée jusqu'à la seconde extrémité de chacun de ces canaux de connexion, un écoulement diphasique structuré (par exemple gaz-liquide ou liquide-liquide) dans lequel les deux phases fluides sont en contact étroit et obéissent à un régime d'écoulement souhaité, à savoir par exemple un écoulement comportant des bulles (ou gouttes) de liquide de plus petit diamètre que le canal, ou bien un écoulement de Taylor, c'est-à-dire un écoulement comprenant une succession de bulles de gaz et de bouchons de liquide. L'écoulement de Taylor est le plus souvent désiré car il offre une aire de contact élevée. The device according to the invention makes it possible to generate, in each channel at the level of the inlet to the second end of each of these connection channels, a structured two-phase flow (for example gas-liquid or liquid-liquid) in which the two fluid phases are in close contact and obey a desired flow regime, namely for example a flow comprising bubbles (or drops) of liquid of smaller diameter than the channel, or else a Taylor flow, that is, that is to say a flow comprising a succession of gas bubbles and liquid plugs. Taylor flow is most often desired because it provides a high contact area.
Grâce au dispositif selon l'invention, dans le cas où un écoulement de Taylor est généré dans les canaux, il a été mis en évidence de manière surprenante, que la fréquence de passage des bulles dépasse 100 Hz (c'est-à-dire que plus de 100 bulles par seconde passent dans chaque canal). Une fréquence aussi élevée, supérieure à 100 Hz n'a jamais été mentionnée dans la description des dispositifs de l'art antérieur. Cette fréquence de passage de bulles peut même dépasser 300 Hz, voire 400 Hz (c'est-à-dire que plus de 400 bulles par seconde passent dans chaque canal). Thanks to the device according to the invention, in the case where a Taylor flow is generated in the channels, it has been surprisingly demonstrated that the frequency of passage of the bubbles exceeds 100 Hz (that is to say that more than 100 bubbles per second pass through each channel). Such a high frequency, greater than 100 Hz, has never been mentioned in the description of the devices of the prior art. This frequency of passage of bubbles can even exceed 300 Hz, even 400 Hz (that is to say that more than 400 bubbles per second pass in each channel).
Dans tous les canaux du dispositif selon l'invention, on a la même quantité de chaque phase, par exemple la même quantité de gaz et de liquide et on a un écoulement diphasique organisé par exemple avec une succession de bulles de gaz et de bouchons de liquide. Une forme typique des bulles est une forme de balle de fusil. Tous les canaux du dispositif selon l'invention travaillent de la même façon. In all the channels of the device according to the invention, there is the same quantity of each phase, for example the same quantity of gas and liquid and there is a two-phase flow organized, for example with a succession of gas bubbles and liquid caps. A typical shape of bubbles is a gun bullet shape. All the channels of the device according to the invention work in the same way.
Le dispositif, à savoir le distributeur de fluide, selon l'invention permet d'alimenter un appareil avec deux phases pré-mélangées, selon un régime d'écoulement voulu. Ces phases sont réparties dans les différents canaux (du dispositif comme du réacteur ou absorbeur de type monolithe) avec une bien meilleure homogénéité (voir les Figures, et notamment les Figures 17, 18 et 20) que celle qui a été observée avec les dispositifs de distribution classiques, de l'art antérieur, tels que les dispositifs décrits plus haut, et notamment les dispositifs à plaques perforées. The device, namely the fluid distributor, according to the invention makes it possible to supply an apparatus with two premixed phases, according to a desired flow regime. These phases are distributed in the different channels (of the device as well as of the reactor or absorber of the monolith type) with a much better homogeneity (see the Figures, and in particular Figures 17, 18 and 20) than that which has been observed with the devices of conventional distribution, of the prior art, such as the devices described above, and in particular the devices with perforated plates.
Le dispositif selon l'invention permet pour la première fois une bonne homogénéité spatiale de l'alimentation diphasique d'un réacteur ou absorbeur monolithe, ce qui supprime ainsi un des verrous qui s'opposait à la mise en œuvre de ces réacteurs dans l'industrie en lieu et place des réacteurs à garnissage. The device according to the invention allows for the first time good spatial homogeneity of the two-phase supply of a monolithic reactor or absorber, which thus eliminates one of the obstacles which opposed the implementation of these reactors in the reactor. industry instead of packed reactors.
La caractérisation quantitative de la qualité de la distribution des phases entre les différents canaux a pu être mise en évidence par des critères visuels ou globaux (observation des régimes d'écoulement, fréquence de bullage : voir exemples plus bas). Par ailleurs, il a également été vérifié que la perte de charge engendrée par l'écoulement des fluides à travers le distributeur selon l'invention est faible. The quantitative characterization of the quality of the distribution of the phases between the different channels has been demonstrated by visual or global criteria (observation of flow regimes, bubbling frequency: see examples below). Moreover, it was also verified that the pressure drop generated by the flow of fluids through the distributor according to the invention is low.
Le dispositif selon l'invention, qui peut être notamment qualifié de dispositif d'injection de fluides dans les canaux d'un appareil, tel qu'un réacteur, garantit une bonne homogénéité de la répartition des deux fluides sur toute la section de cet appareil, tel qu'un réacteur (cas d'un réacteur à lit fixe, à garnissage), ou dans les différents canaux de cet appareil (cas d'un réacteur ou absorbeur monolithe) The device according to the invention, which can in particular be qualified as a device for injecting fluids into the channels of an apparatus, such as a reactor, guarantees good homogeneity of the distribution of the two fluids over the entire section of this apparatus. , such as a reactor (case of a fixed bed reactor, packed), or in the different channels of this device (case of a monolithic reactor or absorber)
Le dispositif selon l'invention permet une bonne maîtrise de l'introduction des deux phases dans ses canaux internes. De ce fait, les deux phases sont réparties de façon homogène au sortir du dispositif selon l'invention, pour arroser un lit fixe ou alimenter les canaux d'un monolithe. The device according to the invention allows good control of the introduction of the two phases into its internal channels. As a result, the two phases are distributed homogeneously on leaving the device according to the invention, in order to water a fixed bed or to supply the channels of a monolith.
Le dispositif selon l'invention présente en outre l'avantage d'être d'une conception et d'une fabrication simple, d'être compact, d'être parfaitement étanche, et de ne pas présenter de pièces en mouvement. Selon le matériau dans lequel le distributeur est fabriqué, il pourra résister aux produits chimiques envisagés dans les diverses applications industrielles potentielles ; une fois les dimensions des canaux et leur disposition décidées, la réalisation du distributeur, par impression 3D, est simple. The device according to the invention also has the advantage of being of a simple design and manufacture, of being compact, of being perfectly sealed, and of not having any moving parts. Depending on the material in which the dispenser is made, it will be able to withstand the chemicals considered in the various potential industrial applications; Once the dimensions of the channels and their arrangement have been decided, the realization of the dispenser, by 3D printing, is simple.
Avantageusement, les canaux sont parallèles les uns aux autres. Advantageously, the channels are parallel to each other.
Avantageusement, les canaux sont disposés en rangées. Advantageously, the channels are arranged in rows.
Avantageusement, la répartition spatiale bidimensionnelle des canaux sur la section droite du dispositif, en particulier au niveau de ladite paroi de la seconde chambre éloignée de ladite cloison, et les dimensions et formes des sections des canaux sont identiques à la répartition spatiale bidimensionnelle sur la section droite d'un appareil alimenté par le dispositif et aux dimensions et formes des canaux dudit appareil. Advantageously, the two-dimensional spatial distribution of the channels on the cross section of the device, in particular at the level of said wall of the second chamber remote from said partition, and the dimensions and shapes of the sections of the channels are identical to the two-dimensional spatial distribution on the section. right of a device supplied by the device and the dimensions and shapes of the channels of said device.
Autrement dit, les dimensions, le positionnement et la topologie interne des canaux du dispositif selon l'invention sont généralement spécifiquement adaptés à la géométrie de l'appareil à alimenter en utilisant le dispositif selon l'invention. In other words, the dimensions, the positioning and the internal topology of the channels of the device according to the invention are generally specifically adapted to the geometry of the device to be supplied using the device according to the invention.
Ainsi, notamment dans le cas d'un réacteur monolithe, les canaux du dispositif selon l'invention ont généralement le même diamètre et la même répartition spatiale sur la section droite que les canaux du monolithe lui-même. Thus, in particular in the case of a monolith reactor, the channels of the device according to the invention generally have the same diameter and the same spatial distribution over the cross section as the channels of the monolith itself.
Cette configuration spécifique nécessite de ce fait généralement le recours aux techniques de fabrication additive. Une fois les dimensions des canaux et leur disposition décidées, la réalisation du distributeur, par impression 3D, est simple. This specific configuration therefore generally requires the use of additive manufacturing techniques. Once the dimensions of the channels and their arrangement have been decided, the realization of the dispenser, by 3D printing, is simple.
Avantageusement, les entrées des canaux se présentent sous une ou plusieurs formes choisies parmi les formes suivantes : orifice dans la paroi latérale du canal relié à un tube ; orifice affleurant, arasant dans la paroi latérale du canal ; la paroi latérale du canal pouvant éventuellement former un venturi, et le tube ou orifice étant prévu dans la restriction du venturi. Advantageously, the inlets of the channels are in one or more shapes chosen from the following shapes: orifice in the side wall of the channel connected to a tube; flush orifice, flush with the side wall of the canal; the side wall of the channel possibly forming a venturi, and the tube or orifice being provided in the restriction of the venturi.
Les orifices et tubes des entrées des canaux peuvent avoir des dimensions, telles que des diamètres, variables, par exemple de 0,5 mm à 2 mm. Les tubes peuvent avoir des longueurs variables The orifices and tubes of the inlets of the channels may have dimensions, such as diameters, which vary, for example from 0.5 mm to 2 mm. Tubes can have varying lengths
Avantageusement, les canaux sont des canaux avec une section droite circulaire. Avantageusement, les canaux peuvent alors avoir un diamètre de 1 à 10 mm, de préférence de 2 à 6 mmm, de préférence encore de 3 à 5 mm, mieux de 4 à 5 mm. Advantageously, the channels are channels with a circular cross section. Advantageously, the channels can then have a diameter of 1 to 10 mm, preferably 2 to 6 mm, more preferably 3 to 5 mm, better still 4 to 5 mm.
Mais toute autre forme est possible pour cette section droite. But any other shape is possible for this straight section.
Par exemple, la section droite des canaux, peut avoir une forme de polygone (par exemple carré, pentagone, hexagone, rectangle, losange ...), ou d'ellipse. For example, the cross section of the channels can have the shape of a polygon (for example square, pentagon, hexagon, rectangle, rhombus ...), or of an ellipse.
Dans le cas de canaux dont la section droite a un forme autre que circulaire, alors la section droite des canaux peut avoir avantageusement une plus grande dimension de 1 à 10 mm, de préférence de 2 à 6 mmm, de préférence encore de 3 à 5 mm, mieux de 4 à 5 mm. In the case of channels whose cross section has a shape other than circular, then the cross section of the channels can advantageously have a larger dimension of 1 to 10 mm, preferably 2 to 6 mm, more preferably 3 to 5 mm. mm, better 4 to 5 mm.
Les canaux présentant de tels « petits » diamètres peuvent être qualifiés de canaux fins ou capillaires. The channels having such "small" diameters can be qualified as fine or capillary channels.
Comme on l'a déjà précisé, le diamètre des canaux est généralement choisi de manière à être identique au diamètre des canaux de l'appareil, tel qu'un réacteur monolithe, à alimenter, avec l'écoulement fluidique diphasique formé avec le dispositif selon l'invention. As has already been specified, the diameter of the channels is generally chosen so as to be identical to the diameter of the channels of the device, such as a monolith reactor, to be supplied, with the two-phase fluid flow formed with the device according to invention.
Par exemple, si le diamètre des canaux de l'appareil, tel qu'un réacteur monolithe, à alimenter avec l'écoulement fluidique diphasique formé avec le dispositif selon l'invention est de 2 mm alors le diamètre des canaux du dispositif selon l'invention sera également de 2 mm. For example, if the diameter of the channels of the device, such as a monolith reactor, to be supplied with the two-phase fluidic flow formed with the device according to the invention is 2 mm then the diameter of the channels of the device according to invention will also be 2 mm.
En dessous de 1 mm de diamètre, le fonctionnement du dispositif s'avère moins aisé, tandis que si le diamètre est trop important alors la bulle de gaz (dans le cas où la seconde phase est un gaz et la première phase est un liquide) ne sera pas bien confinée, formée, cisaillée. Below 1 mm in diameter, the operation of the device is less easy, while if the diameter is too large then the gas bubble (in the case where the second phase is a gas and the first phase is a liquid) will not be well confined, formed, sheared.
Autrement dit, il est nécessaire (dans le cas d'un dispositif vertical) que, dans les canaux, les effets capillaires soient supérieurs aux effets de la gravité, pour que la bulle de gaz soit poussée par le liquide. Avantageusement, le dispositif est un dispositif monobloc ce qui facilite grandement sa fabrication par une technique de fabrication additive, par exemple par une technique de fabrication qui met en œuvre une imprimante 3D. In other words, it is necessary (in the case of a vertical device) that, in the channels, the capillary effects are greater than the effects of gravity, so that the gas bubble is pushed by the liquid. Advantageously, the device is a one-piece device, which greatly facilitates its manufacture by an additive manufacturing technique, for example by a manufacturing technique that uses a 3D printer.
Le matériau qui constitue le dispositif selon l'invention est de préférence choisi parmi les matériaux qui résistent aux fluides qui le parcourent, en d'autres termes à la première phase fluide et à la seconde phase fluide, notamment si ces fluides sont corrosifs et/ou à haute température et/ou sous pression. The material which constitutes the device according to the invention is preferably chosen from materials which are resistant to the fluids which pass through it, in other words to the first fluid phase and to the second fluid phase, in particular if these fluids are corrosive and / or at high temperature and / or under pressure.
Autrement dit, le matériau dans lequel le distributeur est fabriqué est généralement choisi de manière à résister aux produits chimiques envisagés dans les diverses applications industrielles potentielles. In other words, the material from which the dispenser is made is generally chosen so as to resist the chemicals contemplated in the various potential industrial applications.
Avantageusement, le matériau qui constitue le dispositif selon l'invention est également choisi parmi les matériaux permettant une fabrication du dispositif par une technique de fabrication additive, par exemple par une technique de fabrication qui met en œuvre une imprimante 3D. Advantageously, the material which constitutes the device according to the invention is also chosen from the materials allowing manufacture of the device by an additive manufacturing technique, for example by a manufacturing technique which uses a 3D printer.
De préférence, le dispositif selon l'invention est en un matériau choisi parmi les métaux tels que l'aluminium et le titane, les alliages métalliques tels que l'acier et les alliages de titane ou d'aluminium, les polymères et résines organiques tels que l'ABS et les résines acryliques, et tous les matériaux permettant une fabrication du dispositif par une technique de fabrication additive. Preferably, the device according to the invention is made of a material chosen from metals such as aluminum and titanium, metal alloys such as steel and titanium or aluminum alloys, organic polymers and resins such as as ABS and acrylic resins, and all the materials allowing the device to be manufactured by an additive manufacturing technique.
Avantageusement, le dispositif selon l'invention est sensiblement vertical, la première chambre et la seconde chambre sont superposées, (la première chambre et la seconde chambre étant disposées l'une au-dessus de l'autre, à savoir la première chambre disposée au-dessus de la seconde chambre ou vice et versa; et de préférence la première chambre est disposée au-dessus de la seconde chambre), ladite cloison étant sensiblement horizontale, et lesdits canaux étant sensiblement verticaux. Advantageously, the device according to the invention is substantially vertical, the first chamber and the second chamber are superimposed, (the first chamber and the second chamber being arranged one above the other, namely the first chamber arranged in the above the second chamber or vice versa; and preferably the first chamber is arranged above the second chamber), said partition being substantially horizontal, and said channels being substantially vertical.
La ou les plaque(s) perforée(s) (planchers(s)) mentionnée(s) plus haut est (sont) alors aussi sensiblement horizontale(s). The perforated plate (s) (floor (s)) mentioned above is (are) then also substantially horizontal (s).
Avantageusement, le dispositif selon l'invention est pourvu de moyens de connexion avec un appareil à alimenter avec un écoulement fluidique diphasique tel qu'un réacteur à lit fixe ou un réacteur ou absorbeur monolithe. En effet, le dispositif selon l'invention doit pouvoir être connecté à cet appareil à alimenter tel qu'un réacteur à lit fixe ou un réacteur monolithe en assurant une bonne étanchéité entre le dispositif et cet appareil. Advantageously, the device according to the invention is provided with means of connection with an apparatus to be supplied with a two-phase fluid flow such as a fixed bed reactor or a monolithic reactor or absorber. Indeed, the device according to the invention must be able to be connected to this device to be supplied, such as a fixed bed reactor or a monolith reactor, while ensuring a good seal between the device and this device.
Ces moyens de connexion peuvent être notamment constitués par un système de joints et de brides de serrage. These connection means may in particular consist of a system of joints and clamping flanges.
Avantageusement, le dispositif selon l'invention peut être muni de pions de centrage pour assurer l'exacte correspondance des canaux avec les canaux de l'appareil à alimenter, notamment les canaux d'un réacteur ou absorbeur monolithe. Advantageously, the device according to the invention can be provided with centering pins to ensure the exact correspondence of the channels with the channels of the device to be supplied, in particular the channels of a monolithic reactor or absorber.
L'invention concerne également un ensemble ou assemblage comprenant plusieurs dispositifs selon l'invention tels que décrits plus haut. The invention also relates to an assembly or assembly comprising several devices according to the invention as described above.
Cet ensemble ou assemblage peut comprendre plusieurs dispositifs selon l'invention, sans aucune limitation sur le nombre de ces dispositifs. This assembly or assembly can comprise several devices according to the invention, without any limitation on the number of these devices.
Par exemple, cet ensemble ou assemblage peut comprendre de 2 à une dizaine de dispositifs selon l'invention, généralement dans la limite de 1 ou 2 mètres d'encombrement. For example, this assembly or assembly can comprise from 2 to ten devices according to the invention, generally within the limit of 1 or 2 meters of bulk.
Dans cet ensemble, les dispositifs peuvent être assemblés, notamment accolés avec des alimentations communes notamment intercalées. In this assembly, the devices can be assembled, in particular side by side with common power supplies, in particular interposed.
L'invention concerne, en outre, un système comprenant un dispositif selon l'invention, tel que décrit plus haut, ou un ensemble tel que décrit plus haut, et au moins un appareil à alimenter avec un écoulement fluidique diphasique formé par le dispositif ou l'ensemble selon l'invention. The invention further relates to a system comprising a device according to the invention, as described above, or an assembly as described above, and at least one device to be supplied with a two-phase fluid flow formed by the device or the assembly according to the invention.
Il n'y a aucune limitation sur le nombre d'appareils qui peuvent être alimentés par le dispositif selon l'invention ou par l'ensemble ou assemblage comprenant plusieurs dispositifs selon l'invention. Un seul ou plusieurs appareils peuvent être alimentés. There is no limitation on the number of devices which can be powered by the device according to the invention or by the assembly or assembly comprising several devices according to the invention. One or more devices can be powered.
Les appareils à alimenter peuvent ainsi être au nombre de 1 à une dizaine, généralement dans la limites d'un encombrement de 1 à 2 mètres. The devices to be supplied can thus number from 1 to ten, generally within the limits of a footprint of 1 to 2 meters.
Dans le cas d'un seul dispositif, il peut alimenter un seul appareil ou plusieurs appareils, tels que des réacteurs ou absorbeurs monolithes, en série, notamment empilés. Dans le cas d'un ensemble de dispositifs, chacun de ces dispositifs peut alimenter un ou plusieurs appareils. In the case of a single device, it can supply a single device or several devices, such as monolithic reactors or absorbers, in series, in particular stacked. In the case of a set of devices, each of these devices can power one or more devices.
Les appareils à alimenter peuvent être des appareils fonctionnant avec des phases fluides circulant à co-courant, par exemple à co-courant descendant. The devices to be supplied can be devices operating with fluid phases circulating in co-current, for example with downward co-current.
Avantageusement, l'appareil à alimenter avec un écoulement fluidique diphasique est un réacteur à lit fixe ou un réacteur ou absorbeur monolithe. Advantageously, the apparatus to be supplied with a two-phase fluidic flow is a fixed bed reactor or a monolith reactor or absorber.
L'appareil à alimenter est généralement pourvu de moyens de connexion coopérant avec les moyens de connexion du dispositif selon l'invention afin d'assurer une bonne étanchéité entre le dispositif selon l'invention et cet appareil. The device to be supplied is generally provided with connection means cooperating with the connection means of the device according to the invention in order to ensure a good seal between the device according to the invention and this device.
En effet, le système doit pouvoir être utilisé à la pression et à la température désirées pour l'appareil tel qu'un réacteur à lit fixe ou un réacteur ou absorbeur monolithe. Indeed, the system must be able to be used at the pressure and at the temperature desired for the apparatus such as a fixed bed reactor or a monolithic reactor or absorber.
Comme on l'a vu plus haut, dans le cas de l'alimentation d'un réacteur ou absorbeur monolithe, il faut assurer l'exacte connexion des canaux du distributeur avec ceux du réacteur monolithe, en utilisant par exemple des pions de centrage. As seen above, in the case of feeding a monolithic reactor or absorber, it is necessary to ensure the exact connection of the channels of the distributor with those of the monolith reactor, for example by using centering pins.
Les applications du dispositif selon l'invention concernent notamment tous les appareils, réacteurs et absorbeurs polyphasiques (gaz-liquide ou liquide-liquide) nécessitant un fonctionnement avec des fluides circulant à co-courant descendant et une distribution uniforme de ces fluides sur la section d'entrée de l'appareil. Il s'agit donc des réacteurs à lit fixe, par exemple de l'industrie de traitement du pétrole, ainsi que des appareils dits monolithes (réacteurs catalytiques ou absorbeurs). The applications of the device according to the invention relate in particular to all devices, reactors and multiphase absorbers (gas-liquid or liquid-liquid) requiring operation with fluids circulating in downward co-current and a uniform distribution of these fluids over the section d. device input. These are therefore fixed bed reactors, for example in the petroleum processing industry, as well as so-called monolith devices (catalytic reactors or absorbers).
Des exemples de fluides et de réactions, avec les conditions opératoires associées, qui peuvent être réalisées dans les appareils susceptibles d'être alimentés par le dispositif selon l'invention, sont les suivants : Examples of fluids and reactions, with the associated operating conditions, which can be carried out in the devices capable of being supplied by the device according to the invention, are the following:
(1) Réactions catalytiques pour le traitement d'hydrocarbures liquides : (1) Catalytic reactions for the treatment of liquid hydrocarbons:
- Addition catalytique d'un hydrocarbure lourd et d'un hydrocarbure léger ;- Catalytic addition of a heavy hydrocarbon and a light hydrocarbon;
- Synthèse de l'éthylbenzène, intermédiaire dans la production du styrène ;- Synthesis of ethylbenzene, an intermediate in the production of styrene;
- Hydrogénation des huiles fossiles comportant des doubles liaisons C=C (par exemple : hydrogénation des terpènes du pétrole) : pression de 1 à 30 bar, température de 40 à 150°C ; - Hydrogénation des triglycérides d'acide gras contenus dans les huiles végétales (industrie agro-alimentaire) : pression de 1 à 30 bars, température de 40 à 100°C. - Hydrogenation of fossil oils comprising C = C double bonds (for example: hydrogenation of petroleum terpenes): pressure from 1 to 30 bar, temperature from 40 to 150 ° C; - Hydrogenation of fatty acid triglycerides contained in vegetable oils (food industry): pressure from 1 to 30 bars, temperature from 40 to 100 ° C.
(2) Absorption de composés gazeux : pression de 1 à 20 bar, température ambiante à froide : (2) Absorption of gaseous compounds: pressure from 1 to 20 bar, ambient to cold temperature:
Absorption réactive des composés acides du gaz naturel ; Reactive absorption of acidic compounds from natural gas;
- Absorption réactive de CO2 présent dans des effluents gazeux en sortie d'usine. - Reactive absorption of CO2 present in gaseous effluents leaving the factory.
L'invention concerne enfin un procédé de fabrication du dispositif selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents dans lequel le dispositif est fabriqué par une technique de fabrication additive, notamment avec une machine d'impression 3D. Finally, the invention relates to a method of manufacturing the device according to any one of the preceding embodiments in which the device is manufactured by an additive manufacturing technique, in particular with a 3D printing machine.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation particuliers. Cette description est donnée à titre illustratif et non limitatif et est faite en relation avec les dessins joints. The invention will be better understood on reading the following detailed description of particular embodiments. This description is given by way of illustration and without limitation and is given in relation to the accompanying drawings.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[Fig. 1] est une vue de dessus d'un mode de réalisation (premier mode de réalisation) du dispositif selon l'invention. [Fig. 1] is a top view of an embodiment (first embodiment) of the device according to the invention.
[Fig. 2] est une vue en coupe verticale selon la ligne G-G de la Figure 1 d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. [Fig. 2] is a vertical sectional view along the line G-G of FIG. 1 of an embodiment of the device according to the invention.
[Fig. 3] est une vue en coupe verticale selon la ligne J-J de la Figure 1 d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. [Fig. 3] is a vertical sectional view along the line J-J of Figure 1 of an embodiment of the device according to the invention.
[Fig. 4] est une vue en perspective tridimensionnelle d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. [Fig. 4] is a three-dimensional perspective view of an embodiment of the device according to the invention.
[Fig. 5] est une vue latérale d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, avec les cotes. Les cotes en mm indiquées sur cette Figure sont données à titre illustratif et non limitatif. [Fig. 5] is a side view of an embodiment of the device according to the invention, with the dimensions. The dimensions in mm indicated in this figure are given by way of illustration and not by way of limitation.
[Fig. 6] est une vue en coupe horizontale, selon la ligne A-A de la Figure 5, d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, avec les cotes. Les cotes en mm indiquées sur cette Figure sont données à titre illustratif et non limitatif. [Fig. 7] est une vue en coupe verticale, selon la ligne C-C de la Figure 6 d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, avec les cotes. Les cotes en mm indiquées sur cette Figure sont données à titre illustratif et non limitatif. [Fig. 6] is a horizontal sectional view, along the line AA of FIG. 5, of an embodiment of the device according to the invention, with the dimensions. The dimensions in mm indicated in this figure are given by way of illustration and not by way of limitation. [Fig. 7] is a vertical sectional view, along the line CC of FIG. 6, of an embodiment of the device according to the invention, with the dimensions. The dimensions in mm indicated in this figure are given by way of illustration and not by way of limitation.
[Fig. 8] est une autre vue en perspective tridimensionnelle selon un autre angle, d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. [Fig. 8] is another three-dimensional perspective view from another angle, of an embodiment of the device according to the invention.
[Fig. 9] est une vue en perspective tridimensionnelle d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. [Fig. 9] is a three-dimensional perspective view of an embodiment of the device according to the invention.
[Fig. 10] est une vue en coupe de dessous agrandie qui montre les rangées de canaux et la géométrie des entrées prévues dans ces canaux dans la seconde chambre (ici la chambre inferieure) d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Autrement dit, cette Figure est une coupe horizontale sur la ligne supérieure de la bride du bas d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. [Fig. 10] is an enlarged view in cross section which shows the rows of channels and the geometry of the inlets provided in these channels in the second chamber (here the lower chamber) of an embodiment of the device according to the invention. In other words, this Figure is a horizontal section on the upper line of the bottom flange of an embodiment of the device according to the invention.
[Fig. 11] est une vue en coupe tridimensionnelle d'un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention, dans lequel une plaque perforée (ou plancher), munie de trous traversants sépare la première chambre en deux sous-chambres, et une autre plaque perforée (ou plancher), munie de trous traversants sépare la seconde chambre en deux sous-chambres. [Fig. 11] is a three-dimensional sectional view of another embodiment of the device according to the invention, in which a perforated plate (or floor), provided with through holes separates the first chamber into two sub-chambers, and another plate perforated (or floor), provided with through holes separates the second chamber into two sub-chambers.
[Fig. 12] est une vue en coupe tridimensionnelle d'encore un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention dans lequel une plaque perforée (ou plancher), munie de trous traversants sépare la première chambre en deux sous-chambres, et la seconde chambre ne comprend pas de plaque perforée (ou plancher) la séparant en deux sous-chambres. [Fig. 12] is a three-dimensional sectional view of yet another embodiment of the device according to the invention in which a perforated plate (or floor), provided with through holes separates the first chamber into two sub-chambers, and the second chamber does not include a perforated plate (or floor) separating it into two sub-rooms.
[Fig. 13] est une vue en perspective tridimensionnelle d'un système, ensemble constitué par l'assemblage d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention et d'un réacteur monolithe. [Fig. 13] is a three-dimensional perspective view of a system, an assembly constituted by the assembly of an embodiment of a device according to the invention and of a monolith reactor.
[Fig. 14] est une vue en coupe de trois quarts en perspective tridimensionnelle et agrandie d'une partie du système, ensemble représenté sur la Figure 13 et constitué par l'assemblage d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention et d'un réacteur monolithe. [Fig. 14] is a three-quarter sectional view in three-dimensional perspective and enlarged of a part of the system, the assembly shown in Figure 13 and consisting of the assembly of an embodiment of a device according to the invention and of a monolith reactor.
[Fig. 15] est une vue en coupe de trois quarts en perspective tridimensionnelle du système, ensemble représenté sur la Figure 13, et constitué par l'assemblage d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention et d'un réacteur monolithe. [Fig. 15] is a three-quarter sectional view in three-dimensional perspective of the system, the assembly shown in FIG. 13, and constituted by the assembly of an embodiment of a device according to the invention and of a monolith reactor.
[Fig. 16] est une photographie qui montre une image de fond des 12 canaux consécutifs, remplis d'eau. [Fig. 16] is a photograph which shows a background image of the 12 consecutive canals, filled with water.
[Fig. 17] est une photographie qui montre une image des 12 canaux alimentés en air et en eau. [Fig. 17] is a photograph which shows an image of the 12 channels supplied with air and water.
[Fig. 18] est une photographie qui montre une image binarisée (via un seuillage en niveau de gris) de l'écoulement dans la rangée A de 12 canaux telle que montrée sur la Figure 10. [Fig. 19] donne les diagrammes en fréquence pour chacun des 12 canaux de la rangée A (voir Figure 10), obtenus par transformation de Fourrier. Pour chaque diagramme, en abscisse est portée la fréquence (en Hz), et en ordonnée est portée la représentativité (adimensionnelle, comprise en entre 0 et 1) de la fréquence selon l'abscisse. [Fig. 18] is a photograph which shows a binarized image (via gray level thresholding) of the flow in row A of 12 channels as shown in Figure 10. [Fig. 19] gives the frequency diagrams for each of the 12 channels of row A (see Figure 10), obtained by Fourier transformation. For each diagram, on the abscissa is plotted the frequency (in Hz), and on the ordinate is plotted the representativeness (dimensionless, between 0 and 1) of the frequency along the abscissa.
[Fig. 20] est un graphique qui montre les régimes d'écoulement obtenus dans la rangée A de 12 canaux (Figure 10) pour différents débits globaux d'alimentation en gaz Q.G (en abscisse, L.min 1) et en liquide Q.L (en ordonnée, L.min 1). [Fig. 20] is a graph which shows the flow regimes obtained in row A of 12 channels (Figure 10) for different overall gas supply flow rates Q. G (on the abscissa, L.min 1 ) and liquid QL ( on the y-axis, L.min 1 ).
[Fig. 21] est une coupe verticale en vue externe tridimensionnelle, qui représente une géométrie simulée d'un dispositif selon l'invention (tel que celui représenté sur la Figure 11), mise en œuvre dans l'exemple 2, dans lequel une plaque perforée (ou plancher), munie de trous traversants sépare la première chambre en deux sous-chambres, et une autre plaque perforée (ou plancher), munie de trous traversants sépare la seconde chambre en deux sous-chambres. [Fig. 21] is a vertical section in three-dimensional external view, which shows a simulated geometry of a device according to the invention (such as that shown in Figure 11), implemented in Example 2, in which a perforated plate ( or floor), provided with through holes separates the first chamber into two sub-chambers, and another perforated plate (or floor), provided with through holes separates the second chamber into two sub-chambers.
Sur cette Figure les zones « vides » sont en fait des parois ou éléments solides qui n'ont pas été maillés pour la simulation de l'écoulement. Autrement dit, ces parties n'ont pas été représentées (ou « maillées ») dans la simulation car elles n'accueillent pas de phases en écoulement) [Fig. 22] est une vue en coupe verticale tridimensionnelle en vue externe, qui représente une géométrie simulée d'un dispositif selon l'invention, mise en œuvre dans l'exemple 2, dans lequel une plaque perforée (ou plancher), munie de trous traversants sépare la seconde chambre en deux sous-chambres. In this Figure the “empty” areas are in fact walls or solid elements which have not been meshed for the simulation of the flow. In other words, these parts were not represented (or "meshed") in the simulation because they do not accommodate flow phases) [Fig. 22] is a three-dimensional vertical sectional view in external view, which represents a simulated geometry of a device according to the invention, implemented in Example 2, in which a perforated plate (or floor), provided with through holes separates the second bedroom into two sub-bedrooms.
Sur cette Figure les zones « vides » sont en fait des parois ou éléments solides qui n'ont pas été maillés pour la simulation de l'écoulement. In this Figure the “empty” areas are in fact walls or solid elements which have not been meshed for the simulation of the flow.
[Fig. 23] est une coupe verticale tridimensionnelle en vue externe, qui représente une géométrie simulée d'un dispositif distributeur comparatif, non conforme à l'invention, mise en œuvre dans l'exemple 2. Ce dispositif distributeur est un dispositif de type « douche aspergeante », dans lequel une plaque perforée (ou plancher), munie de trous traversants sépare la seconde chambre en deux sous-chambres. [Fig. 23] is a three-dimensional vertical section in external view, which represents a simulated geometry of a comparative dispensing device, not in accordance with the invention, implemented in example 2. This dispensing device is a device of the “spray shower” type. », In which a perforated plate (or floor), provided with through holes, separates the second chamber into two sub-chambers.
Sur cette Figure les zones « vides » sont en fait des parois ou éléments solides qui n'ont pas été maillés pour la simulation de l'écoulement. In this Figure the “empty” areas are in fact walls or solid elements which have not been meshed for the simulation of the flow.
[Fig. 24] est une vue en coupe verticale, qui représente une géométrie simulée d'un dispositif selon l'invention, mise en œuvre dans l'exemple 2, dans lequel une plaque perforée (ou plancher), munie de trous traversants sépare la première chambre en deux sous-chambres, et une autre plaque perforée (ou plancher), munie de trous traversants sépare la seconde chambre en deux sous-chambres. [Fig. 24] is a view in vertical section, which represents a simulated geometry of a device according to the invention, implemented in Example 2, in which a perforated plate (or floor), provided with through holes separates the first chamber. into two sub-chambers, and another perforated plate (or floor), provided with through holes, separates the second chamber into two sub-chambers.
La géométrie de la Figure 24 comporte donc deux plaques perforées ou planchers. The geometry of Figure 24 therefore comprises two perforated plates or floors.
Sur cette Figure les zones « vides » sont en fait des parois ou éléments solides qui n'ont pas été maillés pour la simulation de l'écoulement. In this Figure the “empty” areas are in fact walls or solid elements which have not been meshed for the simulation of the flow.
[Fig. 25] est une vue en coupe verticale qui représente une géométrie simulée d'un dispositif selon l'invention, mise en œuvre dans l'exemple 2, dans lequel une plaque perforée (ou plancher), munie de trous traversants sépare la seconde chambre en deux sous-chambres. [Fig. 25] is a vertical sectional view which represents a simulated geometry of a device according to the invention, implemented in Example 2, in which a perforated plate (or floor), provided with through holes separates the second chamber into two sub-bedrooms.
Sur cette Figure les zones « vides » sont en fait des parois ou éléments solides qui n'ont pas été maillés pour la simulation de l'écoulement. In this Figure the “empty” areas are in fact walls or solid elements which have not been meshed for the simulation of the flow.
Ce dispositif ne comporte pas de plancher dans la chambre supérieure (voir figure 2). [Fig. 26] est une vue en perspective tridimensionnelle qui représente une coupe verticale d'un dispositif de type « douche aspergeante » non conforme à l'invention qui est connecté à un bloc monolithe. This device does not have a floor in the upper chamber (see figure 2). [Fig. 26] is a three-dimensional perspective view which represents a vertical section of a device of the “spray shower” type not in accordance with the invention which is connected to a monolith block.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS DETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
Un mode de réalisation du dispositif, « distributeur », selon l'invention est décrit sur les Figures 1 à 10, ainsi que sur les Figures 13 à 15. An embodiment of the device, "dispenser", according to the invention is described in Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15.
Le dispositif décrit sur ces Figures a une forme sensiblement cylindrique avec une section droite externe circulaire, mais d'autres formes et sections pourraient être facilement envisagées par l'homme du métier, par exemple une section polygonale, notamment carrée ou hexagonale. The device described in these Figures has a substantially cylindrical shape with a circular outer cross section, but other shapes and sections could be easily envisioned by those skilled in the art, for example a polygonal section, in particular square or hexagonal.
Le dispositif décrit sur ces Figures est représenté dans une disposition sensiblement verticale mais il pourrait être disposé autrement par exemple horizontalement ou avec un angle d'inclinaison par rapport à un axe vertical. The device described in these Figures is shown in a substantially vertical arrangement but it could be disposed otherwise, for example horizontally or with an angle of inclination relative to a vertical axis.
Sur la Figure 2, le dispositif de formation, et de distribution d'un écoulement fluidique diphasique selon l'invention comprend une enceinte en un matériau tel que défini plus haut. In FIG. 2, the device for forming and distributing a two-phase fluidic flow according to the invention comprises an enclosure made of a material as defined above.
Cette enceinte est définie par une paroi supérieure (1), une paroi inférieure (2) et une paroi latérale interne de section rectangulaire (3). This enclosure is defined by an upper wall (1), a lower wall (2) and an internal side wall of rectangular section (3).
Dans la paroi supérieure (1) peut être prévu un couvercle amovible (4) éventuellement transparent ou un hublot. In the upper wall (1) can be provided a removable cover (4) optionally transparent or a porthole.
Dans cette enceinte, est définie une première chambre (5) (sur les figures, cette chambre est une chambre supérieure mais il pourrait s'agir a contrario d'une chambre inférieure) destinée à recevoir une première phase fluide, par exemple une phase liquide. In this enclosure, is defined a first chamber (5) (in the figures, this chamber is an upper chamber but it could, conversely, be a lower chamber) intended to receive a first fluid phase, for example a liquid phase. .
Cette première chambre (5) comprend au moins un orifice (6) pour l'admission de la première phase fluide à l'intérieur de ladite première chambre (5), que l'on peut par exemple appeler orifice d'admission de liquide (6). Sur les Figures 1 à 10, ainsi que sur les Figures 13 à 15, deux orifices d'admission (6) sont représentés mais la première chambre (5) pourrait ne comprendre qu'un seul orifice ou plus de deux orifices d'admission, par exemple 3, 4, ou même 6 ou 8 orifices d'admission. This first chamber (5) comprises at least one orifice (6) for the admission of the first fluid phase inside said first chamber (5), which can for example be called the liquid inlet orifice ( 6). In Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15, two inlet ports (6) are shown but the first chamber (5) could only include a single port or more than two inlet ports, for example 3, 4, or even 6 or 8 inlet ports.
Dans le cas où la première chambre (5) ne comprendrait qu'un seul orifice d'admission, il pourrait s'agir notamment d'un seul orifice circulaire qui permet une alimentation plus homogène en première phase fluide. In the event that the first chamber (5) only comprises a single inlet orifice, it could in particular be a single circular orifice which allows a more homogeneous supply of the first fluid phase.
De manière générale la géométrie préférée du ou des orifices d'admission, quel qu'en soit le nombre est une géométrie circulaire. In general, the preferred geometry of the intake port (s), whatever the number, is a circular geometry.
Sur les Figures 1 à 10, ainsi que sur les Figures 13 à 15, les orifices (6) sont disposés, à titre d'exemple, dans la paroi latérale (3) de la première chambre (5) mais un ou plusieurs orifices pourraient également être prévus dans la paroi supérieure (1). On pourrait même envisager seulement un seul orifice ou plusieurs orifices prévu(s) dans la paroi supérieure (1) pour l'alimentation de la première chambre (5) en première phase fluide telle qu'un liquide. In Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15, the orifices (6) are arranged, by way of example, in the side wall (3) of the first chamber (5) but one or more orifices could also be provided in the upper wall (1). One could even consider only a single orifice or several orifices provided in the upper wall (1) for supplying the first chamber (5) with a first fluid phase such as a liquid.
Ensuite, sur les Figures 1 à 10, ainsi que sur les Figures 13 à 15, les deux orifices (6) pour l'admission de la première phase fluide à l'intérieur de la première chambre (5) sont disposés de manière diamétralement opposés sur la circonférence de la première chambre (5) mais d'autres dispositions pourraient être prévues. Lorsque la première chambre (5) comprend plusieurs orifices d'admission, alors ils sont répartis régulièrement à la circonférence de la première chambre (5). Then, in Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15, the two orifices (6) for the admission of the first fluid phase inside the first chamber (5) are arranged diametrically opposed. on the circumference of the first chamber (5) but other arrangements could be provided. When the first chamber (5) comprises several intake openings, then they are distributed regularly around the circumference of the first chamber (5).
Dans cette enceinte est également définie une seconde chambre (7) (sur les figures cette chambre est une chambre inférieure mais il pourrait s'agir a contrario d'une chambre supérieure) destinée à recevoir une seconde phase fluide, par exemple une phase gazeuse. In this enclosure is also defined a second chamber (7) (in the figures this chamber is a lower chamber but it could, conversely, be an upper chamber) intended to receive a second fluid phase, for example a gas phase.
Cette seconde chambre (7) comprend au moins un orifice (8) pour l'admission de la seconde phase fluide à l'intérieur de ladite seconde chambre (7), que l'on peut par exemple appeler orifice d'admission de gaz (8). This second chamber (7) comprises at least one orifice (8) for the admission of the second fluid phase inside said second chamber (7), which can for example be called gas inlet orifice ( 8).
Sur les Figures 1 à 10, ainsi que sur les Figures 13 à 15, deux orifices d'admission (8) sont représentés mais la seconde chambre (7) pourrait ne comprendre qu'un seul orifice ou plus de deux orifices d'admission, par exemple 3, 4, ou même 6 ou 8 orifices d'admission. In Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15, two inlet ports (8) are shown but the second chamber (7) could not include only one port or more than two inlet ports, eg 3, 4, or even 6 or 8 inlet ports.
Dans le cas où la seconde chambre (7) ne comprendrait qu'un seul orifice d'admission, il pourrait s'agir notamment d'un seul orifice circulaire qui permet une alimentation plus homogène en seconde phase fluide. In the event that the second chamber (7) only comprises a single inlet orifice, it could in particular be a single circular orifice which allows a more homogeneous supply of the second fluid phase.
De manière générale la géométrie préférée du ou des orifices d'admission, quel qu'en soit le nombre est une géométrie circulaire. In general, the preferred geometry of the intake port (s), whatever the number, is a circular geometry.
Sur les Figures 1 à 10, ainsi que sur les Figures 13 à 15, les orifices (8) sont disposés, à titre d'exemple, dans la paroi latérale de la seconde chambre (7). In Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15, the orifices (8) are arranged, by way of example, in the side wall of the second chamber (7).
Ensuite, sur les Figures 1 à 10, ainsi que sur les Figures 13 à 15, les deux orifices (8) pour l'admission de la seconde phase fluide à l'intérieur de la seconde chambre (7) sont disposés de manière diamétralement opposés sur la circonférence de la seconde chambre (7) mais d'autres dispositions pourraient être prévues. Lorsque la seconde chambre (7) comprend plusieurs orifices d'admission (8), alors ils sont répartis régulièrement à la circonférence de la seconde chambre (7). Then, in Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15, the two openings (8) for the admission of the second fluid phase inside the second chamber (7) are arranged diametrically opposed. on the circumference of the second chamber (7) but other arrangements could be provided. When the second chamber (7) comprises several intake openings (8), then they are distributed regularly around the circumference of the second chamber (7).
Comme cela est représenté sur les Figures 1 à 10, ainsi que sur les Figures 13 à 15, la première (5) et la seconde chambres (7) sont distinctes et séparées par une cloison (9), et le au moins un orifice (6) pour l'admission d'une première phase fluide à l'intérieur de ladite première chambre (5), et le au moins un orifice (8) pour l'admission d'une seconde phase fluide à l'intérieur de la seconde chambre (7) sont bien distincts. As shown in Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15, the first (5) and the second chamber (7) are distinct and separated by a partition (9), and the at least one orifice ( 6) for the admission of a first fluid phase inside said first chamber (5), and the at least one orifice (8) for the admission of a second fluid phase inside the second bedroom (7) are quite distinct.
Sur les Figures 1 à 10, ainsi que sur les Figures 13 à 15, le dispositif étant vertical, la cloison de séparation (9) est horizontale. In Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15, the device being vertical, the partition wall (9) is horizontal.
Sur les Figures 1 à 10, ainsi que sur les Figures 13 à 15, une plaque perforée (10) munie de trous traversant (11) sépare la seconde chambre (7) en une première sous-chambre (12) définie entre la cloison (9) et la plaque perforée (10) et une seconde sous-chambre (13) en communication fluidique avec la première sous-chambre (12) par l'intermédiaire des trous traversant (11). Les deux orifices (8) pour l'admission de la seconde phase fluide (gaz) se trouvant dans la première sous-chambre (12). In Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15, a perforated plate (10) provided with through holes (11) separates the second chamber (7) into a first sub-chamber (12) defined between the partition ( 9) and the perforated plate (10) and a second sub-chamber (13) in fluid communication with the first sub-chamber (12) via the through holes (11). The two orifices (8) for the admission of the second fluid phase (gas) located in the first sub-chamber (12).
Cette plaque perforée (10), qui sur les Figures 1 à 10, ainsi que sur les Figures 13 à 15, est horizontale, peut donc être dénommée plancher à trous et assure une homogénéisation préalable du débit de gaz avant son passage dans la seconde sous- chambre (13). This perforated plate (10), which in Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15, is horizontal, can therefore be called a perforated floor and provides a prior homogenization of the gas flow before it passes through the second sub-chamber (13).
Les trous traversant (11) de la plaque perforée (10) peuvent posséder toute forme. Par exemple, ils peuvent avoir une forme de polygone (par exemple carré, pentagone, hexagone, rectangle, losange ...), de cercle (autrement dit, ils peuvent être circulaires), ou d'ellipse. The through holes (11) of the perforated plate (10) can have any shape. For example, they can have the shape of a polygon (for example square, pentagon, hexagon, rectangle, rhombus ...), of circle (in other words, they can be circular), or of ellipse.
Les trous traversants (11) de la plaque perforée (10) peuvent avoir une plus grande dimension, telle qu'un diamètre, par exemple de 1 mm à 3 mm. The through holes (11) of the perforated plate (10) may have a larger dimension, such as a diameter, for example from 1 mm to 3 mm.
La plaque perforée (10) peut être placée en diverses positions, pa r exemple à différentes hauteurs, dans la seconde chambre (7) si bien que la première sous- chambre (12) et la seconde sous-chambre (13) peuvent avoir des tailles variables. The perforated plate (10) can be placed in various positions, for example at different heights, in the second chamber (7) so that the first sub-chamber (12) and the second sub-chamber (13) may have variable sizes.
La plaque perforée (10) peut être placée par exemple à mi-hauteur dans la seconde chambre (7). The perforated plate (10) can be placed for example halfway up in the second chamber (7).
Cette plaque perforée (10) dans la seconde chambre (7) peut toutefois être omise si une plaque perforée est prévue dans la première chambre mais il est préférable qu'elle soit présente aux fins précitées d'homogénéisation du courant. This perforated plate (10) in the second chamber (7) can however be omitted if a perforated plate is provided in the first chamber, but it is preferable that it be present for the aforementioned purposes of homogenization of the stream.
Il est à noter qu'une plaque perforée munie de trous traversants (non représentée sur les Figures 1 à 10 et 13 à 15) peut en outre être prévue dans la première chambre (5) (voir plus bas et Figures 11 et 12). Cette plaque perforée sépare alors la première chambre (5) en une première sous-chambre définie entre la cloison (9) et ladite plaque perforée, et une seconde sous-chambre en communication fluidique avec la première sous-chambre par l'intermédiaire de trous traversant. Si une plaque perforée est ainsi prévue dans la première chambre (5), alors une plaque perforée (10) munie de trous traversants (11) peut être prévue dans la seconde chambre (7) comme décrit plus haut, ou bien cette plaque perforée peut être omise dans la seconde chambre (7). It should be noted that a perforated plate provided with through holes (not shown in Figures 1 to 10 and 13 to 15) can also be provided in the first chamber (5) (see below and Figures 11 and 12). This perforated plate then separates the first chamber (5) into a first sub-chamber defined between the partition (9) and said perforated plate, and a second sub-chamber in fluid communication with the first sub-chamber via holes crossing. If a perforated plate is thus provided in the first chamber (5), then a perforated plate (10) provided with through holes (11) may be provided in the second chamber (7) as described above, or else this perforated plate may be omitted in the second chamber (7).
Le dispositif selon l'invention comprend en outre plusieurs canaux (14), comportant chacun une première extrémité ouverte (15) dans la première chambre (5), lesdits canaux (14) traversant ladite cloison (9) et s'étendant dans la seconde chambre (7) jusqu'à une seconde extrémité ouverte (16) débouchant à l'extérieur d'une paroi (2) de la seconde chambre (7) éloignée de ladite cloison (9). Cette paroi (2) n'est autre que la paroi inférieure de l'enceinte. Dans ces canaux (14) circule la première phase fluide depuis la première extrémité (15) jusqu'à la seconde extrémité (16). The device according to the invention further comprises several channels (14), each comprising a first open end (15) in the first chamber (5), said channels (14) passing through said partition (9) and extending into the second. chamber (7) up to a second open end (16) opening out to the outside of a wall (2) of the second chamber (7) remote from said partition (9). This wall (2) is none other than the wall bottom of the enclosure. In these channels (14) circulates the first fluid phase from the first end (15) to the second end (16).
Ainsi sur les Figures 1 à 10, ainsi que sur les Figures 13 à 15, les canaux (14) ont une embouchure (15) prévue dans la première chambre supérieure (5) et ces canaux (14) dépassent au-delà de la cloison (9) sur une certaine longueur à l'intérieur de la première chambre (5) avant de s'ouvrir à leur première extrémité (15) dans la première chambre (5). Thus in Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15, the channels (14) have a mouth (15) provided in the first upper chamber (5) and these channels (14) protrude beyond the partition (9) over a certain length inside the first chamber (5) before opening at their first end (15) into the first chamber (5).
D'autres configurations sont possibles pour l'extrémité des canaux (14). Notamment, les canaux peuvent ne pas dépasser au-delà de la cloison (9) à l'intérieur de la première chambre (5) et leur première extrémité (15) peut alors se présenter sous la forme d'un simple orifice arasant, affleurant, à la surface de la cloison (9) du côté de la première chambre (5). Other configurations are possible for the end of the channels (14). In particular, the channels may not protrude beyond the partition (9) inside the first chamber (5) and their first end (15) may then be in the form of a simple flush orifice, flush. , on the surface of the partition (9) on the side of the first chamber (5).
Les canaux (14) s'étendent dans la seconde chambre (7), traversent la paroi inférieure (2) ou base de l'enceinte et de la seconde chambre (7), jusqu'à une seconde extrémité ouverte (16) débouchant à l'extérieur de la paroi inférieure (2) de l'enceinte et de la seconde chambre (7). The channels (14) extend into the second chamber (7), pass through the lower wall (2) or base of the enclosure and of the second chamber (7), up to a second open end (16) opening out to the exterior of the lower wall (2) of the enclosure and of the second chamber (7).
Les canaux (14) peuvent éventuellement voir leur section s'agrandir lors de la traversée de la paroi (2) comme représenté notamment sur la Figure 2. The channels (14) can optionally see their section enlarge when passing through the wall (2) as shown in particular in Figure 2.
Cet élargissement des canaux (14) lors de la traversée de la paroi (2) n'est toutefois montrée qu'à titre d'exemple et n'est pas obligatoire, la section des canaux (14) peut en effet rester la même lors de la traversée de la paroi (2). This widening of the channels (14) when passing through the wall (2) is however only shown by way of example and is not mandatory, the section of the channels (14) may in fact remain the same when through the wall (2).
Par cette seconde extrémité ouverte (16) sort l'écoulement diphasique qui peut alimenter un appareil tel qu'un absorbeur ou réacteur monolithe (voir Figures 13 à 15). Through this second open end (16) leaves the two-phase flow which can feed an apparatus such as an absorber or a monolith reactor (see Figures 13 to 15).
Chacun des canaux (14) est défini par une paroi latérale (17), et ladite paroi latérale (17) est pourvue, dans la seconde chambre (7), d'une entrée (18) ou ouverture latérale pour permettre l'introduction de la seconde phase (ici un gaz) dans chacun des canaux (14), la mise en contact de la seconde phase avec la première phase et la formation (au-delà de ces entrées (18) dans le sens de l'écoulement de la première phase) d'un écoulement fluidique diphasique dans les canaux. Cette entrée (18) ou ouverture latérale dans les canaux (14), au sein de la seconde chambre (7), peut se trouver en n'importe quel point sur la longueur de ces canaux (14) dans la seconde chambre (7), autrement dit à n'importe quelle hauteur dans la seconde chambre (7). Each of the channels (14) is defined by a side wall (17), and said side wall (17) is provided, in the second chamber (7), with an inlet (18) or lateral opening to allow the introduction of the second phase (here a gas) in each of the channels (14), the placing of the second phase in contact with the first phase and the formation (beyond these inlets (18) in the direction of flow of the first phase) of a two-phase fluid flow in the channels. This entry (18) or lateral opening in the channels (14), within the second chamber (7), can be located at any point along the length of these channels (14) in the second chamber (7) , in other words at any height in the second chamber (7).
De préférence cette entrée (18) ou ouverture latérale dans les canaux (14), au sein de la seconde chambre (7) se trouve vers le milieu de la longueur, vers le milieu de la hauteur de ces canaux dans la seconde chambre au cas notamment où un peu de la première phase entrerait dans la seconde chambre alimentée en seconde phase. Preferably this inlet (18) or lateral opening in the channels (14), within the second chamber (7) is located towards the middle of the length, towards the middle of the height of these channels in the second chamber in case in particular where a little of the first phase would enter the second chamber supplied in the second phase.
Sur les Figures 1 à 10, ainsi que sur les Figures 13 à 15, est représenté un mode de réalisation préféré dans lequel les entrées (18) dont sont pourvus les canaux se trouvent dans la seconde sous-chambre (13) définie sous la plaque perforée ou plancher à trous (10). Ce mode de réalisation préféré permet une alimentation en gaz uniforme de toutes les entrées (18). In Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15, a preferred embodiment is shown in which the inlets (18) with which the channels are provided are located in the second sub-chamber (13) defined under the plate. perforated or perforated floor (10). This preferred embodiment allows a uniform gas supply to all inlets (18).
Sur les Figures 1 à 10, ainsi que sur les Figures 13 à 15, les canaux (14) sont parallèles les uns aux autres et ils sont disposés en rangées. Plus exactement, sur les Figures 1 à 10, ainsi que sur les Figures 13 à 15, les canaux (14) sont au nombre de 84 et sont disposés en 7 rangées chacune de 12 canaux (14). In Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15, the channels (14) are parallel to each other and they are arranged in rows. More exactly, in Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15, the channels (14) are 84 in number and are arranged in 7 rows each of 12 channels (14).
Les canaux (14) représentés sur les Figures 1 à 10, ainsi que sur les Figures 13 à 15, sont des canaux avec une section droite circulaire, mais des sections droites avec d'autres formes peuvent être envisagées, par exemple une section polygonale, notamment carrée, rectangulaire, pentagonale, hexagonale, ou en losange, ou encore une section en ellipse. The channels (14) shown in Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15, are channels with a circular cross section, but straight sections with other shapes can be considered, for example a polygonal section, in particular square, rectangular, pentagonal, hexagonal, or in rhombus, or else an elliptical section.
Les canaux (14) peuvent avoir une plus grande dimension, telle qu'un diamètre, tel que précisé plus haut, de The channels (14) may have a larger dimension, such as a diameter, as specified above, of
1 à 10 mm, de préférence de 2 à 6 mm, de préférence encore de 3 à 5 mm, mieux de 4 à 5 mm. 1 to 10 mm, preferably 2 to 6 mm, more preferably 3 to 5 mm, better still 4 to 5 mm.
Les entrées (18) des canaux peuvent se présenter sous une ou plusieurs formes. The channel inputs (18) can be in one or more forms.
Par exemple, les canaux du dispositif représentés sur les Figures 1 à 10, ainsi que sur les Figures 13 à 15, ont dans chaque rangée des entrées (18). Ces entrées (18) ont les formes suivantes : orifice dans la paroi latérale du canal relié à un tube orthogonal avec la paroi latérale du canal (c'est-à-dire formant un raccord en T avec la paroi latérale du canal) ou à un tube incliné horizontalement ou verticalement par rapport à la paroi latérale du canal selon, simple orifice affleurant, arasant (ne formant donc pas une barre de T) dans la paroi latérale du canal. Ce tube orthogonal ou incliné a une longueur de 1 ou de 2 mm, et son diamètre est de 0,5 à 2 mm et cet orifice affleurant a un diamètre de 0,5 à 2 mm. For example, the channels of the device shown in Figures 1-10, as well as Figures 13-15, have inlets (18) in each row. These inlets (18) have the following shapes: orifice in the side wall of the channel connected to an orthogonal tube with the side wall of the channel (i.e. forming a T-fitting with the side wall of the channel) or to a tube inclined horizontally or vertically with respect to the side wall of the channel according to, simple flush orifice, leveling (therefore not forming a T bar) in the side wall of the channel. This orthogonal or inclined tube has a length of 1 or 2 mm, and its diameter is 0.5 to 2 mm and this flush hole has a diameter of 0.5 to 2 mm.
L'orifice affleurant et les tubes ont sur les Figures une section droite circulaire mais d'autre formes sont possibles : polygones notamment carré, losange etc. The flush orifice and the tubes have in the Figures a circular cross section but other shapes are possible: polygons, in particular square, rhombus, etc.
Le dispositif des Figures 1 à 10, ainsi que celui montré sur les Figures 13 à 15, est pourvu de moyens de connexion avec un appareil à alimenter avec un écoulement fluidique diphasique tel qu'un réacteur à lit fixe ou un réacteur monolithe. The device of Figures 1 to 10, as well as that shown in Figures 13 to 15, is provided with means for connection with an apparatus to be supplied with a two-phase fluid flow such as a fixed bed reactor or a monolith reactor.
Sur les Figures 1 à 10, ainsi que sur les Figures 13 à 15, ces moyens de connexion sont constitués par un système de brides de serrage (19) situés à la base du dispositif. In Figures 1 to 10, as well as in Figures 13 to 15, these connection means consist of a system of clamping flanges (19) located at the base of the device.
Un autre système de bride de serrage (20) est prévu au sommet du dispositif pour une connexion avec d'autres appareils ou canalisations. Another clamp system (20) is provided at the top of the device for connection with other devices or pipelines.
Les figures 5, 6, et 7 sont des vues du mode de réalisation du dispositif selon l'invention tel que représenté sur les Figures 1 à 4 avec des côtes. Figures 5, 6, and 7 are views of the embodiment of the device according to the invention as shown in Figures 1 to 4 with ribs.
Ces côtes ne sont données qu'à titre d'exemple et ne sauraient constituer en aucune manière une limitation des dimensions du dispositif et des parties constitutives de celui-ci. These dimensions are given only by way of example and can in no way constitute a limitation of the dimensions of the device and of the constituent parts thereof.
Les dimensions du dispositif, distributeur selon l'invention, peuvent en effet varier entre de larges limites. The dimensions of the device, distributor according to the invention, can in fact vary between wide limits.
Par exemple, le dispositif selon l'invention peut avoir une hauteur de 71 mm, et un diamètre de 88 mm avec des brides extérieures, ce diamètre pouvant être moindre si le dispositif ne comporte pas de brides. La hauteur de la chambre inférieure (7) (chambre pour la phase gaz) peut être alors de 29 mm. Un des avantages du dispositif selon l'invention est qu'il peut être d'un encombrement très réduit avec des dimensions de canaux très faibles, cela est notamment rendu possible lorsque le dispositif est un dispositif monobloc fabriqué par impression 3D. For example, the device according to the invention may have a height of 71 mm, and a diameter of 88 mm with external flanges, this diameter possibly being less if the device does not have flanges. The height of the lower chamber (7) (chamber for the gas phase) can then be 29 mm. One of the advantages of the device according to the invention is that it can be very compact with very small channel dimensions, this is made possible in particular when the device is a one-piece device manufactured by 3D printing.
Comme le dispositif, distributeur selon l'invention, a pour fonction essentielle d'alimenter avec un écoulement diphasique (gaz et liquide, ou deux liquides) un appareil tel qu'un réacteur chimique, ses dimensions sont donc variables, adaptées au réacteur de destination. De même, les débits globaux de phases qui alimentent le dispositif selon l'invention sont dictés par les débits nécessaires pour le réacteur. As the device, distributor according to the invention, has the essential function of supplying with a two-phase flow (gas and liquid, or two liquids) an apparatus such as a chemical reactor, its dimensions are therefore variable, adapted to the destination reactor. . Likewise, the overall phase flow rates which feed the device according to the invention are dictated by the flow rates necessary for the reactor.
La Figure 10 montre les 7 rangées, lignes (dénommées rangées, lignes A, B, C, D, E, F, et G) de canaux (14) -chaque rangée, ligne comprenant 12 canaux- du mode de réalisation du dispositif selon l'invention représenté sur les Figures 1 à 7 et 8 et 9. La Figure 10 montre différents exemples de la configuration d'entrée prévue pour la seconde phase (gaz). Figure 10 shows the 7 rows, lines (called rows, lines A, B, C, D, E, F, and G) of channels (14) - each row, line comprising 12 channels - of the embodiment of the device according to the invention shown in Figures 1 to 7 and 8 and 9. Figure 10 shows various examples of the inlet configuration provided for the second phase (gas).
Ces configurations des entrées, orifices d'admission, sont les suivantes pour les lignes, rangées, A, B, C, D, E, F, et G : These configurations of the inlets, inlet ports, are as follows for lines, rows, A, B, C, D, E, F, and G:
Ligne A : Trou arasant, c'est-à-dire sans tube en té de prolongation, d'un diamètre de 1 mm. Ligne B : Tube en té (formant un « T » avec le canal) avec un tube de prolongation d'une longueur de 2,5 mm depuis un trou d'un diamètre de 1 mm dans le canal. Line A: Flush hole, that is to say without an extension tee tube, with a diameter of 1 mm. Line B: Tee tube (forming a “T” with the channel) with an extension tube 2.5mm long from a 1mm diameter hole in the channel.
Ligne C : Tube en té (formant un « T » avec le canal) avec un tube de prolongation d'une longueur de 2,5 mm depuis un trou d'un diamètre de 1,5 mm dans le canal. Line C: Tee tube (forming a "T" with the channel) with an extension tube 2.5mm long from a 1.5mm diameter hole in the channel.
Ligne D : Trou arasant, c'est-à-dire sans tube en té de prolongation, d'un diamètre de 2 mm. Line D: Flush hole, that is to say without extension tee tube, with a diameter of 2 mm.
Ligne E : Tube en té (formant un « T » avec le canal) avec un tube de prolongation d'une longueur de 2,5 mm depuis un trou d'un diamètre de 2 mm dans le canal. Le tube de prolongation est disposé avec une orientation de 22° sur l'axe vertical pour dégager au maximum l'orifice d'entrée de gaz par rapport au canal suivant et donc pour se trouver entre deux canaux de la ligne suivante. Line E: Tee tube (forming a “T” with the channel) with an extension tube 2.5mm long from a 2mm diameter hole in the channel. The extension tube is arranged with an orientation of 22 ° on the vertical axis in order to free the gas inlet orifice as much as possible with respect to the following channel and therefore to be located between two channels of the following line.
Ligne F : Tube en té (formant un « T » avec le canal) avec un tube de prolongation d'une longueur de 2,5 mm depuis un trou d'un diamètre de 2 mm dans le canal. Ligne G : Tube en té (formant un « T » avec le canal) avec un tube de prolongation d'une longueur de 1,5 mm depuis un trou d'un diamètre de 2 mm dans le canal. Line F: Tee tube (forming a “T” with the channel) with an extension tube 2.5mm long from a 2mm diameter hole in the channel. Line G: Tee tube (forming a “T” with the channel) with an extension tube 1.5 mm long from a 2 mm diameter hole in the channel.
Un autre mode de réalisation du dispositif, « distributeur », selon l'invention est décrit sur la Figure 11. Another embodiment of the device, “dispenser”, according to the invention is described in Figure 11.
Dans ce mode de réalisation du dispositif, décrit sur la Figure 11, une plaque perforée (21) munie de trous traversants (22) est en outre prévue dans la première chambre (5). Cette plaque perforée (21) sépare alors la première chambre (5) en une première sous-chambre (23) définie entre la cloison (9) et ladite plaque perforée (21), et une seconde sous-chambre (24) en communication fluidique avec la première sous- chambre (23) par l'intermédiaire des trous traversants (22). In this embodiment of the device, described in Figure 11, a perforated plate (21) provided with through holes (22) is further provided in the first chamber (5). This perforated plate (21) then separates the first chamber (5) into a first sub-chamber (23) defined between the partition (9) and said perforated plate (21), and a second sub-chamber (24) in fluid communication with the first sub-chamber (23) via the through holes (22).
La plaque perforée (21) peut être placée en diverses positions, pa r exemple à différentes hauteurs, dans la première chambre (5), si bien que la première sous- chambre (23) et la seconde sous-chambre (24) peuvent avoir des tailles variables. The perforated plate (21) can be placed in various positions, for example at different heights, in the first chamber (5), so that the first sub-chamber (23) and the second sub-chamber (24) can have varying sizes.
La plaque perforée (21) peut être placée par exemple à mi-hauteur dans la première chambre (5). The perforated plate (21) can be placed, for example, halfway up in the first chamber (5).
Mis à part la présence d'une plaque perforée (21) munie de trous traversants (22) dans la première chambre (5), le dispositif de ce mode de réalisation décrit sur la Figure 11 est sensiblement analogue au dispositif du mode de réalisation décrit sur les Figures 1 à 10, et la description du dispositif du mode de réalisation des Figures 1 à 10, s'applique aussi au dispositif du mode de réalisation de la Figure 11. Apart from the presence of a perforated plate (21) provided with through holes (22) in the first chamber (5), the device of this embodiment described in FIG. 11 is substantially similar to the device of the described embodiment. in Figures 1 to 10, and the description of the device of the embodiment of Figures 1 to 10, also applies to the device of the embodiment of Figure 11.
En particulier, dans le dispositif du mode de réalisation décrit sur la Figure 11, une plaque perforée (10) munie de trous traversants (11) est aussi prévue dans la seconde chambre (7) comme décrit plus haut pour le mode de réalisation des Figures 1 à 10. In particular, in the device of the embodiment described in Figure 11, a perforated plate (10) provided with through holes (11) is also provided in the second chamber (7) as described above for the embodiment of Figures 1 to 10.
Cependant, il est à noter que dans le dispositif du mode de réalisation décrit sur la Figure 11, la première chambre (5) ne comprend qu'un seul orifice (6), prévu dans la paroi supérieure (1), pour l'admission de la première phase fluide à l'intérieur de ladite première chambre (5). Sur la Figure 11 cet orifice unique (6) est un orifice circulaire prévu dans la paroi supérieure (1) qui permet une alimentation plus simple (donc techniquement plus facile) en première phase fluide. However, it should be noted that in the device of the embodiment described in Figure 11, the first chamber (5) comprises only one orifice (6), provided in the upper wall (1), for the admission. of the first fluid phase inside said first chamber (5). In Figure 11 this single orifice (6) is a circular orifice provided in the upper wall (1) which allows a simpler supply (therefore technically easier) in the first fluid phase.
De plus le dispositif du mode de réalisation décrit sur la Figure 11 ne comporte pas comme les dispositifs des Figures 1 à 10 et 13 à 15 de moyens de connexion avec un appareil à alimenter avec un écoulement fluidique diphasique tel qu'un réacteur à lit fixe ou un réacteur monolithe, ces moyens de connexion pouvant être constitués par un système de brides de serrage (19) situés à la base du dispositif. In addition, the device of the embodiment described in Figure 11 does not include, like the devices of Figures 1 to 10 and 13 to 15, means for connection with an apparatus to be supplied with a two-phase fluid flow such as a fixed bed reactor. or a monolith reactor, these connection means possibly consisting of a system of clamping flanges (19) located at the base of the device.
Toutefois le dispositif de la Figure 11 pourrait bien évidemment être pourvu de moyens de connexion avec un appareil à alimenter avec un écoulement fluidique diphasique. However, the device of FIG. 11 could of course be provided with means for connection with an apparatus to be supplied with a two-phase fluid flow.
Un système de bride de serrage (20) est prévu au sommet du dispositif pour une connexion éventuelle avec d'autres appareils ou canalisations. A clamping clamp system (20) is provided at the top of the device for possible connection with other devices or pipes.
Encore un autre mode de réalisation du dispositif « distributeur » selon l'invention est décrit sur la Figure 12. Yet another embodiment of the "dispenser" device according to the invention is described in Figure 12.
Dans ce mode de réalisation, décrit sur la Figure 12, une plaque perforée (21) munie de trous traversants (22) est prévue dans la première chambre (5). Cette plaque perforée (21) sépare alors la première chambre (5) en une première sous-chambre (23) définie entre la cloison (9) et ladite plaque perforée (21), et une seconde sous-chambre (24) en communication fluidique avec la première sous-chambre (23) par l'intermédiaire des trous traversants (22). In this embodiment, depicted in Figure 12, a perforated plate (21) provided with through holes (22) is provided in the first chamber (5). This perforated plate (21) then separates the first chamber (5) into a first sub-chamber (23) defined between the partition (9) and said perforated plate (21), and a second sub-chamber (24) in fluid communication with the first sub-chamber (23) via the through holes (22).
La plaque perforée (21) peut être placée en diverses positions, pa r exemple à différentes hauteurs, dans la première chambre (5), si bien que la première sous- chambre (23) et la seconde sous-chambre (24) peuvent avoir des tailles variables. The perforated plate (21) can be placed in various positions, for example at different heights, in the first chamber (5), so that the first sub-chamber (23) and the second sub-chamber (24) can have varying sizes.
La plaque perforée (21) peut être placée par exemple à mi-hauteur dans la première chambre (5). The perforated plate (21) can be placed, for example, halfway up in the first chamber (5).
Les trous traversant (22) de la plaque perforée (21) peuvent posséder toute forme. Par exemple, ils peuvent avoir une forme de polygone (par exemple carré, pentagone, hexagone, rectangle, losange ...), de cercle (autrement dit, ils peuvent être circulaires), ou d'ellipse. Les trous traversants (22) de la plaque perforée (21) peuvent avoir une plus grande dimension, telle qu'un diamètre, par exemple de 1 mm à 3 mm. The through holes (22) of the perforated plate (21) can have any shape. For example, they can have the shape of a polygon (for example square, pentagon, hexagon, rectangle, rhombus ...), of circle (in other words, they can be circular), or of ellipse. The through holes (22) of the perforated plate (21) may have a larger dimension, such as a diameter, for example from 1 mm to 3 mm.
Mis à part la présence d'une plaque perforée (21) munie de trous traversants (22) dans la première chambre, le dispositif de ce mode de réalisation décrit sur la Figure 12 est analogue au dispositif du mode de réalisation décrit sur les Figures 1 à 10, et la description du mode de réalisation du dispositif des Figures 1 à 10, s'applique aussi au mode de réalisation de la Figure 12. Apart from the presence of a perforated plate (21) provided with through holes (22) in the first chamber, the device of this embodiment described in Figure 12 is similar to the device of the embodiment described in Figures 1 to 10, and the description of the embodiment of the device of Figures 1 to 10, also applies to the embodiment of Figure 12.
Cependant, dans le mode de réalisation décrit sur la Figure 12, une plaque perforée munie de trous traversants n'est plus prévue dans la seconde chambre (7) comme décrit plus haut pour le mode de réalisation des Figures 1 à 10 et 11. However, in the embodiment described in Figure 12, a perforated plate provided with through holes is no longer provided in the second chamber (7) as described above for the embodiment of Figures 1 to 10 and 11.
Il est aussi à noter que, dans le dispositif du mode de réalisation décrit sur la Figure 12, la première chambre (5) ne comprend qu'un seul un orifice (6), prévu dans la paroi supérieure (1), pour l'admission de la première phase fluide à l'intérieur de ladite première chambre (5). Sur la Figure 12 cet orifice unique (6) est un orifice circulaire prévu dans la paroi supérieure (1) qui permet une alimentation plus simple en première phase fluide. It should also be noted that, in the device of the embodiment described in Figure 12, the first chamber (5) comprises only one orifice (6), provided in the upper wall (1), for the admission of the first fluid phase inside said first chamber (5). In FIG. 12 this single orifice (6) is a circular orifice provided in the upper wall (1) which allows a simpler supply of the first fluid phase.
De plus le dispositif du mode de réalisation décrit sur la Figure 12 ne comporte pas comme les dispositifs des Figures 1 à 10 et 13 à 15 de moyens de connexion avec un appareil à alimenter avec un écoulement fluidique diphasique tel qu'un réacteur à lit fixe ou un réacteur monolithe, ces moyens de connexion pouvant être constitués par un système de brides de serrage (19) situés à la base du dispositif. In addition, the device of the embodiment described in Figure 12 does not include, like the devices of Figures 1 to 10 and 13 to 15, means of connection with an apparatus to be supplied with a two-phase fluid flow such as a fixed bed reactor. or a monolith reactor, these connection means possibly consisting of a system of clamping flanges (19) located at the base of the device.
Toutefois le dispositif de la Figure 12 pourrait bien évidemment être pourvu de moyens de connexion avec un appareil à alimenter avec un écoulement fluidique diphasique. However, the device of Figure 12 could obviously be provided with means of connection with an apparatus to be supplied with a two-phase fluid flow.
Enfin, un système de bride de serrage (20) n'est pas prévu au sommet du dispositif pour une connexion avec d'autres appareils ou canalisations. Mais, là encore, le dispositif de la Figure 12 pourrait bien évidemment être pourvu d'un système de bride de serrage (20) au sommet du dispositif pour une connexion avec d'autres appareils ou canalisations. Finally, a clamping flange system (20) is not provided at the top of the device for connection with other devices or pipes. But, again, the device of Figure 12 could of course be provided with a clamping flange system (20) at the top of the device for connection with other devices or pipes.
Sur les Figures 13 à 15, on a représenté un système comprenant un dispositif selon l'invention (100) et un appareil à alimenter (101) avec un écoulement fluidique diphasique à savoir un réacteur monolithe (101). Le réacteur monolithe (101) est assemblé avec le dispositif selon l'invention au moyen de la bride (19) prévue à la base du dispositif selon l'invention (100) et d'une bride (102) prévue au sommet du réacteur monolithe (101), un joint plat est placé entre ces brides et ce joint est écrasé par serrage avec des vis (103). In FIGS. 13 to 15, there is shown a system comprising a device according to the invention (100) and an apparatus for supplying (101) with a two-phase fluid flow, namely a monolith reactor (101). The monolith reactor (101) is assembled with the device according to the invention by means of the flange (19) provided at the base of the device according to the invention (100) and a flange (102) provided at the top of the monolith reactor (101), a flat gasket is placed between these flanges and this gasket is crushed by clamping with screws (103).
Le dispositif selon l'invention (100) représenté sur les Figures 13 à 15 est- celui décrit sur les Figures 1 à 10, mais il est bien évident que d'autres dispositifs selon l'invention pourraient être utilisés, tels que ceux des Figures 11 et 12 pourvus des brides (19) adéquates. The device according to the invention (100) shown in Figures 13 to 15 is that described in Figures 1 to 10, but it is obvious that other devices according to the invention could be used, such as those of Figures 11 and 12 provided with suitable flanges (19).
On note, en particulier sur la Figure 15, que les canaux (14) du dispositif distributeur (100) ont le même diamètre et la même répartition spatiale sur la section droite que les canaux du réacteur monolithe (101). It is noted, in particular in FIG. 15, that the channels (14) of the distributor device (100) have the same diameter and the same spatial distribution on the cross section as the channels of the monolith reactor (101).
Plusieurs réacteurs monolithes superposés peuvent être prévus. Several superimposed monolith reactors can be provided.
L'invention va maintenant être décrite en référence aux exemples suivants donnés à titre illustratif et non-limitatif. The invention will now be described with reference to the following examples, given by way of illustration and without limitation.
Exemple 1. Example 1.
Dans cet exemple 1, on fabrique un dispositif selon l'invention et on utilise ce dispositif pour former un écoulement diphasique eau-gaz. In this example 1, a device according to the invention is manufactured and this device is used to form a two-phase water-gas flow.
Ce dispositif est le dispositif représenté sur les Figures 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, et 10 déjà décrites plus haut. This device is the device shown in Figures 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, and 10 already described above.
Le dispositif selon l'invention, utilisé dans l'exemple 1 qui suit (voir Figures 1 à 10 et notamment Figures 8 et 9) comporte 7 rangées de 12 canaux (voir notamment Figure 10), positionnées selon un modèle de répartition correspondant à celui de monolithes en résine dont on dispose, ce qui permet ainsi de réaliser des tests de performance avec ces monolithes. Le dispositif selon l'invention, utilisé dans l'exemple 1, comprend deux chambres distinctes (5, 7) alimentées par l'un ou l'autre des deux fluides. The device according to the invention, used in Example 1 which follows (see Figures 1 to 10 and in particular Figures 8 and 9) comprises 7 rows of 12 channels (see in particular Figure 10), positioned according to a distribution model corresponding to that of resin monoliths available, which thus allows performance tests to be carried out with these monoliths. The device according to the invention, used in Example 1, comprises two separate chambers (5, 7) supplied with one or the other of the two fluids.
La première chambre (5) ou chambre supérieure assure la distribution de la première phase, à savoir de l'eau, dans les canaux, ou capillaires, et le mélange diphasique est réalisé dans chaque capillaire au niveau de la seconde chambre (7), ou chambre inférieure, à l'aide de jonctions, ou entrées (18), dédiées. The first chamber (5) or upper chamber ensures the distribution of the first phase, namely water, in the channels, or capillaries, and the two-phase mixing is carried out in each capillary at the level of the second chamber (7), or lower chamber, using dedicated junctions, or inlets (18).
Dans cette chambre inférieure (7), l'alimentation en seconde phase, à savoir l'air, est d'abord pré-homogénéisée dans une première sous-chambre (12), au moyen d'un « plancher » (10) traversé par les canaux (14) et percé d'orifices (11) (voir notamment Figure 9). Chacune des 7 rangées de canaux (14) offre, au sein du distributeur selon l'invention, dans la chambre inférieure d'alimentation (7), une même topologie pour la jonction du gaz et du liquide, mais les 7 rangées disponibles ont permis de constituer 7 configurations différentes pour cette jonction, connexion en « T » ou connexion par orifice arasant, selon des diamètres allant de 1 à 2 mm (voir notamment Figure 10). In this lower chamber (7), the supply in the second phase, namely air, is first pre-homogenized in a first sub-chamber (12), by means of a "floor" (10) passed through. by the channels (14) and pierced with orifices (11) (see in particular Figure 9). Each of the 7 rows of channels (14) offers, within the distributor according to the invention, in the lower supply chamber (7), the same topology for the junction of gas and liquid, but the 7 rows available have enabled to constitute 7 different configurations for this junction, connection in "T" or connection by flushing orifice, according to diameters ranging from 1 to 2 mm (see in particular Figure 10).
La géométrie interne du distributeur (voir notamment les Figures 1 à 7, en particulier les Figures 5 à 7) a été conçue à l'aide d'un logiciel dédié (« Autodesk Inventor ® »). The internal geometry of the dispenser (see in particular Figures 1 to 7, in particular Figures 5 to 7) was designed using dedicated software (“Autodesk Inventor ® ”).
Le dispositif a été réalisé en résine acrylique photo-polymérisable aux UV dans une machine d'impression 3D (imprimante 3D de la société 3D System® mettant en œuvre la technologie « Polyjet ® »). The device was made from UV photopolymerizable acrylic resin in a 3D printing machine (3D printer from the 3D System ® company using "Polyjet ® " technology).
Plus exactement, la réalisation par impression 3D du dispositif générateur/distributeur d'écoulement diphasique selon l'invention s'est déroulée selon le protocole suivant : More exactly, the production by 3D printing of the device for generating / distributing two-phase flow according to the invention took place according to the following protocol:
- Dimensionnement et modélisation d'une maquette numérique 3D à l'aide d'un logiciel de- Sizing and modeling of a 3D digital model using software
CAO (« Autodesk Inventor ® »).CAD ("Autodesk Inventor ® ").
- Prétraitement : Conversion du fichier natif « ipt » e n format « .571 » (« Standard- Preprocessing: Conversion of the native "ipt" file into ".571" format ("Standard
Tesselation Language »), qui est le format utilisé pour l'opération de tranchage. Autrement dit, lors de cette étape, on réalise le paramétrage de l'impression et la découpe virtuelle du modèle 3D en tranches correspondant à l'épaisseur des couches du matériau à empiler lors de l'impression 3D. - Chargement du fichier paramétré dans l'imprimante 3D mettant en œuvre la technologie « Polyjet® ». Tesselation Language ”), which is the format used for the slicing operation. In other words, during this step, the configuration of the printing and the virtual cutting of the 3D model into slices corresponding to the thickness of the layers of the material to be stacked during the 3D printing are carried out. - Loading of the parameterized file into the 3D printer implementing the "Polyjet ® " technology.
- Impression de l'objet par empilement successif de couches de résine photosensible, (résine photo-polymérisable aux UV de type acrylate, nommée "Visijet M3 " ; dans le jargon utilisé dans ce domaine, cette résine est qualifiée comme étant un ''ABS Like") polymérisées à la lumière UV et génération de supports de construction en cire. - Printing of the object by successive stacking of layers of photosensitive resin, (acrylate-type photopolymerizable UV resin, called “Visijet M3”; in the jargon used in this field, this resin is qualified as being an “ABS” Like ") UV light cured and generation of wax building supports.
- Post-traitement : sortie de l'objet de l'imprimante et passage à l'étuve à 80°C pendant 24 heures pour faire fondre la cire (24h).- Post-treatment: removal of the object from the printer and passage in an oven at 80 ° C for 24 hours to melt the wax (24 hours).
- Sortie de l'objet de l'étuve et refroidissement à l'air. - Removal of the object from the oven and air cooling.
La qualité de l'homogénéité de la répartition des deux phases dans les différents canaux, a pu être évaluée qualitativement au moyen d'observations directes, d'enregistrements vidéos et de photographies des écoulements en sortie de chacune des rangées de 12 canaux au moyen de capillaires transparents adaptés au distributeur. The quality of the homogeneity of the distribution of the two phases in the different channels could be qualitatively evaluated by means of direct observations, video recordings and photographs of the flows at the outlet of each of the rows of 12 channels by means of transparent capillaries adapted to the dispenser.
Ainsi, les Figures 16 et 17 montrent des images brutes pour la rangée A (définie sur la Figure 10) comprenant 12 canaux, avec des débits globaux (pour alimenter 12 canaux) d'air et d'eau de 0,72 L/min et de 1,21 L/min, respectivement. Thus, Figures 16 and 17 show raw images for row A (defined in Figure 10) comprising 12 channels, with overall flow rates (to supply 12 channels) of air and water of 0.72 L / min. and 1.21 L / min, respectively.
La Figure 16 montre une image de fond des 12 canaux consécutifs, remplis d'eau. Figure 16 shows a background image of the 12 consecutive channels, filled with water.
La Figure 17 montre une image des 12 canaux alimentés en air (seconde phase introduite par les entrées dans les canaux situées dans la seconde chambre) et en eau. Cette image montre qu'un écoulement diphasique homogène et de type écoulement de Taylor est bien obtenu dans tous les canaux. Figure 17 shows an image of the 12 channels supplied with air (second phase introduced through the inlets in the channels located in the second chamber) and water. This image shows that a homogeneous two-phase flow and Taylor flow type is indeed obtained in all the channels.
Les fréquences de passage des bulles dans les canaux ont été mesurées à l'aide d'un stroboscope d'une part (non illustré), et d'une analyse d'images d'autre part (Figures 16 à 19), et ce pour différents débits globaux d'alimentation en liquide et en gaz. The frequencies of passage of the bubbles in the channels were measured using a strobe on the one hand (not illustrated), and an image analysis on the other hand (Figures 16 to 19), and this for different overall liquid and gas feed rates.
Ainsi, les Figures 16 et 17 montrent les prises de vue pour la rangée A de 12 canaux (voir Figure 10) utilisées pour le traitement d'images avec le logiciel « Matlab ® » (débits globaux d'air et d'eau : 0,72 L/min et 1,21 L/min, respectivement) La Figure 18 est l'image binarisée numériquement avec MATLAB® (via un seuillage en niveau de gris) de l'écoulement dans la rangée A de 12 canaux telle que montrée sur la Figure 17. Thus, Figures 16 and 17 show the shots for row A of 12 channels (see Figure 10) used for image processing with the “Matlab ® ” software (overall air and water flow rates: 0 , 72 L / min and 1.21 L / min, respectively) Figure 18 is the binarized image digitally with MATLAB ® (via thresholding grayscale) of the flow in the row A of channels 12 as shown in Figure 17.
La Figure 19 donne les diagrammes en fréquence pour chacun des 12 canaux de la rangée A (voir Figure 10), obtenus par transformation de Fourrier. Figure 19 gives the frequency diagrams for each of the 12 channels of row A (see Figure 10), obtained by Fourier transformation.
On observe sur la Figure 19 que des fréquences atteignant 400 Hz ont pu être obtenues, attestant de l'existence de bulles courtes et de bouchons courts en déplacement rapide. Cela rend ce dispositif selon l'invention extrêmement intéressant du point de vue de l'aire interfaciale offerte entre les deux phases en présence, à débits élevés. It is observed in Figure 19 that frequencies up to 400 Hz could be obtained, attesting to the existence of short bubbles and short stoppers in rapid movement. This makes this device according to the invention extremely interesting from the point of view of the interfacial area offered between the two phases present, at high flow rates.
Des tests menés pour la rangée A de canaux (définie sur la Figure 10) avec différents débits globaux d'alimentation en air et en eau (gaz injecté dans la chambre inférieure, liquide dans la chambre supérieure, en utilisant un seul orifice latéral pour chaque chambre), ont permis de cartographier les structures d'écoulements obtenus simultanément dans les 12 canaux. Tests conducted for row A of channels (defined in Figure 10) with different overall air and water supply flow rates (gas injected in the lower chamber, liquid in the upper chamber, using a single side port for each chamber), made it possible to map the flow structures obtained simultaneously in the 12 channels.
Ainsi, la Figure 20 montre les régimes d'écoulements obtenus dans la rangée A de 12 canaux (Figure 10) pour différents débits globaux d'alimentation en gaz et en liquide. Thus, Figure 20 shows the flow regimes obtained in row A of 12 channels (Figure 10) for different overall gas and liquid feed rates.
On voit nettement sur cette Figure que, conformément à la logique, le régime d'écoulement varie de l'écoulement à petites bulles (dit « bubbly ») pour les faibles débits de gaz associés à de grands débits de liquide (encadré en trait épais en bas à gauche sur la Figure 20), jusqu'à l'écoulement annulaire (cœur gazeux avec un film liquide en paroi) pour les débits élevés de gaz associés à de faibles débits de liquide (encadré en trait épais an haut à droite sur la Figure 20). We can clearly see in this Figure that, according to logic, the flow regime varies from the flow with small bubbles (called "bubbly") for low gas flows associated with large liquid flows (boxed in thick line bottom left in Figure 20), up to the annular flow (gaseous core with a liquid film on the wall) for high gas flow rates associated with low liquid flow rates (boxed in thick lines at the top right on Figure 20).
Exemple 2. Example 2.
Les essais effectués dans cet exemple sont essais sont réalisés dans des appareils simulés simulant des appareils réels. The tests carried out in this example are tests are carried out in simulated devices simulating real devices.
Dans cet exemple on réalise donc des simulations numériques de l'écoulement d'un même fluide, mais injecté selon une température différente dans chacune des deux chambres d'alimentation d'un dispositif selon l'invention (distributeur) dans le mode de réalisation montré sur la Figure 11. In this example, digital simulations of the flow of the same fluid are therefore carried out, but injected at a different temperature in each of the two chambers. supply of a device according to the invention (distributor) in the embodiment shown in Figure 11.
Ce distributeur comporte donc, dans la première chambre d'alimentation, une plaque perforée placée à égale distance de la paroi de séparation des chambres et de l'orifice d'alimentation en fluide. De même, le dispositif possède, dans la seconde chambre d'alimentation, une plaque perforée placée à égale distance de la paroi de séparation des chambres et du plancher inférieur de la seconde chambre. Pour cette seconde chambre, deux orifices d'alimentation sont positionnés l'un en face de l'autre, dans la sous-chambre supérieure. This distributor therefore comprises, in the first supply chamber, a perforated plate placed at an equal distance from the partition wall of the chambers and from the fluid supply port. Likewise, the device has, in the second supply chamber, a perforated plate placed at an equal distance from the partition wall of the chambers and from the lower floor of the second chamber. For this second chamber, two supply orifices are positioned one opposite the other, in the upper sub-chamber.
On réalise également des simulations numériques de l'écoulement d'un même fluide, mais injecté selon une température différente, dans chacune des deux chambres d'alimentation d'un dispositif selon l'invention (distributeur) dans un mode de réalisation avec une plaque perforée dans la seconde chambre uniquement (Figures 1 à 10 et 13 à 15). Numerical simulations of the flow of the same fluid, but injected at a different temperature, into each of the two supply chambers of a device according to the invention (distributor) in an embodiment with a plate are also carried out. perforated in the second chamber only (Figures 1 to 10 and 13 to 15).
Enfin, on réalise des simulations numériques de l'écoulement d'un même fluide, dans un distributeur conventionnel, non conforme à l'invention, de type « douche aspergeante ») à plaques perforées est également simulé pour comparaison, et ce dans les mêmes conditions de débit et de température, et selon un maillage présentant les mêmes caractéristiques) : Finally, numerical simulations of the flow of the same fluid are carried out in a conventional distributor, not in accordance with the invention, of the “spraying shower” type) with perforated plates is also simulated for comparison, and this in the same flow and temperature conditions, and according to a grid with the same characteristics):
Ce distributeur (Figure 26) comprend deux chambres d'alimentation (104 et 105), avec une plaque perforée (106) au fond de la seconde chambre (105). La première chambre (104), alimentée en eau froide à 20°C (première phase fluide) par un orifice central, possède en son fond des orifices qui s'ouvrent dans des canaux non perforés latéralement (107) (au contraire des canaux (14) du dispositif selon l'invention qui comportent des entrées (18)). Ces orifices sont les orifices supérieurs des canaux (107). Ces canaux non perforés (107) traversent la seconde chambre (105). La seconde chambre (105), alimentée en eau chaude à 70°C (seconde phase fluide) par 2 orifices latéraux (108), est au contact de la plaque perforée (106). La plaque (106) comporte également les orifices inférieurs des canaux (107) issus de la première chambre (104). Ainsi, cette plaque perforée (106), sépare cette seconde chambre (105) en deux sous-chambres en communication fluidique (seconde phase fluide). La seconde sous-chambre (chambre inférieure 109) de la seconde chambre reçoit donc à la fois les première et seconde phases fluides. Au fond de cette seconde sous- chambre (109), une plaque perforée (110) distribue ces 2 fluides (eau froide et eau chaude) vers l'appareil ou le réacteur se trouvant en dessous : il a été représenté dans l'exemple, au sortir de cette plaque aspergeante (110), un ensemble de 84 canaux (111) simulant un bloc monolithe et disposés comme dans le cas où le distributeur est un distributeur selon l'invention. This distributor (Figure 26) comprises two supply chambers (104 and 105), with a perforated plate (106) at the bottom of the second chamber (105). The first chamber (104), supplied with cold water at 20 ° C (first fluid phase) through a central orifice, has at its bottom orifices which open into non-perforated channels laterally (107) (unlike the channels ( 14) of the device according to the invention which have inlets (18)). These orifices are the upper orifices of the channels (107). These non-perforated channels (107) pass through the second chamber (105). The second chamber (105), supplied with hot water at 70 ° C (second fluid phase) via 2 side orifices (108), is in contact with the perforated plate (106). The plate (106) also includes the lower orifices of the channels (107) coming from the first chamber (104). Thus, this perforated plate (106) separates this second chamber (105) into two sub-chambers in fluid communication (second fluid phase). The second sub-chamber (lower chamber 109) of the second chamber therefore receives both the first and second fluid phases. At the bottom of this second sub-chamber (109), a perforated plate (110) distributes these 2 fluids (cold water and hot water) to the apparatus or the reactor located below: it has been shown in the example, on leaving this spraying plate (110), a set of 84 channels (111) simulating a monolith block and arranged as in the case where the distributor is a distributor according to the invention.
Les simulations numériques ont été réalisées avec l'outil commercial de simulation Ansys Workbench® version 18.2, et en particulier à l'aide de ses logiciels de dessin (Ansys Workbench® Design Modeler), de maillage (Ansys Workbench ® Meshing) et à l'aide de son solveur numérique (Ansys Workbench ® FLUENT). En raison du plan de symétrie verticale qu'admet le dispositif selon l'invention, une moitié seulement du distributeur est représentée, pour alléger les temps de calcul. Ainsi, pour chacune des 7 rangées de 12 canaux, 6 canaux seulement sont pris en compte dans le volume représenté, soit au total 42 canaux (voir Figures 21, 22, 24 et 25). La géométrie interne du distributeur (c'est-à-dire le volume où passe le fluide) est représentée à l'aide d'environ 800 000 mailles de taille caractéristique 2.10 4 m. La validité de ce maillage a été vérifiée par une étude préalable de sensibilité des résultats au nombre et à la finesse des mailles. The digital simulations were carried out with the commercial simulation tool Ansys Workbench ® version 18.2, and in particular using its drawing software (Ansys Workbench ® Design Modeler), meshing (Ansys Workbench ® Meshing) and using its digital solver (Ansys Workbench ® FLUENT). Due to the vertical plane of symmetry admitted by the device according to the invention, only one half of the distributor is shown, in order to reduce calculation times. Thus, for each of the 7 rows of 12 channels, only 6 channels are taken into account in the volume shown, ie a total of 42 channels (see Figures 21, 22, 24 and 25). The internal geometry of the distributor (that is to say the volume through which the fluid passes) is represented using approximately 800,000 meshes of characteristic size 2.10 4 m. The validity of this mesh was checked by a preliminary study of sensitivity of the results to the number and to the smoothness of the meshes.
Dans ces simulations, la première chambre est alimentée en eau à 20°C selon un débit de 0,049 kg/s, et la seconde chambre en eau à 70°C selon un débit équivalent (0,049 kg/s). Les perforations latérales des canaux, présentes dans la seconde chambre (valable pour Figures 21, 22, 24 et 25), sont donc le siège d'un mélange d'eau à 20°C et d'eau à 70°C. Ainsi, les écarts de débit en sortie des canaux, ainsi que la comparaison des températures moyennes en sortie des différents canaux, rendent compte de la qualité de l'homogénéité de la distribution des fluides (en termes de débits partiels) dans les divers canaux. In these simulations, the first chamber is supplied with water at 20 ° C at a flow rate of 0.049 kg / s, and the second chamber with water at 70 ° C at an equivalent flow rate (0.049 kg / s). The lateral perforations of the channels, present in the second chamber (valid for Figures 21, 22, 24 and 25), are therefore the seat of a mixture of water at 20 ° C and water at 70 ° C. Thus, the differences in flow rate at the outlet of the channels, as well as the comparison of the average temperatures at the outlet of the different channels, reflect the quality of the homogeneity of the distribution of fluids (in terms of partial flow rates) in the various channels.
Deux géométries internes de la première chambre du distributeur selon l'invention sont donc étudiées : Two internal geometries of the first chamber of the distributor according to the invention are therefore studied:
Géométrie 1 : Dispositif, distributeur, selon l'invention, avec des plaques perforées au milieu de la première chambre et de la seconde chambre d'alimentation des fluides (Figures 21 et 24). Géométrie 2 : Dispositif, distributeur selon l'invention avec une plaque perforée dans la seconde chambre uniquement (Figures 22 et 25). Geometry 1: Device, distributor, according to the invention, with perforated plates in the middle of the first chamber and of the second fluid supply chamber (Figures 21 and 24). Geometry 2: Device, distributor according to the invention with a perforated plate in the second chamber only (Figures 22 and 25).
Enfin, un distributeur conventionnel de type distributeur aspergeant à plaques perforées (Figures 23 et 26) est également simulé pour comparaison, et ce dans les mêmes conditions de débit et de température, et selon un maillage présentant les mêmes caractéristiques : Finally, a conventional sprayer type sprayer with perforated plates (Figures 23 and 26) is also simulated for comparison, under the same flow and temperature conditions, and according to a mesh with the same characteristics:
Géométrie 3 : distributeur de type « douche aspergeante » (Figures Le résultat des simulations est d'abord exploité en termes de répartition du débit total dans les 42 canaux simulés (Figures 23 et 26). Geometry 3: “spray shower” type distributor (Figures The result of the simulations is first used in terms of the distribution of the total flow in the 42 simulated channels (Figures 23 and 26).
Le tableau I suivant donne l'écart-type sur les débits de liquide sortant des divers canaux : The following table I gives the standard deviation on the flow rates of liquid leaving the various channels:
Tableau I. Table I.
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Figure imgf000042_0001
Il apparaît nettement une meilleure homogénéité de la distribution des fluides dans les différents canaux, pour le dispositif selon l'invention et notamment pour le dispositif selon l'invention avec des plaques perforées dans les deux chambres d'alimentation. It clearly appears a better homogeneity of the distribution of the fluids in the different channels, for the device according to the invention and in particular for the device according to the invention with perforated plates in the two supply chambers.
Ensuite, les champs de température (qui représentent le mélange d'un fluide chaud et d'un fluide froid) dans les canaux des 3 distributeurs simulés sont comparés. On constate en observant ces champs de température que le mélange de l'eau chaude et de l'eau froide est rapide pour les dispositifs selon l'invention, dès l'entrée de l'eau chaude par les perforations, entrées (18) latérales des canaux (14). En revanche, pour le distributeur de type douche aspergeante, on constate que les hétérogénéités de température perdurent sur près de 2 cm dans les canaux du monolithe alimenté. Then, the temperature fields (which represent the mixture of a hot fluid and a cold fluid) in the channels of the 3 simulated distributors are compared. It can be seen by observing these temperature fields that the mixing of hot water and cold water is rapid for the devices according to the invention, as soon as the hot water enters through the perforations, lateral entries (18) of the channels (14). On the other hand, for the spray shower type distributor, it is noted that the temperature heterogeneities persist over nearly 2 cm in the channels of the fed monolith.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de formation, et de distribution d'un écoulement fluidique diphasique comprenant : 1. Device for forming and distributing a two-phase fluidic flow comprising:
- une première chambre (5) comprenant au moins un orifice (6) pour l'admission d'une première phase fluide à l'intérieur de ladite première chambre (5), et une seconde chambre (7) comprenant au moins un orifice (8) pour l'admission d'une seconde phase fluide non-miscible avec la première phase fluide à l'intérieur de ladite seconde chambre (7), la première (5) et la seconde chambre (7) étant distinctes et séparées par une cloison (9) , et le au moins un orifice (6) pour l'admission d'une première phase fluide à l'intérieur de ladite première chambre (5) , et le au moins un orifice (8) pour l'admission d'une seconde phase fluide à l'intérieur de la seconde chambre (6) étant distincts ; - a first chamber (5) comprising at least one orifice (6) for the admission of a first fluid phase inside said first chamber (5), and a second chamber (7) comprising at least one orifice ( 8) for the admission of a second fluid phase immiscible with the first fluid phase inside said second chamber (7), the first (5) and the second chamber (7) being distinct and separated by a partition (9), and the at least one orifice (6) for the admission of a first fluid phase inside said first chamber (5), and the at least one orifice (8) for the admission of 'a second fluid phase inside the second chamber (6) being distinct;
- plusieurs canaux (14), comportant chacun une première extrémité ouverte (15) dans la première chambre (5), lesdits canaux (14) traversant ladite cloison (9) et s'étendant dans la seconde chambre (7) jusqu'à une seconde extrémité ouverte (16) débouchant à l'extérieur d'une paroi (2) de la seconde chambre (7) éloignée de ladite cloison (9), lesdits canaux (14) étant prévus pour la circulation de la première phase fluide depuis la première extrémité (15) jusqu'à la seconde extrémité (16) ;- several channels (14), each comprising a first open end (15) in the first chamber (5), said channels (14) passing through said partition (9) and extending into the second chamber (7) up to a second open end (16) opening out to the outside of a wall (2) of the second chamber (7) remote from said partition (9), said channels (14) being provided for the circulation of the first fluid phase from the first end (15) to the second end (16);
- chacun des canaux (14) étant défini par une paroi latérale (17), et ladite paroi latérale (17) étant pourvue, dans la seconde chambre (7), d'une entrée (18) pour permettre l'introduction de la seconde phase fluide dans chacun des canaux (14), la mise en contact de la seconde phase fluide avec la première phase fluide et la formation d'un écoulement fluidique diphasique dans chacun des canaux (14) ; - each of the channels (14) being defined by a side wall (17), and said side wall (17) being provided, in the second chamber (7), with an inlet (18) to allow the introduction of the second fluid phase in each of the channels (14), contacting the second fluid phase with the first fluid phase and forming a two-phase fluid flow in each of the channels (14);
une plaque perforée (ou plancher) (21), munie de trous traversants (22) qui sépare la première chambre (5) en deux sous-chambres (23, 24) et/ou une plaque perforée (ou plancher) (10), munie de trous traversants (11) qui sépare la seconde chambre (7) en deux sous- chambres (12, 13). a perforated plate (or floor) (21), provided with through holes (22) which separates the first chamber (5) into two sub-chambers (23, 24) and / or a perforated plate (or floor) (10), provided with through holes (11) which separates the second chamber (7) into two sub-chambers (12, 13).
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la seconde chambre (7) est séparée par une plaque perforée (10) munie de trous traversants (11), ladite plaque perforée (10) munie de trous traversants (11) étant en outre traversée par les canaux (14) et définissant une première sous-chambre (12) entre la cloison (9) et la plaque perforée (10), et une seconde sous-chambre (13) en communication fluidique avec la première sous-chambre (12) ; le au moins un orifice (8) pour l'admission de la seconde phase fluide se trouvant dans la première sous-chambre (12), et les entrées (18) dont sont pourvues les parois latérales des canaux se trouvant dans la seconde sous-chambre (13). 2. Device according to claim 1, wherein the second chamber (7) is separated by a perforated plate (10) provided with through holes (11), said perforated plate (10) provided with through holes (11) being further traversed by the channels (14) and defining a first sub-chamber (12) between the partition (9) and the perforated plate (10), and a second sub-chamber (13) in fluid communication with the first sub-chamber (12) ); the at least one orifice (8) for the admission of the second fluid phase located in the first sub-chamber (12), and the inlets (18) with which the side walls of the channels located in the second sub-chamber are provided bedroom (13).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première chambre (5) est séparée par une plaque perforée (21) munie de trous traversants (22), ladite plaque perforée (21) munie de trous traversants (22) définissant une première sous-chambre (23) entre la cloison (9) et la plaque perforée (21), et une seconde sous-chambre (24) en communication fluidique avec la première sous-chambre (23) ; le au moins un orifice pour l'admission de la première phase fluide (6) se trouvant dans la seconde sous-chambre (24) et les premières extrémités ouvertes (15) des canaux (14) dans la première chambre (5) se trouvant dans la première sous-chambre (23). 3. Device according to claim 1 or 2, wherein the first chamber (5) is separated by a perforated plate (21) provided with through holes (22), said perforated plate (21) provided with through holes (22) defining a first sub-chamber (23) between the partition (9) and the perforated plate (21), and a second sub-chamber (24) in fluid communication with the first sub-chamber (23); the at least one orifice for the admission of the first fluid phase (6) located in the second sub-chamber (24) and the first open ends (15) of the channels (14) in the first chamber (5) located in the first sub-chamber (23).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les canaux (14) sont parallèles les uns aux autres. 4. Device according to any one of the preceding claims, wherein the channels (14) are parallel to each other.
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les canaux (14) sont disposés en rangées. 5. Device according to claim 4, wherein the channels (14) are arranged in rows.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la répartition spatiale bidimensionnelle des canaux (14) sur la section droite du dispositif, en particulier au niveau de ladite paroi (2) de la seconde chambre (7) éloignée de ladite cloison (9), et les dimensions et formes des sections des canaux (14) sont identiques à la répartition spatiale bidimensionnelle sur la section droite d'un appareil alimenté par le dispositif et aux dimensions et formes des canaux dudit appareil. 6. Device according to any one of the preceding claims, wherein the two-dimensional spatial distribution of the channels (14) on the cross section of the device, in particular at the level of said wall (2) of the second chamber (7) remote from said said device. partition (9), and the dimensions and shapes of the sections of the channels (14) are identical to the distribution two-dimensional spatial on the cross section of a device supplied by the device and the dimensions and shapes of the channels of said device.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les entrées (18) des canaux (14) se présentent sous une ou plusieurs formes choisies parmi les formes suivantes : orifice dans la paroi latérale du canal relié à un tube ; orifice affleurant, arasant dans la paroi latérale du canal ; la paroi latérale du canal pouvant éventuellement former un venturi, et le tube ou orifice étant prévu dans la restriction du venturi. 7. Device according to any one of the preceding claims, wherein the inlets (18) of the channels (14) are in one or more shapes chosen from the following shapes: orifice in the side wall of the channel connected to a tube; flush orifice, flush with the side wall of the canal; the side wall of the channel possibly forming a venturi, and the tube or orifice being provided in the restriction of the venturi.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les canaux (14) sont des canaux avec une section droite circulaire. 8. Device according to any one of the preceding claims, in which the channels (14) are channels with a circular cross section.
9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel les canaux (14) ont un diamètre de 1 à 10 mm, de préférence de 2 à 6 mm, de préférence encore de 3 à 5 mm, mieux de 4 à 5 mm. 9. Device according to claim 8, wherein the channels (14) have a diameter of 1 to 10 mm, preferably 2 to 6 mm, more preferably 3 to 5 mm, better still 4 to 5 mm.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif est un dispositif monobloc. 10. Device according to any one of the preceding claims, in which the device is a one-piece device.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif est en un matériau choisi parmi les métaux, les alliages métalliques, les polymères et résines organiques, et tous les matériaux permettant une fabrication du dispositif par une technique de fabrication additive. 11. Device according to any one of the preceding claims, in which the device is made of a material chosen from metals, metal alloys, organic polymers and resins, and all the materials allowing manufacture of the device by an additive manufacturing technique. .
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif est sensiblement vertical, la première chambre (5) et la seconde chambre (7) sont superposées, ladite cloison (9) étant sensiblement horizontale, et lesdits canaux (14) étant sensiblement verticaux. 12. Device according to any one of the preceding claims, wherein the device is substantially vertical, the first chamber (5) and the second chamber (7) are superposed, said partition (9) being substantially horizontal, and said channels (14). ) being substantially vertical.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, qui est pourvu de moyens de connexion (19) avec un appareil à alimenter avec un écoulement fluidique diphasique. 13. Device according to any one of the preceding claims, which is provided with connection means (19) with an apparatus to be supplied with a two-phase fluid flow.
14. Ensemble comprenant plusieurs dispositifs selon l'une quelconque des revendications l à 13. 14. An assembly comprising several devices according to any one of claims l to 13.
15. Système comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 (100) ou un ensemble selon la revendication 14, et au moins un appareil (101) à alimenter avec un écoulement fluidique diphasique formé par ledit dispositif ou ledit ensemble. 15. System comprising a device according to any one of claims 1 to 13 (100) or an assembly according to claim 14, and at least one apparatus (101) to be supplied with a two-phase fluid flow formed by said device or said assembly.
16. Système selon la revendication 15, dans lequel l'appareil (101) à alimenter avec un écoulement fluidique diphasique est un appareil fonctionnant avec des phases fluides circulant à co-courant, par exemple à co-courant descendant ; de préférence, ledit appareil (101) à alimenter avec un écoulement fluidique diphasique est un réacteur à lit fixe ou un réacteur ou absorbeur monolithe. 16. The system of claim 15, wherein the apparatus (101) to be supplied with a two-phase fluidic flow is an apparatus operating with fluid phases circulating in co-current, for example in downward co-current; preferably, said apparatus (101) to be supplied with two-phase fluidic flow is a fixed bed reactor or a monolithic reactor or absorber.
17. Procédé de fabrication du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le dispositif est fabriqué par une technique de fabrication additive notamment avec une machine d'impression 3D. 17. A method of manufacturing the device according to any one of claims 1 to 13, wherein the device is manufactured by an additive manufacturing technique, in particular with a 3D printing machine.
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0462753A1 (en) 1990-06-18 1991-12-27 Exxon Research And Engineering Company Improved interzone mixing device
WO2002078837A1 (en) * 2000-10-04 2002-10-10 International Fuel Cells, Llc Fuel gas reformer assemblage
US20060163758A1 (en) * 2005-01-21 2006-07-27 Morten Muller Ltd. Aps Distribution device for two-phase concurrent downflow vessels
WO2006076923A1 (en) 2005-01-21 2006-07-27 Morten Müller Ltd. Aps Distribution device for two-phase concurrent downflow vessels
WO2007023225A1 (en) 2005-08-26 2007-03-01 Institut Francais Du Petrole Filter plate for a fixed-bed reactor with a co-current gas-liquid downflow
WO2009092875A2 (en) 2007-12-17 2009-07-30 Ifp Predistribution filter plate with overflow tube for a fixed-bed reactor with descending gas/liquid co-current flow
US20120100048A1 (en) * 2009-06-02 2012-04-26 Sk Innovation Co., Ltd. High performance chimney tray for a fixed bed reactor
US20130180595A1 (en) * 2012-01-13 2013-07-18 Uop, Llc Vessel, distribution tray, and method for passing one or more fluids
FR2996465A1 (en) 2012-10-10 2014-04-11 IFP Energies Nouvelles FILTERING DISTRIBUTION PLATE FOR THE POWER SUPPLY OF A CURRENT COIL DOWN BIN REACTOR OF GAS AND LIQUID FOR THE TREATMENT OF STIFFENING HEAVY LOADS
FR3043339A1 (en) 2015-11-09 2017-05-12 Ifp Energies Now FILTRATION AND DISTRIBUTION DEVICE FOR CATALYTIC REACTOR

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0462753A1 (en) 1990-06-18 1991-12-27 Exxon Research And Engineering Company Improved interzone mixing device
WO2002078837A1 (en) * 2000-10-04 2002-10-10 International Fuel Cells, Llc Fuel gas reformer assemblage
US20060163758A1 (en) * 2005-01-21 2006-07-27 Morten Muller Ltd. Aps Distribution device for two-phase concurrent downflow vessels
WO2006076923A1 (en) 2005-01-21 2006-07-27 Morten Müller Ltd. Aps Distribution device for two-phase concurrent downflow vessels
WO2007023225A1 (en) 2005-08-26 2007-03-01 Institut Francais Du Petrole Filter plate for a fixed-bed reactor with a co-current gas-liquid downflow
WO2009092875A2 (en) 2007-12-17 2009-07-30 Ifp Predistribution filter plate with overflow tube for a fixed-bed reactor with descending gas/liquid co-current flow
US20120100048A1 (en) * 2009-06-02 2012-04-26 Sk Innovation Co., Ltd. High performance chimney tray for a fixed bed reactor
US20130180595A1 (en) * 2012-01-13 2013-07-18 Uop, Llc Vessel, distribution tray, and method for passing one or more fluids
FR2996465A1 (en) 2012-10-10 2014-04-11 IFP Energies Nouvelles FILTERING DISTRIBUTION PLATE FOR THE POWER SUPPLY OF A CURRENT COIL DOWN BIN REACTOR OF GAS AND LIQUID FOR THE TREATMENT OF STIFFENING HEAVY LOADS
FR3043339A1 (en) 2015-11-09 2017-05-12 Ifp Energies Now FILTRATION AND DISTRIBUTION DEVICE FOR CATALYTIC REACTOR

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