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Pour toute question : Service Relation Clientèle • Éditions Techniques de l’Ing

Pour toute question : Service Relation Clientèle • Éditions Techniques de l’Ingénieur • 249, rue de Crimée 75019 Paris – France par mail : infos.clients@teching.com ou au téléphone : 00 33 (0)1 53 35 20 20 DOSSIER Techniques de l’Ingénieur l’expertise technique et scientifique de référence Par : Ce dossier fait partie de la base documentaire dans le thème et dans l’univers Document délivré le Pour le compte Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Editions T.I. j2623 Distillation. Absorption - Colonnes à plateaux : dimensionnement Jean-Charles CICILE Ingénieur IGC (Institut du Génie Chimique de Toulouse), Ingénieur de Procédés à la Division Technip-Speichim de la Société Technip Opérations unitaires - Distillation absorption Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique Procédés chimie - bio - agro 04/07/2012 7200038556 - universite de la reunion sce commum documentation // 195.220.151.50 Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés J 2 623 − 1 Distillation. Absorption Colonnes à plateaux : dimensionnement par Jean-Charles CICILE Ingénieur IGC (Institut du Génie Chimique de Toulouse) Ingénieur de Procédés à la Division Technip-Speichim de la Société Technip e fascicule est la suite de [J 2 622] entièrement consacré à la technologie des colonnes à plateaux, dans lequel se trouvent décrits les différents types de viroles et les éléments constitutifs des plateaux. Le présent chapitre a pour objet de présenter l’hydrodynamique des plateaux dans les différents régimes d’écoulement et de donner les bases du calcul des paramètres de fonctionnement et de l’efﬁcacité des plateaux, permettant le dimensionnement des colonnes. 1. Hydrodynamique des plateaux à courants croisés......................... J 2 623 - 3 1.1 Fonctionnement des plateaux .................................................................... — 3 1.2 Dimensionnement des barrages et trop-pleins......................................... — 5 1.3 Hydrodynamique des plateaux à calottes classiques............................... — 7 1.4 Hydrodynamique des plateaux perforés ................................................... — 13 1.5 Hydrodynamique des plateaux à soupapes.............................................. — 16 1.6 Plateaux à fentes.......................................................................................... — 18 1.7 Plateaux dérivés des plateaux à calottes................................................... — 19 2. Hydrodynamique des plateaux à contre-courant............................ — 20 2.1 Généralités ................................................................................................... — 20 2.2 Plateaux perforés sans déversoir............................................................... — 20 2.3 Autre plateau sans déversoir : le plateau Turbogrid ................................ — 21 3. Efﬁcacité des plateaux à courants croisés....................................... — 21 3.1 Déﬁnitions de l’efﬁcacité............................................................................. — 21 3.2 Facteurs inﬂuant sur l’efﬁcacité.................................................................. — 22 3.3 Prédiction de l’efﬁcacité.............................................................................. — 22 4. Dimensionnement des plateaux à courants croisés ...................... — 25 4.1 Conditions de service.................................................................................. — 25 4.2 Prédimensionnement.................................................................................. — 25 4.3 Vériﬁcation du plateau ................................................................................ — 26 4.4 Exemples de calculs .................................................................................... — 26 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. J 2 623 C Ce document a été délivré pour le compte de 7200038556 - universite de la reunion sce commum documentation // 195.220.151.50 Ce document a été délivré pour le compte de 7200038556 - universite de la reunion sce commum documentation // 195.220.151.50 Ce document a été délivré pour le compte de 7200038556 - universite de la reunion sce commum documentation // 195.220.151.50 tiwekacontentpdf_j2623 DISTILLATION. ABSORPTION _____________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. J 2 623 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés Principaux symboles et notations Symbole Unité Définition de la grandeur Af m2 surface de la fente Bo nombre de Bond Ca m/s facteur de capacité rapporté à l’unité de surface active CS m/s facteur de capacité rapporté à la section de la virole Cx coefficient de traînée Cz m/s facteur de capacité rapporté à la surface libre entre plateaux D m diamètre m2/s diffusivité du liquide DT m diamètre du plateau (ou de la colonne) Fa Pa1/2 facteur de perte de charge rapporté à la surface active Fr nombre de Froude Fo Pa1/2 facteur de perte de charge dans les trous Fz Pa1/2 facteur de perte de charge rapporté à la surface libre entre plateaux H m hauteur HD m hauteur du déversoir HT m écartement entre plateaux K coefficient d’orifice M g/mol masse molaire MV N poids d’une soupape NV nombre de soupape NPR nombre de plateaux existant réellement NPT nombre de plateaux théoriques NUT nombre d’unités de transfert PV m périmètre d’un couvercle de soupape Pe nombre de Péclet Por porosité Rg m rayon de goutte Sa m2 surface active d’un plateau Sj m2 section de passage So m2 section d’un trou Sc nombre de Schmidt UG m/s vitesse du gaz UL m/s vitesse du liquide W m largeur moyenne de circulation We nombre de Weber Z m longueur d’une circulation b m longueur du déversoir L c m course des soupapes d m diamètre d’un orifice e m épaisseur d’un plateau g m/s2 accélération due à la pesanteur ( = 9,81 m/s2) hf m hauteur de fente utilisée pour un débit donné hγ m plongée de la calotte hC m hauteur équivalente de liquide clair hD m hauteur de la nappe de déversement hq m charge de liquide dans le trop-plein m pente de la courbe d’équilibre liquide/vapeur p m pas des éléments de barbotage (trous) qm kg/s débit-masse qM kmol/s débit-mole qv m3/s débit-volume s m hauteur libre entre le bas de la calotte et le plateau tL s temps de contact de la phase liquide w m largeur libre totale moyenne des rangées de calottes perpendiculairement à l’écoulement x concentration molaire du liquide y concentration molaire de la vapeur z nombre de rangées de calottes α volatilité relative des constituants β facteur d’aération ∆ m gradient hydraulique ∆P Pa Perte de charge d’un plateau ∆PL Pa perte de charge due au liquide ∆Ps Pa perte de charge à sec εM εm kmol/s kg/s entraînement de produit (liquide ou gaz) η efficacité µ Pa · s viscosité dynamique ρG kg/m3 masse volumique du gaz ρL kg/m3 masse volumique du liquide σ N/m tension superficielle Φ facteur de débit ϕ densité de l’émulsion ψ facteur d’aération dans le trop-plein Principaux symboles et notations Symbole Unité Définition de la grandeur Ce document a été délivré pour le compte de 7200038556 - universite de la reunion sce commum documentation // 195.220.151.50 Ce document a été délivré pour le compte de 7200038556 - universite de la reunion sce commum documentation // 195.220.151.50 Ce document a été délivré pour le compte de 7200038556 - universite de la reunion sce commum documentation // 195.220.151.50 tiwekacontentpdf_j2623 ____________________________________________________________________________________________________________ DISTILLATION. ABSORPTION Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés J 2 623 − 3 1. Hydrodynamique des plateaux à courants croisés 1.1 Fonctionnement des plateaux Sur les plateaux à courants croisés, les transferts de matière se produisent entre une phase gazeuse ascendante et une phase liquide qui se déplace horizontalement sur le plateau. Le liquide s’écoule d’un plateau à l’autre par un trop-plein. Le fonctionnement des plateaux dépend des propriétés physiques de chacune des phases et de leurs débits respectifs. Il sera décrit dans les paragraphes suivants (1.3, 1.4, 1.5, 1.6 et 1.7) pour chaque type de plateaux. 1.1.1 Déﬁnitions L’étude du fonctionnement hydrodynamique des plateaux se fait à l’aide d’un certain nombre de paramètres décrits ci-après. I Le facteur de perte de charge (en anglais : F factor ) est surtout utilisé pour l’étude des pertes de charge : F a = U Ga ρ G 1/ 2 avec Fa facteur de perte de charge rapporté à la surface active, U Ga vitesse du gaz rapportée à la surface active, ρG masse volumique du gaz. Il est exprimé en (m/s) · (kg/m3)0,5 ou Pa1/ 2 et a donc la dimen- sion de la racine carrée d’une perte de charge. Ce facteur est utilisé principalement par les constructeurs de matériel. Les valeurs habituelles du facteur de perte de charge sont essen- tiellement fonction de l’écartement entre plateaux et varient approximativement de 5 à 2 Pa1 / 2 quand l’écartement entre plateaux varie de 1 000 et 250 mm. I Le facteur de capacité (en anglais : capacity factor ) est le paramètre le plus ancien ; il a été déﬁni par Souders et Brown : C a = U Ga [ρG /(ρ L – ρG)]1/ 2 avec Ca facteur de capacité rapporté à la surface active du plateau, ρL masse volumique du liquide. Il est exprimé en m/s. Les valeurs habituelles du facteur de capacité sont proportion- nelles aux valeurs du facteur de perte de charge et varient de 0,16 à 0,08 m/s quand l’écartement entre plateaux passe de 1 000 à 250 mm. I Le facteur de débit (en anglais : ﬂow factor ) a été utilisé par Fair [10] par analogie avec le paramètre qui sert à étudier les colonnes à garnissage ; il s’écrit : Φ = (q mL/q mG) (ρG /ρL)1/ 2 ou Φ = (qvL /q vG) (ρL/ρG)1/ 2 avec q mL , q mG débits-masse, respectivement du liquide et du gaz, q vL, q vG débits-volumes, respectivement du liquide et du gaz. En distillation, le facteur de uploads/Litterature/ j2623 1 .pdf