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EP1230522B1 - Vaporiseur-condenseur et installation de distillation d'air correspondante - Google Patents

Vaporiseur-condenseur et installation de distillation d'air correspondante Download PDF

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Publication number
EP1230522B1
EP1230522B1 EP00958698A EP00958698A EP1230522B1 EP 1230522 B1 EP1230522 B1 EP 1230522B1 EP 00958698 A EP00958698 A EP 00958698A EP 00958698 A EP00958698 A EP 00958698A EP 1230522 B1 EP1230522 B1 EP 1230522B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
condenser
exchanger body
reboiler
confinement chamber
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP00958698A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1230522A1 (fr
Inventor
François Fuentes
Marc Wagner
Claude Gerard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=9549305&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP1230522(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP1230522A1 publication Critical patent/EP1230522A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1230522B1 publication Critical patent/EP1230522B1/fr
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Definitions

  • the present invention relates to a vaporizer-condenser of the bath type, comprising at least one heat exchanger body, having a multitude of flat passages for countercurrent circulation of two fluids from one or more distillation columns, according to a same direction, and at least one sealed containment enclosure of a fluid containing the or each heat exchanger body, the enclosure of containment comprising a central section of generally cylindrical shape along a longitudinal axis, the longitudinal axis of the central section of the said each containment enclosure being substantially orthogonal to the flow direction against the flow of fluids in flat passages of the corresponding heat exchanger body.
  • substantially orthogonal' includes deviations up to 30 °, or 20 °, preferably 10 ° of the strict orthogonality.
  • a vaporizer-condenser of this kind is known from DE-A-1152432 in which the confinement enclosure is delimited in part by the body heat exchanger, the liquid bath of the vaporizer being exclusively outside the containment element.
  • the invention applies in particular to distillation plants of air with double column, ie with medium pressure column connected thermally with a low pressure column, equipped with vaporizers-condensers of the aforementioned type.
  • liquid oxygen which is in the vat of the low pressure column is vaporized in the vaporizer-condenser by heat exchange with the nitrogen gas taken at the head of the medium pressure column.
  • the temperature difference between oxygen and nitrogen made necessary by the structure of the vaporizer-condenser imposes the pressure of operation of the medium pressure column.
  • a first solution would be to increase the height of the body heat exchanger of the vaporizer-condenser to increase the heat exchange surface.
  • such an increase in height induce a hydrostatic overpressure within oxygen passages that would tend to increase the temperature difference and that would harm the good operation of the vaporizer-condenser.
  • Another solution would be to multiply the number of passages dedicated to oxygen and nitrogen, for example by increasing the number of juxtaposed heat exchanger blocks that make up the body exchanger and which operate in parallel within the vaporizer-condenser.
  • the low pressure column overcomes the vaporizer-condenser which overcomes itself the medium pressure column.
  • the central section of the vaporizer-condenser sealed enclosure is then constituted by a ferrule of vertical axis of revolution. This ferrule is preferably of the same diameter as the ferrules defining the columns medium pressure and low pressure.
  • the object of the invention is to solve this problem by providing a vaporizer-condenser of the aforementioned type, which can operate with reduced temperature differences and which makes it possible in particular to produce double-column, relatively simple and low-pressure air distillation installations. expensive to build.
  • the subject of the invention is a vaporizer-condenser according to claim 1.
  • the invention further relates to an air distillation plant according to claim 13.
  • 'Substantially horizontal' means horizontal or having deviations of up to 30 °, preferably 10 ° of horizontality. Obviously the exchanger body inside the enclosure must remain horizontal for its operation to be ensured.
  • the low pressure column 3 overcomes the medium pressure column 2.
  • a vertical shell 10 maintains the head of the medium pressure column 2 spaced from the vessel of the low pressure column 3.
  • the main heat exchange line 5 comprises, in the example shown, five heat exchanger blocks 11. These exchanger blocks 11 are connected in parallel with the rest of the installation 1 but, for clarity, the connections of only one of these blocks have been shown in Figure 1. The nature of these connections will appear more clearly when describing the operation of the installation 1 which will be made later.
  • the vaporizer-condenser 4 comprises two heat exchanger bodies 13 (FIG. brazed aluminum and which are each arranged in a sealed enclosure and cylindrical 14 oxygen containment stainless steel or aluminum ( Figure 2).
  • a single heat exchanger body 13 and a single enclosure 14 for oxygen confinement are visible in FIG.
  • a vaporizer-condenser according to the invention can not have only one exchanger body and therefore a single enclosure of confinement or at least three exchanger bodies, each having its own pregnant.
  • Each body 13 has a height between 800 and 1400mm.
  • the vaporizer-condenser 4 being symmetrical with respect to a plane P whose trace is visible in Figure 4, only half of the Structure of this vaporizer-condenser 4 will be described below. So, a only heat exchanger body 13 and a single sealed enclosure 14 will therefore be described in the following.
  • the heat exchanger body 13 has a generally elongated shape along a horizontal axis X-X horizontal or substantially horizontal and comprises, in the example shown, five blocks of heat exchanger 16 with similar brazed and contiguous plates.
  • the five blocks 15 are substantially identical; their number is chosen according to the size the vaporizer, thus facilitating the dimensioning, because identical blocks will be mass produced. So there can be at least five or more five blocks 15.
  • the heat exchanger body 13 is symmetrical by relative to a longitudinal, vertical and median plane Q whose trace is visible in Figure 4.
  • Each heat exchanger block 16 comprises a stack of brazed rectangular parallel plates 17 which define two by two passages dedicated alternately to nitrogen and oxygen.
  • the spacing between the parallel plates 17 is provided by spacer waves which also fulfill the function of thermal fins.
  • the flat passages blocks are oriented transversally to the dimension longitudinal of the enclosure 14.
  • a passage 18 dedicated to nitrogen is visible in FIG.
  • the main heat exchange region 19 includes a wave spacer with vertical generators.
  • Each input distributor region 20 is in the shape of a right triangle, arranged at an upper corner 22 of the passage 18 and includes a spacer wave generators horizontal.
  • the two input distribution areas 20 meet at the median plane level Q, the major bases of these regions 20 in triangle rectangle being horizontal.
  • the structure and layout of the outlet collecting regions 21 is analogous to that of the input distributor regions 20, these regions 21 being each disposed at a lower corner 23 of the passage 18.
  • the passage 18 is closed around its periphery by bars vertical and horizontal except on the one hand at the level of the small bases 24 vertical triangular input regions 20 and small bases 25 triangular regions of exit 21, and secondly, at the level of liquid nitrogen introduction means which will be mentioned later.
  • the small bases 24 and 25 of the input and output regions 21 five heat exchanger blocks 16 form on each side of the body heat exchanger 13, respectively a series of entrance windows and a series of horizontally aligned nitrogen exit windows.
  • Each series of entrance windows 24 is hermetically capped by an input box 28 of semicircular section, which extends along the five heat exchanger blocks 16.
  • Each input box 28 is arranged in the vicinity of the corners 22 of the nitrogen passages 18 and has a height, according to the vertical, significantly higher than that of the small bases 24 of the dispensing regions entry 20.
  • Each passage of nitrogen 18 further comprises in the vicinity of the edge bottom of each box 28, means 30 for introducing into the passage 18 liquid nitrogen present in the bottom of the box 28.
  • These means 30 are in the form, for example, of a triangular region communicating with the bottom of the input box 28. Such a triangular region converges towards the plane Q and includes a spacer wave with inclined oblique generators down and inside of the passage 18. According to a variant not such means for introducing liquid nitrogen can not be not understand wave to guide liquid nitrogen or be constituted by a bar regularly pierced with orifices.
  • Each set of exit windows 25 passages 18 dedicated to the nitrogen is capped hermetically by an outlet box 32, of section semicircle radius inferior to that of the input boxes 28.
  • Each box 32 extends longitudinally along the five exchanger blocks 16.
  • Each output box 32 is arranged in the vicinity of the lower corners 23 of the passages 18 dedicated to nitrogen and has a height, according to the vertical, superior to that of the small bases 25 of the collecting regions output 21.
  • FIG. 5 is a vertical cross-sectional view illustrating the structure of a passage 34 of the heat exchanger body 13 dedicated to oxygen.
  • a passage 34 like all passages 34 dedicated to oxygen, comprises a single spacer wave 35 with generators vertical.
  • This passage 34 is closed on its lateral sides by two bars vertical 36 and opens outward at its edges horizontal upper 37 and lower 38.
  • the exchanger body 13 also comprises, at its level front end (right in Figures 1 and 3) an inlet manifold 39 nitrogen gas, symmetrical with respect to plane Q.
  • This inlet manifold 39 comprises an inlet conduit 40 rectilinear and horizontal, and two ducts output 41 bent and each connected to the front end of a box entrance 28.
  • Each output box 32 includes, at each block heat exchanger 16, a vertical sleeve 42 connection.
  • Two pipes 44 collection of incondensable noble gases extend horizontally on either side of the heat exchanger body 13 the along this one.
  • Each collection line 44 is located at a level intermediate between the input box 28 and the output box 32 corresponding.
  • These pipes 44 are connected to the ends upper sleeves 42 and open at the end before the heat exchanger body 13, in a conduit 45 collector of incondensable rare gas outlet.
  • This outlet manifold duct 45 is horizontal and symmetrical with respect to the plane Q.
  • Cross ducts 46 bent are disposed under the heat exchanger body 13 and connect the lower ends of the sleeves 42 for connection to a pipe 48 longitudinal liquid nitrogen outlet collector and which extends horizontally practically the entire length of the exchanger body 13, symmetrically relative to the plane Q.
  • the sealed enclosure 14 comprises a central section 50 of generally cylindrical shape, in the form of a ferrule Y-Y axis of revolution.
  • This ferrule 50 is closed so at its front end by a front partition 51 and, at its rear end by a rear wall 52.
  • the partitions 51 and 52 are of concavity directed towards the interior of the enclosure 14.
  • the enclosure 50 has, in its front partition 51, three passages circular guides arranged one below the other, respectively 54, 55 and 56 whose sections correspond respectively to those of the inlet duct 40 of the inlet manifold 39 of nitrogen gas, the conduit 45 collector of incondensable noble gas outlet and outlet pipe 48 of liquid nitrogen.
  • Another passage 57 for supplying liquid oxygen is provided in this front partition 51 between passages 54 and 55.
  • a passage 58 (FIG. 1) for withdrawing liquid oxygen is provided in the rear wall 52.
  • a purge 59 is provided in the bottom of the central section 50 of the sealed enclosure 14.
  • the heat exchanger body 13 is disposed in the enclosure 14, their longitudinal axes X-X and Y-Y being parallel.
  • the conduit 40, the outlet manifold 45 and the collecting duct of output 48 exit outside the sealed enclosure 14 respectively by passages 54, 55 and 56.
  • the two sealed enclosures 14 are disposed with their longitudinal axes YY parallel and horizontal.
  • the sealed enclosures 14 are connected symmetrically with respect to the plane P to a common gaseous oxygen evacuation pipe 60, which extends above sealed enclosures 14, parallel to their longitudinal axes YY.
  • the vaporizer-condenser 4 is arranged next to the columns medium pressure 2 and low pressure 3 above the main line heat exchanger 5, the height of which has been reduced in FIG. facilitate representation.
  • the vaporizer-condenser 4 is supported by the heat exchange line 5 by means of spacers not shown.
  • a part of the heat exchanger body 13 of the vaporizer-condenser 4 is disposed at an intermediate level between the lower column vessel pressure 3 and the head of the medium pressure column 2.
  • Nitrogen gas from the head of the middle column pressure 2 is introduced through the inlet manifolds 39 into the two input boxes 28 of each heat exchanger body 13. This Nitrogen gas is distributed, by the distributing regions 20 uniformly across the width of the passages 18 dedicated to the nitrogen of this body heat exchanger 13. The nitrogen then flows vertically downwards in the regions 19 of the passages 18 by gradually condensing.
  • Liquid nitrogen possibly present in the bottom of the boxes 28 is introduced in the regions 19 of the passages 18 thanks to means of introduction. This liquid nitrogen then flows vertically down with condensed nitrogen in regions 19.
  • Liquid nitrogen is collected at the bottom of regions 19 of passages 18 through the output collector regions 21 and then returned to the two output boxes 32.
  • the incondensable fraction contained in this nitrogen flow is sent through the collection lines 44 and the conduit outlet manifold 45 to the outside atmosphere.
  • Condensed nitrogen from passages 18 is collected by the transverse conduits 46 and through the outlet manifold 48 and then returned to the head of the medium pressure column 2.
  • Liquid oxygen from the bottom column pressure 3 is introduced into each enclosure 14 of oxygen confinement through the passages 57 formed in their partitions before 51. This liquid oxygen forms a bath in each chamber 14 which fills the majority of the interior volume of this waterproof enclosure 14.
  • the face upper heat exchanger body 13 corresponding flush slightly above the liquid oxygen bath.
  • Liquid oxygen bath travels vertically upwards in the passages 34 of the heat exchanger body 13 considered in counter-current vaporizing the nitrogen circulating in the passages 18.
  • LP "poor liquid” (almost pure nitrogen), taken at the head of the medium pressure column 2, is expanded in an expansion valve 62 then injected at the top of the low pressure column 3.
  • Impure nitrogen or "waste" NR withdrawn from the top of the low pressure column 3, is reheated at the crossing of the main line heat exchange 11.
  • Gaseous oxygen, taken from the bottom of the low pressure column 3 is heated at the crossing of the main heat exchange line 5.
  • Liquid oxygen, withdrawn via passages 58 of the sealed enclosures 14 and pump 8, is vaporized at the crossing of the main heat exchange line 5.
  • the purges 59 make it possible to evacuate the impurities that accumulate at the bottom of the enclosures 14 for oxygen confinement.
  • the structure of the vaporizer-condenser 4 and the position of the speakers watertight 14 makes it possible to reach heat exchange surfaces relatively large by juxtaposition of heat exchanger blocks 16.
  • vaporizer-condenser 4 the cost of such a vaporizer-condenser 4 is relatively reduced because of the relatively small diameter of the central sections 50 of the containment 14 oxygen containment and simplicity of the structure of 14.
  • the size of the vaporizer-condenser 4 is also relatively small because of the small diameter of the sections central 50 of the speakers 14.
  • the circulation of the different fluids between the head of the middle column pressure 2 and the tank of the low pressure column 3 and the vaporizer-condenser 4 can be ensured by limiting the pumping means.
  • the length and floor area of the heat exchange line 5 are comparable to those of the vaporizer-condenser 4.
  • the height of the medium pressure column 2, and therefore the height at which the vaporizer-condenser 4 must be positioned practically corresponds to the height of the main heat exchange line 5 plus the height necessary for the various connections of this line 5 with the rest of the installation 1.
  • the height of the support struts of this vaporizer-condenser 4 is limited.
  • the structure and presence for each heat exchanger body 13 of the collector 39, the single outlet manifold 45 and the pipe Exit collector 48 make it possible to limit the number of these junctions. In Indeed, it is necessary to provide for such junctions only at the level of the inlet duct 40 of the inlet manifold 39, of the outlet manifold duct 45, and the front end of the outlet manifold 48.
  • FIG. 6 illustrates a variant of the invention that differs from that of Figures 1 to 5 in particular by the following.
  • a portion 70 of the inner side of the central section 50 of each enclosure 14 is constituted by a flank 71 of the heat exchanger body 13 correspondent.
  • the general cylindrical shape of the central sections 15 is no longer a revolution.
  • Each heat exchanger body 13 has no structure symmetrical and comprises, for each passage 18 dedicated to nitrogen, a only triangular entry distributing region and only one region outlet collector 21 triangular which each extend over the entire width of the passage 18 considered.
  • a single input box 28 and a single output box 32 are connected to each heat exchanger body 13 on its side 71. These boxes 23 and 25 are located outside the containment enclosure 14 of corresponding oxygen.
  • Nitrogen gas is brought from the head of the middle column pressure 2 to the two input boxes 28 via a common intake manifold 73 and two sets of pipes 74.
  • the inlet manifold 73 is horizontal and symmetrical with respect to the plane P.
  • Each series of conduits 74 comprises transverse pipes 74 regularly spaced from each other and feeding the same box 28.
  • This outlet manifold 75 is connected to each box output 32 through a series of transverse conduits 76 regularly spaced apart from each other.
  • This outlet collecting duct 77 is connected to each box 32 through a series of transverse pipes 78 regularly spaced apart from each other. The condensed nitrogen is therefore returned to the head of the medium pressure column 2 through the pipe outlet collector 77.
  • the liquid oxygen supply of each chamber 14 of Oxygen containment is provided by an inlet manifold 80 disposed in the chamber 14 considered parallel to the Y-axis, and breakthrough regular distribution offices.
  • the withdrawal of liquid oxygen from each enclosure 14 is provided by a series of pipes transverse 81 opening into the bottom of the enclosure 14 and by a outlet collecting duct 82 horizontal, symmetrical with respect to the plane P, and common to both speakers 14.
  • FIG. 6 also makes it possible to simplify the structure heat exchanger bodies 13 and their connections to the rest of the installation 1.
  • inlet manifold 80 the pipes transverse 81 and the common outlet manifold 82 allow to ensure a good circulation of liquid oxygen in the bath of each 14. It should be noted that such conduct may also be provided in the variant of Figures 1 to 5.
  • FIGS. 7 and 8 illustrate another variant of the invention which distinguishes mainly from that of Figure 6 by the following.
  • each box of exit 32 has a section covering three-quarters of a circle and a corner cap lower 23 of the exchanger body 13 corresponding.
  • each passage 34 dedicated to oxygen presents an input distributing region 87.
  • This region 87 is shaped rectangular triangle, is disposed at the lower edge 38 of the passage 34 and extends across the entire width of this passage 34.
  • the region 87 converges towards the side 71 of the heat exchanger body 13.
  • the small base 88 of the inlet dispensing region 87 is located at the flank 89 of the heat exchanger body 13 opposite the flank 71.
  • the passage 34 is closed on its lateral sides by two vertical bars 36, except at level of the small base 88 of the input distributing region 87, and by a horizontal bar 90 at the lower edge 38 of the passage 34.
  • this variant simplifies the structure of the heat exchanger bodies 13 and their connections to the rest of the distillation plant 1.

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Abstract

L'invention concerne un vaporiseur-condenseur (4) du type à bain, comprenant au moins un corps d'échangeur thermique (13), présentant une multitude de passages plats (18) pour la circulation à contre-courant de deux fluides selon une même direction, et une enceinte étanche (14) de confinement d'un fluide contenant le ou chaque corps d'échangeur thermique, l'enceinte de confinement comprenant un tronçon central (50) de forme générale cylindrique selon un axe longitudinal (Y-Y). L'axe longitudinal du tronçon central de ladite ou de chaque enceinte de confinement est orthogonal à la direction de circulation à contre-courant des fluides dans les passages plats du corps d'échangeur thermique correspondant. Application aux installations de distillation d'air à double colonne.

Description

La présente invention concerne un vaporiseur-condenseur du type à bain, comprenant au moins un corps d'échangeur thermique, présentant une multitude de passages plats pour la circulation à contre-courant de deux fluides, provenant d'une ou plusieurs colonnes de distillation, selon une même direction, et au moins une enceinte étanche de confinement d'un fluide contenant le ou chaque corps d'échangeur thermique, l'enceinte de confinement comprenant un tronçon central de forme générale cylindrique selon un axe longitudinal, l'axe longitudinal du tronçon central de ladite ou de chaque enceinte de confinement étant substantiellement orthogonal à la direction de circulation à contre-courant des fluides dans les passages plats du corps d'échangeur thermique correspondant.
Le terme 'substantiellement orthogonal' comprend des écarts allant jusqu'à 30°, ou 20°, de préférence 10° de la stricte orthogonalité.
Il est parfois nécessaire d'orienter le vaporiseur afin de faciliter le drainage des liquides.
Un vaporiseur-condenseur de ce genre est connu de DE-A-1152432 dans lequel l'enceinte de confinement est délimité en partie par le corps d'échangeur thermique, le bain de liquide du vaporiseur se trouvant exclusivement à l'extérieur de l'élément de confinement.
L'invention s'applique en particulier aux installations de distillation d'air à double colonne, c'est à dire à colonne moyenne pression reliée thermiquement avec une colonne basse pression, munies de vaporiseurs-condenseurs du type précité.
Dans de telles installations de distillation d'air, l'oxygène liquide qui se trouve en cuve de la colonne basse pression est vaporisé dans le vaporiseur-condenseur par échange de chaleur avec l'azote gazeux prélevé en tête de la colonne moyenne pression.
Pour une pression de fonctionnement donnée de la colonne basse pression, l'écart de température entre l'oxygène et l'azote rendu nécessaire par la structure du vaporiseur-condenseur impose la pression de fonctionnement de la colonne moyenne pression.
Il est donc souhaitable que cet écart de température soit le plus faible possible, afin de minimiser les dépenses liées à la compression de l'air à traiter injecté dans la colonne moyenne pression.
La réduction de l'écart de température entre l'azote et l'oxygène impose, pour conserver la capacité d'échange de chaleur du vaporiseur-condenseur, d'augmenter la surface d'échange de chaleur au sein de ce dernier.
Une première solution consisterait à augmenter la hauteur du corps d'échangeur thermique du vaporiseur-condenseur pour augmenter la surface d'échange de chaleur. Toutefois, une telle augmentation de hauteur induirait une surpression hydrostatique au sein des passages d'oxygène qui tendrait à augmenter l'écart de température et qui nuirait au bon fonctionnement du vaporiseur-condenseur.
Une autre solution consisterait à multiplier le nombre de passages dédiés à l'oxygène et à l'azote, par exemple en augmentant le nombre des blocs d'échangeur de chaleur juxtaposés qui constituent le corps d'échangeur et qui fonctionnent en parallèle au sein du vaporiseur-condenseur.
Généralement, dans les installations de distillation à double colonne de distillation, la colonne basse pression surmonte le vaporiseur-condenseur qui surmonte lui-même la colonne moyenne pression. Le tronçon central de l'enceinte étanche du vaporiseur-condenseur est alors constitué par une virole d'axe vertical de révolution. Cette virole est de préférence de même diamètre que les viroles délimitant les colonnes moyenne pression et basse pression.
L'application de la deuxième solution pour augmenter la surface d'échange de chaleur à une telle installation de distillation imposerait alors d'avoir une virole de vaporiseur-condenseur de diamètre plus important que celles des colonnes moyenne pression et basse pression.
Le coût de construction d'une telle installation serait donc relativement élevé, notamment en raison du diamètre important de la virole du vaporiseur-condenseur et des pièces particulières de liaison à prévoir entre la virole du vaporiseur-condenseur et les viroles des colonnes moyenne pression et basse pression.
L'invention a pour but de résoudre ce problème en fournissant un vaporiseur-condenseur du type précité, qui peut fonctionner avec des écarts de température réduits et qui permet notamment de réaliser des installations de distillation d'air à double colonne, relativement simples et peu coûteuses à construire.
A cet effet, l'invention a pour objet un vaporiseur-condenseur selon la revendication 1.
Selon des modes particuliers de réalisation, le vaporiseur-condenseur peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
  • ladite ou chaque enceinte est formée de sorte qu'en usage, un bain de liquide puisse entourer au moins la partie inférieure du corps d'échangeur et de préférence affleure le bord le plus haut de celui-ci ;
  • ledit ou chaque corps d'échangeur thermique comprend plusieurs blocs d'échangeur thermique juxtaposés le long de l'axe longitudinal du tronçon central de l'enceinte de confinement correspondante ;
  • ledit ou chaque corps d'échangeur thermique comprend des raccords d'amenée et d'évacuation de fluides, ces raccords communiquent avec les passages plats dudit corps d'échangeur thermique et sont affectés par paire à un fluide, les raccords de chaque paire de raccords d'amenée et de sortie affectée à un même fluide étant disposés sensiblement symétriquement par rapport à un plan longitudinal et médian dudit corps d'échangeur thermique ;
  • ledit ou chacun desdits corps d'échangeur thermique comprend au moins un collecteur d'entrée et un collecteur de sortie raccordés respectivement à une paire de raccords d'amenée et de sortie affectée à un même fluide ;
  • pour ledit ou chaque corps d'échangeur thermique, le ou les collecteur(s) de sortie et le ou les collecteur(s) d'entrée sont supportés par une même région, notamment d'extrémité longitudinale, de l'enceinte de confinement correspondante ;
  • pour ladite ou chaque enceinte de confinement, le tronçon central a une forme générale de révolution autour de son axe longitudinal et, de préférence, l'enceinte est cylindrique ;
  • ladite ou chaque enceinte de confinement est ou n'est pas délimitée, au niveau de son tronçon central, en partie par le corps d'échangeur thermique correspondant ;
  • ledit corps d'échangeur thermique comprend des raccords d'amenée et d'évacuation de fluides communiquant avec les passages plats dudit corps d'échangeur thermique, et ces raccords sont disposés à l'extérieur de ladite enceinte de confinement ;
  • ledit ou chaque corps d'échangeur thermique comprend des raccords d'amenée d'un gaz communiquant avec des passages du corps d'échangeur thermique, et ledit corps d'échangeur thermique comprend des moyens d'introduction dans ces passages du gaz condensé présent dans lesdits raccords d'amenée ;
  • les passages plats du ou d'au moins un corps sont orientés tranversalement par rapport à la direction longitudinale de l'enceinte de confinement.
  • le vaporiseur comprenant au moins deux corps, un ayant des passages plats orientés tranversalement par rapport à la direction longitudinale de son enceinte de confinement et un autre ayant des passages plats orientés parallèlement par rapport à la direction longitudinale de son enceinte de confinement.
L'invention a en outre pour objet une installation de distillation d'air selon la revendication 13.
'Substantiellement horizontal' veut dire 'horizontal ou ayant des écarts allant jusqu'à à 30°, de préférence 10° de la horizontalité'.
Evidemment le corps d'échangeur à l'intérieur de l'enceinte doit rester horizontal pour que son fonctionnement soit assuré.
Selon des variantes :
  • l'installation comprend une colonne moyenne pression, une colonne basse pression, l'azote de tête de la colonne moyenne pression et l'oxygène de cuve de la colonne basse pression étant mis en relation d'échange thermique par le vaporiseur-condenseur ;
  • ladite ou chaque enceinte de confinement est disposée à côté des colonnes moyenne pression et basse pression ;
  • une partie au moins du vaporiseur-condenseur est disposée à un niveau intermédiaire entre ceux de la cuve de la colonne basse pression et de la tête de la colonne moyenne pression ;
  • l'enceinte contient un bain d'oxygène liquide dans lequel est submergé le corps en usage
    et
  • l'installation comprend une ligne principale d'échange thermique pour refroidir l'air à distiller, et le vaporiseur-condenseur surmonte la ligne principale d'échange thermique, le vaporiseur-condenseur et la ligne principale d'échange thermique ayant éventuellement des axes parallèles.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
  • la figure 1 est une vue schématique d'une installation de distillation d'air selon l'invention,
  • les figures 2 et 3 sont des vues schématiques en perspective illustrant respectivement les enceintes de confinement d'oxygène et les corps d'échangeur thermique du vaporiseur-condenseur de l'installation de la figure 1,
  • la figure 4 est une demi-vue schématique en coupe transversale verticale du vaporiseur-condenseur de l'installation de la figure 1 et illustrant notamment la structure d'un passage d'azote,
  • la figure 5 est une vue schématique en coupe transversale verticale illustrant un passage d'oxygène du vaporiseur-condenseur de l'installation de la figure 1,
  • les figures 6 et 7 sont des vues analogues à la figure 4 illustrant deux variantes de l'invention, et
  • la figure 8 est une vue analogue à la figure 5 illustrant la structure d'un passage d'oxygène pour la variante de la figure 7.
La figure 1 illustre schématiquement une installation de distillation d'air 1 qui comprend essentiellement :
  • une double colonne de distillation qui comporte une colonne moyenne pression 2, une colonne basse pression 3 et un vaporiseur-condenseur 4 du type à bain,
  • une ligne principale d'échange thermique 5,
  • un compresseur d'air 6,
  • un appareil d'épuration d'air 7, et
  • une pompe 8.
La colonne basse pression 3 surmonte la colonne moyenne pression 2. Une virole 10 verticale maintient la tête de la colonne moyenne pression 2 espacée de la cuve de la colonne basse pression 3.
La ligne principale d'échange thermique 5 comprend, dans l'exemple représenté, cinq blocs d'échangeur thermique 11. Ces blocs d'échangeur thermique 11 sont raccordés en parallèle au reste de l'installation 1 mais, pour plus de clarté, les raccordements d'un seul de ces blocs ont été représentés sur la figure 1. La nature de ces raccordements apparaítra plus clairement lors de la description du fonctionnement de l'installation 1 qui sera faite ultérieurement.
Comme illustré par les figures 1 à 4, le vaporiseur-condenseur 4 comprend deux corps d'échangeur thermique 13 (figure 3) identiques en aluminium brasé et qui sont disposés chacun dans une enceinte étanche et cylindrique 14 de confinement d'oxygène en acier inoxydable ou en aluminium (figure 2). Un seul corps d'échangeur thermique 13 et une seule enceinte 14 de confinement d'oxygène sont visibles sur la figure 1.
Il sera compris qu'un vaporiseur-condenseur selon l'invention peut ne comporter qu'un seul corps d'échangeur et donc une seule enceinte de confinement ou au moins trois corps d'échangeur, chacun ayant sa propre enceinte. Chaque corps 13 a une hauteur entre 800 et 1400mm.
Le vaporiseur-condenseur 4 étant symétrique par rapport à un plan vertical P dont la trace est visible sur la figure 4, seule une moitié de la structure de ce vaporiseur-condenseur 4 sera décrite ci-dessous. Ainsi, un seul corps d'échangeur thermique 13 et une seule enceinte étanche 14 seront donc décrits dans ce qui suit.
Le corps d'échangeur thermique 13 a une forme générale allongée selon un axe longitudinal X-X horizontal ou substantiellement horizontal et comprend, dans l'exemple représenté, cinq blocs d'échangeur thermique 16 à plaques brasées analogues et accolés. Les cinq blocs 15 sont substantiellement identiques ; leur nombre est choisi en fonction de la taille du vaporiseur, ainsi facilitant le dimensionnement, car des blocs identiques seront fabriqués en série. Ainsi il peut y avoir au moins cinq ou plus que cinq blocs 15. Le corps d'échangeur thermique 13 est symétrique par rapport à un plan longitudinal, vertical et médian Q dont la trace est visible sur la figure 4.
Chaque bloc d'échangeur thermique 16 comprend un empilage de plaques parallèles 17 rectangulaires brasées qui définissent deux à deux des passages dédiés alternativement à l'azote et à l'oxygène. L'espacement entre les plaques parallèles 17 est assuré par des ondes entretoises qui remplissent également la fonction d'ailettes thermiques. Les passages plats des blocs sont orientés tranversalement par rapport à la dimension longitudinale de l'enceinte 14.
Un passage 18 dédié à l'azote est visible sur la figure 4.
Ce passage 18, comme tous les passages 18 dédiés à l'azote, est rectangulaire et comprend une région principale centrale 19 d'échange thermique, deux régions distributrices d'entrée 20 et deux régions collectrices de sortie 21.
La région principale 19 d'échange thermique comprend une onde entretoise à génératrices verticales. Chaque région distributrice d'entrée 20 est en forme de triangle rectangle, disposée au niveau d'un coin supérieur 22 du passage 18 et comprend une onde entretoise à génératrices horizontales. Les deux régions distributrices d'entrée 20 se rejoignent au niveau du plan médian Q, les grandes bases de ces régions 20 en triangle rectangle étant horizontales.
La structure et la disposition des régions collectrices de sortie 21 est analogue à celle des régions distributrices d'entrée 20, ces régions 21 étant chacune disposées au niveau d'un coin inférieur 23 du passage 18.
Le passage 18 est fermé sur tout son pourtour par des barres verticales et horizontales sauf d'une part au niveau des petites bases 24 verticales des régions triangulaires d'entrée 20 et des petites bases 25 verticales des régions triangulaires de sortie 21, et d'autre part, au niveau de moyens d'introduction d'azote liquide qui seront mentionnés plus loin.
Les petites bases 24 et 25 des régions d'entrée 20 et de sortie 21 des cinq blocs d'échangeur thermique 16 forment, de chaque côté du corps d'échangeur thermique 13, respectivement une série de fenêtres d'entrée et une série de fenêtres de sortie d'azote alignées horizontalement.
Chaque série de fenêtres d'entrée 24 est coiffée hermétiquement par une boíte d'entrée 28 de section en demi-cercle, qui s'étend le long des cinq blocs d'échangeur thermique 16.
Chaque boíte d'entrée 28 est disposée au voisinage des coins supérieurs 22 des passages d'azote 18 et a une hauteur, selon la verticale, nettement supérieure à celle des petites bases 24 des régions distributrices d'entrée 20.
Chaque passage d'azote 18 comprend en outre au voisinage du bord inférieur de chaque boíte 28, des moyens 30 d'introduction dans le passage 18 d'azote liquide présent dans le fond de la boíte 28. Ces moyens 30 sont sous forme, par exemple, d'une région triangulaire, communiquant avec le fond de la boíte d'entrée 28. Une telle région triangulaire converge vers le plan Q et comprend une onde entretoise à génératrices obliques inclinées vers le bas et l'intérieur du passage 18. Selon une variante non représentée, de tels moyens 30 d'introduction d'azote liquide peuvent ne pas comprendre d'onde pour guider l'azote liquide ou être constitués par une barre régulièrement percée d'orifices.
Chaque série de fenêtres de sortie 25 des passages 18 dédiés à l'azote est coiffée hermétiquement par une boíte de sortie 32, de section en demi-cercle de rayon inférieur à celui des boítes d'entrée 28. Chaque boíte de sortie 32 s'étend longitudinalement le long des cinq blocs d'échangeur thermique 16. Chaque boíte de sortie 32 est disposée au voisinage des coins inférieurs 23 des passages 18 dédiés à l'azote et a une hauteur, selon la verticale, supérieure à celle des petites bases 25 des régions collectrices de sortie 21.
La figure 5 est une vue en coupe transversale verticale illustrant la structure d'un passage 34 du corps d'échangeur thermique 13 dédié à l'oxygène. Un tel passage 34, comme tous les passages 34 dédiés à l'oxygène, comprend une onde entretoise unique 35 à génératrices verticales. Ce passage 34 est obturé sur ses côtés latéraux par deux barres verticales 36 et débouche vers l'extérieur au niveau de ses bords horizontaux supérieur 37 et inférieur 38.
Le corps d'échangeur 13 comprend également, au niveau de son extrémité avant (à droite sur les figures 1 et 3) un collecteur 39 d'entrée d'azote gazeux, symétrique par rapport au plan Q. Ce collecteur d'entrée 39 comprend un conduit d'entrée 40 rectiligne et horizontal, et deux conduits de sortie 41 coudés et raccordés chacun à l'extrémité avant d'une boíte d'entrée 28.
Chaque boíte de sortie 32 comprend, au niveau de chaque bloc d'échangeur thermique 16, un manchon vertical 42 de raccordement. Deux conduites 44 de collecte des gaz rares incondensables s'étendent horizontalement de part et d'autre du corps d'échangeur thermique 13 le long de celui-ci. Chaque conduite 44 de collecte est située à un niveau intermédiaire entre la boíte d'entrée 28 et la boíte de sortie 32 correspondante. Ces conduites 44 sont raccordées aux extrémités supérieures des manchons 42 et débouchent, au niveau de l'extrémité avant du corps d'échangeur thermique 13, dans un conduit 45 collecteur de sortie de gaz rares incondensables. Ce conduit collecteur de sortie 45 est horizontal et symétrique par rapport au plan Q.
Des conduites transversales 46 coudées (figures 1 et 4) sont disposées sous le corps d'échangeur thermique 13 et raccordent les extrémités inférieures des manchons 42 de raccordement à une conduite 48 collectrice de sortie d'azote liquide longitudinale et qui s'étend horizontalement pratiquement sur toute la longueur du corps d'échangeur thermique 13, symétriquement par rapport au plan Q. Cette conduite collectrice de sortie 48, comme le conduit d'entrée 40 et le conduit collecteur de sortie 45, fait saillie vers l'avant par rapport au corps d'échangeur thermique 13.
Comme illustré par les figures 1 et 2, l'enceinte étanche 14 comprend un tronçon central 50 de forme générale cylindrique, sous forme d'une virole métallique d'axe de révolution Y-Y. Cette virole 50 est fermée de manière étanche au niveau de son extrémité avant par une cloison avant 51 et, au niveau de son extrémité arrière par une cloison arrière 52. Les cloisons 51 et 52 sont de concavité dirigée vers l'intérieur de l'enceinte 14.
L'enceinte 50 présente, dans sa cloison avant 51, trois passages circulaires disposés l'un en dessous de l'autre, respectivement 54, 55 et 56 dont les sections correspondent respectivement à celles du conduit d'entrée 40 du collecteur 39 d'entrée d'azote gazeux, du conduit 45 collecteur de sortie de gaz rares incondensables et de la conduite 48 collectrice de sortie d'azote liquide.
Un autre passage 57 d'amenée d'oxygène liquide est prévu dans cette cloison avant 51 entre les passages 54 et 55.
Un passage 58 (figure 1) de soutirage d'oxygène liquide est ménagé dans la cloison arrière 52.
Une purge 59 est prévue dans le fond du tronçon central 50 de l'enceinte étanche 14.
Le corps d'échangeur thermique 13 est disposé dans l'enceinte étanche 14, leurs axes longitudinaux X-X et Y-Y étant parallèles. Le conduit d'entrée 40, le conduit collecteur de sortie 45 et la conduite collectrice de sortie 48 sortent à l'extérieur de l'enceinte étanche 14 respectivement par les passages 54, 55 et 56.
Comme illustré par la figure 2, les deux enceintes étanches 14 sont disposées avec leurs axes longitudinaux Y-Y parallèles et horizontaux. Les enceintes étanches 14 sont raccordées symétriquement par rapport au plan P à un tuyau commun 60 d'évacuation d'oxygène gazeux, qui s'étend au-dessus des enceintes étanches 14, parallèlement à leurs axes longitudinaux Y-Y.
Le vaporiseur-condenseur 4 est disposé à côté des colonnes moyenne pression 2 et basse pression 3 au-dessus de la ligne principale d'échange thermique 5 dont la hauteur a été réduite sur la figure 1 pour faciliter la représentation. Le vaporiseur-condenseur 4 est supporté par la ligne d'échange thermique 5 au moyen d'entretoises non représentées. Une partie des corps d'échangeur thermique 13 du vaporiseur-condenseur 4 est disposée à un niveau intermédiaire entre la cuve de la colonne basse pression 3 et la tête de la colonne moyenne pression 2.
Le fonctionnement de l'installation 1 va maintenant être décrit.
L'air à distiller, préalablement comprimé par le compresseur 6 et épuré par l'appareil 7, traverse la ligne d'échange thermique 5 en se refroidissant jusqu'au voisinage de son point de rosée. Ce refroidissement est assuré en parallèle par les blocs d'échangeur thermique 11. Ensuite, l'oxygène refroidi est injecté en cuve de la colonne moyenne pression 2.
De l'azote gazeux provenant de la tête de la colonne moyenne pression 2 est introduit par l'intermédiaire des collecteurs d'entrée 39 dans les deux boítes d'entrée 28 de chaque corps d'échangeur thermique 13. Cet azote gazeux est distribué, par les régions distributrices 20 uniformément sur toute la largeur des passages 18 dédiés à l'azote de ce corps d'échangeur thermique 13. L'azote s'écoule alors verticalement vers le bas dans les régions 19 des passages 18 en se condensant progressivement.
De l'azote liquide éventuellement présent dans le fond des boítes d'entrée 28 est introduit dans les régions 19 des passages 18 grâce aux moyens 30 d'introduction. Cet azote liquide s'écoule ensuite verticalement vers le bas avec l'azote condensé dans les régions 19.
L'azote liquide est collecté en bas des régions 19 des passages 18 par l'intermédiaire des régions collectrices de sortie 21 puis renvoyé vers les deux boítes de sortie 32. La fraction incondensable contenue dans ce flux d'azote est envoyée par les conduites 44 de collecte et le conduit collecteur de sortie 45 vers l'atmosphère extérieure. L'azote condensé issu des passages 18 est quant à lui collecté par les conduites transversales 46 et par la conduite collectrice de sortie 48 puis renvoyé vers la tête de la colonne moyenne pression 2.
De l'oxygène liquide provenant de la cuve de la colonne basse pression 3 est introduit dans chaque enceinte 14 de confinement d'oxygène par l'intermédiaire des passages 57 ménagés dans leurs cloisons avant 51. Cet oxygène liquide forme un bain dans chaque enceinte 14 qui remplit la majorité du volume intérieur de cette enceinte étanche 14. La face supérieure du corps d'échangeur thermique 13 correspondant affleure légèrement au-dessus du bain d'oxygène liquide.
De l'oxygène liquide du bain circule verticalement vers le haut dans les passages 34 du corps d'échangeur thermique 13 considéré en se vaporisant à contre courant de l'azote circulant dans les passages 18.
L'oxygène vaporisé par chaque corps d'échangeur thermique 13 est ensuite renvoyé par l'intermédiaire du tuyau 60 vers la cuve de la colonne basse pression 3.
Du « liquide riche » LR (air enrichi en oxygène), prélevé en cuve de la colonne moyenne pression 2 est détendu dans une vanne de détente 61 puis injecté à un niveau intermédiaire de la colonne basse pression 3.
Du « liquide pauvre » LP (azote à peu près pur), prélevé en tête de la colonne moyenne pression 2, est détendu dans une vanne de détente 62 puis injecté au sommet de la colonne basse pression 3.
De l'azote impur ou « résiduaire » NR, soutiré du sommet de la colonne basse pression 3, est réchauffé à la traversée de la ligne principale d'échange thermique 11.
De l'oxygène gazeux, prélevé en cuve de la colonne basse pression 3 est réchauffé à la traversée de la ligne principale d'échange thermique 5. De l'oxygène liquide, soutiré par l'intermédiaire des passages 58 des enceintes étanches 14 et de la pompe 8, est vaporisé à la traversée de la ligne principale d'échange thermique 5.
Les purges 59 permettent d'évacuer les impuretés qui s'accumulent au fond des enceintes 14 de confinement d'oxygène.
La structure du vaporiseur-condenseur 4 et la position des enceintes étanches 14 permet d'atteindre des surfaces d'échange thermique relativement importantes par juxtaposition de blocs d'échangeur thermique 16.
Par ailleurs, le coût d'un tel vaporiseur-condenseur 4 est relativement réduit du fait du diamètre relativement faible des tronçons centraux 50 des enceintes 14 de confinement d'oxygène et de la simplicité de la structure de ces enceintes 14. L'encombrement du vaporiseur-condenseur 4 est également relativement faible en raison du faible diamètre des tronçons centraux 50 des enceintes 14.
En outre, du fait de la position du vaporiseur-condenseur 4, la circulation des différents fluides entre la tête de la colonne moyenne pression 2 et la cuve de la colonne basse pression 3 et le vaporiseur-condenseur 4 peut être assurée en limitant les moyens de pompage.
On constate également que, pour une capacité de distillation d'air donnée, la longueur et la surface au sol de la ligne d'échange thermique 5 sont comparables à celles du vaporiseur-condenseur 4. De plus, la hauteur de la colonne moyenne pression 2, et donc la hauteur à laquelle le vaporiseur-condenseur 4 doit être positionné correspond pratiquement à la hauteur de la ligne principale d'échange thermique 5 additionnée de la hauteur nécessaire aux divers raccordements de cette ligne 5 avec le reste de l'installation 1. Ainsi, la hauteur des entretoises de support de ce vaporiseur-condenseur 4 est limitée.
On notera que la symétrie de la structure des corps d'échangeur thermique 13 permet de diminuer la hauteur des régions distributrices d'entrée 20 et collectrices de sortie 21 et donc, à hauteur d'échange donnée, de minimiser la surpression hydrostatique néfaste à l'obtention d'un faible écart de température.
De plus, dans le cas où les enceintes 14 de confinement d'oxygène et les corps d'échangeur thermique 13 seraient réalisées en métaux différents nécessitant l'utilisation de jonctions mixtes, la structure et la présence pour chaque corps d'échangeur thermique 13 du collecteur d'entrée 39, du conduit collecteur de sortie unique 45 et de la conduite collectrice de sortie 48 permettent de limiter le nombre de ces jonctions. En effet, il n'est nécessaire de prévoir de telles jonctions qu'au niveau du conduit d'entrée 40 du collecteur d'entrée 39, du conduit collecteur de sortie 45, et de l'extrémité avant de la conduite collectrice de sortie 48.
Le fait que le collecteur d'entrée 39, le conduit collecteur de sortie 45 et la conduite collectrice de sortie 48 soient portés par une même région de la cloison avant 51 de chaque enceinte 14 de confinement d'oxygène permet également de limiter les inconvénients liés à la différence des coefficients de dilatation thermique entre les enceintes 14 et les corps d'échangeur thermique 13.
Une circulation satisfaisante d'oxygène liquide dans le bain de chaque enceinte 14 est assurée par le fait que les passages 57 d'amenée d'oxygène liquide et 58 de soutirage d'oxygène liquide sont situés à des extrémités opposées de chaque enceinte 14
Enfin, pour réaliser des vaporiseurs-condenseurs 4 de capacités différentes en fonction des besoins spécifiques d'installations de distillation d'air 1 différentes, il suffit de modifier le nombre de blocs d'échangeur thermique 16, le nombre et le diamètre des différents raccords, et la longueur des viroles 50.
La figure 6 illustre une variante de l'invention qui se distingue de celle des figures 1 à 5 notamment par ce qui suit.
Une partie 70 du flanc interne du tronçon central 50 de chaque enceinte 14 est constituée par un flanc 71 du corps d'échangeur thermique 13 correspondant. La forme générale cylindrique des tronçons centraux 15 n'est donc plus de révolution.
Chaque corps d'échangeur thermique 13 n'a plus de structure symétrique et comprend, pour chaque passage 18 dédié à l'azote, une seule région distributrice d'entrée 20 triangulaire et une seule région collectrice de sortie 21 triangulaire qui s'étendent chacune sur toute la largeur du passage 18 considérée.
Une seule boíte d'entrée 28 et une seule boíte de sortie 32 sont raccordées à chaque corps d'échangeur thermique 13 sur son flanc 71. Ces boítes 23 et 25 sont situées à l'extérieur de l'enceinte 14 de confinement d'oxygène correspondante.
L'azote gazeux est amené depuis la tête de la colonne moyenne pression 2 vers les deux boítes d'entrée 28 par l'intermédiaire d'une conduite collectrice d'entrée commune 73 et de deux séries de conduites transversales 74. La conduite collectrice d'entrée 73 est horizontale et symétrique par rapport au plan P. Chaque série de conduites 74 comprend des conduites transversales 74 régulièrement espacées l'une de l'autre et alimentant une même boíte d'entrée 28.
De manière analogue, une conduite 75 collectrice de sortie de gaz rares incondensables, commune aux deux boítes de sortie 32, s'étend horizontalement et symétriquement par rapport au plan P.
Cette conduite 75 collectrice de sortie est raccordée à chaque boíte de sortie 32 par une série de conduites transversales 76 régulièrement espacées les unes des autres.
De même, une conduite 77 collectrice de sortie d'azote liquide condensé, commune aux deux boítes de sortie 32, s'étend horizontalement et symétriquement par rapport au plan P.
Cette conduite collectrice de sortie 77 est raccordée à chaque boíte de sortie 32 par une série de conduites transversales 78 régulièrement espacées les unes des autres. L'azote condensé est donc renvoyé vers la tête de la colonne moyenne pression 2 par l'intermédiaire de la conduite collectrice de sortie 77.
L'alimentation en oxygène liquide de chaque enceinte 14 de confinement d'oxygène est assurée par une conduite collectrice d'entrée 80 disposée dans l'enceinte 14 considérée parallèlement à l'axe Y-Y, et percée régulièrement d'offices de distribution. Le soutirage d'oxygène liquide depuis chaque enceinte 14 est assuré par une série de conduites transversales 81 débouchant dans le fond de l'enceinte 14 et par une conduite collectrice de sortie 82 horizontale, symétrique par rapport au plan P, et commune aux deux enceintes 14.
Le fait que les boítes d'entrée 28 et de sortie 32 de chaque corps d'échangeur thermique 13 soient situés à l'extérieur des enceintes 14 de confinement d'oxygène permet d'améliorer la sécurité du vaporiseur-condenseur 4. Il n'est alors plus nécessaire de prendre en compte une éventuelle défaillance de ces raccords pour déterminer l'épaisseur de la paroi du corps central 50 de chaque enceinte 14 de confinement d'oxygène.
La variante de la figure 6 permet également de simplifier la structure des corps d'échangeur thermique 13 et leurs raccordements au reste de l'installation 1.
Par ailleurs, la conduite collectrice d'entrée 80, les conduites transversales 81 et la conduite collectrice de sortie commune 82 permettent d'assurer une bonne circulation d'oxygène liquide dans le bain de chaque enceinte 14. Il est à noter que de telles conduites peuvent également être prévues dans la variante des figures 1 à 5.
Les figures 7 et 8 illustrent une autre variante de l'invention qui se distingue principalement de celle de la figure 6 par ce qui suit.
Pour chaque enceinte 14 de confinement d'oxygène, une partie du fond 85 du corps central 50 de l'enceinte est formée par la paroi inférieure 86 du corps d'échangeur thermique 13 correspondant. Chaque boíte de sortie 32 a une section couvrant les trois quarts d'un cercle et coiffe un coin inférieur 23 du corps d'échangeur 13 correspondant.
Comme illustré par la figure 8, chaque passage 34 dédié à l'oxygène présente une région distributrice d'entrée 87. Cette région 87 est en forme de triangle rectangle, est disposée au niveau du bord inférieur 38 du passage 34 et s'étend sur toute la largeur de ce passage 34. La région 87 converge vers le flanc 71 du corps d'échangeur thermique 13. La petite base 88 de la région distributrice d'entrée 87 est située au niveau du flanc 89 du corps d'échangeur thermique 13 opposé au flanc 71. Le passage 34 est obturé sur ses côtés latéraux par deux barres verticales 36, sauf au niveau de la petite base 88 de la région distributrice d'entrée 87, et par une barre horizontale 90 au niveau du bord inférieur 38 du passage 34.
L'alimentation en oxygène liquide et le soutirage d'oxygène liquide de chaque enceinte 14 sont assurés comme dans le cas des figures 1 à 5.
Comme dans le cas de la variante de la figure 6, cette variante permet de simplifier la structure des corps d'échangeur thermique 13 et leurs raccordements au reste de l'installation de distillation 1.

Claims (18)

  1. Vaporiseur-condenseur (4) du type à bain comprenant au moins un corps d'échangeur thermique (13), présentant une multitude de passages plats (18, 34) pour la circulation à contre-courant de deux fluides, provenant d'une ou plusieurs colonnes, selon une même direction et au moins une enceinte étanche (14) de confinement d'un fluide contenant le ou chaque corps d'échangeur thermique, l'enceinte de confinement comprenant un tronçon central (50) de forme générale cylindrique selon un axe longitudinal (Y-Y), l'axe longitudinal du tronçon central de ladite ou de chaque enceinte de confinement étant substantiellement orthogonal à la direction de circulation à contre-courant des fluides dans les passages plats du corps d'échangeur thermique correspondant, caractérisé en ce que, l'enceinte étant destinée à être placée à l'extérieur de toute colonne de distillation, le vaporiseur-condenseur (4) comporte un passage (57) aménagé dans l'enceinte (14) de confinement pour amener du liquide à vaporiser provenant d'une colonne dans un bain dans ladite enceinte.
  2. Vaporiseur-condenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ou chaque corps d'échangeur thermique (13) comprend plusieurs blocs d'échangeur thermique (16) juxtaposés le long de l'axe longitudinal (Y-Y) du tronçon central (50) de l'enceinte de confinement (14) correspondante.
  3. Vaporiseur-condenseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite ou chaque enceinte (14) est formée de sorte qu'en usage, un bain de liquide puisse entourer au moins la partie inférieure du corps d'échangeur (13) et de préférence affleure le bord le plus haut de celui-ci.
  4. Vaporiseur-condenseur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit ou chaque corps d'échangeur thermique (13) comprend des raccords d'amenée (28) et d'évacuation (32) de fluides, en ce que ces raccords (28, 32) communiquent avec les passages plats (18, 34) dudit corps d'échangeur thermique et sont affectés par paire à un fluide, les raccords de chaque paire de raccords de raccords d'amenée et de sortie affectée à un même fluide étant disposés sensiblement symétriquement par rapport à un plan longitudinal et médian (Q) dudit corps d'échangeur thermique(13).
  5. Vaporiseur-condenseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit ou chacun desdits corps d'échangeur thermique (13) comprend au moins un collecteur d'entrée (39) et un collecteur de sortie (45, 48) raccordés respectivement à une paire de raccords (28, 32) d'amenée et de sortie affectée à un même fluide.
  6. Vaporiseur-condenseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que, pour ledit ou chaque corps d'échangeur thermique (13), le ou les collecteur(s) de sortie (45, 48) et le ou les collecteur(s) d'entrée (39) sont supportés par une même région, notamment d'extrémité longitudinale (51), de l'enceinte de confinement (14) correspondante.
  7. Vaporiseur-condenseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, pour ladite ou chaque enceinte de confinement (14), le tronçon central (50) a une forme générale de révolution autour de son axe longitudinal (Y-Y) et éventuellement en ce que l'enceinte est cylindrique.
  8. Vaporiseur-condenseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite ou chaque enceinte de confinement (14) est ou n'est pas délimitée, au niveau de son tronçon central (50), en partie par le corps d'échangeur thermique (13) correspondant (figures 6 à 8).
  9. Vaporiseur-condenseur selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit corps d'échangeur thermique (13) comprend des raccords d'amenée (28) et d'évacuation (32) de fluides communiquant avec les passages plats (18, 34) dudit corps d'échangeur thermique, et en ce que ces raccords (28, 32) sont disposés à l'extérieur de ladite enceinte de confinement (14).
  10. Vaporiseur-condenseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit ou chaque corps d'échangeur thermique (13) comprend des raccords (28) d'amenée d'un gaz communiquant avec des passages (18) du corps d'échangeur thermique (13) et en ce que ledit corps d'échangeur thermique (13) comprend des moyens (30) d'introduction dans ces passages (18 du gaz condensé présent dans lesdits raccords d'amenée (28).
  11. Vaporiseur-condenseur selon l'une des revendications précédentes dans lequel les passages plats (18, 34) du ou d'au moins un corps (13) sont orientés transversalement par rapport à la direction longitudinale de l'enceinte de confinement (14).
  12. Vaporiseur-condenseur selon la revendication 11 comprenant au moins deux corps (13) dont un ayant des passages plats (18, 34) orientés transversalement par rapport à la direction longitudinale de son enceinte de confinement (14) et un autre ayant des passages plats orientés parallèlement par rapport à la direction longitudinale de son enceinte de confinement.
  13. Installation de distillation, comprenant un vaporiseur-condenseur (4) du type à bain comprenant au moins un corps d'échangeur thermique (13), présentant une multitude de passages plats (18, 34) pour la circulation à contre-courant de deux fluides, provenant d'une ou plusieurs colonnes, selon une même direction et au moins une enceinte étanche (14) de confinement d'un fluide contenant le ou chaque corps d'échangeur thermique, l'enceinte de confinement comprenant un tronçon central (50) de forme générale cylindrique selon un axe longitudinal (Y-Y), l'axe longitudinal du tronçon central de ladite ou de chaque enceinte de confinement étant substantiellement orthogonal à la direction de circulation à contre-courant des fluides dans les passages plats du corps d'échangeur thermique correspondant, caractérisée en ce que l'enceinte se trouve à l'extérieur de toute colonne de distillation et est adaptée pour contenir un bain de liquide à vaporiser provenant d'une colonne.
  14. Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que l'axe longitudinal du tronçon central de ladite ou de chaque enceinte de confinement (14) du vaporiseur-condenseur (4) est substantiellement horizontal.
  15. Installation selon la revendication 13 ou 14, caractérisée en ce qu'elle comprend une colonne moyenne pression (2), une colonne basse pression (3), l'azote de tête de la colonne moyenne pression et l'oxygène de cuve de la colonne basse pression étant mis en relation d'échange thermique par le vaporiseur-condenseur (4).
  16. Installation selon la revendication 15, caractérisée en ce que ladite ou chaque enceinte de confinement (14) est disposée à côté des colonnes moyenne pression et basse pression.
  17. Installation selon la revendication 15 ou 16, caractérisée en ce qu'une partie au moins du vaporiseur-condenseur (4) est disposée à un niveau intermédiaire entre ceux de la cuve de la colonne basse pression (3) et de la tête de la colonne moyenne pression (2).
  18. Installation selon la revendication 16, caractérisée en ce que l'installation comprend une ligne principale d'échange thermique (5) pour refroidir l'air à distiller, et en ce que le vaporiseur-condenseur (4) surmonte la ligne principale d'échange thermique (5).
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