Les plateaux peuvent être:
Les plateaux sont tous constitués de:
Outre le type de cheminement du liquide, le dispositif pour faire barbotter la vapeur est la caractéristique principale pour différencier les types de plateaux; les plus classiques sont:
Les
phénomènes redoutés qui peuvent dégrader l'efficacité du plateau, et
pour lesquels une conception adaptée est nécessaire, sont:
Sur
les plateaux à courants croisés, l'écoulement du liquide
horizontalement sur le plateau se fait avec une certaine perte de
charge qui se traduit par un niveau liquide supérieur près de l'entrée,
et décroissant progressivement jusqu'au barrage de sortie. En
conséquence, la vapeur traversera plus facilement le plateau près de la
sortie liquide (où l'épaisseur de liquide à traverser est moindre) que
vers l'entrée.
Pour limiter ce phénomène et la perte d'efficacité du plateau qui en
découle, sur les colonnes de fort diamètre, le cheminement du liquide
est réparti sur plusieurs passes.
Les plateaux classiques doivent être espacés de 40 à 60cm.
Les plateaux à
cloches (Bubble cap trays)
font
partie des plus anciens types de plateaux. Ils étaient déjà en usage
dans l'industrie du 19ème siècle. La sole du plateau est persée de
trous équipés d'une cheminée et surmontés d'une cloche. La cloche est
munie à sa base de fentes pour faire buller le gaz dans le liquide.
Aujourd'hui ils restent utiles lorsque l’efficacité
doit être maintenue pour un très faible débit liquide, ou lorsque le
débit de gaz ou de vapeur varie dans de grandes proportions.
Correctement construit et installé, aucun pleurage du liquide n'est à
redouter.
La perte de
charge est relativement élevée en raison du niveau important de liquide
nécessaire.
Les plateaux à cloches sont coûteux à construire
Les plateaux perforés (Sieve trays) sont
particulièrement peu coûteux à construire, mais ne sont efficace que
dans une faible plage de débits autour des conditions pour lesquelles
ils ont été dimensionnés. Pour les services encrassant ils peuvent être
conçus sans descente (downcomer), le liquide circulant alors
exclusivement par les perforations du plateau (Dual flow trays).
L’efficacité est alors moindre.
Les plateaux à
clapets flottants (Floating valve trays)
sont particulièrement adaptés aux applications présentant
une
large plage de débit de fonctionnement. Grâce à leur capacité à
s’adapter au débit de gaz, ils conservent une efficacité élevée sur une
plage de fonctionnement plus large que les plateaux perforés (Sieve
trays). La forme des clapets peut varier selon les fournisseurs. Ils
peuvent être ronds ou rectangulaires, créer un effet venturi pour
réduire leur perte de charge, être enfermés dans une cage (Caged
valves), ...
Les plateaux à
clapets fixes (Fixed valve trays)
combinent les propriétés des plateaux perforés et des clapets
flottants. Leur but est d’orienter horizontalement le flux gazeux
traversant le plateau. Ils autorisent une plus large plage de débits
que les plateaux perforé et sont plus robustes que les clapets
flottants.
Les plateaux peuvent être montés individuellement
dans
les colonnes de diamètre suffisant pour permettre une circulation
de personne à l’intérieur. Pour des colonnes de trop faible diamètre
(<1 mètre),
les plateaux peuvent être assemblés sous forme de cartouches, qui
seront glissées à l’intérieur du fût de la colonne. Le nombre de
plateaux est limité à cinq par assemblage, maintenus ensemble par des
tirants et des entretoises. La colonne est alors constituée de tronçons
munis d'une bride aux extrémités. Une cartouche de plateaux peut être
glissés par chaque extrémité d'un tronçon de colonne. La colonne peut
être constituée de plusieurs tronçons mis bout à bout.
L'efficacité des plateaux est évaluée en comparant le nombre
d'étages théorique réalisé au nombre de plateaux réellement installés.
Cette efficacité va de 60% à plus de 100% selon le type d'application.
Les plateaux dit « haute capacité » sont des conceptions propres à chaque fournisseur. Ils sont souvent basés sur l’une des conceptions classiques précédentes, optimisée pour accroitre la capacité hydraulique. Les optimisations portent principalement sur l’augmentation de l’aire de passage du gaz ou la réduction des entrainements liquides.
Leur efficacité est améliorée et ils acceptent un espacement plus
réduit. On peut citer:
- MD Trays de UOP
- Nyes de Glitch
- Ripple-Tray de Stone & Webster
Le
diamètre des colonnes augmente avec le débit de gaz ou de vapeur,
rendant plus difficile l'écoulement du liquide sur le plateau. La
charge liquide des plateaux augmente plus vite que le débit de gaz.
Pour diminuer les résistances à l'écoulement du liquide, celui-ci est
fractionné. On parle de plateaux multipasses (2 ou 4 passes
principalement). Mais la géométrie de la colonne fait que dans les
plateaux à 4 passes ou plus, le fractionnement de l'écoulement liquide
n'est pas parfaitement symétrique. L'efficacité de la colonne s'en
trouve diminuée.
La capacité d’un plateau peut être limitée pour plusieurs
raisons pouvant être liées au débit vapeur ou au débit liquide.
Les limitations du débit vapeur sont :
La
fluidisation :
la fluidisation tient au fait que même sans interne, dans la colonne
vide, à partir d’une certaine limite les gouttes de liquide sont
entrainées vers le haut par le gaz. Les forces exercées par le gaz
égale les forces de gravité sur les gouttelettes.
Le jet
flooding :
correspond à un entrainement massif de liquide d’un plateau vers le
suivant au dessus. Cela peut aussi être vu comme le débit de gaz pour
lequel la hauteur de mousse au dessus du plateau égale l’espace
disponible entre les plateaux.
Les limitations dues au débit liquide sont :
Chocking dans la descente
Niveau dans la descente
Le
diagramme de performance illustre le domaine de fonctionnement possible
des internes d’une colonne. Les différentes limites sont portées sur un
diagramme avec la charge liquide en abscisse et la charge vapeur en
ordonnée. Les limites du domaine de fonctionnement sont
généralement :
La courbe à jet flood constant (80% par exemple) qui défini
généralement la charge maximum en vapeur
La courbe de limite du régime de bulle (spray transition) qui défini le
débit minimum de liquide
Le débit maximum de liquide par unité de longueur de déversoir (30
l/m/sec par exemple) qui défini le débit maximum de liquide
La perte de charge plateau sec (40 à 50mm de colonne d’eau) qui défini
le débit minimum de gaz
La courbe à hauteur dans la descente constante (80% par exemple)
La courbe à vitesse dans la descente constante (0,1 m/sec par exemple)