Titre : DISPOSITIF DE FORMATION ET DE DISTRIBUTION D'UN ECOULEMENT FLUIDIQUE

DIPHASIQUE.

DOMAINE TECHNIQUE

L'invention concerne un dispositif de formation, création, génération, et de distribution d'un écoulement fluidique diphasique.

Les deux phases de l'écoulement diphasique peuvent être une phase liquide et une phase gazeuse ou deux phases liquides non miscibles.

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.

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.

Le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour alimenter tout appareil fonctionnant avec une alimentation diphasique, par exemple gaz-liquide ou liquide-liquide.

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.

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.

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.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

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.

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.

La technologie des dispositifs de distribution des fluides, ou distributeurs, fait donc l'objet d'études depuis de nombreuses années.

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.

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.

Les distributeurs utilisés pour l'alimentation en gaz et en liquide des réacteurs monolithes sont notamment :

- 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.

- 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.

- 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.

- 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.

- 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.

- 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.

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.

Des exemples de distributeurs sont décrits dans les documents suivants.

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.

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.

Le diamètre intérieur des cheminées est généralement compris entre 10 mm et 150 mm, et préférentiellement compris entre 25 mm et 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.

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.

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.

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.

Ce dispositif comprend :

- 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 ;

- plusieurs paniers amovibles aptes à contenir et retenir un milieu filtrant.

Chaque panier est pourvu d'un moyen de support du panier coopérant avec une cheminée du plateau pour soutenir le panier de filtration.

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.

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.

Ce dispositif est placé en amont d'un plateau distributeur et est constitué :

- 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 ;

- 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.

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.

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.

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.

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.

Ce plateau est constitué de haut en bas par : un support perforé supportant une couche de filtration ;

- 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 ;

- au moins un élément dispersif de forte porosité située au-dessous du plateau plein.

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.

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.

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.

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 :

- 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 ;

- 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.

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.

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, et

- d'autre part du type ou régime d'écoulement dans les canaux lorsqu'il s'agit d'un appareil de type monolithe.

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.

Il existe aussi un besoin pour un dispositif qui permette une grande flexibilité du point de vue des gammes des débits globaux d'alimentation.

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.

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.

EXPOSÉ DE L'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 :

- 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;

- 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;

- 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) ;

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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)

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.

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.

Avantageusement, les canaux sont parallèles les uns aux autres.

Avantageusement, les canaux sont disposés en rangées.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

Mais toute autre forme est possible pour cette section droite.

Par exemple, la section droite des canaux, peut avoir une forme de polygone (par exemple carré, pentagone, hexagone, rectangle, losange ...), ou d'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.

Les canaux présentant de tels « petits » diamètres peuvent être qualifiés de canaux fins ou capillaires.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

La ou les plaque(s) perforée(s) (planchers(s)) mentionnée(s) plus haut est (sont) alors aussi sensiblement horizontale(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.

Ces moyens de connexion peuvent être notamment constitués par un système de joints et de brides de serrage.

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.

L'invention concerne également un ensemble ou assemblage comprenant plusieurs dispositifs selon l'invention tels que décrits plus haut.

Cet ensemble ou assemblage peut comprendre plusieurs dispositifs selon l'invention, sans aucune limitation sur le nombre de ces dispositifs.

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.

Dans cet ensemble, les dispositifs peuvent être assemblés, notamment accolés avec des alimentations communes notamment intercalées.

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.

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.

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.

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.

Les appareils à alimenter peuvent être des appareils fonctionnant avec des phases fluides circulant à co-courant, par exemple à co-courant descendant.

Avantageusement, l'appareil à alimenter avec un écoulement fluidique diphasique est un réacteur à lit fixe ou un réacteur ou absorbeur monolithe.

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.

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.

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.

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).

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 :

(1) Réactions catalytiques pour le traitement d'hydrocarbures liquides :

- Addition catalytique d'un hydrocarbure lourd et d'un hydrocarbure léger ;

- Synthèse de l'éthylbenzène, intermédiaire dans la production du styrène ;

- 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.

(2) Absorption de composés gazeux : pression de 1 à 20 bar, température ambiante à froide :

Absorption réactive des composés acides du gaz naturel ;

- Absorption réactive de CO2 présent dans des effluents gazeux en sortie d'usine.

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.

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.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

[Fig. 1] est une vue de dessus d'un mode de réalisation (premier mode de réalisation) du dispositif selon l'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. 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. 4] est une vue en perspective tridimensionnelle d'un mode de réalisation du dispositif selon l'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. 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. 8] est une autre vue en perspective tridimensionnelle selon un autre angle, d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention.

[Fig. 9] est une vue en perspective tridimensionnelle d'un mode de réalisation du dispositif selon l'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. 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. 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. 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. 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. 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. 16] est une photographie qui montre une image de fond des 12 canaux consécutifs, remplis d'eau.

[Fig. 17] est une photographie qui montre une image des 12 canaux alimentés en air et en eau.

[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. 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. 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.

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.

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.

[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.

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.

[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.

La géométrie de la Figure 24 comporte donc deux plaques perforées ou planchers.

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.

[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.

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.

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.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

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.

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.

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.

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.

Cette enceinte est définie par une paroi supérieure (1), une paroi inférieure (2) et une paroi latérale interne de section rectangulaire (3).

Dans la paroi supérieure (1) peut être prévu un couvercle amovible (4) éventuellement transparent ou un hublot.

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.

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.

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.

De manière générale la géométrie préférée du ou des orifices d'admission, quel qu'en soit le nombre est une géométrie circulaire.

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.

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).

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.

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).

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.

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.

De manière générale la géométrie préférée du ou des orifices d'admission, quel qu'en soit le nombre est une géométrie circulaire.

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).

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).

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.

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.

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).

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).

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.

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.

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.

La plaque perforée (10) peut être placée par exemple à mi-hauteur dans la seconde chambre (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.

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).

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).

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).

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).

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).

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.

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).

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).

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).

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.

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).

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).

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.

Les canaux (14) peuvent avoir une plus grande dimension, telle qu'un diamètre, tel que précisé plus haut, 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.

Les entrées (18) des canaux peuvent se présenter sous une ou plusieurs formes.

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.

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.

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.

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.

Un autre système de bride de serrage (20) est prévu au sommet du dispositif pour une connexion avec d'autres appareils ou canalisations.

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.

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.

Les dimensions du dispositif, distributeur selon l'invention, peuvent en effet varier entre de larges limites.

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.

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.

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).

Ces configurations des entrées, orifices d'admission, sont les suivantes pour les lignes, rangées, A, B, C, D, E, F, et 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.

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.

Ligne D : Trou arasant, c'est-à-dire sans tube en té de prolongation, d'un diamètre de 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.

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.

Un autre mode de réalisation du dispositif, « distributeur », selon l'invention est décrit sur la 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).

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.

La plaque perforée (21) peut être placée par exemple à mi-hauteur dans la première chambre (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.

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.

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.

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.

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.

Un système de bride de serrage (20) est prévu au sommet du dispositif pour une connexion éventuelle avec d'autres appareils ou canalisations.

Encore un autre mode de réalisation du dispositif « distributeur » selon l'invention est décrit sur la 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).

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.

La plaque perforée (21) peut être placée par exemple à mi-hauteur dans la première chambre (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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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).

Plusieurs réacteurs monolithes superposés peuvent être prévus.

L'invention va maintenant être décrite en référence aux exemples suivants donnés à titre illustratif et non-limitatif.

Exemple 1.

Dans cet exemple 1, on fabrique un dispositif selon l'invention et on utilise ce dispositif pour former un écoulement diphasique eau-gaz.

Ce dispositif est le dispositif représenté sur les Figures 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, et 10 déjà décrites plus haut.

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.

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.

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).

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 ^® »).

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 ^® »).

Plus exactement, la réalisation par impression 3D du dispositif générateur/distributeur d'écoulement diphasique selon l'invention s'est déroulée selon le protocole suivant :

- Dimensionnement et modélisation d'une maquette numérique 3D à l'aide d'un logiciel de

CAO (« Autodesk Inventor ^® »).

- Prétraitement : Conversion du fichier natif « ipt » e n format « .571 » (« 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 ^® ».

- 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.

- 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).

- Sortie de l'objet de l'étuve et refroidissement à l'air.

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.

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.

La Figure 16 montre une image de fond des 12 canaux consécutifs, remplis d'eau.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

Exemple 2.

Les essais effectués dans cet exemple sont essais sont réalisés dans des appareils simulés simulant des appareils réels.

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.

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.

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).

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) :

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.

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.

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.

Deux géométries internes de la première chambre du distributeur selon l'invention sont donc étudiées :

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).

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 :

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).

Le tableau I suivant donne l'écart-type sur les débits de liquide sortant des divers canaux :

Tableau I.

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.

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.