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"PROCEDE ET APPAREIL POUR LA CONDENSATION' DE VAPEURS DE ZINC'.
La présente invention concerne la condensation de vapeurs de zinc et a pour objet d'offrir un procédé et un appareil pour effectuer cette condensation.
Le zinc. métallique, lorsqu'on le produit par la réduction à hautes températures de minerais de zinc oxydés, est presque universellement fait, à l'heure actuelle, dans des fours à distiller le zinc ayant un certain nombre de cornues relativement petites aux bouts externes desquelles de petits condenseurs sont attachés. Les cornues sont
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habituellement montées sous une légère inclinaison, en étant usuellement inclinées de haut en bas du gros bout, ou extrémité close, vers le bout ouvert, ou externe. Le condenseur constitue, en fait, un prolongement de la cor- une, bien qu'habituellement monté dans une position sensible- ment horizontale et, par suite, non en alignement exact avec l'axe prolongé de la cornue.
Les vapeurs de zinc et autres gaz passent, suivant une ligne sensiblement hori- zontale de la cornue à travers le condenseur et les gaz d'échappement s'en vont-à travers l'extrémité ouverte de ce dernier. Le rendement de cet appareil condenseur habituel actuel est loin d'être satisfaisant, environ 60 à 75 % seu- lement des vapeurs de zinc métallique qui sortent de la cornue étant condensé à l'état de zinc métallique alors qué le restant se condense sous forme de poudre bleue", ou brûle à l'orifice du condenseur, en formant de l'oxyde de zinc, et est perdu.
L'invention a pour l'un de ses objets d'offrir un condenseur capable de condenser efficacement de grands volumes de vapeurs de zinc. Elle a pour autre objet d'offrir ¯un condenseur capable de manipuler et de condenser effica- cement une provision sensiblement contenue de vapeurs de zinc livrées au condenseur en volumes relativement grands .par un four à zinc à marche continue.
Plus particulière- mente elle vise à offrir un condenseur capable de condenser efficacement les vapeurs de zinc produites par le procédé de réduction ou de fusion décrit dans un brevet, de même date que le présent, ayant pour titre: Procédé pour la réduction, ou fusion* de- matières zincifères** invention est basée sur les observations qu'ont faites ses auteurs que, clans-la condensation en zinc métallique de gaz portant des vapeurs de zinc, plus
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la température de la chambre de condensation est mainte- nue près de celle qui donnera au métal condensé la même pression de vapeur que celle qui existe dans les gaz à condenser, moins il y aura tendance, de la part des vapeurs de zinc, à se condenser en gouttelettes non coalescentes,
de la nature de la "poudre bleue".Toutefois, à mesure que la température de la chambre de condensation approche de la température à laquelle la pression de vapeur du métal, condensé est égale à la pression de vapeur dans les gaz à condenser, le pourcentage de vapeurs de zinc conden- sées (même si toutes les vapeurs condensées le sont sous la forme de gouttelettes coalescentes) devient moindre ,-et l'extraction de zinc des gaz chargés de métal est par conséquent faible. Les auteurs de l'invention ont égale- ment remarqué qu'on facilite grandement la condensation en faisant passer les vapeurs de zinc à une certaine vitesse à côté d'une surface sur laquelle des gouttelettes de zinc fondu coulent, à la manière de la pluie lorsqu'elle fouette sur une vitre de fenêtre.
Les auteurs de l'invention ont découvert qu'en maintenant la surface condensante à une gradation de température appropriée de l'extrémité d'entrée de gaz à l'extrémité de sorti.e de gaz du condenseur, et en dispo- sant l'extrémité de sortie à une hauteur suffisante, au- dessus dé l'extrémité de centrée, pour obliger les gouttelettes de métal condensées près de l'extrémité de sortie relativement froide,, à mesure qu'elles s'accumulent, à couler (ou dégoutter) en'arrière en travers de la sur- face condensante, vers l'extrémité relativement chaude du condenseur, les gouttelettes qui n'étaient pas coales- centes, quand elles existaient à l'extrémité relativement froide, grossissent et se soudent en masses fondues à
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mesure qu'elles reviennent vers l'extrémitérelativement chaude.
Ils ont également trouvé. que la disposition de la surface condensante sur laquelle cette gradation de tempé- rature est maintenue doit- être telle que chaque petite unité de volume des gaz chargés de métal effectue un par- cours relativement long en travers de cette surface con- densante en passant de l'extrémité relativement chaude à l'extrémité relativement froide de la dite surface. On a trouvé. qu'une telle disposition de la surface condensante peut être admirablement obtenue dans une multiplicité de passages tubulaires relativement longs dans lesquels est maintenue une gradation de température décroissant d'une façon appropriée de l'extrémité d'entrée de gaz vers l'extrémité de sortie de gaz.
En disposant ainsi la surface condensante et en maintenant la gradation de tem- pérature appropriée, on est à même de faire sortir les gaz presque complètement démétallisés et d'extraire sen- siblement tout le zinc (95 % ou davantage) sous la forme de métal liquide et non sous la forme de gouttelettes ou particules non coalescentes, de la nature de la "poudre . bleuet
Bans l'application de ces observations et décou- vertes à la construction d'un condenseur industriellement pratique Pour des vapeurs de sine, les auteurs de l'invention ont trouvé qu'on doit veiller avec soin aux fac- teurs suivants et les soumettre à des réglages quanti- tatifs: 1 : contrôle exact de la température du conden- seur dans son ensemble;
2 . maintien exact d'une grada- tion de température appropriée de l'extrémité d'entrée de gaz à l'extrémité de sortie de gaz; 3 . maintien exact des conditions de pressions absolues et différentielles à l'intérieur du condenseur, 4 . Etablissement d'une grande surface condensante sur laquelle chaque
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petite unité de volume de gaz chargés de métal doit par- courir une distance relativement longue;
5 . disposition de cette surface de façon que le métal condensé,à mesure quil s'accumule à l'extrémité de sortie de gaz, relative- ment froides revienne en travers de la dite surface vers l'extrémité d'entrée de gaz relativement chaude et, 6 . établissement d'une surface condensante de nature, tant physique que chimique, telle qu'elle donne lieu à une adhérence minimum du condensé et facilite le rapide écoule- ment du métal condensé en travers d'elle.
Le condenseur qui fait l'objet de l'invention englobe les caractéristiques de construction susmentionnées et, en même .temps, est capable, dans le fonctionnement, d'un réglage et d'un contrôle tels qu'ils établissent et maintiennent les conditions susmentionnées de températures et de pressions. Dans sa forme d'exécution préférée, le condenseur comprend une chambre distributrice de gaz et collectrice de métal fondu en communication, à sa partie supérieure avec une multiplicité de conduits ou tubes relativement longs, de section relativement petite. Les conduits sont de préférence disposés verticalement et, dans leur ensemble, constituent en fait une tour ou colonne de condensation multitubulaire. Le charbon, et en parti- culier le graphite, convient admirablement comme matière pour les surfaces condensantes de la chambre et des conduits.
Le nombre de conduits et leurs dimensions doivent être tels que la surface (condensante) interne totale de tous les conduits soit notablement plus grande, et de préférence bien des fois plus grande, que la surface (condensante) interne de la chambre. La chambre distributrice et collec- trice est pourvue d'une entrée pour les gaz portant les vapeurs de zinc à condenser, ainsi que d'une cuve appropriée
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gaur recueillir le métal condensé aussi bien que d'un moyen apprêté, de préférence un trou de coulée voisin du fond de la cuve, pour retire, le métal fondu ou liquide.
De la chambre de distribution, les gaz passent à travers les conduits ou passages de la colonne multitu- .maire et. dans ces conduit, ou passage., une notable proportion des vapeurs métalliques se condense en métal liquide et revient (ou dégoutte) vers la chambre distributrice et collectrice, Les gaz d'échappement sortent de ..appareil condenseur par l'extrémité externe, ou rela- tivement froide, des conduits ou tubes et la sortie de ces gaz est réglable afin de permettre de régler et de contrôler les pressions de gaz à l'intérieur de la cham- bre de condensation. Le réglage des gaz d'échappement peut être commodément effectué en recouvrant le bout externe de tous les conduits ou tubes avec une hotte commune ayant un ou plusieurs orifices de sortie réglables pour l'évacuation contrôlée des gaz d'échappement.
Le condenseur dans son ensemble, est convenaient isolé de manière régler et contrôler comme il convient la gradation de température dans la colonne multitubulaire.
Les contrôles voulus de température sont réalisés, dans le condenseur de l'invention, par des dispositions relatives appropriées de moyens d'enlèvement de chaleur et de moyens calorifuges, en n'u.tilisant que la chaleur dérivée des gaz se condensant, concurrent avec ces moyens, pour établir et maintenir les contrôles de tempêrature voulus. L'invention, dans sa forme d'exécution préférée, rend possible la réalisation complète de ce contrôle voulu de température par de la chaleur dérivée exclusivement des gaz se condensant. Il va toutefois sans dire que, dans certaines conditions, la chaleur
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dérivée de ces gaz peut être supplémentée par de la chaleur étrangère.
Les contrôles de pression désirés sont réalisés en utilisant les pressions'disponibles dans les gaz char- gés de métal qui pénètrent dans le condenseur, les pressions disponibles, comme conséquence de la condensation différen- tiellede zinc métallique et les pressions disponibles comme conséquence du tirage de cheminée du condenseur. Les résistances à l'écoulement de gaz à travers le condenseur sont disposées- de manière à faire usage de ces pressions disponibles pour établir et maintenir les conditions vou- lues d'écoulement de gaz et de condensation de métal dans le condenseur.
Sur les dessins ci-joints:
Fig. 1 est une élévation en coupe (suivant 1-1, fig. 3) d'un condenseur établi conformément à l'invention.
Fig. 2 en est une élévation en coupe suivant 2-2, fig. 3 et
Fig. 3 en est un plan.
Le condenseur représenté sur ces dessins comprend une chambre distributrice de gaz et collectrice de métal fondu, 5, garnie de blocs de graphite 6. Le fond, ou cuve collectrice de métal, de la chambre 5 est inclinée de haut en bas (en forme de V) vers un sommet central où il existe un trou de coulée 2 pour permettre d'enlever le métal fondu quand il le faut. La chambre 5 présente un orifice d'entrée de gaz, 8, sur l'un des cotés et au-dessus du niveau du métal fondu s'accumulant dans la cuve. Un trou de nettoyage, 9, est prévu sur l'autre coté de la chembre, sensiblement en face de l'orifice d'entrée de gaz 8. Le trou de coulée 7, l'orifice d'entrée de gaz 8 et le trou de nettoyage ±. sont constitués par des tubes de graphite s*adaptant exactement dans des ouvertures appropriées du garnissage en graphite de la chambre.
Le garnissage en
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blocs de graphiter ±, de la chambre .5 est entouré (sauf dans la région du sommet du V de la cuve) par une couche 10 de pâte de charbon durcie et le tout est enfermé dans une enveloppe ou boite en tôle 11. Le long du sommet de la cuve en forme de V, des briques de sil-o-cel naturel, 17 ; sont disposées entre le garnissage 6 et la boîte 11.
Une colonne de condensation multitubulaire 12 est montée sur le dessus de la chambre 5 avec laquelle les tubes 13 communiquent. Dans le condenseur représenté sur les dessins, la citerne ou tour 12 est constituée par plusieurs (douze) blocs de graphite dont chacun présente plusieurs (huit,, dans le présent cas) conduits 13 forés ou autre- ment ménagés dedans. La colonne 12 et par suite les tubes ou conduits verticaux ont une hauteur sensiblement supérieure à celle de la chambre 5. Dans le condenseur par- ticulier représenté, sur les dessins, les conduits 13 ont vingt cinq millimètres de diamètre et environ un mètre vingt centimètres de hauteur.
Les conduits (96 en tout) ont une surface totale d'environ 930 décimètres carrés, tandis que la surface de la chambre 5 est d'environ 130 décimètres carrés* les blocs de graphite assemblés (dans lesquels les conduits 13 sout forés) sont entourés par une couche 14 de pâte de charbon durcie renfermée sur les côtés par une botte en tôle 15. l'ensemble du condenseur est ren- fermé dans une botte ou chemise en tôle 16 convenablement espacée de l'enveloppe 11 et de la boîte 15.
Les espaces entre-la chemise 1.6 et la Partie inférieure de l'enveloppe 11 sont remplis de maçonnerie en sil-o-cel naturel 17 et, au-dessus de cette maçonnerie, les espaces compris entre la chemise extérieure 16 et l'enveloppe ou boîte intérieure 11 et entre cette chemise 16 et la boîte 15 sont remplis
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de poussière de charbon la
Une hotte en tôle 19 recouvre les sommets, ou extrémités. de sortie de gaz* de tous les conduits 13. Le bord inférieur de cette hotte est de préférence enfoui au degré voulu dans la poussière de charbon 18 l'entourent. La hotte présente.) à sa partie supérieure, une ouverture 20 dans laquelle on peut introduire des bouchons 21 ayant, au centre, des orifices de différentes dimensions (graduées) .
Les gaz d'échappement s'en vont du condenseur par l'orifice du bouchon 21 qui se trouve dans l'ouverture 20. En choisis- sant convenablement ces bouchons et en les changeant quand c'est nécessaire, on peut régler et contrôler la pression de gaz à l'intérieur du condenseur par la dimension de l'orifice du bouchon particulier en position d'activité dans l'ouver- ture20.
L'ouverture de nettoyage 9 a un bouchon interne, en graphite, 22 et un bouchon externe 23 et l'espace entre ces deux bouchons est de préférence rempli de matière isolante, comme la poudre de sil-o-cel par exemple. De même, le trou de coulée 7 a un bouchon interne en graphite, 24, porté par une tige 85 s'étendant au-delà, d'un bouchon externe,, 26., en terre réfractaire ou matière analogue,,
La pression 'euse à l'intérieur du condenseur est déterminée par un dispositif sensible à la pression, 27, relié à un manomètre Ellison 28 et à un instrument enregis- treur de pression 29.
Le dispositif 27 peut être placé dans l'entrée de gaz 8 comme cest représenté sur les dessins; ou bien il peut être situé dans le four de réduction ou autre source-des gaz chargés de métal, près du point où en sont retirés lesproduits gazeux, Un dispositif sensible à la pression, 27 , est également placé à l'intérieur de la hotte 19 et est relié à un manomètre 28' et à un instrument
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enregistreur 29',
Dans le fonctionnement du condenseur représenté sur les dessins, les gaz chargés de métal pénètrent dans le condenseur proprement dit par l'entrée de gaz 8.
La chambre distributrice 5, dont le fond constitue la cuve à métal fondu, sert à distribuer les gaz au condenseur multitubulaire vertical et à recueillir le métal dégout- tant, ou coulant* des extrémités inférieures des tubes individuels du condenseur* Cette chambre constitue l'ex- trémité relativement chaude du condenseur, Les gaz s'élè- vent verticalement à travers les longs tubes étroits 13 de la colonne de condensation verticale, en déposant sur les surfaces le métal dont ils sont chargés et en s'échappant des extrémités supérieures des tubes dans la hotte com- mune, avec un où-plusieurs orifices de sortie de grandeur contrôlée*.
Cette hotte* avec son orifice de sortie de gaz de grandeur contrôlables, permet le réglage et le contrôle de la pression à l'intérieur du condenseur par un réglage de la résistance de cet orifice de sortie. De temps à autre, on coule dû-métal fondu de la cuve collectrice de métal de la chambre en enlevant les bouchons 24 et 26.
Une gradation de température est maintenue entre les extrémités Inférieures,, au d'entrée, des tubes ou passages 13 et les extrémités supérieures, ou de sortie, de ceux-ci et est, dans une large mesure, déterminée en maintenant à peu près la même facilité d'enlèvement de chaleur des extrémités inférieures que celle qui est maintenue aux extrémités supérieures.
La plus grande quantité de métal condensé aux extrémités inférieures, comparée à celle condensée aux extrémités supérieures, dégage beaucoup plus de chaleur aux extrémités inférieures qu'il n'en est dégagé aux extrémités supérieures et, par
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conséquent, il est maintenu aux extrémités inférieures une température considérablement plus élevée que celle main- tenue aux extrémités supérieures, cette différence de tem- pérature étant généralement de 200 à 300 C..
Les extrémités supérieures sont, de plus, différentiellement refroidies parce que'les surfaces supérieures des blocs de graphite rayonnent leur chaleur de bas en haut à la hotte relative- ment froide tandis qu'à l'extrémité inférieure, les blocs de graphite font face à la chambre distributrice chauffée au rouge et aux gaz entrants chauffés au rouge. On peut supplémenter le contrôle de cette gradation de température en enlevant d'une façon appropriée (le plus commodément à la partie supérieure) un peu de l'isolant constitué par la poussière de charbon entre les boîtes métalliques entou- rant la colonne de condensation, ou en faisant varier au- trement d'une façon appropriée l'épaisseur et (ou) la hauteur de cet isolant.
Les auteurs de l'invention croient qu'il est dé- sirable de maintenir toute la chambre distributrice et la cuve à métal à une température aussi haute que possible, sans perte de zinc dans les vapeurs sortant des extrémités supérieures., ou d'échappement, des tubes ou conduits 13, et ils préfèrent, en particulier, que cette température soit égale, sinon supérieure.a celle qui donnera au métal condensé fondu une pression de vapeur plus élevée que celle qui existe dans les gaz pénétrant dans les extrémités in- férieures des tubes.
Aces températures élevées, de notables quantités du métal fondu se revaporisent et se recondensent. par ce moyen, on tend à enrichir en vapeurs métalliques les gaz pénétrant dans les extrémités inférieures des tubes et, par conséquent, . augmenter la quantité de métal se conden- sant et ruisselant à l'intérieur des tubes ce qui, croient
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les auteurs de l'invention, favorise une coalescence aes gouttelettes de métal descendant des extrémités supérieures, ou relativement froides, des tubes.
Puisque la quantité de chaleur contenue dans les gaz pénétrant dans le condenseur (même s'ils proviennent d'une charge aussi grande que l'équivalent de 50 cornues à zinc ordinaires) n'est qu'une quantité relativement petite et doit être dissipée sur une surface relativement grande, les surfaces condensantes seront renfermées dans un volume total aussi petit que possible et l'extérieur de ce volume sera soigneusement, exactement et ajustable- ment isolé. Les considérations essentielles de température caractéristiques de l'invention, prises conjointement avec les quantités de chaleur disponibles, font un ensemble condensant multitubulaire, ou cellulaire ouvert, particu- lièrement avantageux.
Dans cet ensemble, une quantité re- lativement grande de surface condensante peut être renfer- mée sous un volume relativement petit et, en faisant les parois des tubes ou cellules en matière conductrice de chaleur, contrôlée, on peut enlever de la chaleur de ces surfaces condensantes à des vitesses prédéterminées telles qu'elles maintiennent ces surfaces aux températures abso- lues voulues et avec la différence de température voulue entre les extrémités relativement chaudes et relativement froides des tubes du condenseur.
On notera ici qu'en condensant des substances qui sont liquides aux températures atmosphériques, l'objet visé est d'emmener la .chaleur de la surface de condensation aussi rapidement que possible et que le problème de la non coalescence de la substance condensée, tel qu'on le ren- contre dans la condensation de vapeurs métalliques, ne se pose pas.
Dans la condensation de vapeurs de zinc en zinc
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métallique* les vapeurs de zinc ne doivent pas être re- froidiea trop rapidement puisque, autrement, on n'obtien- drait rien autre chose que des particules non coalescentes, telles, que la poudre bleuet On peut le mieux obtenir une condensation satisfaisante et efficace en métal liquide en soustrayant ou retirant lentement et progressivement de la chaleur des vapeurs devine. Dans le fonctionnement du condenseur de l'invention, on règle soigneusement la tempé- rature et l'absorption de chaleur de l'extrémité ou zone de condensation relativement froide, non seulement pour éviter une perte de métal dans les gaz sortants, mais, de façon que le métal condensé,
qui aux températures relative- ment plus basses a une tendance marquée à se condenser en gouttelettes non coalescentes, soit à une température telle qu'à mesure qu'il s'accumule il revienne (ou dégoutte) rapidement et librement dans l'extrémité ou zone de conden- sation relativement chaude.
Il est important que la pression de gaz à l'inté- rieur du condenseur soit exactement maintenue, si l'on veut réaliser les conditions optima pour la condensation de métal. La grandeur absolue de cette pression dépendra dans une certaine mesure des caractéristiques et des conditions de fonctionnement de l'appareil produisant les gaz chargés de métal.
Puisque la pression de vapeur de zinc fondu est appréciables même lorsque la température est si basse que les gouttelettes de métal condensé tendent à couler lente- ment en revenant de la zone de condensation relativement froide vers la zone de condensation relativement chaude, plus la pression que l'on peut maintenir dans le condenseur est élevée, plus la température des gaz d'échappement sor- tants peut être élevée et plus les gouttelettes de métal condensé à la zone relativement froide reviendront facile- ' ment à la zone relativement -chaude du condenseur.
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Le condenseur de l'invention possède plus par- ticulièrement dans la colonne ou tour multitubulaire une pire totale relativement grande de surface condensante sur laquelle les gaz chargés de métal doivent passer. Ceci est avantageux à cause du fait qu'à mesure que les gaz chargés de particules ou gouttelettes passent à côtés ou le long, d'une surface les particules ou gouttelettes ont tendance à se déposer sur cette surface, en particulier si cette surface est conductrice de l'électricité.
De plus, la surface de condensation sur laquelle les gaz chargés de métal doivent passer, enserrant de moyen d'attache et de surface de retenue pour les gouttelettes de métal, au fur et à mesure qu'elles se condensent, favorise encore davan- tage le dépôt et la coalescences, étant donné qu'une sur- face mobile et active de zinc métallique est le meilleur moyen ou milieu de dépôt pour des gaz de zinc se condensant.
L'aire totale. de. surface de condensation dépen- dra, bien entendu, de la quantité de métal à condenser dans une unité de temps; 24 heures par exemple. La pra- tique qu'il semble préférable d'adopter à l'heure actuelle consiste à prévoir approximativement vingt décimètres carrés de surface de condensation par dix kilogrammes de métal à condenser par 24 heures de parche continue. Des expériences et recherches des auteurs de l'invention, il résulte qu'on peut obtenir une condensation satisfaisante de métal avec seulement cinq décimètres carrés par dix kilos de métal condensé par 24 haures. On peut prévoir autant de décimètre, carrés par dix kilos de métal conden- sé par 24 heures qu'on peut en renfermer dans un ensemble possédant lès caractéristiques. thermiques de l'invention.
De plus, dans le condenseur de l'invention, l'aire relativement grande de surface de condensation est
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disposée de telle sorte, et les pressions sont maintenues telles, que les gaz chargés de métal passent uniformément sur cette surface.. Cela est dû, dans une large mesure, à la disposition relative et aux caractéristiques de fonc- tionnement de la chambre distributrice et de la tour ou colonne multitubulaire. La chambre distributrice est, en fait, une nourrice qui fournit les gaz chargés de métal aux extrémités inférieures, ou d'entrée, des passages tubulaires verticaux.
L'égalité et l'uniformité de distri- bution de ces gaz aux passages tubulaires individuels est obtenue, et le court-circuitage de la sortie de gaz est empêché, par la résistance" que ces passages offrent à l'écoulement des gaz à travers eux, en raison de leur longueur et de leur section relativement faible.
Le fait d'éviter le court-cirouitage de la sortie de gaz est un des avantages très importants du condenseur de l'invention*
Une multiplicité de canaux relativement longs et étroits comme sorties d'une chambre de distribution présente un autre avantage important. Si, pour une raison quelconque, il y à tendance à ce que beaucoup des gaz sortent d'une partie des canaux seulement, ces canaux deviennent momentanément beaucoup plus chauds que ceux à travers lesquels il ne passe que relativement peu de gaz.
Dans ces canaux plus chauds, la résistance au passage des gaz: devient plus grande en raison du volume plus grand occupépar une unité du gaz plus chaude Comme ces canaux sont plus chauds qu'auparavant, il s'y condense également moins de zinc et, en conséquence, le volume des gaz est, pour cette raison, moins diminué ce qui est encore cause que l'écoulement à travers ces canaux plus chauds rencontre plus de résistance qu' auparavant. D'un autre côté, dans les canaux où. relativement peu de gaz tend momentanément
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à passer, la température tombe par rapport à celle des canaux plus chauds et la résistance au passage de gaz à travers ces canaux relativement plus froids devient moindre.
En même temps, il se condense davantage de vapeur de zinc, ce qui diminue par cela même. le volume réel de gaz passant à travers ces canaux relativement plus froids. Ces condi- tions agissent pour produire dans les canaux relativement plus froids une pression inférieure à celle qui règne dans les canaux relativement plus chauds et, conséquement, l'écoulement ou passage uniforme et égal, normal, des gaz à travers tous les canaux est bientôt rétabli automatiquement.
La disposition verticale de la plus grande partie de la surface de condensation totale présente un avantage particulier en facilitant le retour du métal condense, . mesure qu'il s'accumule, de la zone de condensation relata vement froide vers la zone de condensation relativement chaude. De plus, les gouttelettes de métal condensé coulent plus rapidement sur une surface verticalement disposée et sont par conséquent plus susceptibles de se heurter et de briser leurs .peau.. ou enveloppes non coalescentes, en favorisant par cela même. la coalescence. que tel serait le cas si l'écoulement de ces gouttelettes en travers de la surface était Plus lent et moins précipité.
D'un autre côté pour la commodité ou pour d'autres raisons suffisantes. la être placée dans une position inclinée. Toutefois, l'angle d'inclinaison condensant à l'extrémité relativement froide revienne vers l'extrémité relativement chaude sous l'effet de la pesanteur aidée dans une cer- taine mesure, si c'est nécessaire, par un tapotement mécanique, un ringardage ou d'autres moyens de pression ou d'acheminement
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Il est important que les tubes ou canaux, dans l'ensemble de condensation multitubulaire ou multicellu- laire, soient disposés de façon qu'on puisse facilement les nettoyer en y faisant passer un ringard ou autre outil approprié.
Il est à peu près impossible, dans les condi- tions de fonctionnement qu'on rencontre dans la pratique, d'empêcher le dépôt, dans ces tubes ou canaux, de quelque matière adhérente même si les surfaces condensantes sont en matériaux tels qu'elles ont une tendance minimum à retenir des dépôts adhérents et si les gaz chargés de métal sont d'une composition excellente pour la condensation de métal. Les dépôts adhérents qui sont retenus sur la sur- fp.ce des tubes ou canaux doivent être frottés, ou raclés, de temps à autre afin de maintenir les tubes ou canaux ouverts et leurs surfaces en état d'assurer une condensation efficace.
La disposition verticale ou inclinée des tubes ou canaux facilite l'enlèvement des dépôts adhérents et le nettoyage des tubes ou canaux sans interrompre le fonc- tionnement. De plus, avec une telle disposition des tubes ou canaux,les dépôts adhérents, lorsqu'on les enlève, retombent à travers les tubes ou canaux dans la zone rela- tivement chaude du condenseur, où tout métel contenu de- dans a l'occasion de se souder ou de s'unir avec le métal fondu qui se trouve dans la cuve collectrice.
Lesmatériaux qu*il est préférable d'employer pour la surface condensante aussi bien que pour le milieu conducteur de chaleur dans lequel cette surface est noyée? sont le charbon et le graphite et ce, parce que le condensé de zinc montre le minimum de tendance à adhérer et à coller à une telle surface*. Des gouttelettes de métal se déposant sur de telles surfaces (convenablement inclinées) tendent à couler vivement, rapidement et précipitamment le long de la surface, se heurtent les unes les autres et. se soudent
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ou s'unissent. De plus, des surfaces de carbone et ae graphite possèdent, sur la terre réfractaire, la silice et autres matières portant du fer, l'avantage qu'elles ne gonflent pas et ne se désagrègent pas comme conséquence d'un dépôt de charbon par les gaz.
Le dépôt de charbon par des gaz portant du métal est spécialement actif et des- truatif'dans les conditions qui doivent prévaloir pour une bonne condensation du zinc. U charbon et le graphite présentent cet autre avantage important que, s'il y a une fuite dans le condenseur, tout air qui pourra rentrer sera en grande partie brûlé avant qu'il puisse affecter préju- Oiciablement la condensation du métal, ce qu'il ferait s'il n'était pas carboné.
:Le graphite a encore un autre avantage très important en ce sens qu'on peut facilement le travailler et le percer, ce qui rend possible l'obtention d'ensembles de condenseurs étanches et relativement compliqués. Le . Î<- C:T Îi charbon sous la forme de Possède l'avantage particu- ' ' Î lier qu'on peut le mouler et le bourrer en divers ensembles qui, une fois qu'on les a cuits et que les constituants volatils ont été chassés, deviennent étanches, rigides et robustes, comme les ensembles en graphite.
La ptte de charbon présente cet autre avantage, lorseeon la bourre ou qu'or¯ la foule autour d'un ensemble de graphite et qu'on la cuit, de faire une enceinte étanche au métG1 et aux gaz qui non seulement empêche des fuites par les joints des pièces de graphite usinées, mais empêche éga- lement une destructif rapide du graphite dans le cas d'une rentrée d'air quelconque à trevers la masse entou- rente de matière calorifuge.
On peut, par exemple, faire usage pour constituer la colonne de cation tubulaire; de tubes de charbon avec ile la pâte de charbon bourrée et cuite entre eux*
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Les surfases-'BMidessantes: 'Enternes de-tous les 1 - ..: -r".:(I.' canaux doivent être. en relation thermique telle, avec la surface extérieure ou de dispersion de chaleur de l'ensem- ble multitubulaire, que de la chaleur est enlevée sensi- blement avec-la même facilité de tous les canaux. Cet enlèvement sensiblement uniforme de chaleur de tous les canaux est le plus facilement assuré en noyant les canaux dans une masse compacte de matière de conductibilité appro- priée pour la chaleur.
Plus la matière sera meilleure con- ductrice de la chaleur plus les canaux pourront être rap- proches les uns des autres et plus on pourra donner à. un ensemble de canaux une disposition étroitement ramassée.
Dû-point de vue de l'utilisation de la seule chaleur con- tenue dans les gaz se condensant pour maintenir les tempé- ratures voulues dans le condenseur, la disposition ramassée des canaux est hautement désirable puisque, avec moins de surface extérieure, ou de dispersion de chaleur, pour l'ensemble, l'isolation et l'enlèvement contrôlé de chaleur sont rendus plus aisés. La conductibilité du charbon, et plus particulièrement.de la pâte de charbon durcie ou graphite, pour la chaleur est très satisfaisante à ces égards.
Bien qu'il soit préférable de noyer la multiplicité de canaux dans une masse compacte de matériaux conducteurs de la chaleur, comme le charbon, il va sans dire que la relation thermique désirée entre les surfaces condensantes des canaux et la surface extérieure ou de dispersion de chaleur, de l'ensemble peut être assurée autrement.
La relation thermique désirée entre les surfaces condensantes des canaux et la surface extérieure, ou de dispersion de chaleur, de l'ensemble multitubulaire peut, dans certains cas, être favorisée par une gradation appropriée de la résistance des canaux au passage des gaz à travers eux. Ainsi on peut rendre la résistance au passage des gaz
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à travers les canaux internes ou centraux de l'ensemble plus grande que la résistance au passage des gaz à travers les canaux externes en donnant, par emmêle, aux canaux externes un plus grand diamètre qu'aux canaux internes afin de compenser l'enlèvement de chaleur plus mauvais des canaux internes ou centraux.
Une résistance ainsi graduée des canaux à l'écoulement ou passage des gaz à travers ceux- ci peut également être désirable pour compenser des inégali- tés dans la distribution de gaz chargés de métal aux canaux comme, par exemple, dans le cas où l'entrée de gaz de la chambre distributrice doit être située dans une position défavorable pour assurer une distribution uniforme de gaz à tous les canaux.
L'exemple spécifique suivant, qui est d'ailleurs simplement explicatif mais nullement. limitatif, sera utile dans l'application pratique des principes de l'invention
On obtenait les gaz chargés de métal, consistant en majeure partie en scide carbonique et en vapeurs de zinc, d'une charge agglomérée de matériaux zincifères et carbo- nacés réduits ou fondus dans une cornue verticale chauffée extérieurement, conformément aux principes définis dans Vautre brevet susmentionné. Ces gaz chargés de métal étaient conduits du sommet de la cornue verticale à l'entrée de gaz 8, du condenseur, à travers des passages convenablement isolés. Lorsqu'on condensait 454 kilos de zinc métallique par 24 heures, la température des gaz entrant dans le condenseur était de 850 à 1000 C..
La chambre distributrice, avec sa ouve à métal fondu, était maintenue aussi - exactement que faire se pouvait à une :température de 850 C..
Les extrémités inférieures (zone relativement chaudes conduits de condensation tubulaires dans la colonne
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multitubulaire étaient à une température d'environ 700 C..
Les extrémités supérieures (zone relativement froide) des conduits de condensation tubulaires étaient maintenues à une température d'environ 400 à 450 C..
On observe et on enregistre de temps à autre les températures l'intérieur- du condenseur en intro- duisant l'extrémité sensible à la température d'un pyro- mètre à travers l'un des conduits: tubulaires et en déter- minant les températures réelles aux différents points de contrôle établis* à savoir-: les extrémités supérieures des conduits* les extrémités inférieures de ceux-ci et la chambre distributrice.. On effectue la plus grande partie du réglage de la température de fonctionnement à l'intérieur du condenseur en faisant varier l'épaisseur et (ou) la hauteur ou profondeur de matière calorifuge entourant les éléments constitutifs, en graphite ou en charbon. du condenseur.
Cette manière calorifuge sera, dans la cons- truction du condenseur. proportionnée par rapport aux conditions de fonctionnement envisagées, et mise en corré- lation avec celles-ci, de manière à établir et à maintenir approximativement les températures voulues à l'intérieur du condenseur et, dans la pratique réelle,- on peut obtenir un contrôle exact de ces températures en faisant varier la profondeur de poussière de charbon 18.
Il est préférable de maintenir une pression aussi haute que faire se peut dans le condenseur, sans réduire beaucoup!trop la sortie de gaz de la chanbre réductrice.
En d'autres termes, la pression dans le condenseur ne doit pas être assez grande pour obliger le gaz engendré dans la chambre réductrice à sortir de cette chambre autrement qu'en passant dans le condenseur lui-même.. Sur un fo ur à cornue verticale de 7 mètres 60 centimètres de haut, on a
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trouvé que la pression maximum désirable est d'environ 6 millimètres d'eau, Lorsque la pression dans le condenseur dépasse beaucoup ce point.les gaz s'en vont du bas de la chambre réductrice verticale au lieu de s'élever et de passer dans le condenseur comme conséquence du tirage par la cheminée, induit dans la chambre par les températures régnant dans celle-ci.
A mesure que la hauteur de la cham- bre réductrice verticale augmente* la pression que l'on peut maintenir dans le condenseur est proportionnellement plus élevée.
11 est préférable d'avoir tant des manomètres indicateurs que des manomètres enregistreurs en communica- tion avec l'entrée de gaz du condenseur* Il est également préférable tant d'indiquer que d'enregistrer la pression de gaz à l'intérieur de la hotte 19. On peut, si on le désire, se dispenser.des instruments enregistreurs, puisque les instruments indicateurs fournissent des renseignements suffisants pour' le contrôle approprié de 1*opération de condensation* De plus, il est possible, dans la pratique réelle, après que les opérations du. condenseur ont été réglées et étalonnées , de s'en reposer sur un ses manomètres 28 ou 28'.
La différence de pression entre les deux manomètres 28 et 28' est une indication des conditions de dondensation régnant dans le condenseur. Elle indique plus particuliè.. rement Inexistence de tout engorgement ou obstruction des canaux de condensation. Prise conjointement avec des observations dans la quantité de zinc, s'il y en a, se présentant.
dans les gaz d échappement sortants, cette dif- férence de pression indique si, oui ou non, le condenseur est surchargée
Celui qui fait fonctionner le condenseur sait
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qu'il doit régler la pression dans ce condenseur de façon que le manomètre 28 indique une pression comprise entre des limites prédéterminées et que le manomètre 28' indique une pression prédéterminée plus faible (dans des limites appropriées) que celle indiquée par le manomètre 28.
On règle la pression en faisant varier le diamètre de l'orifice de sortie de gaz du bouchon (ou des bouchons) 21 introduit dans l'ouverture (ou les ouvertures) 20 de la hotte 19 . Il. est prévu des bouchons avec des orifices de différentes dimensions et l'opérateur change les bouchons suivant les besoins, au cours du fonctionnement, afin de maintenir la pression prédéterminée désirée à l'intérieur du condenseur.