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Procédé pour la réalisation d'ppérations endothermiques de tout gen re.
Le présent procédé est destiné à réaliser des opérations endothermiques, qui peuvent être effectuées dans des fours à réverbère, par exemple dans un four tabulaire tournât, et dans lesquelles la chaleur nécessaire pour l'opération est produite, en totalité ou en partie, par la combustion du com- bustible solide ajouté à la charge. Le procédé convient en premier lieu pour tous les procédés de volatilisation, dans lesquels par exemple des chlorures, sulfures, oxydes ou métaux sont volatilisés, après avoir été dans certains cas amenés à cette forme volatilisable par un procédé préalable ''-' de transformation, par exemple par réduction.
En outre on peut, conformément à ce procédé, réaliser toutes les opéra- tions de réduction, par exemple la préparation des sulfures à partir de sulfates, ou de métaux à partir de composés oxydés.
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Dans les procédés simples de distillation et de sublima$,ion, le combustible ajouté à la charge est, pendant le passage de celle-ci à travers le four, brûlé superficiellement, tandis que dans toutes les opérations de réduction, il sort de la cuarge pour la plus grande partie sous forme- de CO et celui-ci brûle seulement de façon secondaire dans les gaz.
La réalisation de tous les procédés mentionnés ci-dessus, dans des fours à réverbère à marche continue, était jusqu'ici toujours conduite en faisant passer la charge et l'air de réaction ou la flamme de chauffage à contre-courant l'un par rapport à l'autre, car on attachait la plus grande im- portance à utiliser les gaz perdus de l'opération pour le chauffage préalable de la nouvelle charge, et inversement, à utiliser le résidu, chaud pour le chauffage préalable de l'air frais.
En contradiction directe avec ce mode opératoire habituellement employé jusqu'ici, et en renonçant à l'écond- mie de chaleur qui en résulte, ces opérations doivent, d'après le présent procédé, s'effectuer à équi-courant entre la matière et les gaz, étant donné qu'on obtient alors une allure complètement différente de l'opération, qui permet, avec un mode de travail plus simple, d'obtenir une transformation com- plète.
Les diagrammes ci-joints représentent schématiquement l' al- lure des réactions pour les deux modes opératoires; il sera supposé que, pour la réalisation de l'opération endothermique, une température a est nécessaire au sein de la charge. Dans le mode opératoire employé habituellement jusqu ' ici, $. contre courant ( diagramme I) la réaction s'amorce au point B, après que la nouvelle charge a été, en suivant le trajet A-B, amenée par les gaz à la température nécessaire. Au point C, la tem- pérature de la matière s' abaisse, par suite du refroidissement par les gaz frais, en-dessous de la valeur limite nécessaire, de sorte qu'on obtient pour la zone de réaction la longueur B-C.
Dans le mode opératoire à équi-cour ant ( diagramme II),
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.La temperature, apres qu'elle a ete, par exemple par l'uti- lisation d'une flamme d'allumage, en A, et par une combustion superficielle sur le trajet A-B, atteinte au point B, ne descend plus au-dessous de la valeur ± jusqu'à l'extrémité d'évacuation D. Pour un même réglage de l'opération aux autres points de vue, la zone de réaction est par suite notablement plus longue, et, de façon correspondant à la plus longue durée de la réaction, la transformation est considérablement plus parfaite et on peut, pour atteindre un même rendement, accroi- tre, la vitesse du mouvement et par suite la production, ou, pour une même production, donner au four une longueur moindre.
Comme la vitesse de réaction de toutes les opérations endo- thermiques augmente fortement avec la valeur de la température, le mode opératoire à contre-courant ( diagramme I) est, éga- lement à ce point de vue, inférieur au mode opératoire à équi- courant, étant donné que la température diminue dans le pre- mier cas vers la fin de la réaction. Dans le mode opératoire suivant la présente invention, au contraire, la température des gaz et de la matière augmente vers la fin de l'opération et permet par suite d'une manière pratiquement beaucoup plus favorable la, réalisation complète de la réaction endothermique.
Dans la plupart des opérations entrant en ligne de compte, l'opération, par la combustion du combustible y mélangé et éventuellement des produits de la réduction, dans les diffé- rentes sections de la zone de réaction; considérée dans son ensemble, devient exothermique. Dans le mode opératoire à contre-courant, la réaction s'amorce alors régulièrement, au point B, pour la concentration relativement forte des substan- ces réactionnelles, d'une façon excessivement énergique et provoque, au commencement de la zone de réaction B-C, une forte élévation de la température dans la matière et dans les gaz.
Cette quantité de chaleur est non seulement perdue . pour l'opération, étant donné qu'on ne peut en tirer parti que d'une façon imparfaite pour le chauffage préalable, mais
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elle produit en règle générale un surcllauff² J.tlàiJ11issible de la charge et conduit la formation d'accrochages ou adhé- rence. En marche pratique, on est alors obligé d'abaisser artificiellement la vitesse de réaction en cet endroit, ou bien, en travaillant avec un excès d'air, ou par l'addition de substances refroidissantes, par exemple de carbonates, , de provoquer l'abaissement indispensable de la température.
Dans le mode opératoire suivant l'invention, à équi-courant, il se produit, au voisinage du point B, un refroidissement suffisant de la charge par l'air de réaction qui n'est encore que faiblement réchauffé, et la chaleur, engendrée dans la zone de réaction maximum, est utilisée, au voisinage de l'extrémité d'évacuation D, directement pour compléter la transformation.
Le procédé présente en outre des avantages importants dans des opérations dans lesquelles les produits doivent être soustraits à l'action' de gaz oxydants, par exemple lors de la réduction de BaS à partir de BaS4, ou lors de la fabrication de fer spongieux à partir de minerais oxydés. Avec le mode opératoire à contre-courant, on ne peut éviter une oxydation superficielle au voisinage de l'extrémité d'évacuation que lorsqu'on opère avec des gaz neutres ou réducteurs ou avec un excès de combustible si grand que la combustion superficielle est abaissée à un minimum.
Ces deux moyens impliquent une très mauvaise utilisation de la chaleur, car, dans le dernier cas, un grand excès de combustible est nécessaire et, d'autre part, lors de l'utilisation de gaz neutres ou réducteurs, la combustion des produits de la réduction à l'intérieur du four devient impossible. Avec le nouveau procédé, au contraire, on peut, avec une arrivée d'air réduite de façon appropriée, travailler dans la plus grande partie de la zone de réaction, avec des gaz oxydants, de sorte que la chaleur des produits de la réduction dans cette partie est encore complètement uti- lisée, et, seulement vers la fin de la sonede réaction, on
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peut laisser les gaz devenir neutres ou réducteurs, de sorte qu'ils empêchent alors toute nouvelle oxydation.
Pour autant qu'il s' agit de produits, qui doivent être séparés ,le la gan- gue par une opération de fusion, on les laisse avantageusement tomber directement dans un four de fusion qui, dans le cas où il est construit comme four à réverbère, peut être parceu- ru par les gaz du four de réduction et dans lequel on peut alors, par addition d'air de combustion, utiliser encore le CO existant pour le chauffage.
Le nouveau procédé présente enfin un autre avantage dans des opérations dans lesquelles on doit, par volatilisation, obtenir un produit intermédiaire enrichi, d'une pureté aussi grande que possible, par exemple dans la fabrication d'oxyde de zinc à partir de matières pauvres en zinc. Avec le mode opératoire à contre-courant, les gaz renfermant de l'oxyde de zinc se chargent régulièrement d'une certaine quantité de poussières fines et de combustible, qui ne peut être élimi- né que par une combustion ultérieure secondaire et très com- pliquée, et seulement en partie.
Dans le nouveau procédé, la température des gaz et par suite leur vitesse à l'extrémité de cnargement sont beaucoup plus faibles, de sorte que la formation de poussières fines est notablement plus faible, et en outre ces gaz passent à travers la zone correspondant à la température la plus élevée des gaz, de sorte que toutes les particules de combustible sont complètement brulées et que les particules de poussière se réunissent ensemble par fusion sous forme de grains et qu'on peut ultérieurement faci- lement provoquer leur dépôt.
Le réglage de l'opération au point de vue de la durée de la réaction et de la température s'effectue de manière con- nue en agissant principalement sur les facteurs suivants : quantitéde matière chargée, importance de l'addition de com- bustible, quantité de l'air de réaction, inclinaison du four et vitesse de rotation de celui-ci. La quanti té de chaleur
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encore contenue dans les gaz perdus peut, :le manière'connue,
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1".... être utilisée, par exemple pour la production de vapeur.
En outre, on peut, pour autant que cela paraisse au point @ de vue économique, travailler avec des gaz dont la teneur en oxygène a été enrichie ou avec de l'oxygène seul, en particulier dans des opérations dans lesquelles l'allure de la réaction dans la masse est fortement endothermique et la chaleur de combustion des produits de la réaction n'est, dans le cas d'utilisation d'air, pas suffisante pour maintenir la valeur nécessaire de la température.
Dans ce qui précède, il a été décrit, comme exemple de réalisation du nouveau procédé, principalement le mode opé- ratoire au four tubulaire tournant; on peut également le réa- liser de manière appropriée dans tous les autres fours à ré- verbère dans lesquels la charge est entrainée, mécaniquement ou à la fain, dans une seule direction.