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"Appareil pour la condensation des vapeurs".
La présente invention concerne des condenseurs pour la transformation desvapeurs en liquides ainsi qu'un épurateur; elle a pour objet également un appareil pour la condensation fractionnée du pétrole et des hydrocarbures ou autre vapeurs provenant d'un alambic ou d'une cornue,à l'état de sous-.produits f variés tels que la parafine,les huiles lubréfiantes, le gaz oil, le fuel oil,la gasoline,la kérosène, les naphtesles benzols et d' autres produits divers.
Le condenseur qui fait l'objet de l'in- vention constitue une unité qui peut être utilisée séparément tandis que la oolonne de condensation comprend plusieurs unités
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disposées de manière à, produire une condensation fractionnée et à séparer les divers produits présentant des caractéristiques différentes,
La simplicité du condenseur qui fait partie de l'invention
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permet d'établir une colonne de frootionnement pour la zonden-' sation des sous-'produits,
colonne qui coûte appxoxmativement le cinquième de ce que coûtent les anciens appareils et qui n'occupe qu'une petite partie de l'espace pris par les colonnes de fractionnement faites de tuyaux ou les systèmes de défleg- mateurs à chicanes.En constituant plusieurs unités séparées formant chacune un condenseur, on peut réaliser destempératures différentes dans chacun de ceux-ci à l'aide d'une circulation d'air et d'un refroidissement par l'eau,de sorte que l'on peut extraire*des diverses unitésdes produits de condensation présentant des caractéristiques spécifiquement différentes tan- dis que le produit passe successivement dans les diverses unités de la colonne entière.D'autres avantages ressortiront de la des- cription détaillée qui suit.
A titre d'exemple et pour faciliter l'intelligence de la description, on a représenté au dessin annexé,une forme de réalisation de la présente invention,
La figure 1 est une coupe d'une des unités de condenseur par la ligne I-I de la figure 2.
La figure 2 est un plan de'la morne unité,le dessus étant enlevé pour montrer l'intérieur de l'appareil,
La figure 3 est une coupe par la ligne III-III de la figure 4 montrant une unité semblable disposée pour être refroidie par l'eau.
La figure 4 est un plan représentant lé- condenseur, de la
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La figure-5 est'un plan représentant l'un des condenseurs dans lequel-plusieurs produits fractionnés peuvent être extraits du même appareil.
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La figure 6 est une coupe verticale transversale représentant plusieurs unîtes'constituant une colonne de fractionnement.
Les divers éléments unitaires représentés dans les figures 1 à 5 inclusivement , ser ont décrits d'abord; la combinaison de ces éléments constituant une colonne de fractionnement sera ex- posée ensuite.
Le dessin, représente un plateau circulaire plan,de tôle ou de fonte,qui constitue le fond du condenseur lorsqu'on regarde celui-ci dans la position figurée dans les dessins, Ce fond est soudé ou relié autrement ou encore est venue d'une pièce, avec une paroi cylindrique 2 faite d'acier ou d'un autre métal approprié.
Il est. préférable que la paroi 2 soit de faible hauteur par rapport au diamètre du compartiment qu'elle renferme.Le fond let la paroi cylindrique 2 contiennent une capacité 2a qui est divisée de la façon qui va être décrite.Le bord supérieur'de la paroi 2 est mu- ni d'une bride 5, en fer cornière,percée de trous dans lesquels, on peut faire passer des boulons 6 servant à fixer un plateau ou couvercle amovible 3 sur la virole cylindrique.L'action refroidis..
sante des fonds supérieur et inférieur 1 et 3 peut, si l'on veut, être renforcée par l'emploi de nervures ou ailettes 4,indiquées sur la figure 1,lesquelles peuvent être venues de fonte avec la paroi du fond ou qui peuvent être façonnées à part et fixées sur ces-fonds de préférence suivant des lignes parallèles.Ces nervures ou ailettes 4 augmentent la surface de rayonnement et agissent aussi par oonvexion pour aider à une dispersion plus rapide de la ohaleut par le fond 1 et le couvercle 6*De préférence on insère une garniture 7 entre le couvercle 3 et la' bride 5 afin de rendre la chambre étanche aussi bien aux liquides qu'aux vapeurs.
On constitue un canal continu pour le passage des vapeurs en plaçant dans la ahambre de faible hauteur 2a,une bande de métal étroite
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et de préférence continue, correspondant à la hauteur de cette chambre c'est-à-dire à l'écartement existant entre le dessus 3 et le fond 1.Cette'bande,qui part du centre 12 lequel est voisin du milieu de'la chambre 2a, s'incurve extérieurement en forme d'une spirale semblable à un ressort de montre dont chaque spire s'éloigna de plus en plus du centre 12. Cemme cette bande de métal s'incurve extérieurement à partir du point central.chaque spire est écartée de la 13.pire suivante d'une distance égale.
Cependant, dans certains cas,il peut être utile de réduire graduellement la distance séparant les spires successives de la spirale de façon que le canal 40 présente une section transversale diminuant graduellement.en sorte que la pression de vapeur augmente à mesure que les vapeurs progressent, a travers le canal vers le tuyau d'évacuation 14.
De préférence,pour faciliter le démontage, la bande métallique 8 qui limite le canal de vapeur,,bien qu'elle puisse être en con- tact étroit avec l'enveloppe qui l'entoure,n'est fixée ni au fond ni au couvercle 3,mais est simplement serrée par ses bords entre des deux plateaux.A cette bande 8 sont attachés par des rivets 41 suivant le mode de réalisation des figures 1 à 4 in- cluse,de courts tronçons de canal rectangulaire 9,placés de dis- tance en distance le long de la bande de façon à se trouver sur un même rayon en divers points des différentes circonvolutions.
Ces tronçons de canal sont rivés sur 1+une des faqes de la bande et sont perpendiculaires à celle-ci de sorte que le côté ouvert de chacun des tronçons 42 peut être en contact avec la paroi de la circonvolution suivante de la bande 8,.
On a figure, en outre sur le dessin des équerres 10 dont une aile est fixée,par des rivets 43, à la paroi de la bande 8 et qui sont placées à des in- tervalles convenables le long de la bande.Cas. équerres sont, de préférence placées dans le haut de la chambre, ou plus près du couvercle 3,et alternent avec les tronçons de canal espaceurs 2,ces derniers étant placés près du milieu-de la hauteur de la bande 8,Ces divers organes font obstacle à la circulation rapide
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des vapeurs ou les retardent dansleur translation à travers le canal et,en même temps, obligent ces vapeurs à entrer alterna- tivement en contact avec les surfaces froides des plateaux supé- rieur et inférieur 1 et 3.
Les vapeurs entrent dans le condenseur par le tuyau 11, fixé sur le couvercle 6,et pénètrent dans la partie centrale 12 qui est à l'intérieur de la première circonvolution de la bande 8.Ces vapeurs passent ensuite par le canal 40 que forment les spires des diverses circonvolutions de la bande 8,les autres parois du canal étant constituées par le fond 1 et le couvercle !,,Les parties des vapeurs qui ont parcouru tout le canal sont recueillies par le tuyau 14.Comme une portion de ces vapeurs a été précipitée par la condensation,elles retombent en liquide sur le fond 1 et celiquide s'écoule par le tuyau de vidange 19 .On a représenté un tuyau 16 relié à un orifice pratiqué dans le fond 1,
pour recevoir le liquide déjà précipité alors que les vapeurs n'ont parcouru qu'une partie de la longueur du canal.Du raccord 16 part un tuyau 44 qui rejoint un autre raccord 17 situé en un point voisin de l'extrémité du canal spiral.Le liquide évacué par les raccords 16 et .17 traverse un purgeur'18 avant de parvenir au con- duit d'évacuation 19 de sorte qu'il ne sort pas de vapeur avec le liquide.. On comprendra que l'on :peut multiplier le nombre desraccords tels que 16 et 17.
Il y a avantage à boulonner le bout externe de la bande 8 à une pièce d'écartement 15 placée entre les deux dernières spires externes de la bande et attachée à ces deux spires, de manière que 1! on puisse soulever et retirer la spirale toute entière de la chambre de condensation.,
Les organes 9 et 10 servent de pièces d'écartement pour main... tenir la distance voulue entre les circonvolutions de la spirale 8,,Si l'on vaut,ces organes peuvent être moins larges entre les cir- convolutions externes de la bande 8 afin que l'aire de la section transversale du canal en spirale diminue graduellement.
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Les figures 3 et 4 représentent le dispositif adapté à un système de refroidissement par eau au lieu de refroidissement par l'air.Dans ce cas l'enveloppe du condenseur et la bande spirale 8 restent les mêmes mais les nervures 4 du fond peuvent être supprimées..!;'enveloppe 45 et les organes qu'elle renferme sont placés à l'intérieur d'une chemise d'eau 46 qui est une enveloppe plus grande que celle du condenseur 45,de manière à laisser un espace pour la circulation de l'eau qui entoure com- plètement l'enveloppe 45,l'eau est introduite dans l'espace 48 entre les deux enveloppes,par un tuyau 49 et s'écoule par le tuyau 50 après avoir ag i sur le condenseur et sur son contenu. L'envelop- pe 45 est représentée posée sur des fera profilés 54 portant sur le fond de l'enveloppe d'eau 46.
L'ensembleéde la spirale 8 peut être retiré de n'importe quel type de condenseur pour permettre d'en nettoyer rapidement toutes les parties.
Dans la pratique, sept des présentes unités ayant par exempla chacune 1 M,83 de diamètre et 0 M, 16 de hauteur fourniront à la vapeur un trajet de 51 M,68 avec une .surface de condensation de 20 M ,89.Le poids du condenseur sera d'environ 625 kg. par unité (pour l'ensemble 4.445 Kg,) et les résultats obtenns seront équivalents à ceux'que donnerait un tube de condensation d'une longueur de 297 M, 92 avec une surface de condensation de 142 m. 2., occupant un volume de 371 m3 et pesant 25.293 kg.
Dans la figure 1,l'appareil est représenté adapté à une co- lonne de fractionnement.A titre d'exemple, on a figuré six unités A, B, C, D, E et F .En fonctionnement' les vapeurs d'huile ou. d'autres corps et les gaz fixes sont amenés d'un alambic ou d'une cornue à pétrole, dans le cas d'une installation de carbonisation à basse température,au condenseur inférieure, de préférence au centre de celui-.ci,par un tuyau 11.De préférence le condenseur A est garni d'un revêtement 60 de matière isolante de sorte qu'il ne se produit, dans cette unité !qu'un abaissement partiel de la température des produits,
et que ceux-ci sont encore chauds quand ils passent dans
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le condenseur B. De préférence,le premier condenseur est à refroi- dissement par circulation d'air autour de l'enveloppe.Si l'on veut, on peut extraite, de, l'élément A, deux ou un plus grand nombre de fractions différentes d'huile à pointa d'ébullition différents.Une partie des substances volatiles sont condensées,dans leur pas sage par le canal 40,
à l'état d'un liquide qui s'accumule d'un côté de la cloison séparatrice- ou barrage 61 qui n'occupe qu'une partie de la hauteur de la bande 8 pour permettre aux vapeursnon conden- sées de passer au-dessus de ce barrage.Le liquide condensé d'un côté de cette cloison peut être soutiré au dehors par le tuyau de décharge 62.
Quand on traite les dérivés du pétrole,les produits extraits par le tuyau,62 sont généralement de la paraffine ou de l'huile lourde provenant de la condensation desvapeurs qui ont parcouru le canal 40 jusqu'au barrage 61. Les vapeurs qui ont dépassé le barrage et qui continuant à circuler dans le canal éprouvent une nouvelle condensation et donnent une nouvelle précipitation à l'état de liquide avant de passer dans le tuyau d'évacuation 63,
Les liquides condensés au delà.
du barrage 61 seront évacués du condenseur par le tuyau et le purgeur 63.Les produits de la con- densation, soutirés par les tuyaux62 et 63,sont des fractions différentes ayant des points d'ébullition différents.Si'1'00. veut n'extraire qu'une seule fraction ou produit de condensation de l'élément ±,on peut supprimer le barrage 61 et le tuyau 62 et ex- traire tout le produit de la condensation par le tuyau 63.
Le revêtement ,ou. garniture 60 de matière réfractaire est représenté n'occupant qu'une partie du couvercle 64 de l'élément A jusqu'à la spire du canal dans laquelle est situé le barrage 6I,en laissant la partie extérieure concentrique dégarnie et ex- posée au refroidissement par l'air qui baigne le couvercle.En lais- sant ce couvercle partiellement protégé et partiellement exposé à la circulation de l'air, on obtient une démarcation plus nette entre les fractions ou les produits de la condensation soutirés par les tuyaux 62 et 63 respectivement. Le thermomètre 65
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qui plongedanslecondenseur A et dont la graduation s'élève ; au-dessus du couvercle indique la température.
Si celle-.ci tombe en-dessous du point minimum voulu, on peut étendre la garniture isolante 60 de manière à recouvrir en partie le condenseur A au delà du barrage 61 dans le but de régler la condensation et d'as- surer l'écoulement par le tuyau 63 du produit de condensation cherché.
Les vapeurs qui ne sont pas condensées dans leur passage par le condenseur A sortent par le tuyau 66 lequel les conduit à l'élément B qui est figuré immédiatement superposé à l'élément !.Cet élément B est disposé d'une façon semblable à celle de l'élément !,sauf que le revêtement isolant ou réfractaire 60 est supprimé.Les vapeurs admises dans la partie centrale du canal
40 circulent dans cet appareil et sont ensuite refroidies de façon qu'une partie est précipitée sous forme d'un liquide.Le liquide qui se condense dans l'élément B consiste en huiles lu- brifiantes à point d'ébullition plus bas que celui des produits condensés dans liélément A.
Le produit condensé est soutiré de l'élément B par le tuyau et le purgeur 67 et évacué. Ce condenseur est représenté refroidi par l'air.
Les produits qui subsistent encore à l'état volatil après avoir traversé le condenseur ± sont transportés dans le tuyau 68 et introduits dans 1'élément Ç qui est figurésuperposé à l'élément B.Sous la plupart des rapports l'élément ± est semblable à lélé- ment B.Il est figuré pourvu d'un certain nombre d'ailettes ou ner- vures 4 en travers de la paroi inférieure du fond et d'ailettes ou nervures semblables au-dessus du couvercle.En raison du refroi- dissement plus actif déterminé par ces nervurés,
la température des produitspassant dans le condenseur 0 peut être abaissée au point voulu de sorte qu'on peut condenser dans cette unité C des frac- tions d'huile à gaz ou d'huile de graissage légères.Les produits condensés dans cette unité sont évacués par le tuyau et le purgeur
69.
L'unité est figurée superposée à l'unité et l'unité!
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superposée à l'unité D;l'une et l'autre présentant la même disposition peuvent être décrites ensemble.Dans ce cas,la chambre de vapeur 1,2 est immergée dans l'eau afin que l'effet de refroi- dissement soit assure.Cette chambre est placée dans un réservoir 46 de façon que la chambre et son couvercle soient submergés dans l'eau 47. L'ean est amenée par le conduit 49 etaprès avoir circulé dans la chambre, elle est évacuée par le tuyau 50.les unités' D et E comprennent les mêmes parties.
Les vapeurs sont évacuées de l'élément C par le tuyau 70 et sont conduites au centre de l'unité D dans lequel elles passent et dans lequel la température est encore plus basse,de sorte que l'on peut soutirer,par le tuyau et la purgeur 71,un condensat consistant en kérosine par exemple.Les produits subsistant encore à l'état de vapeurs sont conduits à l'élément D par le tuyau 72 et sont amenés au centre de l'élément E.En passant dans celui-ci les vapeurs se condensent et le condensât est extrait par le tuyau et le purgeur 73*Ce produit peut consister en gazoline.Des gaz fixes non condensables qui entraînent une 'certaine proportion de vapeurs,d'huiles légères sortent de l'unité E par le tuyau 74,
et sont conduits au centre de l'épurateur F.
L'épurateur consiste en un réservoir extérieur 75 dans lequel l'eau circule de la même manière que dans les condenseurs D et F, cette eau entrant par le tuyau 75 et sortant par le tuyau 77 est conduite dans la chambre d'eau entourant l'unité F. L'épu- rateur comprend les chambres 1 et 2 correspondant à l'unité A,et est muni de la bande 8 en forme de spirale.Un certain nombre de blocs 75 sent intercalés dans le canal 40,;ils*peuvent être de ' bois tendre ou de carton d'amiante de force suffisante pour faire fonction d'expaceurs pour les spires de la bande 8 et assez poreux pour se saturer d'huile au fond du nahal du laveur.
Cette matière doit aussi être capable de résister à la chaleur et notamment de résister, à la chaleur c ommuniquée par intervales pour extraire les substances volatiles les plus légères absorbées par l'huile lourde rassemblée dans le fond de la chambrasses blocs sont
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représentés assez larges dans le haut pour remplir tout l'inter- valle entre les circonvolutions de la bande 8 ;
dans le bas ils sont entaillés de façon à former des prolongements étroits 79 qui vont jusqu'au fond de la chambre.Ces blocs agissent par at- traction capillaire pour absorber l'huile lourde à point d'ébul- admise lition élevée ans le canal 40 de l'épurateur par le tuyau 80 de sorte qu'il y a toujours une couche d'huile à point d'ébulli- tion élevé dans la partie inférieure de l'épurateur. Cette huile à point d'ébullition élevé absorbe l'huile légère condensée provenant des gaz fixes qui parcourent le canal 40 lesquels ne sont pas seulement en contact avec l'huile au fond du canal mais avec l'huile qui sature les blocs 78.Les gaz lavés peuvent être extraits par le tuyau 81.
L'un des avantages du présent appareil pour la condensation fractionnée du pétrole et d'autres vapeurs,par rapport aux colonnes anciennement en usage,est que le présent dispositif se nettoie automatiquement ce qui supprime les fréquentes opéra- tions de nettoyage nécessaires avec les condenseurs en forme de tuyaux.
Au lieu de disposer les bandes 8 de la manière ci-dessus décrite on peut les engager dans une rainure en spirale 82 (figure
6) du couvercle des condenseurs de sorte que les diverses circon- volutions sont maintenues en spirale par cette rainure.