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Procédé de chauffage de produits par de la chaleur de condensation .
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La présente invention est relative au chauffage j de produits solides, liquides et en tonne de vapeur,et par- tioulièrement à la distillation et le oraoking de liquides, tels que l'huile et le goudron, à l'aide de la .chaleur de
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:!.:: ""'''''';... '.,,"': 1 \ 0<1' ",...t ...! condensation de substances d'une chaleur de condensation. spécifique inférieure et d'un point d'ébullition.supérieur à ceux de l'eau.
D'après l'invention , on emploie pour la mise en pratique de procédésde ce genre comme moyen de chauffage, de la naphtaline ou d'autres hydrocarbures cycliques sans aucunes chaînes latérales et de liaison ou de combinaison, ou avec de courtes chaînes latérales ou de liaison ou de -' combinaison stables, tels que l'anthracène, le pénanthrène,
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n . ,=< ? ., ..1 lé phânol, le napht91 l'acide benzofque, 1 ' antra qu.ino ne , ' .Y\ ,-,....
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le diphényle, le dinaphtyle, le dianthryle, le diphénol, le diphénylène-oxyde, le carbazol, la quinoléine et l'a- crdine.
Lorsqu'on erploie des véhicules de chaleur qui ne sont liquides qu'à haute température, tels que le dina- phtol, ou des substances qui ont une tendance à se sublimer, comme la naphtaline, il convient d'isoler les appareils ou de prendre des dispositions appropriées en vue de leschauf- fer de manière à éviter des obstructions, des incrustations, etc . , .
On a pu établir aussi qu'il est. possible de re- médier à la décomposition des véhicules de chaleur par la construction des appareils. La décomposition peut être pro- voquée ou se trouver renforcée par des réactions chimiques et physiques (par exemple catalytiques) entre l'appareil et l'agent de obsuffage. Par le choix de matériaux de construc- tion sans affinité pour le véhicule de chaleur, on pourra s'opposer à une telle action réciproque nuisible. Ainsi par exemple la décomposition d'hydrocarbures peut en majeure partie être évitée ou diminuée par étamage des surfaces de contact.
Un pouvoir de protection semblable à celui de l'é- tain, d'autres métaux qui n'ont pas de tendance ou qui n'ont qu'une faible tendance à la formation de carbures, l'exer- cent vis-à-vis de la plupart des hydrocarbures ,
On a trouvé en outre que les conditions spécia - les du procédé peuvent réagir contre la décomposition des véhicules de chaleur. Le véhicule de chaleur est dans le procédé ordinairement sous pression; il circule dans un système fermé.
D'après la loi de la plus faible contrainte, la pression arrête la décomposition, si celle-ci conduit à une augmentation des molécules, donc à une augmentation
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de pression. S'il a décomposition et que ce processus est
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réversible .Lis'établit un état d'équilibre, se révélant par la circonstance que la vitesse avec laquelle la matière première forme les produits de décomposition est égale à la vitesse avec laquelle ces produits reconstituent la ma- tière première.
Pour les raisons indiquées, on pourra uti- liser dans le procédé comme véhicules de chaleur par exem- ple des hydrocarbures qui dans les conditions de l'opération n'abandonnent pas du carbone solide, ou qui n'en abandonnent que lentement, et cette utilisation peut avoir lieu à des températures qui à la pression normale et décharge conti- nuelle des produits dissociés donnent lieu à décompostion
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co ns1 dén\ ble .
L'utilité d'une matière dans le procédé dépend entre autres particulièrement de l'intensité de la pres- sion nécessaire pour la condensation à la température de travail, de l'action corosive sur les appareils, de la lar- geur de l'intervalle de température de la phase liquide, de la fluidité, du pris par rapport au rendement, et de la 'stabilité thermique et chimique. Les exigences imposées aux véhicules de chaleur sont donc multiples. Des consta- tations qui éclaircissent la valeur des matières en ce qui concerne leur applioation au procédé, et qui élargissent le cercle des véhicules de chaleur utiles, ont donc leur utilité .
L'invention est destinée essentiellement à sa- tis faire au besoin urgent d'un procédé de chauffage à des températures moyennes et relativement élevées, travaillant plus avantageusement, et notamment propre aussi à un débit en masse, à un contrôle rigoureux de la température du pro- cédé, et à un chauffage qui ménage les produits en traite- mant .
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Par l'usage d'appareils de chauffage par contact appropriés, on obtiendra en appliquant l'invention, des dé- bits qui donnent satisfaction aux exigences le plus loin poussées ; le débit (de chaleur peut' encore être augmenté considérablement par -rapport à celui obtenu avec de la va- peur d'eau qui se condense, puisque par le chauffage à des températures moyennes et relativement élevées, la trans- mission de chaleur s'accroît vis-à-vis du chauffage à des températures basses par l'augmentation de la différence de température moyenne, c'est aussi le besoin accrû de chaleur de chauffage se couvre facilement d'après l'invention. Le procédé présente en même temps l'avantage d'un contrôle complet de la température des opérations.
La chaleur de chauffage de gaz devient libre avec changement de tempéra- ture de l'agent de chauffage qui donne lieu à une produc- tion de températures beaucoup plus élevées que celles qui doivent être engendrées dans le produit ; lachaleur de condensation de vapeurs devient libre à une température déterminée qui n'a besoin que de dépasser de peu la tem- pérature désirée du produit. Puisqu'on outre la tempéra- ture de condensation est donnée par la pression, on a la posiibilité de vérifier par une simple observation de pression la température qui agit en cas d'utilisation de vapeurs condensantes comme agent de chauffage, et l'on pourra par réglage de la pression facilement régler la température au degré voulu et l'y maintenir.
Il est donc possible de chauffer le produit en une phase de chauffe déterminée, toujours la même, rigoureusement réglée comme température et durée; ce n'est que dans ces conditions, d"une part que l'on arrive à exécuter en sens voulu, des opérations thermiquement sensibles, d'autre part que des' procédés moins sensibles .puissent être menés à bonne fin
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avec un résultat avantageux.
Un avantage sur d'autres pro- cédés est que même avec le plus fort débit, on arrive à éviter un surchauffage, puisque l'emploi de chaleur de con- densation permet de répartir le travail sur un maximum de surface de chauffe uniformément chauffée, et que l'on puis- se ainsi renoncer au moyen grossier employé d'ordinaire et consistant à provoquer une forte transmission de chaleur par une haute chute de températureOn pourra d'une manière simple et rapide changer la pression des vapeurs de chauf- fage et par conséquent aussi la température de chauffage; il en résulte une souplesse extraordinaire de la conduite du procédé .
On a trouvé que la naphtaline constitue un moyen de chauffage particulièrement approprié pour l'exé- cution de pro@édés de chauffage sensibles à la température, et encore pour l'exécution de procédésde chauffage de mas- ses sensibles à la température, aux températures comme cel- les nécessaires par exemple dans la distillation. La naphta- line est thermiquement fort stable, ce que l'on voit par exem- ple dans le fait qu'elle se forme toujours de nouveau dans les procédés organiques les plus variés, lorsqu'on travail- le à la production de tout autres matières.
(Depuis que les fours à coke sont chauffés plus fort en marche, le rende- ment en naphtaline par exemple à presque doublé). Elle conserve cette stabilité, par exemple aussi lors de la diminution de pression qui toujours se produit plus ou moins dans le procédé par suite de la diminumtion de volume de la vapeur lors de la condensation, mais particulièrement dans le Bas d'un étrangement.de pression graduel, choisi en vue d'obtention de différents étages de température;
sa contenance thermiqueutile est grande aux températures de distillation, sans que:-: des pressions occasionnant des dif-
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ficultés au point de vue des appareils soient nécessaires pour la condensation ,ainsi que c'est le cas avec la vapeur d'eau; la naphtaline n'attaque pas les appareils, et ne né- cessite donc pas l'emploi de matériaux de construction coû- toux; dans les zones de température en question, elle est d'une fluidité remarquable, ce qui favorise la puissance de transmission de chaleur, et en sa qualité de sous-pro- duit importun de la distillation de goudron et d'huile, elle est à un prix excessivement bas.
Le procédé selon la présente invention pourra aveo succès particulier s'appliquer aux opérations ayant pour objet un traitement thermique de matières à des tem- pératures moyennes et relativement élevées, ou qui en généra; demandent un chauffage à ces températures, comme c'est le cas par exemple dans la carbonisation de la houille avec traitement préalable de lamatière, et particulièrement dans la carbonisation à charge chaude, la carbonisation à basse température (carbonisation lente), la fabrication de briquettes à chaud, le grillage, la calcination, et aussi dans le séchage, le chauffage de liquides, de gaz, etc.. Des procédés chimiques qui lors du chauffage deman- dent la présence de substances réactives, comme par exemple des hydratations, peuvent égalèrent être menées à bonne fin très simplement.
Les substances nécessaires à la réaction peuvent être amenées au produit par renversement de manière en soi connue. Le procédé donne la possibiliré d'exécuter avec de bons résultats techniques et économiques, des pro- cédés importants mais jusqu'ici inutilisables en pratique, et de former d'autres procédés de façon à les rendre plus profitables .
Un vaste domaine d'application du procédé est celui du chauffage de liquides à des températures moyen-
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nes et relativement élevées. Les avantages particuliers du procédé, savoir la possibilité d'un débit en masse avec réglage de température de la plus grande précision et avec chauffage fait doucement, ressortent avec une clarté spé- ciale précisément dans le grand nombre de procédés impor- tants, rattachés à la phase liquide, causant une transfor- mation de matière de nature chimique ou physique .
L'invention assure le chauffage intensif d'un maximum de surface de chauffe des appareils individuels, avec des conditions les plus favorables pour la transmis- sion de chaleur au produit à traiter;elle assure aussi la simplicité de réglage et d'observation des températures de travail, puisque la chaleur de condensation est déterminée par la pression, et que celle-ci peut être contrôlée faci- lement. Le principe de l'invention appliqué aux procédés thermiques qui ont pour résultat une transformation de ma- tière de nature chimique ou physique, rattachée à la phase liquide, satisfait aux conditions à imposer à ces procédés en vue de 11 obtention du meilleur résultat technique et .économique.
Ainsi ce procédé procure entre autres les avan- . tages importants suivants ; un débit aussi grand que pos- sible; une plus grande quantité de matières de qualité supérieure par suite de la grande précision avec laquelle' il est possible de régler la conduite du procédé, et encore par suite de la souplesse de conduite, et avant tout l'évi- tement des produits de décomposition nuisibles qui prennent naissance par suechauffage, ce qui est particulièrement de grande importance dans les conditions spéciales de la dis - tilla tion de liquides
Ces avantages particuliers du procédé ne se pré- sentent pourtant pleinement qu'en travail continu.
Ceci peut se faire en chauffant par étages, le liquide venant traver-
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ser ou bien couler sur plusieurs dispositifs (chaudières, plateaux chauffés, etc.) maintenus à une température déter- minée constante, de sorte qu'à chaque étage, il s'échappe des limites d'ébullition un produit de distillation cor- respondant à la température de l'étage de chauffage. Avec ce mode de travail, les étages de température des diffé- rentes chaudières etc., fréquemment très étroitement voi- sins les uns des autres, doivent être observées rigoureuse- ment et constamment, pour que l'on puisse obtenir un frac- tionnement net et rendre inutile des redistillations.
Avec le chauffage aux gaz de combustion, il est très difficile d'y arriver, mais c'est facile en utilisant le procédé selon l' invention .
Le dessin montre schémátiquement une installation de distillation pour distillation étagée, qui à titre d'exem- ple, avec emploi du procédé en présence, montre une méthode de réglage de la température dans le traitement d'huile en cas relativement difficiles. Les chaudières de distillation A1 à A9 à travers lesquelles l'huile coule en suivant la pente, ont des températures qui diffèrent par exemple pro- gressivement de 15 degrés d'une chaudière à l'autre. Si l'on suppose que la température maximum de l'huile soit do 320 degrés centigrades, on pourra utiliser comme agont de chauffage la naphtaline peu coûteuse. Dans une installa- tion de vaporisation de naphtaline B, on engendre de 1 va- peur de naphtaline d'une tension qui répond aux exigences de l'étage de chauffe le plus élevé.
A cette tension, la vapeur de naphtaline entre dans une conduite principale commune
6. Tandis qu'elle arrive par la conduite C sans obstacle dans le système de chauffage de la chaudière à 320 , elle entre dans les autres chaudières à des tensions inférieures .en proprtion par suite d'étranglenent à l'aide des s ou- papes de réduction Dl à D8. Ces soupapes peuvent être
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commandées automatiquement de façon que la tension néoe s- saire pour les différentes chaudières soit toujours assurée.
Pour qu'il ne se produise pas de surpression dans la conduite principale, la vapeur de naphtaline s'écoule à travers une soupape d'échappement E dans la mesure voulue pour que la tension susmentionnée de la conduite prinoipale soit tou- jours maintenue. La commande de la soupape E se fait auto- matiquement par la pression de la conduite principale. Le vapeur de naphtaline qui s'échappe peut être utilisée avan- tageusement de différentes manières. Détendue, elle peut par exemple actionner une turbine,done produire du cou- rant, et avec cela elle peut être employée pour réchauffage de l'huile, pour production de vapeur d'eau, et encore direc- tement pour chauffage. L'interposition d'accumulateurs de va- peurs de naphtaline ou de vapeur d'eau est à recommander.
Pour la conduite du procédé d'ensemble,, il n'y a donc qu'à veiller au fonctionnement des chaudières,et que tout au moins la tension de la conduite principale soit maintenue, ce à quoi l'on arrive facilement .
Il convient de faire remarquer encore que le pro- cédé peut trouver emploi non seulement dans le cas où le tra,.. vail avec la vapeur d'eau est pratiquement impossible, mais encore, par exemple avec utilisation de vapeurs de naphtali- ne, dans les cas où le chauffage par de la vapeur d'eau oon- densante serait à la vérité possible, mais où le travail avec lesdites va.peurs est à préférer à cause de leur moin- dre tension .
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.