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"PROCEDE ET APPAREIL POUR LA FABRICATION DE L'ACETYLENE ET L'OBTENTION D'UN RESIDU SENSIBLEMENT SEC DE CHAUX HYDRATEE"
Cette invention est relative à un procédé et à un appareil pour la fabrication d'un gaz et l'obtention d'un résidu sec par la réaction d'une matière solide avec un liquide et, plus particulièrement, à la production de l'acétylène à partir du carbure de calcium et de l'eau et d'un résidu sensiblement sec de chaux hydratée.
De façon générale, la présente invention a pour objet un procédé et un appareil perfectionnés par lesquels la production d'un gaz et d'un résidu sensiblement sec et industriellement utile résulte d'une réaction réglée effectuée entre une matière solide et un liquide d'une manière relativement simple, sûre, économique et efficace, en vue de la production de gaz sur une échelle industrielle.
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Les buts plus particuliers de cette invention sont de permettre, par le procédé, et l'appareil en question, de faire réagir le carbure de calcium d'une façon continue et complète pour produire simultanément de l'acétylène et de l'hydrate de calcium sensiblement sec en quantités industrielles ; de régler et disperser efficacement la chaleur de la réaction de façon à éviter les effets nuisibles de températures élevées locales; de donner une stabilité inhérente au procédé et à l'appareil de façon que la qualité du produit résiduel ne soit pas affectée par de petites variations dans les quantités de réactifs fournies; d'empêcher que des impuretés lourdes qui sont inévitablement introduites avec le carbure et des particules de carbure n'ayant pas réagi puissent sortir de l'appareil avec le résidu et contaminer celuici ;
d'empêcher l'eau évaporée pour absorber l'excès de chaleur de la réaction de mouiller exagérément le résidu produit; de maintenir l'hydrate de calcium en cours de production à l'état coulant librement et analogue à un liquide, de façon qu'il s'effectue une classification et un contre-courant de carbure et de résidu pour assurer un contact plus efficace entre le carbure et l'eau et, par ce moyen, une production accélérée et un réglage plus efficace de la température; et d'assurer l'obtention de résultats également efficaces avec des carbures de diverses grosseurs (morceaux, poussières, grains et leurs mélanges).
Ces buts et d'autres buts de l'invention et les caractéristiques qui les réalisent seront mis en évidence au cours de la description détaillée donnée ci-après en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
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La figure 1 est une vue en élévation avec coupe verticale partielle d'un générateur d'acétylène donnant un résidu sensiblement sec par le procédé suivant l'invention.
La figure 2 est une vue analogue d'une autre construction d'appareil permettant de réaliser le présent procédé.
La figure 3 est une coupe par la ligne 3-3 de l'appareil de la figure 2.
La figure 4 est une vue en élévation du dispositif agitateur représenté sur la figure 2.
On produit habituellement l'acétylène en introduisant du carbure de calcium dans une masse d'eau, celle-ci étant présente en quantité suffisante pour que la chaleur engendrée par la réaction entre l'eau et le carbure soit absorbée sous forme de chaleur sensible par l'excédent d'eau.
Le résidu résultant de la réaction se présente alors sous forme d'une boue. On a trouvé que la production d'acétylène par le procédé consistant à laisser tomber de l'eau sur une masse de carbure est excessivement dangereuse, à moins que la quantité de carbure ne soit très faible et que la vitesse de la réaction ne soit réglée à une valeur très faible pour assurer la dissipation de la chaleur engendrée par sa conduction à travers la masse en cours de réaction. L'application de ce dernier procédé a par conséquent été limitée à la production de très petites quantités de gaz, comme dans les lampes portatives, et, en pareils cas, on n'a pas cherché à interrompre l'admission d'eau pour obtenir un résidu sec.
Pour produire des quantités industrielles d'acétylène et un résidu sensiblement sec sans qu'interviennent des
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températures dangereusement élevées, on a proposé d'ajouter au carbure une quantité suffisante d'eau pour satisfaire à la condition d'une réaction complète et une quantité supplémentaire juste suffisante pour absorber la chaleur de réaction en excès par son évaporation, et de soumettre les réactifs à une agitation mécanique dans une cornue horizontale pendant un temps considérable, jusqu'à ce que la réaction soit terminée.
Le carbure et le résidu sont entraînés suivant un chemin étendu, sensiblement horizontal, à l'intérieur de la cornue, et si les quantités d'eau et de carbure choisies ont été convenablement proportionnées, on peut obtenir un résidu sensiblement sec à l'extrémité de sortie de la cornue.
Il est toutefois difficile de régler entre les limites désirées les températures qui interviennent localement dans la cornue et d'obtenir en même temps un résidu qui n'est ni trop mouillé, ni tel qu'il contient du carbure n'ayant pas réagi, étant donné que des particules de carbure sont entraînées jusqu'en des points où la matière environnante est trop sèche pour effectuer la réaction d'une manière complète. Des quantités considérables de poussières sont entraînées par le gaz sortant des zones de réaction et se déposent sur les parois des conduits à gaz, ce qui occasionne de grandes difficultés dues à l'engorgement de ces conduits.
L'eau vaporisée pour le réglage des températures est entraînée par l'acétylène engendré. Cette humidité tend à se condenser sur la chaux sèche produite lorsque cette chaux se refroidit, ce qui a pour effet d'humidifier excessivement le résidu.
La présente invention a pour objet la fabrication de l'acétylène par un procédé et un appareil qui surmontent
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ces difficultés et d'autres. On a découvert qu'on peut maintenir la poudre d'hydrate de calcium fraîchement produite, chaude et sèche, à l'état très coulant et analogue à un liquide et provoquer la chute des particules de carbure, qui sont relativement plus lourdes, à travers une masse d'un tel hydrate. On tire parti de ces propriétés, dans le présent procédé de fabrication, en introduisant le carbure dans une chambre de réaction dans laquelle des quantités réglées d'eau sont introduites et dans laquelle une masse d'hydrate de calcium est maintenue à l'état coulant désiré. Le carbure et l'eau réagissent pour donner de l'acétylène et une nouvelle quantité d'hydrate.
Le carbure introduit et l'hydrate nouvellement engendré provoquent un déplacement de la masse d'hydrate vers le haut, alors que le gaz engendré monte à travers cette masse pour contribuer à la maintenir à l'état coulant. A la partie supérieure de la chambre de réaction, l'hydrate en excès se déverse et est évacué de façon qu'il ne puisse entrer de nouveau en contact avec le gaz, qui est recueilli au-dessus de la chambre de réaction et transféré à un gazomètre. Le contenu de la chambre de réaction est de préférence continuellement agité par un dispositif méoanique, de façon à accélérer la réaction, à assurer le contact parfait du carbure et de l'eau, à effectuer une classification des matières qui assure la descente du carbure et le déplacement de l'hydrate vers le haut, et à éviter la formation de zones de température locale élevée.
La quantité d'eau ajoutée est suffisamment en excès sur celle nécessaire pour réaliser la réaction d'une manière complète pour que la température moyenne du contenu de la chambre de réaction
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soit réglée entre les limites désirées.
La limite de température supérieure estgénéralement choisie de façon qu'il ne s'effectue aucune décomposition de l'acétylène, étant donné que les produits d'une telle décomposition deviennent des impuretés dans le gaz et tendent à décolorer le résidu. L'eau qui se vaporise s'échappe avec le gaz, et les vapeurs sont évacuées de façon qu'elles ne puissent plus entrer en contact avec le résidu aussitôt que celui-ci a quitté la chambre de réaction où il était maintenu à une température élevée constante. L'eau est de préférence introduite à la partie inférieure de la chambre de réaction, et la zone d'activité maximum de la réaction est maintenue en ce point. On fait en sorte que le carbure descende vers l'eau et que, au contraire, l'hydrate monte en s'éloignant de l'eau.
Grâce à cette caractéristique, on est sûr que le maximum de production de chaleur aura lieu dans la zone où l'on dispose d'un excédent d'eau pour absorber cette chaleur sous forme de chaleur latente d'évaporation et l'on fait en sorte que le gaz et la vapeur chauds engendrés montent à travers l'hydrate que contient la chambre pour maintenir cet hydrate à une température constante et à l'état coulant désiré.
Le présent procédé de fabrication de l'acétylène est en outre plus stable en soi et tend à compenser les irrégularités qui se produisent dans la fourniture du carbure et de l'eau. Par exemple, si un excès de carbure est temporairement introduit dans la chambre de réaction, le carbure se dépose et reste au fond jusqu'à ce qu'il ait réagi avec l'eau, c'est-à-dire qu'il n'est pas entraîné jusqu'en des points où il pourrait se mélanger au produit de chaux sec. D'autre
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part, si un excès d'eau pénètre temporairement dans la chambre de réaction, cette eau reste au fond jusqu'à ce qu'une quantité suffisante de carbure l'ait atteinte. Cette stabilité est très avantageuse en pratique.
Un autre avantage du présent procédé découle du fait qu'on empêche les particules d'impuretés lourdes, telles que le ferrosilicium, qui sont présentes dans certaines formes de carbure de calcium du commerce, d'être évacuées avec le résidu sec, ce résidu n'en étant par suite pas contaminé.
Sur les dessins, et en particulier sur la figure 1, le dispositif d'alimentation en carbure est généralement indiqué en A. La chambre de réaction où s'effectue la production du gaz est indiquée en B, et C représente le dispositif servant à recueillir le résidu sec. Le dispositif servant à amener l'eau dans la chambre de réaction est généralement indiqué en D. Dans ce type d'appareil, la chambre de réaction comprend la partie inférieure 10 d'un récipient fermé 11 constituant le générateur. Cette partie 10 est sensiblement cylindrique, et son extrémité supérieure se raccorde à une partie élargie 12 du générateur, partie dans laquelle le gaz engendré se sépare des particules de résidu.
Le gaz engendré s'échappe de la partie supérieure de l'élargissement 12 par un tuyau 13 qui aboutit au tuyau 14 amenant le gaz à un réservoir tel qu'un gazomètre, qu'on n'a pas représenté en vue de la clarté du dessin. Dans la partie supérieure de la chambre 10 débouche l'extrémité de sortie d'un conduit 15 dans lequel est disposée une vis transporteuse 16 qui est animée d'un mouvement de rotation pour introduire la quantité désirée de carbure dans la chambre 10. Dans ce type
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d'appareil, on utilise de préférence du carbure en grains ou en morceaux dont la grosseur est telle qu'elle se prête à son transport par la vis 16.
Au-dessus du transporteur de carbure se trouve une trémie d'approvisionnement en carbure qui est reliée au conduit 15 par un conduit 18 présentant un élargissement 19 constituant une capacité d'emmagasinage supplémentaire destinée à être utilisée pendant les périodes pendant lesquelles on recharge la trémie 17 La partie inférieure de la trémie 17 est munie d'un obturateur tel qu'un registre coulissant 20 permettant d'interrompre l'écoulement du carbure lorsqu'on le désire. Une poignée 21 est prévue pour faire mouvoir cet obturateur 20. Pour protéger le contenu de la trémie tout en permettant son remplissage, on a prévu un couvercle amovible 22. On introduit de l'eau dans la chambre de réaction, de préférence en un point 23 voisin du fond de la chambre 10.
L'eau introduite arrive par un tuyau 24 qui est commandé par un robinet 25 et qui présente un orifice de calibrage 26. Pour indiquer le débit de l'eau traversant l'orifice, on a prévu un manomètre à mercure 27 dont une des branches est reliée par un tuyau 28 au tuyau 24, en un point de celui-ci situé en aval de l'orifice 26, l'autre branche étant reliée par un tuyau 29 en un point situé en amont de l'orifice 26. Ces deux tuyaux sont munis de robinets d'arrêt 30 et 31 permettant de détacher le manomètre 27 lorsqu'on le désire. Un tuyau de branchement 32 commandé par un robinet d'arrêt 33 fait communiquer le tuyau 24 avec une zone de la chambre 10 qui est située à un niveau désiré au-dessus du fond de cette chambre. Le branchement 32 peut être utilisé
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pour la fourniture d'une quantité d'eau auxiliaire.
La chaux hydratée produite dans la chambre 10 et montant dans cette chambre est retirée du récipient 11 par un tuyau 34, qui débouche dans l'élargissement 12 en un point situé juste au-dessus de la chambre de réaction 10 et par lequel la chaux hydratée est transférée à un réservoir à chaux 35 auquel le tuyau 34 est relié par un raccord 36 Le tuyau 34 est de préférence pourvu d'une vis d'Archimède 37 assurant le mouvement désiré du résidu. La partie inférieure du réservoir à chaux 35 est munie d'une tubulure d'échappement 38 commandée par un registre coulissant 39.
Un tuyau d'admission de gaz 35', commandé par un robinet, est aussi prévu à la partie inférieure du réservoir 35 pour permettre d'introduire de l'acétylène sec lorsqu'on désire agiter l'hydrate recueilli et en éliminer l'humidité en excès.
Pour assurer l'agitation convenable du contenu de la chambre de réaction, on a prévu deux groupes d'agitateurs qui tournent tous deux autour de l'axe vertical central du récipient 11. L'un d'eux comprend une ossature 40 dont la forme épouse étroitement la surface intérieure du récipient 11, cette ossature comprenant deux parties identiques 40 qui sont reliées à leurs extrémités supérieures et inférieures par des bras 41 et 42, respectivement.
Le bras 41 est muni d'un moyeu central 43 calé sur l'arbre intérieur vertical 44. Cet arbre intérieur tourillonne, à son extrémité supérieure, dans un palier 45 qui est supporté à l'intérieur de la partie 12 du récipient 11 par un centre ou spider muni de trois bras 46 assujettis aux parois
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du récipient. L'extrémité inférieure de l'arbre 44 tourillonne dans une crapaudine 47 située à l'extérieur du récipient 11. L'arbre 44 est entouré par un arbre creux 48 qui s'élève à travers un presse-étoupe 49 monté dans la paroi intérieure de la chambre 10, arbre auquel sont fixées une série de palettes ou ailettes agitatrices 50 réparties sur toute la hauteur de la chambre 10.
L'arbre 44 peut tourner librement dans l'arbre 48 et les deux arbres sont de préférence actionnés pour tourner dans des sens opposés, leur commande étant de préférence effectuée à l'aide d'une paire de pignons d'angle. Le pignon inférieur 51 de la paire est calé sur l'arbre inférieur 44 et le pignon supérieur 52 est calé sur l'arbre creux extérieur 48. Ces pignons 51 et 52 engrènent tous deux avec un pignon 53 qui, lorsqu'il est mis en rotation, fait tourner les pignons 51 et 52 en sens inverses. Le pignon 53 est monté sur l'arbre récepteur 54 d'un changement de vitesse 55 destiné à réduire la vitesse de son arbre moteur 56 à la vitesse désirée pour le fonctionnement normal.
L'arbre 56 est directement accouplé à un moteur électrique 57 auquel le courant électriqueest amené par des fils 58 Sur ces fils est monté un wattmètre 59 qui indique continuellement la quantité d'énergie utilisée pour faire fonctionner le générateur. Pour assurer la place nécessaire pour loger les engrenages au-dessous du récipient, celui-ci est supporté à l'aide de pieds 60. Le bras 42 est aussi pourvu d'un moyeu central qui tourne librement sur l'arbre 48 de façon que la racle 40 puisse tourner en sens inverse des palettes 50 La rotation des deux systèmes agitateurs dans des sens opposés assure une agitation parfaite du contenu de la chambre de réaction et est particulièrement efficace pour empêcher les
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matières de constituer une voute transversale entre les palettes.
Près du fond de la chambre de réaction est prévue une ouverture 61 dont le rôle est de permettre d'enlever les amas de particules lourdes d'impuretés telles que le ferro- silicium. Cette ouverture 61 est fermée par un couvercle 62 pouvant être détaché rapidement.
Des moyens sont de préférence prévus pour indiquer la température du contenu de la chambre de réaction et du . gaz produit. En 63 est prévu un thermomètre dont la partie sensible à la température est en contact avec l'intérieur de la chambre de réaction en un point voisin du fond de cette chambre. La température du gaz est indiquée par un thermomè- tre 64 dont l'ampoule sensible pénètre dans le tuyau d'échap- pement 14 Pour empêcher le refroidissement et la condensa- tion de l'humidité véhiculée par l'acétylène susceptible d'en- trer en contact avec les parois de l'élargissement 12, du transporteur 34 et du réservoir 35 ces parois peuvent être garnies d'une couche de calorifuge de façon qu'elles soient maintenues à,une température supérieure au point de condensa- tion.
L'appareil de la figure 1 fonctionne comme suit :
On place une charge de carbure, de préférence en morceaux, dans la trémie 17 et ferme hermétiquement le couvercle 22.
On ouvre le registre 20, par exemple en tirant la poignée
21 vers l'extérieur, et on fait tourner le transporteur 16 à une vitesse constante. On met en même temps le moteur élec- trique 57 en marche pour mettre le système agitateur en ac- tion. Lorsque du carbure commence à pénétrer dans la chambre de réaction 10, on ouvre le robinet 25 suffisamment pour fournir de l'eau avec le débit convenable. Le carbure et
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l'eau réagissent dans la partie inférieure de la chambre 10 et donnent de l'hydrate de calcium qui se déplace vers le haut, étant donné que les particules d'hydrate sont plus légères que les particules de carbure. Si l'alimentation en eau est insuffisante pour effectuer la réaction de la quantité de carbure introduite dans le même temps, il se produira une accumulation de carbure au fond de la chambre de réaction 10.
Le carbure lourd fera obstacle au mouvement des palettes agitatrices et il faudra plus d'énergie pour faire tourner celles-ci. L'accroissement de la force motrice absorbée est indiqué par le wattmètre 59 et fait savoir à l'opérateur. qu'il faut augmenter l'alimentation en eau. Par contre, si l'on ajoute trop d'eau le contenu de la chambre de réaction devient plus lourd et moins fluide, de sorte que la force motrice nécessaire pour faire tourner les agitateurs augmente de nouveau, ce qui indique immédiatement qu'il faut diminuer l'alimentation en eau. Les observations de la température et de la teneur en humidité de l'hydrate de calcium indiquent comment il convient de régler l'alimentation en eau, mais ces facteurs ne varient qu'un certain temps après une variation de la quantité d'eau fournie.
Lorsque la chambre de réaction 10 se remplit de chaux hydratée, celle-ci atteint le niveau du conduit 34 et on peut alors faire tourner le transporteur 37 pour évacuer la chaux hydratée produite. Pendant que s'effectue l'introduction du carbure dans la chambre de réaction, ce carbure tombe rapidement à travers la chaux hydratée et, de ce fait, tend à éliminer l'excès d'humidité que cette chaux est susceptible de contenir. Le contact actif entre le carbure et l'eau ne se produit pas tant que le carbure n'a
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pas atteint, dans sa chute, un point voisin du fond de la chambre de réaction, endroit où se trouve la zone d'activité maximum.
L'agitation parfaite effectuée par les palettes 40, 42 et 50 assure un malaxage parfait intime de l'eau et du carbure, de sorte que la chaux hydratée qui se forme à la surface de chaque morceau de carbure en est immédiatement détachée par le frottement auquel elle est soumise et est ainsi rendue libre de s'élever dans la chambre. fendant que s'effectue la réaction de la masse agitée de carbure, une séparation mécanique a lieu entre l'hydrate de calcium et le carbure, les plus grosses particules de carbure n'ayant pas réagi s'enfonçant au fond du générateur, alors que les fines particules d'hydrate s'accumulent à la partie supérieure de la masse agitée.
Il se développe dans la zone de réaction plus de chaleur qu'il en peut être dissipé sous forme de chaleur sensible par 1''évacuation des produits de la réaction, par l'échauffement des matières introduites jusqu'à la température de réaction et par la perte de chaleur du milieu environnant. Par conséquent, pour dissiper cette chaleur en excès, on fournit un excédent d'eau, de préférence dans la zone où la quantité de chaleur développée est maximum. Cet,excédent d'eau absorbe une quantité considérable de chaleur en passant de l'état liquide à l'état de vapeur, et les vapeurs engendrées s'échappent avec le gaz.
Le volume de gaz chaud engendré s'augmente du volume de vapeur d'eau, et l'accroissement du volume de gaz et de vapeur s'élevant à travers la matière que contient le générateur contribue à séparer les particules leslus légères des particules les plus lourdes, outre que la vapeur d'eau tend à réagir avec une partie du
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carbure fraîchement introduit pendant la descente du dit carbure à travers la masse. Le mouvement ascendant du gaz et de la vapeur chauds à travers la chaux hydratée contribue à maintenir cette dernière à l'état fluide.
En réglant convenablement les quantités de carbure et d'eau introduites par unité de temps, on peut obtenir un produit d'hydrate de calcium très finement divisé qui flotte à la surface de la masse agitée contenue dans la chambre de réaction 10 et qui est transféré par le conduit 34 au réservoir 34, dont on le retire périodiquement lorsqu'il est désirable. Le gaz acétylène engendré se sépare de la chaux dans l'élargissement 12, le rôle de ce dernier étant de réduire la vitesse du gaz à une valeur assez faible pour que les fines particules d'hydrate ne soient pas entraînées par le gaz. Le gaz se sépare ainsi de l'hydrate avant qu'un refroidissement appréciable ait eu lieu, de sorte que l'humidité entraînée par le gaz ne risque pas de se condenser sur l'hydrate.
En quittant le générateur par le conduit 14, le gaz peut traverser un séparateur de poussières tel qu'un scrubber à eau, qui en enlève les traces de poussière qu'il est susceptible d'entraîner, et peut être refroidi à la température normale.
L'appareil de la figure 2 est analogue à celui de la figure 1 mais, dans cette construction, le carbure est introduit dans la chambre de réaction B' près de sa paroi inférieure, le dispositif d'alimentation en carbure étant généralement indiqué en A'. Dans ce type d'appareil, la chambre de réaction 370 est conique, sa partie inférieure ayant un diamètre plus petit que sa partie supérieure. Cette forme de chambre assure un fonctionnement plus efficace
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étant donné que la vitesse du mouvement ascendant des produits diminue.
La chambre supérieure 71 de cet appareil est constituée par une cuve à extrémité supérieure ouverte munie d'un fond 72 qui est traversé centralement par la chambre de réaction 70,ce fond se raccordant aux parois extérieures de la dite chambre à un niveau situé approximativement au milieu de la hauteur de cette chambre. Cette construction forme un espace ou compartiment annulaire collecteur de chaux 73 autour de la partie supérieure de la chambre de réaction.
Près de l'extrémité supérieure de cette chambre, est prévue à l'extérieur de la cuve 71 une chambre annulaire à extrémité supérieure ouverte 74 qui est fermée à son extrémité inférieure et soudée aux parois extérieures de la cuve 71 A l'extérieur de cette chambre annulaire 74 est disposé un joint hydraulique constitué par une chambre annulaire 76 qui est fermée à sa base par un fond 77 et soudée aux parois extérieures de la chambre 74 La cuve 71 est munie d'un couvercle en tôle 78 pourvu d'un prolongement inférieur cylindrique 79 qui descend dans la chambre formant joint hydraulique 76 jusqu'en un point voisin du fond 77 de cette chambre.
Le couvercle 78 est bombé de façon que l'humidité susceptible de se condenser sur sa partie centrale puisse ruisseler vers les bords et couler dans le joint hydraulique 76 La partie supérieure du joint hydraulique 76 est fermée par un anneau 80 qui est soudé au bord supérieur du joint 76 et à la partie supérieure du rebord cylindrique 79 Un tablier ou chicane 81 entoure le bord supérieur de la cuve 71 pour empêcher les particules de chaux de tomber dans la chambre annulaire 74 Le bord inférieur de la paroi cylindrique 79 est dentelé, comme indiqué en 82, pour
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assurer une distribution régulière du gaz passant au-dessous du bord de cette paroi en traversant le joint hydraulique.
Le joint hydraulique 76 constitue ainsi un scrubber annulaire qui lave le gaz engendré, ce scrubber faisant corps avec l'appareil.
Dans cette construction d'appareil, le mécanisme agitateur est aussi pourvu de parties qui tournent en sens inverses. Toutefois, dans ce cas, l'arbre creux extérieur 83 au lieu de traverser la chambre de réaction, se termine juste en deçà du fond 84 de la chambre de réaction 70 A son extrémité supérieure, l'arbre 83 est raccordé au moyeu central d'une traverse 85 dont les extrémités extérieures sont fixées aux deux montants non parallèles 86 de l'ossature principale de l'agitateur, cette ossature étant représentée plus clairement sur la figure 4. Une série de traverses espacées 87, parallèles à la traverse 85 sont aussi prévues, ces traverses entretoisant les montants 86.
Ces derniers sont disposés de façon qu'ils suivent étroitement la paroi conique de la chambre de réaction 70, et leurs extrémités supérieures, qui font légèrement saillie au-dessus du bord supérieur démette chambre, sont reliées entre elles par une traverse horizontale 88 assez longue pour se terminer très près de parties diamètralement opposées de la paroi de la cuve 71 Aux extrémités de la traverse 88 sont fixées respectivement deux barres de raclage verticales 89. Ces barres suivent de très près la paroi cylindrique de la cuve 71 pour empêcher la chaux d'adhérer à cette paroi.
Les barres ou racles 89 font légèrement saillie au-dessus du bord de la cuve 71 et sont reliées entre elles par une traverse supérieure 90 dont les extrémités se terminent légèrement en deçà de la paroi
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cylindrique 79 Comme il ressort de la figure 4, les organes 88, 89 et 90 sont maintenus dans les positions relatives désirées par deux croisillons 91 et 92 dont les extrémités sont soudées aux traverses 88 et 90 Les diverses entretoises 85, 87,88 et 90 sont munies chacune d'un moyeu creux à leur partie centrale. Ces moyeux présentent des alésages à l'aide desquels ils tournent fous sur un arbre 93 qui s'élève verticalement suivant l'axe du générateur.
Des racles servant à agiter la chaux qui s'accumule dans la chambre annulaire 73 sont constituées par des barres pendantes 94 dont les extrémités inférieures sont reliées aux extrémités inférieures des racles 89 par des entretoises 95 et dont les extrémités supérieures sont-soudées à la traverse 88 Un dispositif est en outre prévu pour agiter l'eau du joint hydraulique laveur 76 Ce dispositif comprend deux paires de barres verticales 96 fixées respectivement aux extrémités de la traverse 90, leurs extrémités inférieures étant fixées à une racle 97 qui suit de très près le fond 77 du joint hydraulique.
L'arbre creux 83 traverse un presse-étoupe 98 monté dans le fond 84 de la chambre de réaction. Sur la partie de l'arbre 83 qui fait saillie au-dessous du fond 84 est calé un pignon d'angle 99 engrenant avec un des éléments d'une paire de pignons d'angle 100 montés sur l'arbre récepteur 101 d'un réducteur de vitesse 102. Le long arbre intérieur vertical 3 tourillonne par son extrémité inférieure dans une crapaudine 103 montée dans le fond d'une boîte à engrenages 104 enveloppant entièrement les pignons d'angle, cette boîte étant fixée au fond 84.
Un autre pignon d'angle 105 est calé sur l'arbre 93 et engrène avec le secondées
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pignons 100, de sorte que l'arbre 93 peut être entraîné en sens inverse de l'arbre 83 et, de préférence, à une vitesse un peu plus grande. Sur la partie de l'arbre 93 qui traverse la chambre de réaction 70 sont montées une série de palettes 106, en des points situés entre les traverses 87, Les palettes 106 et les traverses formant palettes 87 peuvent les unes et les autres être disposées de façon à solliciter les matières en cours d'agitation soit vers le haut, soit vers le bas, pour assurer une agitation plus parfaite des dites matières.
Il esténéralement préférable que ces organes exercent une poussée ascendante sur les matières, de façon à éviter le tassement de ces dernières et à les maintenir à un état plus délié. A l'arbre 93 est aussi fixé, au-dessus du moyeu de la traverse 88, un collier 107 qui empêche le dit moyeu de se déplacer vers le haut ; et deux colliers 108 sont aussi prévus de part et d'autre du moyeu de la traverse 90 L'arbre 93 tourillonne par son extrémité supérieure dans un palier 109 monté dans le couvercle 78 L'extrémité supérieure de l'arbre 93 présence en outre une partie rétrécie 110 qui traverse un presse-étoupe situé à la partie supérieure du palier, son extrémité saillante étant munie d'une barrette 111 qui est destinée à faire sonner une cloche 112 deux fois par tour de l'ensemble à palettes intérieur.
Cette cloche a pour rôle d'indiquer à un surveillant que l'ensemble à palettes tourne convenablement. Une autre cloche d'alarme est prévue pour indiquer que l'ensemble à palettes portant les racles 97 du laveur fonctionne convenablement. A cet effet, une des racles 97 est munie d'un bras vertical 113 destiné à heurter une partie pendante d'une des extrémités d'un arbre à cloche 114 de façon à faire osciller la cloche
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montée sur l'autre extrémité pour la faire sonner une fois par tour de la racle.
L'arbre 114 traverse horizontalement un presse-étoupe monté dans la paroi extérieure cylindrique du laveur 76
Le carbure est introduit en un point voisin du fond 84 de la chambre de réaction 70 à l'aide d'un transporteur 115 qui travaille à l'intérieur d'un boîtier 116 débouchant par une de ses extrémités dans la dite chambre et relié par son autre extrémité à l'orifice d'échappement 117 d'une trémie à carbure 118. L'orifice 117 est commandé par un obturateur tel qu'un registre coulissant 119. Une seconde trémie d'alimentation en carbure 120 est disposée au-dessus de la trémie 118. Le conduit reliant les deux trémies 118 et 120 renferme un second obturateur 121. La trémie 120 est obturée hermétiquement par un couvercle 122.
L'arbre du transporteur 115 traverse un presse-étoupe 124 monté dans l'extrémité du boîtier 116 et tourillonne par son extrémité extérieure dans un coussinet supérieur supporté par un corps de palier 125. Un pignon 126 est monté sur l'arbre 123 entre le palier 125 et le presse-étoupe 124. Ce pignon est actionné par un pignon intermédiaire 127 monté sur un arbre intermédiaire 128. Le pignon 127 est lui-même entraîné par un pignon 129 monté sur l'arbre 101. L'arbre intermédiaire 128 est supporté à ses extrémités par un coussinet du corps de palier 125 et par une chaise pendante 130 fixée à la partie inférieure du boîtier 116.
Un autre pignon intermédiaire 131, plus grand que le pignon 127, est monté sur l'arbre 128, et un pignon plus petit correspondant 132 est monté sur l'arbre 101 de façon qu'on puisse le déplacer pour l'amener en prise avec le pignon 131 ou le
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dégager de celui-ci, suivant qu'on le désire Le pignon 129 peut aussi être déplacé sur l'arbre 101, de sorte que l'arbre intermédiaire 128 peut être entraîné soit par le pignon 129 soit par le pignon 132. Comme les pignons 129 et 132 ont des diamètres différents, l'arbre 128 et le transporteur 115 seront entraînés à des vitesses différentes, selon le rapport de transmission choisi.
On peut ainsi modifier la quantité de carbureintroudite par unité de temps pour faire varier la quantité de gaz engendrée par l'unité de temps.
L'arbre 101 traverse le palier inférieur du corps de palier 125 et est relié à l'arbre récepteur du réducteur de vitesse 102 qui est actionné par le moteur électrique 57 Un presse-étoupe 133 est prévu à l'endroit où l'arbre 101 traverse la boîte à engrenages 104, qui peut ainsi être maintenue sensiblement pleine de lubrifiant à engrenages. Ce presse-étoupe tend aussi à empêcher la matière de sortir de la chambre de réaction par le joint 98
Etant donné que certaines sortes de carbures de calcium du commerce sont relativement impures et contiennent des impuretés lourdes, telles que le carbure de silicium, le ferrosilicium et les oxydes de fer et d'aluminium, un dispositif a été prévu pour éliminer ces impuretés.
L'élimination des impuretés susceptibles de s'accumuler au fond de la chambre de réaction 70 est effectuée à l'aide d'un dispositif à soupape 134. Ce dispositif comprend un alésage cylindrique pratiqué dans le fond 84 et dans lequel est ajustée une douille rotative 135 L'alésage présente une ouverture 136 communiquant avec la chambre 70et la douille 135 présente dans sa paroi une ouverture correspondante 137 qu'on peut amener en coïncidence avec l'ouverture 136 pour permet-
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tre aux particules lourdes qui s'accumulent au fond de la chambre 70 d'être balayées par la traverse ou racle 85 de façon qu'elles tombent à travers les ouvertures 136 et 137 dans la chambre intérieure de la douille 135 Lorsque la douille a été remplie de ces particules,
on la fait tourner de façon à fermer l'ouverture de la chambre 70 et on peut alors enlever le couvercle 138 et retirer les impuretés de l'intérieur de la douille sans perdre aucune matière de la chambre 70 Une poignée 139 est utilisée pour faire tourner la douille 135 pendant que le couvercle 138 est fermé.
Le résidu sensiblement sec qui s'accumule dans le compartiment annulaire 73 est entraîné circulairement par les bras 95 de sorte qu'il tombe à travers une ouverture 140 prévue dans le fond zg de la cuve 71 Une chambre collectrice 141 est disposée immédiatement au-dessous de l'ouverture 140 pour recevoir le résidu. L'extrémité inférieure de cette chambre communique avec un transporteur 142 qui évacue la chaux hydratée s'accumulant dans la chambre 141 et la dépose dans une trémie d'emmagasinage, non représentée. Pour empêcher le gaz de s'échapper par l'ouverture 140, la chambre 141 et le transporteur 142, un joint de particules solides est maintenu dans la chambre 141. Ce joint est constitué par un amas d'hydrate sec retenu dans la partie inférieure de la chambre.
Pour permettre de se rendre compte de la quantité de résidu recueillie dans la chambre 141, on a prévu un dispositif indicateur établi sous forme d'une tige 143 portant un disque 144 à son extrémité inférieure et une poignée 145 à son extrémité supérieure. Cette tige traverse la paroi supérieure de la chambre 141 à travers un presse- étoupe 146 et, en la faisant monter et descendre, on peut
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aisément déterminer le niveau de la chaux dans la chambre.
Le fonctionnement du transporteur 142 est réglé de façon qu'il reste constamment dans la partie inférieure de la chambre 141 une provision de chaux qui assure l'herméticité.
L'eau nécessaire pour la réaction et pour l'absorption de la chaleur en excès est introduite en des points 147 voisins de la paroi inférieure de la chambre de réaction 70 On peut déterminer la quantité d'eau introduite par unité de temps à l'aide d'un compteur de débit comprenant un orifice 26 et un manomètre 27comme représenté sur la figure 1, ou avoir recours à tout dispositif propre à maintenir une alimentation constante et réglable en eau, tel que, par exemple, une pompe à déplacement positif dont la vitesse de fonctionnement peut être réglée. Si on le désire, l'eau destinée à mouiller initialement le carbure admis dans la chambre de réaction peut être introduite par le conduit 148 débouchant dans l'enveloppe 116 du transporteur.
Un supplément d'eau est introduit dans le joint hydraulique 76 par un tuyau 149 débouchant à travers le couvercle 80 du joint. L'eau en excès sort normalement du joint par un tuyau d'échappement du gaz 150 débouchant dans la paroi extérieure du dit joint en un point désiré de cette paroi. Cette eau de trop-plein coule par un tuyau 150 jusqu'à ce qu'elle arrive à un tuyau de vidange descendant du dit tuyau ou à tout dispositif séparateur d'eau désiré.
La chambre annulaire 74 est prévue pour que l'eau susceptible d'être ramenée en arrière par un retour accidentel du gaz à travers ce laveur soit recueillie par la dite chambre au lieu d'être introduite dans la cuve 71 Pour éliminer l'eau susceptible d'atteindre la chambre 74 on prévoit un tuyau de vidange 151
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débouchant dans la partie inférieure de la dite chambre et descendant dans un joint hydraulique 152. La profondeur du joint 152 est suffisante pour assurer une hauteur de charge plus grande que la pression normale du gaz dans le générateur.
Le joint hydraulique 152 est muni d'un trop-plein 153 et d'un évent 154, tous deux débouchant dans la partie supérieure du dit joint.
Le fonctionnement de l'appareil de la figure 2 est analogue à celui de la figure 1. Toutefois, dans cette construction, on peut utiliser du carbure de calcium sous une forme quelconque, c'est-à-dire sous forme de morceaux, de poussières ou de tout-venant, la grosseur maximum des,morceaux étant limitée à celle qui peut être transportée par le dispositif d'alimentation. Les très fines particules de carbure introduites dans la chambre de réaction 70 sont plus lourdes que l'hydrate de calcium et, par conséquent, tendent à rester dans la chambre pour être converties en acétylène et en hydrate. Bien entendu, les particules les plus grosses se déposent plus rapidement et restent dans la chambre à des niveaux plus bas où il existe une quantité plus grande d'humidité pour leur réaction.
Le carbure est introduit dans la chambre 70 par un transporteur 115 avec un débit sensiblement constant déterminé par le rapport de transmission choisi des engrenages 127 et 129; ou 131 et 132. L'eau est introduite avec un débit constant qu'on règle selon la température et la teneur en humidité du produit de chaux. Ce débit doit être maintenu constant en dépit des variations susceptibles de se produire dans la contre-pression régnant aux orifices d'admission d'eau sous l'influence d'une poussée des particules contre
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ces orifices.
Il est par conséquent préférable de prévoir plusieurs orifices d'admission de ce genre et, pour maintenir le débit constant, on peut fournir de l'eau provenant d'une source d'eau à pression élevée et intercaler un régulateur à pression différentielle dans la tuyauterie ou utiliser une pompe à déplacement positif dont la vitesse ou le déplacement volumétrique sont réglables. On peut, si on le désire, introduire dans le transporteur 116 une'partie de l'eau servant à mouiller initialement le carbure, cette eau pénétrant par le tuyau d'admission 148 ou juste à l'endroit où le carDure pénètre dans la chambre de réaction.
La rotation des dispositifs à palettes maintient la masse de carbure et d'hydrate que contient la chambre de réaction parfaitement agitée, pendant que le gaz et la vapeur, en s'élevant, secondent l'agitation et tendent à rendre l'hydrate plus fluide. Les particules de carbure restent dans la chambre 70 jusqu'à ce qu'elles aient réagi, mais l'hydrate se déverse par dessus le sommet de cette chambre et tombe dans le compartiment annulaire 73 où il est agité et entraîné circulairement par les racles qui l'obligent à tomber à travers l'ouverture 140 dans la trémie 141 avec un débit tel qu'il subsiste au fond de cette trémie un amas d'hydrate empêchant le gaz de s'échapper en passant par le transporteur.
On pourrait utiliser n'importe quel autre dispositif permettant d'effectuer un joint hermétique au gaz pendant qu'on retire l'hydrate. On peut, si on le désire, maintenir l'hy- drate de calcium agité pendant un temps supplémentaire dans le compartiment 73, en prévoyant l'orifice d'échappement d'hydrate dans la paroi latérale 71 au lieu de le prévoir dans la paroi inférieure à l'endroit de l'orifice 140. Une
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telle agitation supplémentaire tendra à donner un produit plus uniforme.
L'acétylène et la vapeur d'eau s'échappent de la partie supérieure de la chambre de réaction et pénètrent dans l'espace relativement grand constitué au-dessus par la cuve 71 et le couvercle 78 Dans cet espace, la vitesse du courant de gaz est réduite de telle sorte que les particules d'hydrate les plus fines se déposent et que le gaz s'échappe n passant par dessus le bord supérieur de la cuve 71, en descendant entre la paroi cylindrique 79 et la paroi 74 de la chambre et en montant à travers l'eau que contient l'espace ménagé entre la dite paroi 79 et le joint hydraulique 76 Les parties dentelées 82 obligent le gaz à passer sous forme de très petites bulles qui assurent un contact parfait de ce gaz avec l'eau du joint hydraulique,
ce qui a pour effet d'éliminer les dernières traces d'hydrate et de refroidir le gaz à une température désirée. Une partie importante de la vapeur entraînée par le gaz se condense et s'échappe avec l'eau de trop-plein du joint hydraulique.
Pour mettre le générateur en marche, on lance le moteur 57 admet de l'eau par l'orifice d'admission 149 à l'intérieur du laveur et ouvre le registre à carbure 119.
Lorsque le carbure pénètre dans la chambre 70, on commence l'admission d'eau. Pour arrêter le générateur, on ferme d'abord le registre à carbure 119, continue à laisser l'eau pénétrer pendant un certain temps, coupe alors l'arrivée d'eau et maintient les palettes en rotation pendant un temps supplémentaire pour assurer la distribution et la dispersion régulières de l'humidité. On peut alors laisser le générateur au repos pendant quelque temps sans qu'on courre le risque
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que la chaux s'agglomère sous forme d'une masse solide dans la chambre de réaction.
On a constaté que lorsque l'alimentation en eau est convenablement réglée en conformité avec l'alimentation en carbure et le degré d'agitation, la température maximum atteinte dans la zone de réaction de la chambre 70 peut être maintenue à une valeur sûre telle qu'il ne s'effectue aucune polymérisation de l'acétylène ou décoloration de l'hydrate.
Par exemple, on a trouvé qu'il est avantageux de faire fonctionner le présent appareil de façon que la température de la paroi extérieure de la chambre de réaction soit maintenue au voisinage de 121 C.
En réalisant le présent procédé et faisant fonctionner le présent appareil de la façon décrite, on a obtenu. un produit de chaux hydratée ayant une teneur en humidité résiduelle de 3 % environ lorsqu'on maintenait le rapport de 1 kg d'eau par kg de carbure. Ce rapport varie légèrement selon la pureté du carbure utilisé. Cette teneur en humidité est celle désirée pour les hydrates de chaux du commerce, étant donné que c'est avec cette teneur que les propriétés de manutention de la matière sont les meilleures. On voit par conséquent que le présent procédé permet de fabriquer des quantités relativement grandes d'acétylène à partir du carbure et d'obtenir en même temps à titre de sous-produit une chaux hydratée de qualité élevée et utile industriellement.
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"PROCESS AND APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OF ACETYLENE AND THE OBTAINING OF A SENSITIVELY DRY RESIDUE OF HYDRATED LIME"
This invention relates to a process and apparatus for the production of a gas and obtaining a dry residue by the reaction of a solid material with a liquid and, more particularly, to the production of acetylene. from calcium carbide and water and a substantially dry residue of hydrated lime.
In general, the present invention relates to an improved method and apparatus by which the production of a substantially dry and industrially useful gas and residue results from a controlled reaction carried out between a solid material and a liquid. a relatively simple, safe, economical and efficient way for the production of gas on an industrial scale.
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The more particular objects of this invention are to enable, by the method, and the apparatus in question, to react calcium carbide in a continuous and complete manner to produce simultaneously acetylene and calcium hydrate. substantially dry in industrial quantities; to effectively control and disperse the heat of the reaction so as to avoid the deleterious effects of high local temperatures; to impart inherent stability to the process and apparatus so that the quality of the residual product is not affected by small variations in the amounts of reagents supplied; to prevent heavy impurities which are inevitably introduced with the carbide and unreacted carbide particles from leaving the apparatus with the residue and contaminating it;
to prevent the water evaporated to absorb the excess heat of the reaction from excessively wetting the residue produced; to maintain the calcium hydrate being produced in a free-flowing and liquid-like state, so that classification and countercurrent of carbide and residue takes place to ensure more efficient contact between carbide and water and thereby accelerated production and more efficient temperature control; and to ensure that equally effective results are obtained with carbides of various sizes (lumps, dust, grains and their mixtures).
These objects and other objects of the invention and the characteristics which achieve them will be demonstrated in the course of the detailed description given below with reference to the accompanying drawings in which:
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FIG. 1 is an elevational view with partial vertical section of an acetylene generator giving a substantially dry residue by the process according to the invention.
Figure 2 is a similar view of another construction of apparatus for carrying out the present method.
Figure 3 is a section through line 3-3 of the apparatus of Figure 2.
Figure 4 is an elevational view of the agitator device shown in Figure 2.
Acetylene is usually produced by introducing calcium carbide into a body of water, the latter being present in sufficient quantity so that the heat generated by the reaction between the water and the carbide is absorbed in the form of sensible heat by excess water.
The residue resulting from the reaction is then in the form of a slurry. It has been found that the production of acetylene by the process of dropping water onto a mass of carbide is excessively dangerous, unless the amount of carbide is very small and the rate of the reaction is controlled. at a very low value to ensure the dissipation of the heat generated by its conduction through the mass during the reaction. The application of the latter process has therefore been limited to the production of very small quantities of gas, as in portable lamps, and in such cases no attempt has been made to interrupt the water supply to obtain a dry residue.
To produce industrial quantities of acetylene and a substantially dry residue without the intervention of
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dangerously high temperatures, it has been proposed to add to the carbide a sufficient quantity of water to satisfy the condition of a complete reaction and an additional quantity just sufficient to absorb the excess heat of reaction by its evaporation, and to subject the reactive by mechanical stirring in a horizontal retort for a considerable time, until the reaction is complete.
The carbide and residue are carried along an extended, substantially horizontal path inside the retort, and if the amounts of water and carbide selected have been properly proportioned, a substantially dry residue can be obtained at the tip. outlet of the retort.
It is however difficult to regulate the temperatures which occur locally in the retort between the desired limits and at the same time to obtain a residue which is neither too wet nor such that it contains unreacted carbide, being since carbide particles are carried to points where the surrounding material is too dry to effect the reaction completely. Considerable quantities of dust are entrained by the gas leaving the reaction zones and are deposited on the walls of the gas conduits, which causes great difficulties due to the clogging of these conduits.
The vaporized water for temperature control is entrained by the acetylene generated. This moisture tends to condense on the dry lime produced when this lime cools, which has the effect of excessively humidifying the residue.
The present invention relates to the manufacture of acetylene by a method and apparatus which overcome
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these difficulties and others. It has been found that the freshly produced hot and dry calcium hydrate powder can be kept in a very runny, liquid-like state and cause the carbide particles, which are relatively heavier, to fall through. a mass of such a hydrate. These properties are taken advantage of in the present manufacturing process by introducing the carbide into a reaction chamber into which controlled amounts of water are introduced and into which a mass of calcium hydrate is maintained in a flowable state. longed for. The carbide and water react to give acetylene and a new amount of hydrate.
The introduced carbide and the newly generated hydrate cause the hydrate mass to move upward, while the generated gas rises through this mass to help keep it flowing. At the top of the reaction chamber, excess hydrate pours out and is removed so that it cannot come into contact again with the gas, which is collected above the reaction chamber and transferred to a gasometer. The contents of the reaction chamber are preferably continuously agitated by a mechanical device, so as to accelerate the reaction, to ensure the perfect contact of the carbide and the water, to carry out a classification of materials which ensures the descent of the carbide and the displacement of the hydrate upwards, and to avoid the formation of zones of high local temperature.
The amount of water added is sufficiently in excess of that necessary to carry out the reaction completely so that the average temperature of the contents of the reaction chamber
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be set between the desired limits.
The upper temperature limit is generally chosen so that no decomposition of acetylene takes place, since the products of such decomposition become impurities in the gas and tend to discolor the residue. The water which vaporizes escapes with the gas, and the vapors are evacuated so that they can no longer come into contact with the residue as soon as the latter has left the reaction chamber where it was maintained at a temperature. constant high. Water is preferably introduced at the bottom of the reaction chamber, and the zone of maximum reaction activity is maintained at this point. We make sure that the carbide goes down towards the water and that, on the contrary, the hydrate rises while moving away from the water.
Thanks to this characteristic, we are sure that the maximum heat production will take place in the area where there is a surplus of water to absorb this heat in the form of latent heat of evaporation and we do in so that the hot gas and vapor generated rise through the hydrate in the chamber to maintain this hydrate at a constant temperature and in the desired flow state.
The present acetylene manufacturing process is furthermore inherently more stable and tends to compensate for the irregularities which occur in the supply of carbide and water. For example, if an excess of carbide is temporarily introduced into the reaction chamber, the carbide settles and remains at the bottom until it has reacted with water, i.e. it does not It is not carried to a point where it could mix with the dry lime product. Else
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On the other hand, if excess water temporarily enters the reaction chamber, this water remains at the bottom until sufficient carbide has reached it. This stability is very advantageous in practice.
Another advantage of the present process is that the heavy impurity particles, such as ferrosilicon, which are present in certain commercial forms of calcium carbide, are prevented from being washed away with the dry residue, which residue is no longer present. 'thus not being contaminated.
In the drawings, and in particular in Figure 1, the carbide feed device is generally indicated at A. The reaction chamber where gas is produced is indicated at B, and C represents the device used to collect. the dry residue. The device for supplying water into the reaction chamber is generally indicated at D. In this type of apparatus, the reaction chamber comprises the lower part 10 of a closed container 11 constituting the generator. This part 10 is substantially cylindrical, and its upper end connects to an enlarged part 12 of the generator, part in which the gas generated separates from the residue particles.
The gas generated escapes from the upper part of the enlargement 12 through a pipe 13 which terminates at the pipe 14 bringing the gas to a reservoir such as a gasometer, which has not been shown for the sake of clarity. drawing. In the upper part of the chamber 10 opens the outlet end of a duct 15 in which is arranged a conveyor screw 16 which is driven in a rotational movement to introduce the desired quantity of carbide into the chamber 10. In this type
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As an apparatus, carbide is preferably used in grains or in pieces, the size of which is such as to lend itself to its transport by the screw 16.
Above the carbide conveyor is a carbide supply hopper which is connected to conduit 15 by conduit 18 having an enlargement 19 constituting additional storage capacity for use during times when the hopper is being recharged. The lower part of the hopper 17 is provided with a shutter such as a sliding register 20 making it possible to interrupt the flow of carbide when desired. A handle 21 is provided to move this shutter 20. To protect the contents of the hopper while allowing its filling, a removable cover 22 is provided. Water is introduced into the reaction chamber, preferably at a point. 23 neighbor at the back of room 10.
The water introduced arrives through a pipe 24 which is controlled by a tap 25 and which has a calibration orifice 26. To indicate the flow of water passing through the orifice, a mercury manometer 27 is provided, one of whose branches is provided. is connected by a pipe 28 to the pipe 24, at a point thereof located downstream of the orifice 26, the other branch being connected by a pipe 29 at a point located upstream of the orifice 26. These two pipes are provided with stop cocks 30 and 31 allowing the pressure gauge 27 to be detached when desired. A branch pipe 32 controlled by a shutoff valve 33 communicates the pipe 24 with an area of the chamber 10 which is located at a desired level above the bottom of this chamber. Connection 32 can be used
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for the supply of an auxiliary water quantity.
The hydrated lime produced in the chamber 10 and rising in this chamber is withdrawn from the container 11 by a pipe 34, which opens into the widening 12 at a point located just above the reaction chamber 10 and through which the hydrated lime is transferred to a lime tank 35 to which the pipe 34 is connected by a fitting 36 The pipe 34 is preferably provided with an Archimedean screw 37 ensuring the desired movement of the residue. The lower part of the lime tank 35 is provided with an exhaust pipe 38 controlled by a sliding register 39.
A gas inlet pipe 35 ', controlled by a valve, is also provided at the bottom of the tank 35 to allow the introduction of dry acetylene when it is desired to agitate the hydrate collected and to remove the moisture therefrom. in excess.
To ensure proper agitation of the contents of the reaction chamber, two groups of agitators are provided, both of which rotate around the central vertical axis of the container 11. One of them comprises a frame 40 whose shape closely follows the interior surface of the container 11, this framework comprising two identical parts 40 which are connected at their upper and lower ends by arms 41 and 42, respectively.
The arm 41 is provided with a central hub 43 wedged on the vertical inner shaft 44. This inner shaft is journaled, at its upper end, in a bearing 45 which is supported inside part 12 of the container 11 by a center or spider with three arms 46 secured to the walls
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of the container. The lower end of the shaft 44 is journalled in a clamp 47 located outside the container 11. The shaft 44 is surrounded by a hollow shaft 48 which rises through a stuffing box 49 mounted in the inner wall. of the chamber 10, shaft to which are fixed a series of paddles or agitator fins 50 distributed over the entire height of the chamber 10.
Shaft 44 can rotate freely in shaft 48 and the two shafts are preferably actuated to rotate in opposite directions, their control preferably being effected by means of a pair of angle gears. The lower pinion 51 of the pair is clamped on the lower shaft 44 and the upper pinion 52 is clamped on the outer hollow shaft 48. These pinions 51 and 52 both mesh with a pinion 53 which, when brought into position. rotation, turns pinions 51 and 52 in opposite directions. The pinion 53 is mounted on the receiving shaft 54 of a speed change 55 intended to reduce the speed of its motor shaft 56 to the desired speed for normal operation.
The shaft 56 is directly coupled to an electric motor 57 to which the electric current is supplied by wires 58 On these wires is mounted a wattmeter 59 which continuously indicates the amount of energy used to operate the generator. To ensure the necessary space to house the gears below the container, the latter is supported by means of feet 60. The arm 42 is also provided with a central hub which rotates freely on the shaft 48 so that the doctor blade 40 can rotate in the opposite direction of the paddles 50 The rotation of the two agitator systems in opposite directions ensures perfect agitation of the contents of the reaction chamber and is particularly effective in preventing
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materials to form a transverse vault between the pallets.
Near the bottom of the reaction chamber, an opening 61 is provided, the role of which is to allow the clusters of heavy particles of impurities such as ferro-silicon to be removed. This opening 61 is closed by a cover 62 which can be quickly detached.
Means are preferably provided for indicating the temperature of the contents of the reaction chamber and of. gas produced. At 63, a thermometer is provided, the temperature-sensitive part of which is in contact with the interior of the reaction chamber at a point close to the bottom of this chamber. The temperature of the gas is indicated by a thermometer 64, the sensitive bulb of which penetrates the exhaust pipe 14 To prevent cooling and condensation of the moisture carried by the acetylene which may enter. In contact with the walls of the enlargement 12, of the conveyor 34 and of the reservoir 35 these walls may be lined with a layer of thermal insulation so that they are maintained at a temperature above the point of condensation.
The apparatus of figure 1 operates as follows:
A charge of carbide, preferably in pieces, is placed in the hopper 17 and the lid 22 is sealed.
We open register 20, for example by pulling the handle
21 outward, and the conveyor 16 is rotated at a constant speed. At the same time, the electric motor 57 is started to activate the agitator system. When carbide begins to enter reaction chamber 10, valve 25 is opened sufficiently to supply water at the proper rate. Carbide and
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the water reacts in the lower part of the chamber 10 and gives calcium hydrate which moves upwards, since the hydrate particles are lighter than the carbide particles. If the water supply is insufficient to effect the reaction of the amount of carbide introduced at the same time, there will be an accumulation of carbide at the bottom of the reaction chamber 10.
The heavy carbide will obstruct the movement of the agitator vanes and it will take more energy to rotate the agitator paddles. The increase in absorbed driving force is indicated by the power meter 59 and notified to the operator. that the water supply must be increased. On the other hand, if too much water is added the contents of the reaction chamber become heavier and less fluid, so that the motive force required to turn the agitators increases again, which immediately indicates that it is necessary decrease the water supply. Observations of the temperature and moisture content of calcium hydrate indicate how to regulate the water supply, but these factors do not change until some time after a change in the amount of water supplied.
When the reaction chamber 10 fills with hydrated lime, the latter reaches the level of the conduit 34 and the conveyor 37 can then be rotated to remove the hydrated lime produced. While the introduction of the carbide into the reaction chamber is taking place, this carbide falls rapidly through the hydrated lime and, therefore, tends to remove the excess moisture that this lime is likely to contain. Active contact between the carbide and water does not occur until the carbide has
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not reached, in its fall, a point close to the bottom of the reaction chamber, where the maximum activity zone is located.
The perfect agitation carried out by the vanes 40, 42 and 50 ensures a perfect intimate mixing of the water and the carbide, so that the hydrated lime which forms on the surface of each piece of carbide is immediately detached from it by the friction. to which it is subjected and is thus made free to rise in the room. As the reaction of the stirred carbide mass takes place, a mechanical separation takes place between the calcium hydrate and the carbide, the larger unreacted carbide particles sinking to the bottom of the generator, while fine hydrate particles accumulate at the top of the stirred mass.
More heat develops in the reaction zone than can be dissipated in the form of sensible heat by removing the products of the reaction, by heating the materials introduced to the reaction temperature and by heating. heat loss from the surrounding environment. Therefore, to dissipate this excess heat, excess water is provided, preferably in the area where the amount of heat developed is maximum. This excess water absorbs a considerable amount of heat in passing from the liquid state to the vapor state, and the vapors generated escape with the gas.
The volume of hot gas generated increases by the volume of water vapor, and the increased volume of gas and vapor rising through the material in the generator helps to separate the lighter particles from the lighter particles. heavy, besides that the water vapor tends to react with part of the
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freshly introduced carbide during the descent of said carbide through the mass. The upward movement of hot gas and steam through the hydrated lime helps to keep the latter in a fluid state.
By properly controlling the amounts of carbide and water introduced per unit time, a very finely divided calcium hydrate product can be obtained which floats on the surface of the stirred mass contained in the reaction chamber 10 and which is transferred. through line 34 to reservoir 34, from which it is withdrawn periodically when desired. The acetylene gas generated separates from the lime in the expansion 12, the role of the latter being to reduce the speed of the gas to a value low enough so that the fine hydrate particles are not entrained by the gas. The gas thus separates from the hydrate before appreciable cooling has taken place, so that moisture entrained by the gas is not likely to condense on the hydrate.
On leaving the generator through line 14, the gas can pass through a dust separator such as a water scrubber, which removes traces of dust which it is liable to entrain therein, and can be cooled to normal temperature.
The apparatus of Figure 2 is similar to that of Figure 1, but in this construction the carbide is introduced into the reaction chamber B 'near its bottom wall, the carbide feeder being generally indicated at A '. In this type of apparatus, the reaction chamber 370 is conical, its lower part having a smaller diameter than its upper part. This chamber shape ensures more efficient operation
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since the speed of the upward movement of the products decreases.
The upper chamber 71 of this apparatus is constituted by a vessel with an open upper end provided with a bottom 72 which is crossed centrally by the reaction chamber 70, this bottom connecting to the outer walls of said chamber at a level located approximately at middle of the height of this room. This construction forms an annular lime collecting space or compartment 73 around the upper part of the reaction chamber.
Near the upper end of this chamber, there is provided outside the tank 71 an annular chamber with an open upper end 74 which is closed at its lower end and welded to the outer walls of the tank 71. annular chamber 74 is disposed a hydraulic seal consisting of an annular chamber 76 which is closed at its base by a bottom 77 and welded to the outer walls of the chamber 74 The tank 71 is provided with a sheet metal cover 78 provided with an extension cylindrical lower 79 which descends into the chamber forming a hydraulic seal 76 to a point close to the bottom 77 of this chamber.
The cover 78 is convex so that the moisture liable to condense on its central part can run off to the edges and flow into the water seal 76 The upper part of the water seal 76 is closed by a ring 80 which is welded to the upper edge of the gasket 76 and at the top of the cylindrical rim 79 An apron or baffle 81 surrounds the upper edge of the tank 71 to prevent the lime particles from falling into the annular chamber 74 The lower edge of the cylindrical wall 79 is serrated, as indicated in 82, for
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ensure a regular distribution of the gas passing below the edge of this wall passing through the hydraulic seal.
The hydraulic seal 76 thus constitutes an annular scrubber which washes the gas generated, this scrubber being integral with the apparatus.
In this apparatus construction, the agitating mechanism is also provided with parts which rotate in opposite directions. However, in this case, the outer hollow shaft 83, instead of passing through the reaction chamber, ends just below the bottom 84 of the reaction chamber 70 At its upper end, the shaft 83 is connected to the central hub d 'a cross member 85 whose outer ends are fixed to the two non-parallel uprights 86 of the main frame of the agitator, this frame being shown more clearly in FIG. 4. A series of spaced ties 87, parallel to the cross member 85 are also provided, these crosspieces bracing the uprights 86.
These are arranged so that they closely follow the conical wall of the reaction chamber 70, and their upper ends, which project slightly above the upper edge of this chamber, are connected to each other by a fairly long horizontal cross member 88. to end very close to diametrically opposed parts of the wall of the tank 71 At the ends of the cross member 88 are respectively fixed two vertical scraper bars 89. These bars follow very closely the cylindrical wall of the tank 71 to prevent lime from spreading. 'adhere to this wall.
The bars or scrapers 89 protrude slightly above the edge of the tank 71 and are connected to each other by an upper cross member 90, the ends of which end slightly below the wall
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cylindrical 79 As can be seen from Figure 4, the members 88, 89 and 90 are held in the desired relative positions by two cross members 91 and 92, the ends of which are welded to the cross members 88 and 90 The various spacers 85, 87, 88 and 90 are each provided with a hollow hub at their central part. These hubs have bores with the aid of which they turn idle on a shaft 93 which rises vertically along the axis of the generator.
Scrapes used to agitate the lime which accumulates in the annular chamber 73 are formed by hanging bars 94 whose lower ends are connected to the lower ends of the scrapers 89 by spacers 95 and whose upper ends are welded to the cross member. 88 A device is also provided for agitating the water from the washer hydraulic seal 76 This device comprises two pairs of vertical bars 96 fixed respectively to the ends of the cross member 90, their lower ends being fixed to a doctor blade 97 which follows very closely the bottom 77 of the hydraulic seal.
The hollow shaft 83 passes through a stuffing box 98 mounted in the bottom 84 of the reaction chamber. On the part of the shaft 83 which protrudes below the bottom 84 is wedged an angle pinion 99 meshing with one of the elements of a pair of angle pinions 100 mounted on the receiving shaft 101 of a speed reducer 102. The long vertical inner shaft 3 is journalled by its lower end in a slider 103 mounted in the bottom of a gearbox 104 entirely enveloping the angle gears, this box being fixed to the bottom 84.
Another 105 angle pinion is wedged on the shaft 93 and meshes with the second
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pinions 100, so that the shaft 93 can be driven in the opposite direction to the shaft 83 and, preferably, at a somewhat higher speed. On the part of the shaft 93 which passes through the reaction chamber 70 are mounted a series of vanes 106, at points situated between the cross members 87. The pallets 106 and the cross members forming the pallets 87 can both be arranged in the same manner. so as to urge the materials being stirred either upward or downward, to ensure more perfect agitation of said materials.
It is generally preferable that these members exert an upward thrust on the materials, so as to avoid the settling of the latter and to maintain them in a more loose state. To the shaft 93 is also fixed, above the hub of the cross member 88, a collar 107 which prevents said hub from moving upwards; and two collars 108 are also provided on either side of the hub of the cross member 90 The shaft 93 is journalled by its upper end in a bearing 109 mounted in the cover 78 The upper end of the shaft 93 also has a narrowed portion 110 which passes through a stuffing box located at the upper part of the bearing, its projecting end being provided with a bar 111 which is intended to ring a bell 112 twice per revolution of the interior paddle assembly.
The role of this bell is to indicate to a supervisor that the paddle assembly is turning properly. Another alarm bell is provided to indicate that the paddle assembly carrying the scraper 97 of the washer is functioning properly. To this end, one of the doctor blades 97 is provided with a vertical arm 113 intended to strike a hanging part of one of the ends of a bell shaft 114 so as to make the bell oscillate.
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mounted on the other end to ring it once per revolution of the doctor blade.
The shaft 114 crosses horizontally a stuffing box mounted in the cylindrical outer wall of the washer 76
The carbide is introduced at a point close to the bottom 84 of the reaction chamber 70 using a conveyor 115 which works inside a housing 116 opening at one of its ends into said chamber and connected by its other end to the exhaust port 117 of a carbide hopper 118. The port 117 is controlled by a shutter such as a sliding register 119. A second carbide feed hopper 120 is disposed above it. of the hopper 118. The conduit connecting the two hoppers 118 and 120 contains a second shutter 121. The hopper 120 is hermetically sealed by a cover 122.
The conveyor shaft 115 passes through a stuffing box 124 mounted in the end of the housing 116 and journals at its outer end in an upper bushing supported by a bearing housing 125. A pinion 126 is mounted on the shaft 123 between the shaft. bearing 125 and the stuffing box 124. This pinion is actuated by an intermediate pinion 127 mounted on an intermediate shaft 128. The pinion 127 is itself driven by a pinion 129 mounted on the shaft 101. The intermediate shaft 128 is supported at its ends by a bearing body pad 125 and by a pendant chair 130 fixed to the lower part of the housing 116.
Another intermediate pinion 131, larger than pinion 127, is mounted on shaft 128, and a corresponding smaller pinion 132 is mounted on shaft 101 so that it can be moved to engage it. the pinion 131 or the
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The pinion 129 can also be moved on the shaft 101, so that the intermediate shaft 128 can be driven either by the pinion 129 or by the pinion 132. Like the pinions 129 and 132 have different diameters, the shaft 128 and the conveyor 115 will be driven at different speeds, depending on the gear ratio chosen.
It is thus possible to modify the quantity of carbideintr Arabia per unit of time in order to vary the quantity of gas generated per unit of time.
The shaft 101 passes through the lower bearing of the bearing housing 125 and is connected to the receiving shaft of the speed reducer 102 which is actuated by the electric motor 57 A stuffing box 133 is provided at the point where the shaft 101 passes through the gearbox 104, which can thus be kept substantially full of gear lubricant. This stuffing box also tends to prevent material from leaving the reaction chamber through seal 98
Since some kinds of commercial calcium carbides are relatively impure and contain heavy impurities, such as silicon carbide, ferrosilicon, and iron and aluminum oxides, a device has been provided to remove these impurities.
The elimination of the impurities liable to accumulate at the bottom of the reaction chamber 70 is carried out using a valve device 134. This device comprises a cylindrical bore made in the bottom 84 and in which a sleeve is fitted. rotary 135 The bore has an opening 136 communicating with the chamber 70 and the sleeve 135 has in its wall a corresponding opening 137 which can be brought into coincidence with the opening 136 to allow
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be to the heavy particles which accumulate at the bottom of the chamber 70 to be swept by the cross member or doctor blade 85 so that they fall through the openings 136 and 137 into the inner chamber of the socket 135 When the socket has been filled with these particles,
it is rotated so as to close the opening of the chamber 70 and the cover 138 can then be removed and the impurities removed from the interior of the socket without losing any material from the chamber 70 A handle 139 is used to rotate the socket 135 while the cover 138 is closed.
The substantially dry residue which accumulates in the annular compartment 73 is driven in a circular fashion by the arms 95 so that it falls through an opening 140 provided in the bottom zg of the tank 71 A collecting chamber 141 is arranged immediately below of the opening 140 to receive the residue. The lower end of this chamber communicates with a conveyor 142 which discharges the hydrated lime accumulating in the chamber 141 and deposits it in a storage hopper, not shown. To prevent gas from escaping through opening 140, chamber 141 and conveyor 142, a seal of solid particles is maintained in chamber 141. This seal is formed by a mass of dry hydrate retained in the lower part. from the room.
To make it possible to realize the quantity of residue collected in the chamber 141, there is provided an indicating device established in the form of a rod 143 carrying a disc 144 at its lower end and a handle 145 at its upper end. This rod passes through the upper wall of the chamber 141 through a gland 146 and, by making it rise and fall, it is possible to
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easily determine the level of lime in the chamber.
The operation of the conveyor 142 is regulated so that there remains constantly in the lower part of the chamber 141 a supply of lime which ensures the hermeticity.
The water necessary for the reaction and for the absorption of excess heat is introduced at points 147 adjacent to the lower wall of the reaction chamber 70 The quantity of water introduced per unit time can be determined. using a flow meter comprising an orifice 26 and a pressure gauge 27 as shown in FIG. 1, or using any device suitable for maintaining a constant and adjustable supply of water, such as, for example, a positive displacement pump whose operating speed can be adjusted. If desired, the water intended to initially wet the carbide admitted into the reaction chamber can be introduced through the conduit 148 opening into the casing 116 of the conveyor.
Additional water is introduced into the hydraulic seal 76 through a pipe 149 opening through the cover 80 of the seal. The excess water normally leaves the joint through a gas exhaust pipe 150 opening into the outer wall of said joint at a desired point on this wall. This overflow water flows through a pipe 150 until it arrives at a drain pipe descending from said pipe or at any desired water separating device.
The annular chamber 74 is provided so that the water liable to be brought back by an accidental return of the gas through this scrubber is collected by said chamber instead of being introduced into the tank 71. to reach chamber 74 a drain pipe 151 is provided
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opening into the lower part of said chamber and descending into a hydraulic seal 152. The depth of the seal 152 is sufficient to ensure a charge height greater than the normal pressure of the gas in the generator.
The hydraulic seal 152 is provided with an overflow 153 and a vent 154, both opening into the upper part of said seal.
The operation of the apparatus of Figure 2 is analogous to that of Figure 1. However, in this construction, calcium carbide can be used in any form, i.e. in the form of pieces, dust or anything, the maximum size of the pieces being limited to that which can be transported by the feed device. The very fine particles of carbide introduced into the reaction chamber 70 are heavier than calcium hydrate and therefore tend to remain in the chamber to be converted into acetylene and hydrate. Of course, the larger particles settle faster and stay in the chamber at lower levels where there is a greater amount of moisture for their reaction.
The carbide is introduced into the chamber 70 by a conveyor 115 with a substantially constant flow rate determined by the selected transmission ratio of the gears 127 and 129; or 131 and 132. The water is introduced at a constant rate which is regulated according to the temperature and the moisture content of the lime product. This flow must be kept constant despite the variations likely to occur in the back pressure prevailing at the water inlet ports under the influence of a push of the particles against
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these orifices.
It is therefore preferable to provide several such inlet ports, and to maintain the flow rate constant, water from a high pressure water source can be supplied and a differential pressure regulator inserted into the flow. piping or use a positive displacement pump with adjustable speed or volumetric displacement. A portion of the water used to initially wet the carbide may be introduced into the conveyor 116 if desired, this water entering through the inlet pipe 148 or just where the carbide enters the chamber. reaction.
The rotation of the vane devices keeps the mass of carbide and hydrate in the reaction chamber perfectly agitated, while the gas and vapor, rising, assist the agitation and tend to make the hydrate more fluid. . The carbide particles remain in the chamber 70 until they have reacted, but the hydrate pours over the top of this chamber and falls into the annular compartment 73 where it is agitated and driven in a circular fashion by the scrapers which force it to fall through the opening 140 in the hopper 141 with a flow rate such that there remains at the bottom of this hopper a mass of hydrate preventing the gas from escaping through the conveyor.
Any other device could be used to provide a gas tight seal while the hydrate is being removed. The calcium hydrate may be kept stirred for an additional time in compartment 73, if desired, by providing the hydrate outlet in the side wall 71 instead of providing it in the wall. lower than the location of the orifice 140. A
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such additional agitation will tend to give a more uniform product.
The acetylene and water vapor escape from the upper part of the reaction chamber and enter the relatively large space formed above by the vessel 71 and the cover 78 In this space, the speed of the current gas is reduced so that the finest hydrate particles settle and the gas escapes passing over the upper edge of the vessel 71, down between the cylindrical wall 79 and the wall 74 of the chamber and rising through the water contained in the space between said wall 79 and the hydraulic seal 76 The serrated parts 82 force the gas to pass in the form of very small bubbles which ensure perfect contact of this gas with the gas. water from the hydraulic seal,
which has the effect of removing the last traces of hydrate and cooling the gas to a desired temperature. A significant part of the vapor entrained by the gas condenses and escapes with the overflow water from the hydraulic seal.
To start the generator, the engine 57 is started admits water through the intake port 149 inside the scrubber and opens the carbide damper 119.
When the carbide enters chamber 70, the water inlet is started. To stop the generator, we first close the carbide damper 119, continue to let the water penetrate for a certain time, then cut off the water supply and keep the paddles in rotation for an additional time to ensure distribution. and regular dispersion of moisture. We can then leave the generator at rest for some time without running the risk
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that the lime will agglomerate as a solid mass in the reaction chamber.
It has been found that when the water supply is properly adjusted in accordance with the carbide supply and the degree of agitation, the maximum temperature reached in the reaction zone of the chamber 70 can be maintained at a safe value such as 'There is no polymerization of acetylene or discoloration of the hydrate.
For example, it has been found to be advantageous to operate the present apparatus such that the temperature of the outer wall of the reaction chamber is maintained in the vicinity of 121 ° C.
By carrying out the present method and operating the present apparatus as described, there has been obtained. a hydrated lime product having a residual moisture content of about 3% when the ratio of 1 kg of water per kg of carbide was maintained. This ratio varies slightly depending on the purity of the carbide used. This moisture content is that desired for commercial hydrates of lime, since it is with this content that the material handling properties are best. It can therefore be seen that the present process makes it possible to manufacture relatively large quantities of acetylene from the carbide and at the same time obtain, as a by-product, a hydrated lime of high quality and industrially useful.