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Procédé de préparation de métaphosphate d'ammonium
La présente invention se rapporte à un procédé de préparation de phosphate d'ammonium ayant une composition correspondant sensiblement à la formule PO3NH4 déterminée par l'analyse.
L'un des buts de l'invention est de permettre la préparation d'un phosphate d'ammonium se présentant sous la forme d'une poudre microcristalline anhydre non hygros copique dans les conditions atmosphériques et à la température rencontrées pendant son emmagasinage sous différents climats.
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Un autre but de l'invention est de permettre la prépa- ration d'un produit du type considéré plus haut ayant une composition correspondant sensiblement à la formule PO3NH4 déterminée par l'analyse et un schéma de diffraction défini des rayonsX caractérisant le produit comme un composé chimique cristallin.
Un autre but encore de l'invention est de permettre l'obtention d'un procédé nouveau pour la préparation de phosphate d'ammonium sous forme d'une poudre cristalline anhydre en faisant réagir de l'anhydride phosphorique gazeux obtenu par la combustion de phosphore pur avec de l'air atmosphérique et du gaz ammoniac,.et en refroidissant le produit gazeux de la réaction à une vitesse telle que le phosphate d'ammonium produit soit une poudre cristalline anhydre pouvant être recueillie sur des filtres.
Encore un autre but de l'invention consiste à effectuer la réaction de gaz ammoniac,' d'air atmosphérique renfermant de la vapeur d'eau et d'anhydride phosphorique alors que les éléments de la réaction sont à l'état gazeux et à une température telle que l'on obtienne du phosphate d'ammonium, puis en refroidissant le produit gazeux de la réaction à une vitesse telle qu'il puisse être recueilli sur des filtres sans les engorger. Le phosphore qui a été brûlé pour donner de l'anhydride phosphorique semble fournir un polymère du 1*2 5 aux températures auxquelles il se présente sous 'formé d'un gaz.
Pour plus de simplicité, cette forme d'anhy, dride phosphorique sera désignée citttaprès par (P2O5)X. formule dans laquelle x est une inconnue.; que l'on pense être 2.
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Four la mise en oeuvre du procédé, objet de l'invention, on achemine du phosphore à l'état fondu dans une chambre de combustion ou de réaction dans laquelle on amène de .1'air atmosphérique contenant de la vapeur d'eau, pour assurer la combustion du phosphore et sa transformation en anhydride phosphorique, ainsi que du gaz ammoniac. On peut faire éga- lementréagir le gaz ammoniac avec le (P2O5)x en un point éloigné de la zone de combustion du phosphore;pourvu que la température du (P2O5) x et de l'air en excès chargé d'humidité soit suffisamment élevée pour que la réaction à l'état gazeux puisse se produire et fournisse le phosphate d'ammonium cris- tallin sous une forme pouvant être recueillie.
On amène l'air atmosphérique chargé de vapeur d'eau dans la zone de combustion à une vitesse supérieure à celle théoriquement nécessaire pour brûler le phosphore et le transformer en (P2O5)x. Il semble qu'il n'y ait pas de limite à la quantité d'air en excès pouvant être ainsi amenée en cequi concerne la mise en oeuvre du procédé. Toutefois-, comme indiqué plus loin, il existe un excès minimum en dessous duquel il n'est pas possible d'obtenir un phosphate d'ammonium pouvant être recueilli sur des filtres.
L'ammoniac gazeux fourni en vue de la réaction avec la vapeur d'eau se trouvant dans l'air assurant la combustion. et avec l'anhydride phosphorique gazeux est amené également à une vitesse ou en une quantité supérieure à celle.théorie quement nécessaire pour produire du PO3NH4. Le phosphate d'ammonium produit dans la zone de combustion ou en un point extérieur à cette zone point auquel on introduit le gaz ammoniac dans le (P205) x gazeux; est dénommé ci.,;après phos phate d'ammonium gazeux provenant de la réaction.
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-Des recherches ont permis de déterminer que le phosphate d'ammonium produit par la réaction de la vapeur d'eau, du (P2O5) x gazeux et du gaz ammoniac doit être refroidi rapi- dement à partir de son état gazeux afin de pouvoir le re- cueillir sur des filtres. Si on laisse ce produit de réaction gazeux à haute température pendant un laps de temps supérieur à quelques secondes,, il se décompose pour donner une substance collante,' visqueuse et très hygroscopique, ayant un carac tère vitreux et amorphe. Un produit de ce type va obturer les filtres presque instantanément -et nécessiter l'arrêt du procédé jusqu'à ce qu'il soit possible de changer ces filtres. En outre, ce produit est sans utilité du point de vue commercial ou industriel, car il ne peut être ni empaqueté ni manipulé.
Il estnécessaire d'effectuer la réaction à l'état gazeux à une température inférieure à 480 C environ, car l'ammoniac brûle sensiblement à cette température. On doit régler la quantité d'air en excès pour une vitesse de combustion donnée du phosphore de manière telle que la température dans la zone de réaction ne dépasse pas celle à laquelle l'ammoniac s'enflamme ou se décompose. On doit refroidir rapidement le produit de la réaction après sa formation de manière à pouvoir le recueillir sous forme de phosphate d'ammonium cristallin anhydre.
On peut effectuer le refroidissement rapide du phosphate d'ammonium gazeux provenant de- la réaction de différentes manières, par exemple par l'admission d'un excès important d'air atmosphérique, par l'utilisation d'un excès d'air élevé et par l'introduction d'eau à l'état liquide sous forme de brouillard ou de pulvérisation dans
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cet air, ou bien en utilisant une grande quantité d'air en excès et en faisant passer le mélange n'ayant pas réagi d'air chargé de vapeur d'eau et de gaz ammoniac, et le pro- ' duit gazeux de la réaction en suspension dans ce mélange, à travers un échangeur de chaleur qui peut être refroidi par l'air ou par l'eau, puis dans un filtre, dans lequel on recueille le produit.
Si le refroidissement du produit de la réaction gazeux est suffisamment rapide, celui-ci va être collecté sur les filtres sans les obturer. Si le produit n'a pas été refroidi d'une façon suffisamment.rapide et s'il se forme un produit vitreux, collant et hygroscopique tel que décrit ci-dessus, les filtres vont s'engorger près- que instantanément. Si l'on admet un excès d'ammoniac suffisant par rapport au taux de combustion du phosphore élémentaire et s'il se forme un produit ne pouva.nt pas être recueilli, il est presque certain que la vitesse de refroi- dissement du produit de réaction gazeux est trop faible. On peut remédier à cet inconvénient en augmentant la quantité d'air en excès pourvu que la capacité de refroidissement disponible de l'air en excès ou d'une combinaison d'air en excès et d'un échangeur de chaleur soit appropriée.
Les précautions devant être observées pour la mise en oeuvre du procédé et pour la production d'un phosphate d'ammonium capable d'être recueilli sont relativement simples et aisé- ment déterminables.
Si l'on doit assurer la mise en oeuvre du procédé en faisant réagir tous les éléments dans une chambre'de combus" tien et en faisant passer les produits de la réaction à travers un échangeur de chaleur et un filtre sur lequel le
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phosphate d'ammonium est recueilli, on détermine tout d'abord une vitesse donnée d'alimentation en phosphore.
Cette vitesse va être habituellement beaucoup plus faible que la capacité théorique de l'équipement dans lequel on effectue cette mise en oeuvre. On calcule ensuite la quantité d'air théoriquement nécessaire pour brûler cette quantité de phosphore. On augmente ensuite la vitesse à laquelle l'air doit être admis jusqu'à une valeur qui est par exemple de 20 à 30 fois la valeur théorique calculée.
La vitesse à laquelle on admet le gaz ammoniac est égales ment nettement en excès par rapport à la quantité théorique nécessaire pour donner le produit PO3NH4, et sera par exemple à 200 % de cette quantité théorique. Des moyens doivent être également prévus pour mesurer la température du mélange d'air en excès, de gaz ammoniac, de vapeur d'eau et de phosphate d'ammonium en suspension dans ce mélange juste avant qu'il ne pénètre dans le filtre.
Une fois ce calcul effectué, on amène l'air et l'ammoniac dans la zone de combustion, après quoi on provoque l'arrivée du phosphore. Le phosphore brûle spon- tanément et dégage de la chaleur à une vitesse d'environ
1270 calories par kilogramme. Dans ces conditions, le produit gazeux de la réaction est refroidi rapidement par suite de l'excès important d'air et;de l'action refroidis*-, sante de l'échangeur de chaleur, et on peut le recueillir sur les filtres.
On augmente ensuite progressivement le . taux d'arrivée du phosphore, en réglant sur lui la vitesse d'alimentation en ammoniac pour maintenir ce dernier en une quantité correspondant à un excès prédéterminé et qui est par exemple de 200 % de la quantité théorique, et on note
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la température du produit de la réaction en amont des filtres. On peut augmenter progressivement l'alimentation en phosphore jusqu'à une valeur à laquelle on obtient un produit qui ne peut plus être recueilli, cet état apparais. sant immédiatement étant donné qu'il est signalé par l'en,- gorgement des filtres. Lorsqu'on remarque cet engorgement, on doit noter aussitôt la température, arrêter le processus opératoire et remplacer par des filtres propres ceux qui sont engorgés.
On peut reprendre ensuite la réaction en diminuant le taux d'alimentation en phosphore jusqu'à une valeur à laquelle la température du produit de la réaction et du mélange n'ayant pas réagi d'air et d'ammoniac péné- trant dans les filtres se trouve en.dessous de celle à la quelle l'engorgement se produit au préalable, avec une marge de sécurité. Le coût de mise en oeuvre du procédé dépend partiellement de la quantité d'ammoniac en excès utilisée. Par suite, on ne doit pas utiliser une quantité supérieure à celle qui est nécessaire pour permettre l'ob- tenticn. d'un produit capable d'être recueilli.
Pour déter miner l'excès minimum d'ammoniac pour une alimentation maximum en phosphore définie comme indiqué ci-dessus, on réduit progressivement la vitesse d'arrivée de l'ammoniac.
Au cours de cette réduction,' on note la température du mélange traversant les filtres, et on surveille l'apparition d'un engorgement de ceux-ci. Lorsque des signes d'engorgement apparaissent sur les filtres, on note la vitesse d'arrivée de l'ammoniac, cette valeur représentant l'excès minimum permis. On doit ensuite accroître jusuq'à une valeur de sécurité au-dessus du minimum ainsi déterminé la vitesse d'alimentation en ammoniac pour permettre un fonctionnement satisfaisant.
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Les quantités théoriques en poids d'ammoniac (NH3) et de phosphore nécessaires pour produire un kilo de métaphos- phate d'ammonium sont dans le rapport de 17 à 31, en supposant la quantité d'eau nécessaireprésente. En d'autres termes, pour chaque masse de 31 kilogrammes de phosphore 17 kilogrammes d'ammoniac (NIL) sont théoriquement nécessaires.
Suivant l'invention,,. on utilise de l'ammoniac en excès, mais cet excès doit être en même temps aussi faible que possible, tout en fournissant un produit satisfaisant capable d'être recueilli sur des filtres sans provoquer leur engorgement.
Le rapport entre les quantités d'ammoniac et de phosphore peut varier environ de 0,65/1 à 1,3/1 par exemple.
Dans la description ci-.dessus-, on a supposé que, lors que le phosphore brûle à une vitesse maximum; on utilise complètement la capacité de refroidissement du système.-Ainsi, on peut obtenir aisément en observant les filtres et les taux d'alimentation en phosphore et en ammoniac la vitesse de refroidissement -du PO3NH4 gazeux de la réaction nécessaire pour donner un produit capable d'être recueilli sur les filtres. Une fois ces facteurs déterminés, on peut adapter le processus opératoire aux conditions présentes et assurer sa mise en oeuvre continuejour après jour sans modifier les proportions entre les taux d'alimentation en air,phos- phore et gaz ammoniac.
La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de mieux comprendre l'invention.
La fig. 1 est une vue plus ou moins schématique de l'appareil expérimental utilisé pour déterminer les conditions de fonctionnement dans lesquelles il est possible d'obtenir
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un produit de réaction gazeux constitué par du phosphate d'ammonium en faisant réagir de l'ammoniac avec les vapeurs de combustion du phosphore dans la zone de combustion de celui-ci, et avec la vapeur d'eau présente dans l'air atmos phérique fourni pour la combustion du phosphore, et en refroidissant rapidement le produit de réaction gazeux, le corps en résultant étant capable d'être recueilli sur des filtres sans provoquer leur engorgement,
La fig. 2 est une vue en plan du système filtrant de l'appareil représenté sur la fig. 1.
La fig. 3 est une vue plus ou moins schématique d'une variante de l'appareil dans laquelle on introduit le gaz ammoniac dans le (P205) x gazeux en un point éloigné de la zone de combustion afin de pouvoir déterminer les candi.. tions nécessaires à l'obtention d'un produit capable d'être recueilli par une réaction à l'état gazeux.
La fig. 4 est une vue en plan du filtre utilisé sur la fig. 3.
Les figs. 5 et 6 sont des graphiques montrant -les vitesses de refroidissement du produit de réaction gazeux de l'ammoniac, de l'air chargé d'humidité et du P205 gaz eux avec lesquelles il est possible d'obtenir un phosphate d'ammonium cristallin anhydre sous forme pulvérulente; capa.... ble d'être recueilli sur des filtres sans les engorger.
Les figs. 7a, 7b et 7c sont des vues en élévation avec coupe partielle de parties de l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé à une échelle industrielle, ,ces figures placées bout à bout représentant l'agencement schématique complet de l'appareil.
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Les figs. 8a, 8b et 8c sont des vues en plan de l'appareil représenté sur les figs.7a, 7b et 7c.
La fig. 9 est une vue d'extrémité du brûleur à phosphore représenté sur la fig. 7b .
La fig. 10 est une vue en coupe par la ligne X-X de la fig. 9.
La fig. 11 est une vue avec coupe partielle d'une variante de dispositif collecteur pour le produit obtenu.
La fig. 12 est une vue en coupe par la ligne XIIXII de la fig. 11.
Sur la fig. 1, l'appareil représenté permettant la préparation sur une base expérimentale et suivant l'invention de phosphate d'ammonium ayant la composition du métaphosphate comporte une chambre à réaction 1, un conduit d'échappement 2 et un dispositif filtrant 3 La chambre de réaction 1 est constituée par un tambour métallique ayant un diamètre interne d'environ 55 cm. et une longueur d'environ 90 cm.
Le phosphore est amené par un conduit 4 à l'extrémité avant du tambour de réaction à partir d'un réservoir .2 , constitué par exemple par un bocal ou ballon en verre. On place le réservoir à phosphore 5 dans une enveloppe 6 et on le recou- vre d' eau. On remplit également d'eau le bocal 5 dans lequel est disposé le phosphore. On chauffe l'eau se trouvant dans l'enveloppe 6 à l'aide d'un brûleur à gaz 7, jusqu'à une température à laquelle la fusion duphosphore est assurée, de sorte que lorsqu'on applique une certaine pression à l'in- térieur du bocal- 5 , le phosphore s'écoule jusqu'à la chambre de réaction.
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On assure la sortie par écoulement du phosphore élément taire hors du bocal 5 à l'aide d'un siphon à hauteur d'eau constante 8 alimentant en eau le bocal 5 avec une vitesse fixe et déterminée. L'air assurant la combustion du phos- phore est fourni par un ventilateur ou une soufflerie 9 .
Ce ventilateur amène l'air à la chambre de réaction à son extrémité antérieure. Le gaz ammoniac est introduit dans le courant d'appel d'air du ventilateur à partir d'un cylin- dre en acier 10 renfermant de l'ammoniac sous pression.
L'écoulement de l'ammoniac hors du cylindre est déterminé au moyen d'un robinet régulateur 11. La vitessa à laquelle l'air est amené à la chambre de réaction et celle à laquelle le gaz ammoniac est fourni au courant d'appel d'air du ventila- teur sont mesurées au moyen d'orifices et de manomètres.
Le conduit d'échappement du ventilateur est muni d'un orifice
12, et un manomètre 13 mesure la chute de pression dans cet orifice.Le conduit allant du cylindre à ammoniac au conduit d'appel du ventilateur 9 est muni d'un orifice 14, et la chute de pression dans ce conduit est mesurée par un manomètre à eau 15. On détermine à l'aide d.es manomètres 13 et 15 les taux d'alimentation en ammoniac et en air à la chambre de réaction.
Afin de permettre la détermination des pressions obte- nues dans la chambre de réaction, on prévoit un manomètre- à eau 16 relié par un tube 17 à l'intérieur de la chambre à réaction. Ce manomètre enregistre les variations de pression à partir desquelles on peut déterminer si les filtres sont engorgés ou se rapprochent d'un état dans lequel on peut craindre l'engorgement.
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@ Af in de déterminer les températures existant dans la chambre de combustion, on monte dans le tambour un thermomètre 18, en un point situé à 60 cm. environ de la flamme du phos- phore en combustion, un écran étant utilisé pour protéger le thermomètre du rayonnement de la f lamme.
Au cours de certaines des expériences, on utilise comme seul milieu de refroidissement du produit de la réaction à l'état gazeux de l'ammoniac, du (P205) x gazeux et de la vapeur d'eau- Pair en excès fourni par le ventilateur 9 . Par l'ex- pression air en excès, on désigne l'excès d'air au-dessus de celui théoriquement nécessaire pour brûler le phosphore en P205 Dans d'autres expériences, on assure un refroidissement supplémentaire du produit de réaction à l'état gazeux au moyen d'un serpentin 19 refroidi par l'eau et disposé dais le tambour à une distance d'environ 45 cm. du centre de la zone de com bustion du phosphore.
Le système formant filtre 3 comporte une paire de conduits 21 et 22 disposés selon un angle d'environ 90 l'un par rapport à l'autre et sur lesquels sont fixés les sacs 23-et 24 des filtres. Ces sacs sont en toile de voile en coton.
Les extrémités inférieures de ces sacs ou enveloppes sont ouvertes, mais sont maintenues fermées pendant le fonctionne... ment à l'aide de pinces 25.
On assure la mise en fonctionnement en faisant tout d'abord démarrer le ventilateur ± , après quoi on permet l'ad mission d'ammoniac, de sorte qu'un mélange de gaz ammoniac et d'air traverse la chambre de réaction, jusque dans les sacs de filtration. On assure ensuite l'arrivée du phosphore et, dès que le phosphore à l'état fondu atteint la chambre de
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combustion., il s'enflamme spontanément. Le gaz ammoniac, le (P205) x formé par la combustion du phosphore et la vapeur d'eau se trouvant dans l'air permettant cette combustion: réagissent pour former à.l'état gazeux un produit de réaction constitué par du phosphate d'ammonium cristallin ayant une composition correspondant à 0O3NH4.
On fait varier la quantité d'air admis à partir de celle qui peut être considérée comme une quantité en excès relativement réduite jusqu'à un excès énorme par rapport à la quantité de phosphore amenée à la chambre de combustion pendant une expérience particulière. On fait également varier l'alimentation en ammoniac à partir de la quantité qui peut être considérée comme un excès réduit au-dessus de la quantité théorique nécessaire pour produire le métaphosphate d'ammonium PO3NH4' jusqu'à un excès rela- tivement important de l'ordre de plusieurs centaines pour cent.
Pour la mise en oeuvre expérimentale du procédé, on fait tourner le ventilateur 9 pour assurer l'admission d'un volume d'air maximum et on règle l'arrivée de l'ammoniac par rapport au taux d'alimentation en phosphore. Par exemple, pour une alimentation donnée en phosphore, on règle la quantité d'ammoniac à une valeur de 100 % en excès sur celle nécessaire pour donner un produit correspondant à la formule PO3NH4 La quantité d'air étant maixumum, on amène le phosphore à la chambre de combustion, d'abord à des taux très faibles. On recueille le produit sur les sacs de fi ltrati on. Le produit recueilli est une poudre cristalline blanche.
On augmente ensuite progressivement le taux d'alimen- talion en phosphore et on observe la température de la chambre de combustion,, qui est mesurée au moyen du thermomètre 18. Au
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cours de l'augmentation du taux d'admission en phosphore, les calories engendrées croissent proportionnellement, ce qui entrafne dans le tambour de réaction 1 des températures toujours croissantes. Il s'avère que, lorsque la température dans la chambre de réaction devient trop élevée, le produit de réaction gazeux obtenu est une substancevitreuse, siru peuse -et collante, qui engorge presque immédiatement les sacs de filtration, de sorte qu'il est nécessaire d'arrêter le processus et de laver les sacs pour permettre leur réuti- lisation.
La substance collante est obtenue lorsque le refroidissement entre la température élevée et une tempéra- ture à laquelle le produit de la réaction est stable n'est pas assuré d'une façon suffisamment rapide. Le refroidisse* ment doit être effectué à la vitesse nécessaire, non seu- lement pour donner un produit stable capable d'être recueilli, mais également pour protéger les sacs de filtration de la combustion et de la carbonisation. Le refroidissement dans la zone de réaction est également nécessaire pour empêcher le développement de températures auxquelles l'ammoniac brûle.
L'ammoniac brle et se décompose à des températures légèrement supérieures à 480 C.
En amenant de l'air,, du gaz ammoniac et du phosphore à eet appareil expérimental avec des vitesses différentes, un obtient des données à partir desquelles il est possible de tracer les courbes des figs. 5 et 6. Les courbes 28 de ces graphiques sont tracées à partir de données obtenues par un grand nombre d'essais. Les ordonnées de ces courbes repré- sentent la température mesurée par le thermomètre 18 et les abscisses représentent la vitesse à laquelle on refroidit le
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produit de réaction gazeux à partir d'une température donnée.
Ces courbes montrent que,. tant que le produit de réaction gazeux de l'ammoniac, du phosphore en combustion et de la vapeur d'eau est refroidi à une vitesse telle que le rapport entre le temps et la température pendant le refroidissement est maintenu à gauche de la courbe.- il est possible d'obtenir un produit capable d'être recueilli sur les sacs filtrants. Toutefois, si la relation entre le temps et la température est telle qu'elle tombe dans la zone .se trouvant à la droite de ces courbes, on obtient un produit qu'il n'est pas possible de recueillir et qui engorge près** que instantanément les sacs filtrants.
Comme il ressort de la fig. 2, le produit obtenu peut être envoyé à l'un ou l'autre des sacs filtrants au moyen d'un volet régulateur 30 . Ainsi, à chaque fois qu'il est nécessaire de vider un sac, on dévie le produit de la réaction gazeux vers l'un des sacs, ce qui permet de vider l'autre, et inversement On vide le sac aussi souvent qu'il est nécessaire pour maintenir la pression dans la chambre de combustion à une valeur suffisamment faible pour ne pas réduire le volume d'air fourni par le ventilateur.
Si l'on se reporte à nouveau aux courbes des figs.
5 et 6, celles-ci vont montrer la nécessité d'observer le rapport entre la température et la vitesse de refroidissement du produit de réaction gazeux.
On a représenté sur la fig. 5 les vitesses de refroi- dissement permises pour donner un produit capable d'être recueilli sur des sacs filtrants sans les engorger lorsque la température dans la zone de réaction, mesurée par le
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thermomètre 18 , est maintenue à 330 C environ. Si l'on maintient le produit de la réaction dans la chambre à 330 C pendant un temps supérieur à environ 4,6 secondes, le produit se décompose en engorgeant les sacs. Apparemment, lorsque le produit de la réaction gazeux est maintenu à cette température pendant ce laps de temps ou pendant un laps de temps supérieur, l'ammoniac se dégage du produit et est remplacé par de la vapeur d'eau.
Lorsqu'une quantité suffisante de vapeur d'eau a été absorbée en échange de l'ammoniac dégagé, le produit devient alors une substance vitreuse très collante et hygroscopique. Un produit de ce type engorge presque instantanément les sacs filtrants. Si le produit de la réaction gazeux demeure à environ 330"C pendant un laps de temps ne dépassant pas approximativement
4,6 secondes, il doit être refroidi à une vitesse qui n'est pas inférieure à celle représentée par la courbe 30.
Comme on peut le voir à l'examen de la fig. 5, la ligne 30 représentant la vitesse de refroidissement est superposée à la courbe 28 sur toute sa partie rectiligne.
L'angle 0( formé entre cette ligne 30 et une perpendicu- laire abaissée du point correspondant à 4,6 secondes sur la courbe.représente un angle à l'intérieur duquel la ligne correspondant à la vitesse de refroidissement peut tomber pour l'obtention d'un produit capable d'être recueilli.
Si la ligne représentative de cette vitesse de refroi dissement tombe en dehors de cet angle et à droite de la ligne 30. on obtient un produit qui ne peut pas être recueilli. Si les particules de phosphate d'ammonium sont maintenues à une température de 330 C pendant un temps plus court, qui est par exemple de 3,8 secondes l'angle
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de vitesse de refroidissement est représenté par 0( 4 . La ligne de plus faible vitesse de refroidissement pour l'angle Ó est désignée par la référence 31. Cette ligne est tangente à la courbe 28.
Si lé produit de réaction gazeux demeure à 330 C environ pendant à peu près 4 secondes, la vitesse de refroidissement peut être une vitesse qui n'est pas inférieure à celle indiquée par la ligne 31. et n'importe quelle vitesse supérieure représentée par une ligne se trouvant à l'intérieur de l'angle \ Lorsque la vitésse de refroidissement se trouve à l'intérieur de cet angle, on obtient un produit capable d'être recueilli. Si l'on maintient le produit de réaction gazeux à une température de 330 C pendant -un laps de temps d'environ 2 secondes, l'angle formé par la ligne représentant la vitesse de refroidissement est désigné par la. référence Ó2, et cette vitesse de refroidissement ne doit pas être inférieure à celle indiquée par la ligne 32 .
La vitesse de refroidissement du' produit de réaction gazeux dépend du volume d'air en excès fourni à la chambre de réaction. En d'autres termes, plus ce volume d.'air est important; plus le volume et la vitesse de l'air tr- versant cette chambre pour parvenir aux sacs filtrants seront élevés, cet air renfermant le produit de réaction gazeux, l'ammoniac en excès et la vapeur d'eau en excès contenue dans l'air admis à la chambre de réaction.
Sur la fig. 6, le graphique représente la vitesse de refroidissement lorsque la. température maximum mesurée dans la chambre de réaction est d'environ 270 C. Lorsqu'on ne laisse pas la température dépasser 270 C, le produit de réaction gazeux peut demeurer à cette température pendant un
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laps de temps maximum allant environ de 6 à 7 secondes avant qu'il ne commence à se décomposer ou à se transformer en une substance vitreuse et collante qu'il n'est pas possible de recueillir sur les sacs filtrants.
Pour éviter la décompo- sition dans ces conditions,! la vitesse de refroidissement requise ne doit pas être inférieure à celle indiquée par la courbe 28, et l'angle correspondant à cette vitesse est désigné par l'angle Ó Si l'on maintient le produit de réaction'gazeux à une température de 270 C pendant 4 secondes environ,, -la vitesse de refroidissement la plus faible à laquelle on peut obtenir un produit capable d'être recueilli est celle indiquée par la ligne 36 ' l'angle correspondant à cette vitesse étant Ó 2 Les lignes correspondant à ces vitesses de.refroidissement et formant les angles et 2 sont toutes deux tangentes à la courbe 28. en des points différents de celle-ci.
Il apparaît sur les courbes des figs. 5 et 6 que, plus la température de la zone de réaction est élevée, plus le produit de réaction gazeux doit être refroidi rapidement, et que lorsqu'on maintient le produit de réaction gazeux à une température donnée pendant des laps de temps plus courts, ce produit peut être refroidi à des vitesses plus faibles.
Les expériences effectuées avec l'appareil représenté sur les figs. 1 et 2 montrent qu'il est possible de préparer de façon satisfaisante un produit de réaction gazeux à une température de la chambre de combustion allant jusqu'à 480 C. toutefois, il est préférable d'assurer la mise en oeuvre du procédé dans des conditions selon lesquelles la température maximum dans la chambre de combustion ne dépasseras 480 C et
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n'est pas sensiblement inférieure à 330 C, L'ammoniac brûle ou se décompose à une température légèrement supérieure à 480 C, et des températures plus élevées doivent être par suite évitées.
Il est évident que plus la température qui peut être maintenue avec sécurité dans la chambre de com- bastion d'une installation donnée ayant une capacité de refroidissement maximum déterminée est élevée, plus la chaleur capable d'être transférée par échange de chaleur aux surfaces refroidies par l'eau est importante, de sorte que le refroidissement supplémentaire qui est nécessaire peut être assuré en utilisant de l'air en excès. Puisque l'échange de chaleur permettant le refroidissement est plus efficace aux températures élevées, on peut assurer l'obtention de taux de combustion du phosphore plus élevés.
Plus la quantité de phosphore pouvant être brûlée dans un appareil donné quelconque est importante,plus le taux de rendement de cet appareil va. être élevé.
On assure tout d'abord le fonctionnement de l'appareil représenté en fig. 1 sans aucun échangeur de chaleur tel que celui représenté par le serpentin de refroidissement 19 .Après que l'on a atteint la capacité maximum de l'appareil en utilisant un refroidissement par l'air on monte le serpentin à l'intérieur du tambour et on y fait circuler de l'eau. On mesure les températures de l'eau aux orifices d'entrée et de sortie de ce serpentin, pour déter- miner le nombre de calories transmises à l'eau de refroi- dissement. Par utilisation de l'échangeur de chaleur, il est possible d'accroître la quantité de phosphore admis et de produire en même temps un phosphate d'ammonium capable d'être recueilli sur les sacs filtrants sans les engorger.
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Sur la fig. 3, on montre en amont de la chambre de réaction 1 de la fig, 1 un tambour cylindrique 40, et on brûle le phosphore dans ce tambour. Le tambour 40 a un diamètre interne d'environ 50 cm. et à peu près 120 cm. de long. On relie l'orifice de sortie de ce tambour, par un conduit 41, à l'extrémité antérieure du tambour 1 .On modifie le dispositif filtrant de manière à pouvoir utiliser un nombre plus important de sacs filtrants,, et pour facili ter en même temps le déchargement du phosphate dans des récipients.
Le système de filtres utilisé en fig. 3 comporte une pièce repliée en U 42 reliée à la sortie du second tambour (tambour 1), et cette pièce débouche dans une trémie 43 .
La partie supérieure de la trémie est munie de six sacs 44 en t'oile de voile de coton. Le fond de la trémie porte une goulotte pour le déchargement du produit dans des tambours. Le produit recueilli dans les sacs est évacué de ceux*.ci en les secouant aussi souvent qu'il est nécessaire pour empêcher que la pression agissant enretour sur le ventilateur 9 n'atteigne une trop grande valeur.
On introduit le phosphore par un conduit 4 dans le tambour 40 au moyen du .même dispositif d'amenée que celui représenté sur la fig. 1. Un déflecteur 46 est monté à l'in- térieur du tambour 40 à la droite du conduit' d'amenée du phosphore de manière à former une chambre de combustion 47'.
Le ventilateur 9 est monté de manière à chasser l'air dans la chambre de combustion, et l'ammoniac est amené à l'en- trée du ventilateur de la même manière que sur la fig. 1.
Comme montré sur la fig. 3, on utilise dans le secand tara** bour l'échangeur de chaleur 19 de la fig. 1, et on prévoit
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un dispositif de refroidissement additionnel comprenant un conduit de pulvérisation 47' qui projette de l'eau sur le tambour 40 et sur le conduit 41. Grâce à cet agencement, en obtient une capacité de refroidissement plus importante,, de sorte qu'il est possible de brûler du phosphore à une vitesse plus élevée dans l'appareil tout en obtenant un phosphate d'ammonium capable d'être recueilli dans les sacs filtrants sans provoquer leur engorgement.
Au cours d'une autre expérience, on fait réagir l'ammoniac avec le phosphore en combustion par action sur le (P2O5) x gazeux en un point extérieur mais voisin de la zone de combustion. On introduit l'ammoniac par le conduit , 48 à l'orifice de sortie du tambour 40 , au point où le (P2O5) x gazeux pénètre dans le conduit 41. Il s'est avéré que*, tant que le (P2O5) x gazeux est maintenu à une tempes rature suffisamment'élevée, l'ammoniac et le (P205) x gazeux réagissent pour former un phosphate d'ammonium de même qua lité et de même type que celui produit dans l'appareil de la fig. 1.
Afin d'obtenir dans ces conditions un phosphate d'ammonium capable d'être recueilli, la température du (P205) x ne doit pas tomber en**dessous de 330 C gazeux, il se forme vraisemblablement un produit collant que l'on ne peut pas recueillir. Tant que le (P205) x est suffisamment chaud pour demeurer à l'état gazeux plutôt qu'à un état semblant être de 7¯'acide-phosphorique, la réaction donnant un produit capable d'être recueilli va pouvoir se produire.
On peut observer par la mesure de la température que, lorsque l'ammoniac réagit avec le (P2O5) x gazeux, il se forme une chaleur de réaction notable, car la température
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augmente d'environ 55à 80 C au-dessus de la température qui existe en un point situé en amont de l'endroit auquel cet ammoniac pénètre dans le (P205) x gazeux.
On a pu déterminer à partir du fonctionnement des appareils expérimentaux représentés sur les figs. 1 et 3 que les conditions de limitation telles qu'elles sont né cessaires pour obtenir un phosphate d'ammonium capable d'être recueilli sont aisément déterminables à partir des propriétés du-produit fini. Ces conditions de limitation peuvent être déterminées par les opérations ci-dessous pour le type de réaction représenté sur la fig. 1. Tout d'abord, on amène à l'appareil tout l'air que.le ventilateur peut fournir.
Ensuite, on introduit l'ammoniac dans le courant d'air en une quantité largement en excès par rapport à celle nécessaire pour permettre la réaction avec le (P205) x pour former du phosphate d'ammonium dont l'analyse correspond à la formule PO3NH4. On provoque ensuite l'arrivée du phosphore et on mesure la température au point où le produit de réaction gazeux. l'air en excès et l'ammoniac en excès dans lequel il est en suspension pénètrent dans le système filtrant. Si le produit obtenu peut être recueilli sur les sacs filtrants, en augmente l'arrivée du phosphore et, si l'on obtient un produit pouvant être recueilli, on accroît encore cette arrivée.
En ccntinuant d'accroître l'arrivée du phosphore par petites quantités, on atteint finalement un point correspon'- dant à la formation d'un produit que l'on ne peut plus re- cueillir. Ce point-est atteint lorsque le refroidissement du produit de la réaction ne s'effectue pas d'une façon suffisant ment rapide. Ce défaut de refroidissement se présente lorsqu'on
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a dépassé la capacité de refroidissement. Lorsque on obtient un produit que l'on ne peut pas recueillir et qui engorge les sacs, on observe la température à laquelle cet état se présente et la vitesse d'arrivée du phosphore à ce moment.
Lorsqu'il se provoque un engorgement des filtres, on arrête la mise en oeuvre du procédé. Après avoir nettoyé les sacs de manière à permettre à nouveau leur fonctionnement, on recommence cette mise en oeuvre, en maintenant toutefois l'arrivée du phosphore à une vitesse inférieure à celle à laquelle l'engorgement a été provoqué pendant l'opération précédente. On peut aisément déterminer cet état en observant la. température dans le tambour et en maintenant le taux d'arrivée du phosphore à une valeur inférieure à celle à laquelle on atteint la température d'engorgement.
Lorsqu'on introduit l'ammoniac dans le (P2O5) x gazeux comme décrit en regard de la fig, 3, on doit régler l'arrivée du phosphore et la quantité,-d'air en excès de manière à obtenir une température telle, au point auquel on assure l'arrivée d'ammoniac, que le (P205) x va être à l'état gazeux plutôt qu'à l'état d'acide phosphorique, un phos- phate d'ammonium capable d'être recueilli étant alors obtenu.
On peut mesurer la température du (P205) x gazeux et, en réglant l'alimentation en phosphore et la quantité d'air en excès, on peut maintenir au point d'adduction de l'ammoniac une température désirée. On doit mesurer également la température du produit chargé d'air à l'entrée du filtre pour déterminer si le degré de refroidissement du phosphate d'ammonium est suffisant, et pour empêcher que les sacs fil trants ne soient brûlés ou carbonisés. Lorsqu'on a déterminé les rapports entre les éléments réactifs, à savoir l'air,
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Ithumidité de l'air, l'ammoniac et le (P2O5) x gazeux four... nissant un phosphate d'ammonium pouvant être recueilli, le procédé peut être mis en oeuvre sur une échelle industrielle.
Lors de la mise en oeuvre du procédé tel que décrit ci-dessus, la condition d'engorgement est une indication utile. Son utilité provient non seulement du fait qu'elle indique que trop de phosphore brûle par rapport à la capacité de refroidissement du système, mais encore que la quantité d'ammoniac fournie est trop faible ou si trop de vapeur d'eau a été introduite dans les éléments réactifs devant fournir le produit de réaction gazeux.
Au cours des expériences effectuées à l'aide des appareils représentés sur les figs. 1 et 2, on introduit éga- lement avec l'air de l'eau à l'état liquide sous forme de brouillard, en plus de celle qui est contenue dans l'air atmosphérique. A l'intérieur de la capacité limitée de l'appareil, il s'avère qu'un excès d'humidité allant jusqu'à 900 % n'empêche pas le fonctionnement convenable du système .
Lorsqu'il est question d'un excès d'eau de 900 % . on veut dire une quantité d'eau qui est dix fois plus importante que la quantité théoriquement nécessaire pour former du PO3NH4 à partir des quantités théoriques de (P2O5) x et de NH3. 11 s'avère qu'en introduisant de l'eau en plus de celle' contenue dans l'air, on obtient un refroidissement considé- rable qui accroît la capacité de refroidissement du système.
On peut amener cette eau. supplémentaire par pulvérisation dans le courant d'air en amont de la chambre de combustion ou par pulvérisation, directe dans cette chambrede c ombusti on.
On établit à partir des données obtenues par des appareils expérimentaux représentés sur les figs, 1 et 3,
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un appareil tel que représenté sur les figs, 7a à 7c et 8a à 8c, pour la mise en oeuvre à plus grande échelle du procédé de l'invention.
Sur les figs. 7a, 7b et 7c et sur les vues en plan correspondantes 8a, 8b et 8c, on a prévu des réservoirs 51 et pour conserver le phosphore par,, une chaudière tubulaire 53 dans laquelle le phosphore est brûlé et réagit avec l'ammoniac gazeux et la vapeur d'eau contenue -dans l'air de combustion, et un système filtrant dans lequel on recueille le phosphate d'ammonium.
Les réservoirs à phosphore 51 et 52 sont montés dans une fosse S5 ayant une profondeur et un volume tels que si, par accident, l'un ou les deux réservoirs vienne à fuir, le phosphore demeure dans la fosse et soit toujours recouvert par l'eau que l'on maintient dans cette dernière. Les réser voirs 51 et 52 sont étudiés de manière telle que, pendant l'amenée du phosphore à la chaudière 53 à partir de l'un des réservoirs, on peut remplir l'autre avec du phosphore, directement à partir d'une voiture citerne 55.
Chacun des réservoirs 51 et 52 est muni d'un serpentin de chauffage 57 à travers. lequel on fait circuler de l'eau chaude pour maintenir le phosphore à l'état fondu.
C omme, montré plus clairement sur la fig. 8a , les réservoirs 51 et 52 sont munis d'un collecteur 58 dont les extrémités opposées sont reliées à des conduits 59 et 60 dirigés vers le bas et traversant le sommet des réservoirs pour parvenir à des points voisins dufond de ceux-ci. Un raccord en T 61 est prévu sur le collecteur et un conduit 62 y est relié pour fournir le phosphore à la chambre de combustion de la chaudière 53 .Le conduit 62 est logé dans
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une gaine 63 à travers laquelle s'écoule de l'eau chaude pour maintenir à l'état liquide le phosphore se trouvant dans le conduit d'alimentation 62.
Des robinets 64 et .65 sont prévus dans le collecteur 58 , de manière que le phosphore puisse être extrait de l'un ou l'autre réservoir en ouvrant l'un de ces robinets et en fermant l'autre. Les réservoirs 51 et 52 sont munis de dômes 67 et 68. Des conduits élévateurs 69 et 70 traversent ces dômes et pénètrent vers le bas dans les réservoirs, les extrémités supérieures de ces conduits étant reliées par un collecteur 71 portant un raccord en T 72 auquel est relié un conduit 73 et à travers lequel s'écoule le phosphore provenant de. la voiture'citerne 56 lorsque on décharge celle-ci.
Le collecteur 71 est muni de robinets 74 et 75 disposés de chaque, côté du raccord en T 72, de sorte qu'en fermant l'un et en ouvrant l'autre,on puisse décharger le phosphore dans le réservoir 51 ou dans le réservoir 52.
La voiture-citerne 56 est munie des serpentins de chauffage habituels 78 à travers lesquels on fait passer de l'eau chaude ou de la vapeur pour chauffer et fondre le phosphore de manière qu'il puisse être déplacé par l'eau et qu'il puisse s'écouler jusque dans les réservoirs. Un conduit de déchargement 80 traverse le dôme 81 de la voiture et pénètre vers le bas dans celle-ci! son extrémité de ' déchargement étant voisine du fond de la voiture. L'extrémité supérieure de ce conduit est reliée par. un robinet 82 au conduit de. déchargement 73 du phosphore. L'eau utilisée pour faire sortir le phosphore de la voiture-citerne et le
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faire pénétrer dans le conduit 73 pénètre dans le dôme 81 par un robinet 83 .
Cette eau est envoyée dans la voiture- citerne à partir de l'un ou l'autre des réservoirs '51 ou 52 selon celui qui doit être rempli en phosphore; par un conduit 85. Le conduit 85 est relié à un raccord en T 86 et à un collecteur 87 dont les extrémités opposées sont reliées à des conduits élévateurs 88 et 89 communiquant avec l'inté rieur des réservoirs 51 et 32 .
On a prévu sur le collecteur 87 des robinets 90 et 91 disposés de part et d'autre du raccord en T 86 de sorte que, en fermant l'un de ces robinets et en ouvrant l'autre, on peut provoquer l'écoulement du phosphore vers l'un ou l'autre des réservoirs 51 ou 52.On peut prévoir une pompe 92 montée sur une dérivat ion 93 et associée au conduit élévateur 88 un robinet 94 étant prévu dans l'élévateur de sorte que, lorsqu'il est fermé,! la pompe aspire l'eau du réservoir 51 et la refoule dans la voiture-citerne 56 pour provoquer l'écoulement du phosphore de cette voiture dans le réservoir 51 . On remarquera que si le réservoir 51 est vidé de son phosphore et s'il doit être rempli à nouveau, il est alors plein d'eau.
Cette eau étant envoyée par pompage, dans la voitures-citerne, le phosphore va s'écouler de celles-ci dans le réservoir 51. Une dérivation avec pompe et un robinet analogue$peuvent être prévus dans l'élévateur 89 pour. pouvoir être utilisés lorsqu'il faut remplir le réservoir 52 avec du phosphore.
Les réservoirs 51 et 52 peuvent être munis de tubulures 96 et 97 dans lesquelles le niveau d'eau peut être amené à des hauteurs prédéterminées suivant la vitesse à laquelle on
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désire faire passer le phosphore des réservoirs dans la chaudiïre 53. Iles indicateurs de niveau en verre 98 et 99 peuvent être prévus pour indiquer la colonne d'eau, agissant sur chacun de ces réservoirs.
Afin de faciliter la commande de la colonne d'eau assu rant la pression dans l'un des réservoirs 51 ou 52 les tubulures 96 et 97 sont munies d'un certain nombre de robinets à trop-plein 100a, 10-0-b, 100c. Si l'on ouvre l'un de ces robinets, les autres étant fermés, et si l'on introduit de l'eau dans les réservoirs, le niveau de l'eau va s'élever jusqu'à ce qu'elle s'écoule par le robinet ouvert. Si l'on .règle l'écoulement de l'eau dans les réservoirs pour le rendre égal à la quantité d'eau s'écoulant par tropplein à travers le robinet ouvert, la colonne d'eau agissant sur le phosphore va demeurer constante.
L'eau assurant l'extraction du phosphore des réservoirs est introduite par des conduits d'admission 101a et 101b portant dès robinets 102 et 103 permettant de régler la vitesse d'écoulement de l'eau dans les réservoirs. Les con" duits d'admission 101a et 101b peuvent être prolongés jusqu'à la chaudière 53 ou jusqu'en un autre point convenable, les robinets 102 et 103 étant alors disposés en des points tels que le niveau de l'eau dans les réservoirs 51 et 52 puisse être réglé de façon convenable.
L'eau utilisée pour chauffer le phosphore se trouvant dans la voiture-citerne 56 est amenée à partir de la chaudière
53 au cours du fonctionnement. L'eau pénètre dans l'espace qui lui est réservé dans la chaudière par un conduit d'alimentation 104, et l'eau chaude en sort par un conduit 105 . La quantité
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de chaleur dégagée par la combustion du phosphore et la réaction entre les vapeurs de phosphore et l'ammoniac dans les conditions ordinairesest suffisante pour fournir la quantité d'eau chaude nécessaire à la mise en oeuvre du procédé, L'eau, chaude provenant de la chaudière est dirigée également vers la gaine 63 par un conduit 106,
p our maintenir à l'état fluide le phosphore se trouvant dans le conduit adducteur 62 .
Comme montré sur les figs. 7a et 8a , le conduit 105 est relié par un conduit 107 à un conduit transversal 108 dont les extrémités opposées sont reliées aux serpentins de chauffage des réservoirs 51 et 52. Des robinets 109 et 110 sont prévus sur le conduit transversal, de sorte qu'il est possible d'amener l'eau chaude à l'un ou ltautre des serpentins de chauffage 57. Le conduit 105 alimente également le serpentin de chauffage 78 de la voiture-citerne, qui y est relié par un conduit 111 sur lequel est prévu, un robinet 112.
L'eau traversant le serpentin de chauffage des réservoirs
51 et 58 et de la voiture 56 est déchargée dans la fosse 55 et un conduit de vidange 113, ce conduit de vidange absorbant également le trop plein de la fosse.
On remarquera à l'examen des figs. 7a à 7c que les réservoirs à phosphore sont montés à un niveau inférieur à celui de la boite à feu 115 de la chaudière 55 de sorte que, lors d'un arrêt de l'exploitation ou en cas de rupture du conduit d'adduction en phosphore 62 ce phosphore va retour... ner par écoulement dans le réservoir ou, si du phosphore s'é- chappe du conduit adducteur, celui-ci va s'écouler jusque dans la fosse 55, dans laquelle il va s'enfoncer en étant recouvert
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par l'eau et en étant rendu inoffensif du point de vue combustion ou inflammation spontanée à l'air.
La chambre à réaction 53 peut être constituée par une chaudière à tubes de fumée à cause de sa construction rela- tivement simple. Les dimensions de la chaudière exprimées en puissance, par exemple sa capacité en chevaux vapeur, peuvent être aussi élevées ou aussi faibles qu'on le désire.
La capacité de la chaudière choisie pour l'appareil repré- senté sur les dessins est approximativement de 80 chevaux vapeur. Cette chaudière est modifiée en rendant étanche la botte à feu, de manière à obtenir une chambre de combus- lion étanche 115. L'air assurant la c ombusti on du phosphore peut être fourni par un certain nombre de ventilateurs (non représentés) à travers ce qui serait la porte d'alimen- talion de la chaudière,.au moyen d'un conduit 116.
L'ammoniac nécessaire pour la mise en oeuvre du procédé est emmagasiné dans un réservoir 118 à partir duquel il est fourni à la chambre de réaction à travers un conduit adduc- teur 119. Afin que l'ammoniac puisse être mélangé intimement à l'air fourni à la chambre de réaction 115 l'extrémité de sortie du conduit adducteur 119 est logée dans le conduit 116.
Le conduit d'arrivée du phosphore 62 amène ce phosphore à un brûleur 120 disposé dans la chambre de réaction 115.
Le brûleur 120 comporte un tunnel 121 en matière réfrac- taire comportant des parois latérales 122 qui supportent ce tunnel avec un certain écartement par rapport au sol ou à l'enveloppe de la chambre 115. Le bras vertical 123 du conduit d'arrivée de phosphore 62 est disposé latéralement et à
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l'arrière du tunnel. L'extrémité supérieure du bras 123 est recourbée horizontalement et vers le bas, l'extrémité de sortie du conduit traversant le toit du tunnel.
Four fournir de l'air au phosphore, il est prévu un conduit 124. Une extrémité de ce conduit fait saillie dans le conduit d'air 116, et son extrémité opposée pénètre dans le tunnel et se trouve disposée de manière telle que l'air soit dirigé vers la pointe du conduit à phosphore pénétrant dans ce tunnel. Afin de régler l'écoulement de l'air par le conduit 124, on a prévu un régulateur de tirage
125 disposé vers l'extrémité de sortie du conduit d'air 116.
- La position du régulateur 125 peut être' commandée par un organe 126, qui est par exemple un cylindre à air.
L'écoulement total de l'air, si l'on considère à la fois l'air secondaire, c'est-à-dire l'air traversant le régulateur 125, et l'air primaire, peut être déterminé par un régulateur de tirage 127 et un organe de commande associé 128,,qui est par exemple un cylindre à air. Afin de permettre le réglage du taux d'écoulement du phosphore à la chambre de combustion 115. an a prévu dans le conduit d'adduction 62 du phosphore un clapet 129 commandé par diaphragme. Ce clapet est actionné par la pression, f ournie par exemple par l'air comprimé amené par un conduit adduc- teur 130. La valeur particulière de la pression appliquée à la chambre du diaphragme du clapet 129 est commandée à partie d'un régulateur à main 131.
Bien que le régulateur puisse être d'un type particulier,, tout dispositif générateur de pression convenable peut également être utilisé. La vitesse d'écoulement du phosphore par le conduit 62pout être déterminée par un indicateur, par exemple par un manomètre
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132 qui mesure la chute de pression à travers un orifice 133 du conduit adducteur. La différence de pression mesurée par cet indicateur indique l'écoulement du phosphore.
La vitesse d'écoulement de l'ammoniac vers la chambre de combustion peut être-réglée au moyen d'un clapet 134 à commande par diaphragme disposé dans le conduit d'amenée 119 de l'ammoniac. La pressi on appliquée à la chambre du diaphragme de ce clapet peut également être dérivée de la pression fournie par le générateur 131 et transmise par la ligne d'acheminement 135. Afin de pouvoir régler la vitesse d'écoulement -de l'ammoniac par rapport à la vitesse d'écou lement du phosphore, de manière que le rapport entre ces vitesses d'écoulement puisse varier lorsque cela est nécessaire pour le procédé, un relais de commande de ce rapport 136 est interposé entre la ligne d'acheminement 135 et ]a chambre du diaphragme du clapet 134.
Le relais 136.reçoit la pression de la. ligne 135 et, suivantson réglage. il transmet une pression de charge à la chambre renfermant le diaphragme du clapet 134 par une ligne 137. La pression appliquée par la ligne 137 est dérivée d'une source d'alimentation 138 fournissant par exemple de l'air comprimé.
On peut utiliser n'importe quel type de relais fournissant un rapport d'une valeur désirée quelconque.' mais toutefois prédéterminée, entre les pressions de charge transmises aux diaphragmes des clapets 134 et 129 suivant les besoins,
Afin de pouvoir déterminer la vitesse d'écculement de l'ammoniac par le conduit 119 juqu'à la chambre de combustion, on peut prévoir un indicateur mesurant la chute de pression à travers un orifice 141 du conduit 119 .Cet indicateur peut être un manomètre comme indiqué en 142.
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Lorsqu'un opérateur assure la mise en oeuvre du procédé, il juge la vitesse d'écoulement relative de l'ammoniac et du phosphore en observant la lecture sur les manomètres
142 et132 .
Au cours de la mise en oeuvre- du procédé, l'air primaire et secondaire étant amené 'au foyer comme indiqué plus haut et le phosphore étant fourni au brûleur 120, le phosphore brûle rapidement et f orme de l'anhydride phospho- rique gazeux. L'ammoniac introduit avec l'air et la vapeur d'eau, contenue dans l'air réagissent avec l'anhydride phos phorique gazeux pour former du phosphate d'ammonium cris,, tallin dont l'analyse révèle une composition correspondant au métaphosphate d'ammonium PO3NH4. Dans la chambre de combustion. le produit de la réaction est à haute tempéra- ture, celle-ci dépendant de la quantité d'air fournie.
La vitesse de combustion du phosphore dans la chambre de com- bustion et la quantité d'air en excès fourni sont réglées de manière telle que la température dans cette chambre n'atteigne pas la valeur à laquelle l'ammoniac brûle ou se décompose. L'ammoniac se décompose ou s'enflamme à des températures légèrement supérieures à 480'Ci et il est par suite nécessaire de demeurer en desspus de cette température.
Le produit de la réaction formé dans: la chambre de combus- tien traverse les tubes à fumée 143 du premier étage pour parvenir à une-boîte à fumée 144 à partir de laquelle il pénètre dans un étage de tubes 146. pour parvenir dans la boîte à fumée de sortie 147 du f oyer. Le produit de la réactif formé dans la chaire de combustion est refroidi partiellement par la chameur de rayonnement abandonnée aux
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parois de la boite à feu, qui sont refroidies par l'eau, et une quantité importante de cette chaleur est abandonnée à l'eau entourant les tubes 143 du premier étage. Lorsque le produit traverse le second étage de tubes 146, il est à nouveau refroidi.
La quantité d'air en excès fourni absorbe également en grande partie de la chaleur et assure le refroidissement du produit. tour la mise en oeuvre du procédé, on mesure de préférence la température dans la boîte à fumée 144 et dans la boîte à fumée 147, de sorte qu'il est possible de savoir si le produit de la réaction a été refroidi d'une façon suffisamment rapide pour empêcher la décom- position de ce produit en une substance vitreuse et collante telle que décrit plus haut. On peut mesurer la température dans la boite à fumée 144 à l'aide d'un thermomètre, qui peut être un thermomètre indicateur ou enregistreur comme montré en 148. La température dans la boite à fumée de sortie 147 peut être mesurée par un thermomètre 149. Ce thermomètre peut être un thermomètre indicateur ou enregistreur.
Le produit de la réaction quitte la boîte à fumée 147 par l'un ou l'autre des conduits 150 et 151 Le conduit 150 alimente les éléments 152 et 153 du système filtrant 54, tandis que le conduit 151 alimente les éléments 154 et 155 de ce même système. Comme montré sur la fig. 8c, les éléments 152 et 153 sont reliés par un conduit 156, et les éléments 154 et 155 par un conduit 157.
Lorsque le produit de la réaction formé par le phosphate d'ammonium est amené aux éléments 152 et 153 du
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filtre, un régulateur 158 du conduit 151 est fermé, de sorte que le produit recueilli dans les éléments 154 et 155 peut être déchargé ou évacué des éléments filtrants.
De même, lorsque le produit est amené par le conduit 151 aux éléments 154 et 155. un régulateur 159 du conduit 150 est fermé, de sorte que le produit accumulé dans les éléments filtrants 152 et 153 peut être évacué.
Les éléments filtrants 152 à 155 ont une construction analogue. Par suite, il suffira de décrire simplement l'élé- ment 155 tel qu'il est représenté dans son ensemble sur la fig. 7c. L'élément filtrant 153 comporte une trémie 160 en tôle ou en une autre matière convenable, étanche à la pression, de manière à éviter toute fuite du produit de la réaction formé par le phosphate d'ammonium à l'état fin amené à cette chambre.
Le sommet de la trémie est fermé par un couvercle convenable 161 dans lequel sont prévus un certain nombre d'orifices présentant chacun une bride verticale et sur l'extrémité inférieure de laquelle on peut fixer un filtre, formé par exemple par un sac 163, au moyen d'une pince 164 (Fig. 12). Les sacs filtrants 163 peuvent être en tissu ou en étoffe convenable.Les recherches ont montré que le coutil convenait à l'utilisation comme sac filtrant, de même que le "nylon". Ces deux substances ré- sistent aux températures rencontrées et ont une longévité satisfaisante. Le "nylon" semble être plus résistant du point de vue longévité que le coton, mais tous deux con- viennent à cet effet.
Comme montré sur les f igs. 7c et 8c chacun des éléments 152 à 153 comprend environ 48 sacs f i ltrants. Le
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nombre de sacs utilisé par élément dépend de la perméabilité de la matière constituant ces sacs et de la quantité totale de produit devant être filtré.
Les extrémités supérieures des sacs peuvent être reliées à un organe de support 165 suspendu par des biellettes 168 de manière à permettre son oscillation. Le mécanisme assurant l'oscillation du support 165 peut être de toute forme ou de tout type désiré. Comme montré sché matiquement, ce mécanisme peut comporter un levier de renvoi de sonnette 167 relié à une extrémité du support 165. L'un des bras de ce levier est relié à un dispositif de commande à diaphragme 168 auquel on applique la pression de façon in- termittente pour provoquer un déplacement vers le bas qui fait pivoter le levier 167 dans le sens des aiguilles d'une montre, le rappel ou déplacement vers le haut étant assuré par un ressort 169 travaillant à la compression.
Ce dépla. cement vertical du diaphragme est transmis par une tige poussoir 170 au levier de renvoi de sonnette et a pour con- séquence un déplacement oscillatoire du support 165 et par suite un déplacement correspondant des sacs.
C'est un fait connu dans cette technique que des sacs de ce type ne doivent pas être secoués lorsque la pression agit sur eux. ar suite, lorsque les sacs des paires d'élé- ments 152, 153 et 154, 155 doivent être secoués, on interrompt l'application de la pression. Ainsi, par exemple, si l'on doit secouer les sacs des éléments 152 et 153= on ferme le régulateur du conduit 150 et on met à l'atmosphère l'intérieur des trémies 160 de ces éléments- 152 et 153 et les sacs au moyen d'un conduit 172 auquel on peut relier si désiré un ventilateur d'échappement 173 pour être certain
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qu'aucune tension due à la pression ne va plus agir sur les sacs.
Un régulateur 174 est prévu dans le conduit 172 de sorte que, lorsque les sacs des éléments 152 et 153 doivent être secoués et que le régulateur du conduit 150 a été fermé comme indiqué plus haut, ce régulateur 174 est amené dans une position ouverte et le ventilateur 173 chasse l'air des sacs et des trémies des éléments 152 et 155 . Ainsi;, quand le dispositif de commande 168 est soumis à une pression in- termittente, les sacs vont être déplacés dans le sens antéro- postérieur avec le support 165, et le produit qui y adhère va être dégagé et va tomber dans les trémies.
Lorsque les sacs des éléments 154 et 155 doivent être secoués, on ferme le régulateur 174 du conduit 172, on ouvre le régulateur 159,et on ferme le régulateur 158 du conduit 151. Lorsque le régulateur 158 est fermé, on ouvre un régulateur 174'prévu dans le conduit 172' communiquant avec l'intérieur du conduit 151, de façon qu'un ventilateur 173' puisse vider les sacs et les trémies associés aux éléments 154 et 155 en supprimant par suite la pression agissant sur ces éléments et en permettant aux sacs d'être déformés et déplacés par le dispositif de commande.
Comme on peut le voir sur les figs. 7c et 8c, on a représenté un mécanisme de secouage correspondant seulement à l'élément 153, mais on comprendra que chacun des éléments 152, 154 et 155 est associé à un dispositif analogue,ac- tienne comme décrit plus haut lorsqu'il est nécessaire de débarrasser les sacs du phosphate d'ammonium qui peut adhéra sur leur face interne.
La matière tombant dans les trémies 160 dans lesquelles elle est collectée est déchargée dans un transporteur 180
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passant axialement sous ces trémies. Ce transporteur peut être de tout type convenable, par exemple un transporteur à vis entraîné par un moteur 181. Le transporteur 180 ache- mine le phosphate à un transporteur 182 entraîné par un moteur 183, le produit étant amené ainsi à un élévateur 184.
L'élévateur 184 est entraîné par un moteur 185 et amène le produit à une trémie 186 du fond de laquelle il peut être déchargé dans des sacs ou autres récipients en vue de son transport ou de son emmagasinage .
L'appareil utilisé pour évacuer le produit des trémies 160 des filtres peut être comme de juste d'une conformation nettement différente de celle représentée- schématiquement sur le dessin. Cette question est surtout une question de choix édictée par les nécessités d'une exploitation particulière.
Dans l'agencement représenté dans les figs. 7a à 7c et 8a à 8c, l'air fourni servant à la combustion du phosphore pour produire le phosphate d'ammonium et pour l'acheminer jusqu'aux filtres est amené par des ventilateurs se trouvant en amont de la chambre à réactio 53. En d'autres termes,e système est sous pression. Il peut être désirable d'utiliser dans ce système à la fois la pression et le vide pour rendre son fonctionnement plus souple et pour faciliter la commande des pressions dans la chambre de réaction 115 . Pour utiliser dans le système à la fois la pression et le vide, c'est-à-dire un courant d'air forcé et une dépression. on peut modifier le système filtrant représenté sur les figs.
7c'et 8c de la manière indiquée sur la fig. 11.
Sur cette figure, les sacs filtrants de chaque élément sont enfermés dans un carter 188 étanche à la pression
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- C) u m :v. et relié à un ventilateur de sortie ou de dépression 189.
Le ventilateur 189 réduit la pression agissant sur la face externe¯ des sacs filtrants et participe à l'appel du phosphate d'ammonium et de l'air en excès dans lequel il est en suspen- sion à travers la chambre de réaction, les conduits interposés et les sacs. Par réglage de la dépression agissant sur les logements des sacs filtrants par rapport à l'air fourni par les ventilateurs envoyant l'air dans la chambre de combustion; la pression dans cette chambre et en des pointssitués entre ladite chambre et le système filtrant peut être réglée.
Comme montré sur la fig. 11, les sacs de chaque élément filtrant peuvent être secoués pour évacuer le produit qui adhère sur leur face interne au moyen d'un dispositif à diaphragme 168' monté au sommet du carter. Ces éléments sont disposés de manière telle que leurs diaphragmes respectifs 190 soient reliés aux éléments de support 165' des sacs par des tiges,.;;;poussoirs 191. Lorsque la pression' est appliquée aux chambres à diaphragme, les tiges-poussioir se déplacent vers le bas et sont rappelées par des ressorts 192 travaillant à la compression lorsque cette traction, disparaît. En appli quant la pression de façon intermittente'sur ces chambres à diaphragme, on peut déformer et secouer les sacs 163.
Le déplacement des sacs est assuré lorsque la pression agissant sur l'élément a été supprimée, par exemple en fermant l'un ou l'autre des régulateurs des conduits 150 et 151, en fermant le régulateur 195 disposé du côté aspiration du ventilateur 189 ,et en ouvrant un volet 193 logé dans un conduit 197 relié à l'orifice d'entrée du ventilateur d'é- chappement, de'sorte que la pression à l'intérieur et à l'ex- térieur des sacs est rendue égale à la pression atmopshé-
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rique. ainsi*. lorsqu'on supprime la pression dans les sacs filtrants, ceux-ci deviennent flexibles et peuvent être secoués par des dispositifs de commande à diaphragme 168'.
On peut assurer la mise en oeuvre du procédé de pré- paration de phosphate d'ammonium décrit ci-dessus de diverses manières, tout en suggérant le processus suivant ;
1. On doit chauffer le phosphore se trouvant dans le réservoir jusqu'à une température d'environ 65 à 75 C, pour être sûr que le phosphore se trouve à l'état fondu et f luide. On peut parvenir à ce résultat en faisant circuler de l'eau chaude à travers les serpentins de chauffage des réservoirs. Jusqu'à ce que le fonctionnement soit normal et que l'on dispose par suite d'eau chaude à partir de la chambre de réaction, l'eau chaude nécessaire peut être fournie par un réchauffeur auxiliaire (non représenté).
2. On doit chauffer également l'eau de la chambre de combustion, par exemple en y faisant circuler de l'eau chaude prélevée dans un réchauffeur auxiliaire,
3. On assure le démarrage et le réglage des ventilateurs de compression, pour fournir par exemple 200 % ou plus d'air en excès par rapport à la quantité théoriquement nécessaire pour brûler le phosphore à la vitesse à laquelle il est amené à la chambre de réaction.
4. On ferme le régulateur du conduit 150 ou 151 conduis sant à l'élément filtrant, tandis- qu'on laisse l'autre ouvert suivant les filtres que l'on doit tout d'abord utiliser.
5. On assure l'arrivée de l'ammoniac en ouvrant le robinet 134, à une vitesse fournissant une quantité en excès sur la masse nécessaire pour la formation de métaphosphate d'ammonium PO3NH4, cet excès étant par exemple de 100 %,
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calculé sur le taux d'alimentation en phosphore au brûleur de la chambre de réacti on.
6.On fait passer de l'eau dans le réservoir à phosphore jusquà ce que l'on obtienne la colonne d'eau désirée agissant sur le phosphore.
7. On ouvre le clapet de commande 129 pour l'admission du phosphore, monté dans le conduit d 'alimentation- 62, en appliquant une certaine pression sur son diaphragme, ce clapet n'étant ouvert tout d'abord que d'une faible quantité .
Lorsque le phosphore parvient au brûleur, il s'enflamme spontanément.
8. On ouvre ensuite progressivement le clapet d'admission du phosphore pour augmenter le taux de combustion.
9. On observe les températures indiquées par les thermomètres 148 et 149.
10. On peut augmenter le taux d'alimentation en phosphore jusqu'à ce que l'on atteigne la température maximum désirée dans la boîte à fumée de sortie 147 . Cette température ne doit pas dépasser 205 à 245 C.
Lorsqu'on a atteint la vitesse d'alimentation maximum en phosphore, on règle le relais 136 jusqu'à ce que l'aliment talion en ammoniac ait été réduite jusqu'à un excès minimum par rapport à la quantité théoriquement nécessaire à la réac- tien pour obtenir du PO3NH4, par exemple 25 % en excès. Après réglage de ce relais, on règle la vitesse d'alimentation du phosphore et de l'ammoniac, ce qui peut être effectué simula tanément saris modifier le rapport désiré entre les quantités d'ammoniac et de phosphore, en tournant simplement le volant du relais 131.
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Lorsqu'on a atteint un taux de fonctionnement donné, on peut déterminer la température dans la boîte à fumée de sortie 147 en réglant l'air secondaire fourni pour accroître l'excès d'air. Plus cet excès d'air est important, plus le -produit de la réaction est refroidi, ce qui réduit en con- séquence la température dans les deux boîtes à fumée 144 et 147. La température dans la boîte à fumée 144 doit toujours être inférieure à 480 C et ne devrait pas dépasser 345 C. Si l'on dépasse cette température, il est probable que la température dans la chambre de combustion ou de réaction va être telle qu'elle va provoquer l'inflammation ou la décerna position de l'ammoniac.
Pendant la mise en oeuvre du procédé, on doit observer la condition du phosphate obtenu. S'il se forme un produit vitreux et collant, les sacs filtrants vont s'engorger presque instantanément. Cette condition indique que la quantité de phosphore brûlé est trop élevée et que l'on dispose d'un refroidissement insuffisant, qu'il n'y a pas suffisamment d'eau dans l'air pour permettre à la réaction de s'effectuer jusqu'à l'obtention de métaphosphate d'ammonium PO3NH4, ou que la quantité d'ammoniac fournie à la chambre de réaction est insuffisante.
En réglant les quantités d'air, de l'ammoniac et de phosphore amenés à la chambre de réaction jusqu'à ce que l'on obtienne un refroidissement convenable et un produit capable d'être recueilli, on peut établir les conditions de fonctionnement nécessaires à un procédé en continu fournissant du phosphate d'ammonium pouvant être recueilli.
Si l'air est trop sec et qu'une quantité d'eau insuf fisante soit disponible pour la réaction afin de permettre
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l'obtention de PO3NH4, on peut ajouter cette humidité sous forme de vapeur ou. de brouillard dans le conduit d'adduction d'air 116. Ce procédé peut être mis en oeuvre avec des excès d'eau, importants dans la chambre de réaction, et ces excès ne paraissent pas être critiques pour une mise en oeuvre satisfaisante. Toutefois, un manque d'humidité constitue un facteur critique pour le procède, de sorte que l'on doit prendre soin de disposer dans la chambre de réaction de la quantité d'eau théorique minimum pour permettre d'obtenir une réaction complète entre l'eau., l'anhydride phosphorique et l'ammoniac.
Pour la mise en oeuvre du procédé, on doit tenir compte également des données de vitesses de refroidissement et de températures indiquées par les courbes des figs. 5 et 6, car ces données indiquent la vitesse à laquelle le phos- phate d'ammonium une fois formé doit être refroidi d'une température élevée jusqu'à une température à laquelle ce produit est stable dans les conditions atmosphériques. Bien que leslimites supérieures de températures indiquées sur les figs. 5 et 6 soient voisines de 330 C, on comprendra que la température peut être augmentée jusqu'à près de 480 C pourvu que l'on refroidisse suffisamment vite au moyen d'air en excès ou par un échange de chaleur supplémentaire.
On doit alterner les éléments filtrants pour la reçu** pération du produit. On doit secouer les sacs filtrants aussi souvent que cela est nécessaire. Si la pression dans la chambre de combustion s'élève jusqu'à une valeur supé- rieure au maximum désiré, ou si la quantité d'air totale diminue, ces états indiquent que les sacs présentent une imperméabilité trop importante à l'écoulement de l'air et
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doivent être secoués. Si désiré, on peut secouer les sacs de façon alternative d'après un cycle établi à l'avance, de sorte que chaque sac va être secoué après quelques minutes, par exemple toutes les quatre ou cinq minutes.Le processus opératoire va Indiquer la fréquence nécessaire de ces opé- rations.
Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, on peut apporter des modifications aux réalisations qui viennent d'être décrites.
REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de métaphosphate d'ammonium à partir de phosphore pur, consistant à introduire du phosphore, de l'air atmosphérique chargé d'humidité et du gaz ammoniac dans une chambre de combustion, à brûler le phosphore pour donner un produit de réaction gazeux formé par l'ammoniac l'eau et l'anhydride phosphorique, à refroidir le produit de réaction gazeux à une vitesse telle qu'il ne soit pas décomp osé avec dégagement d'ammoniac, et à faire passer l'air chargé de phosphate d'ammonium à travers un filtre pour recueillir le produit obtenu.