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"PROCEDE ET APPAREIL POUR OPERATIONS THERMIQUES!!.
Il est déjà connu de procéder à des opérations endo-thermiques par barbotage de vapeurs ou de liquides dans des bains de métaux ou de sels fondus
Mais les procèdes et dispositifs jusque ici employés présentent 1'inconvénient de nécessiter de grandes masses de métaux ou de sels fondus et de n'assurer qu'un échange calorifique non satisfaisant.
L'in ention a pour objet un procédé et des appareils conçus dans le but d'obvier à ces inconvénients et d'obtenir un haut rendement calori- fique avec des appareillages relativement réduits et résistants.
L'invention consiste, en premier lieu, à introduire d'm friè- re continue le corps à traiter au sein d'une substance formant un bain li- quide et thermiquement stable à la température de l'opération, de manière à former entre eux un mélange intime qui chemine dans la ou des chambres de réaction; le corps traité, ou les produits en résultant, étant ensuite séparé de la substance formant le bain par tous moyens appropriés et la substance formant le bain étant renvoyée en totalité ou partiellement à la ou les chambres de rêoction, après réajustement de sa température.
Le mouvement cyclique de la substance formant le bain peut être obtenu par différence de densité entre, d'une part, le mélange de la sub- stance formant le bain et le corps treaites et, d'autre part, la substance fermant le bain.
L'invention consiste ensuite, pour réaliser -Lui bon contact en- tre le bain et la matière traitée, à introduire cette dernière dans une série ou faisceau de chambres de resaction allongées et étroites, de rela- tivemetn grande longueur., telles que des tubes verticaux, dans lesquels le mélange ou l'émulsion se forme et se déplace.
Elle vise, en outre, des appareils destinés à la mise en oeuvre
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de ce procédé, comportant tout ou partie des dispositisne suivantes, prises isolément ou en combinaison: a) les chambres de réaction ont la forme d'un faisceau tubulaire, chaque élement comportant un tube d'arrivée de da matière traitée, débou- chant non loin de la partie inférieure de 1'élemet et -un. -cube ou autre chambre de réaction de forme allongée équivalete, ouvert à sa partie infé- rieure pour recevoir le liquide constituant le bain, et dans lequel le mé- lange ou l'émulsion se forme et se déplace,
Notamment,ces éléments pourront être constitués chacun par deux tubes concentriques,
le mélange ou l'émulsion s formant et se déplaçant dans l'espace annulaire.. b) une chambre d'expansion supérieure dans laquelle débouche le faisceau de chambres de réaction verticales.
Cette chambre d'expansion peut contenir des moyens tels qu'un séparateur par chocs en forme de grille, pour séparer la substance traitée du liquide constituant le bain. c) cette chambre comporte, de préférence, une ou des surfaces sensiblement horzonles sur lesquelles ruissellektn en se mélangeant en un liquide homogène, les flux de bain provenant des différentes chambres de réaction,lesdites surfaces aboutissant à une chambre de décantation ou dépôt. d) une communication est de préférence établie entre cette cham- bre de décantation ou de dépôt et l'entrée inférieure des chambres de réac- tion verticales.
e) suivant une forme d'exécution préférée, les éléments tubulai- res formant chambres de réaction sont eux-mêmes disposés dans des tubes- enveloppes, fermées à leur partie inférieure et montés à leur partie supé- rieure sur la plaque de fond de la chambre d'expansion, ces tubes-enveloppes étant soumis à un chauffage extérieur, tel que celui résultant de la flamme d'un four ou de résistances électriques. f) la substance traitée est introduite pour chaque élément dans la chambre verticale de réaction, par le moyen d'un distributeur, à l'état de fines bulles ou gouttelettes.. Ce distributeur pourra être constitué par une cloche ouverte à son extrémité inférieure et comportant des orifices de petites dimensions sur ses faces latérales ou supérieures.
A titre d'exemple et pour faciliter l'intelligence de la descrip- tion, on a représenté au dessin annexé:
Figure 1, une vue schématique en coupe d'un appareil conforme à l'invention.
Figures 2 et 3, des vues schématiques échelle agrandie de deux variantes du dispositif de distribution.
Cet appareil est consitué par un faisceau d'éléments tubulaires verticaux;,fermés à leur extrémité inférieure et fixés à leur partie supé- rieure sur une plaque 2 qui constitue le fond d'une chambre d'expansion 3.
Ces éléments tubulaires comportent, outre leur paroi extérieure 1 une chambre de réaction verticale constituée par un tube 4 intérieur au premier, à l'intérieur duquel se trouve un conduit d'alimentation 5 terminé par un distributeur 6,
Les tubes 4 formant chambre de réaction sont ouverts à leur ex- trémité inférieure de manière à recevoir le bain entrant par cette extré- mité et sont fixés à leur partie supérieure sur une plaque horizontale 7.
Cette plaque 7.comporte extérieurement une jupe 8, de forme sensiblement cylindrique, qui s'enfonce dans le liquide contenu dans une cuvette annu- laire 9 qui forme joint d'étanchéité. La partie supérieure de la chambre d'expansion 3 est constituée par une cloche 11 dont les bords 10 plongent eux aussi dans le liquide contenu dans la cuvette annulaire 9 Cette cloche
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11 est traversée par les conduits 5 qui descendent dans les éléments tubu- laires 1.
Une grille ou rangée de chicanes 13 est disposée à l'intérieur de la chambre 3 pour servir à la séparation des produits traités d'avec le bain entraîné. La cloche 11 comporte une cheminée 19 d'évacuation des produits traités.
Pour obtenir le contact dans de bonnes conditions, les tubes 5 se terminent à leur partie inférieure par un distributeur destiné à répar- tir la matière traitée à 7¯9 état de petites bulles dans le bain. Ces distri- buteurscomportent essentiellement une petite cloche 15 (figure 2) ouverte vers le bas, et dans laquelle le liquide formant le bain s'établit à un niveau x-x qui dépend de la densité du nain, de la distance entre le dis- trobitueur et le niveau du bain dans la chambre 3 et également du débit de produit traité. La cloche 15 est percée, soit sur sa face supérieure, soit sur ses côtés, de trous tels que 16, de petit diamètre, par lesquels la matière traitée s'échappe en petites bull es.
Les interstices annulaires laissés entre, d'une part, le tube 5 et la cloche 15 et, d'autre part, le tube 4 sont choisis de manière que l'émulsion ou le mélange se forme dans de bonnes conditions.
La forme particulière de la cloche peut varier; c'est ainsi que dans la variante représentée à la figure 3 elle ne comporte pas de trous, mais des dentelures ou fenêtres 17; les caractéristiques de l'appareil (dimensions des éléments, pression, etc...) sont choisies de manière que le niveau du bain s'établisse en y-y à une hauteur telle que la matière traitée s'échappe dans le sens des flèches par la partie supérieure des dents sous forme de bulles ou de gouttes dans l'interstice entre la cloche 15' et le tube 5, d'une part, et le tube 4, d'autre part.
L'exemple de fonctionnement décrit ci-dessous comporte 1'illi- sation d'un bain constitué par un alliage ou un métal fondu et concer e la pyrolyse d'une matière liquide se vaporisant partiellement ou totaleme t au cours du traitement.
L'appareil est préalablement rempli d'une quantité convenable d'un -métal, non attaquable par la substance à traiter, du plomb par exem- ple, Ce plomb est d'abord amené à l'état liquide et préchauffé à la tem-, pérature désirée.
La matière à traiter est alors introduite à l'état liquide par les tubes 5. Au cours de son passage dans ces tubes, elle se réchauffe et en arrivant ,au contact du bain, elle se vaporise, partiellement ou to- ta.lement et une émulsion ou un mélange intime se forme dans les tubes 4
Le mélange ou l'émulsion ainsi produit étant plus léger que le liquide formant le bain qui se trouve entre les tubes 4 et les envelop- pes 1, le liquide formant le bain se met en mouvement, l'écoulement se faisant de bas en haut dans le tube 4 et de haut en bas entre le tube 4 et l'enveloppe 1.
La vitesse de circulation du bain, donc la durée de contact, peut être ajustée dans certaines limites, pour une hauteur de barbotage et un débit de matière donnés,en choisissant de manière appropriée, le diamètre du distributeur 5. Plus ce diamètre se rapproche de celui du tube-enveloppe.et plus la section offerte au passage du bain se trouve réduite. Lo distributeur joue donc le rôle d'une vanne de réglage, de réalisation particulièrement simple et d'une grande efficacité.
Le mélange ou l'émulsion issu de toutes les chambres verticales de réaction 4 se répand sur la plaque 7, où se produit le dégazage bain; celui-ci entraînant avec lui les crasses et, éventuellement, la partie non vaporisée, est recueilli dans le décanteur 9. La section de passage entre les jupes 6 et 9 est telle que la vitesse d'écoulement du bain y soit assez élevée pour que la séparation des crasses et (ou) du liquide résiduel ne paisse s'y produire. Cette séparation s'effectuera alors dans le décan-
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teur 9. Le liquide formant le bain prélevé à la partie inférieure retourne aux tubes de chauffe,tandis que les crasses et le liquide résiduel flottent et viennent s'accumuler dans l'espace 18 d'où ils seront extraits.
Le bain, après s'être purifié dans le décanteur 9, s'écoule entre les plaques 7 et 2 et descend dans les tubes-enveloppes 1 des chambres tu- bulaires de réaction.
Les grilles 13 ou analogues de la chambre d'expansion 3 permettent de séparer les vapeurs et gaz des vésicules entraînées; les produits de la réaction qui traversent ces grilles sortent de l'appareil par une cheminée d'évacuation 19.
Il est à remarquer que l'appareil ainsi établi permet un réglage de la durée de contact sans réduction de la surface de chauffe. A cet effet, les tubes d'adduction 5 seront montés de manière à pouvoir être enfoncés plus ou moins dans le bain, de manière à modifier la hauteur de barbotage, sous réserve que cette hauteur reste supérieure à une certaine valeur mini- mum (correspondant à l'amorçage de la circulation du bain pour une alimenta- tion donnée). Le bain circule sur toute la hauteur du tube et assure ainsi la constance de la surface de chauffe (donc la constance de la productivité) et évite en outre les surchauffes de la partie inférieure des tubes.
Cet appareil peut être réalisé de diverses manières, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Ainsi, les éléments tubulaires pour- raient être constitués non par des tubes concentriques, mais par des tubes en U ou par des tubes juxtaposés, laissant entre eux l'espace nécessaire pour constituer les chambres de réaction verticales où se déplace le mélan ge ou l'émulsion; c'est ainsi également que le retour du bain par les tubes- enveloppes, à l'endroit où se trouvent les distributeurs, pourrait être réa- lisé de façon différente, par un second corps se trouvant à la partie infé- rieure du faisceau tubulaire; c'est ainsi encore que la plaque 7 pourrait être remplacée par un certain nombre de tubes ou de gouttières sensiblement horizontales aboutissant à un collecteur séparateur.
Suivant une autre vari- ante,on pourrait réaliser l'élimination des crasses non par décantation mais par le courant des gaz.et des vapeurs produits. Il suffit, en effet, de calculer la chambre d'expansion 3 de telle façon que la vitesse de ces gaz et vapeurs reste suffisamment élevée pour entraîner les poussières.
Toutefois, la forme de réalisation de l'appareil ci-dessus dé- crite et représentée au dessin paraît permettre de retirer les plus grands avantages de l'application du présent procédé, et notamment les suivants:
Les tubes' peuvent se dilater librement au moment de la mise en température, sans entraîner de contrajhnenuisible à la bonne tenue mécani- que du matériel.
La chauffe est réalisée dans un bonnes conditions, soit par con- vection, soit par radiation, les tubes pouvant être répartis symétriquement par rapport à la source de chaleur.
La quantité de bain nécessaire pour une surface de chauffe donnée est très¯réduite; par exemple, pour un appareil comportant 7 tubes de diamètre # = 100 x 110 sur lm.50 de long, la surface de chauffe est de 3,70 m2 et le volume du bain de 82,50 litres. Pour obtenir la même surface en utilisant une cuve unique de même hauteur, le volume de bain serait de 580 litres.
La réduction du volume est donc de 7 à 1.
La surface de chauffe et, par conséquent, la productivité de l'appareil pour un poids donné de bain, sont considérablement augmentées : par exemple, pour le four tubulaire précédent garni de plomb, cette surface par litre de plomb est de 0,045 m2; pour un four à cuve de même capacité et de même hauteur, la surface ne serait que de 0,015 m2: la surface se trouve donc triplée , Cet avantage est d'autant plus marqué que le four est de plus grande capacité.
La réduction du poids du bain a comme conséquence évidente un allégement correspondant de la construction. D'autre part, l'augmentation
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de surface de chauffe permet de réduire sensiblement la température des fluides chauffants et permet, par conséquent, soit d'alléger la construc- tion de l'appareil, soit d'utiliser des matériaux moins nobles.
La température du bain est maintenue très homogène du fait que les différents flux de bain provenant des tubes se mélangent au cours de leur écoulement sur la plaque 7.
Le transfert de chaleur est augmenté par suite de la circula- tion ..- bain en lame mince sur toute la surface de chauffe.
Le risque de surchauffes locales des produits de la réaction est éliminé: en effet, l'espace annulaire compris entre le tube de chauffe 1 et la cheminée 4 est constamment rempli de bain en circulation et réalise ainsi un écran efficace entre les flammes et la chambre de réaction, sans pour cela s'opposer au transfert de la chaleur.
Tout contact entre les parois des tubes de chauffe et des matiè- res traitées est éliminé. Ces matières peuvent, en effet, avoir une action corrosive sur le métal constituant les tubes de chauffe ou réciproquement celui-ci peut avoir une action catalytique sur les réactions secondaires.
Le métal constituant la cheminée peut être choisi en conséquence et comme il ne supporte en fait aucune contrainte mécanique appréciable, il peut être relativement mince, condition d'autant plus intéressante qu'il s'agit d'un matériau plus noble et plus coûteux. Au contraire, les tubes de chauf- fe seront construits avec le métal le mieux adapté aux seules conditions thermiques et mécaniques, sans qu'il soit nécessaire de tenir compte des facteurs de corrosion propres à la matière traitée. En fait, la cheminée joue le rôle d'un chemisage protecteur, amovible et ne s'opposant pas au transfert de chaleur.
Dans l'exemple susmentionné, qui est particulièrement adapté à l'exécution d'opérations telles que la pyrolyse, le bain étant de plomb ou de sels fondus, on a supposé que le liquide constituant le bain est ré- chauffé avant sa réintroduction dans le cycle, la réaction étant endother- mique. Mais l'invention est applicable non seulement à d'autres réactions endothermiques, mais encore à des réactions exo thermiques. Dans ce cas, le liquide du bain sera non réchauffé mais refroidi avant sa réintroduction.
Dans l'exemple, on a également supposé que le bain n'était pas attaquable par la substance traitée. Mais l'invention est applicable au cas où la substance constituant le bain entre en réaction chimique avec le produit traité. Dans ce cas, une quantité de bain équivalente à celle fixée au cours de cette opération est réintroduite en continu ou disconti- nu, par tout dispositif approprié.
REVENDICATIONS.
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1. Procédé pour la réalisation d'opérations avec apport de calo- ries,caractérisé par le fait que les matières à traiter sont introduites d'une manière continue au sein d'une autre substance formant un bain li- quide, et qui est thermiquement stable à la température de réaction, de manière à former entre elles un mélange intime qui chemine dans la ou les chambres de réaction, le corps traité, ou les produits résultant de l'opé- ration, étant ensuite séparé de la substance formant le bain liquide et cette dernière étant renvoyée à la ou les chambres de réaction, après réa- justement de sa température.