Procède de réalisation de réactions chimiques à des températures différentes de la température ambiante et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Il est déjà connu de procéder à des opérations chimiques, endothermiques par barbotage de vapeurs ou de liquides dans des bains de métaux ou de sels fondus.
Mais les procédés et dispositifs jusqu'ici employés présentent l'inconvénient de nécessiter de grandes masses de métaux ou de sels fondus et de n'assurer qu'un échange calorifique non satisfaisant.
L'invention a pour but d'obvier à ces in convénients et de permettre d'obtenir un haut rendement calorifique.
Le procédé selon l'invention, pour la réali- sation de réactions chimiques à des températures différentes de la température ambiante. est caractérisé en ce qu'une substance devant subir une réaction chimique est introduite de façon continue dans au moins une chambre de réaction dans laquelle arrive une autre substance, stable à la température de réaction, formant un bain liquide, et avec laquelle la première substance est mélangée, le bain liquide étant porté à une température telle que le mélange prend la température de réaction en cheminant dans la chambre de réaction, la substance formant le bain, dont tout au plus une partie a réagi chimiquement, étant alors séparée du reste et réintroduite, au moins partiellement, dans la chambre de réaction après qu'on a ramené sa température à sa valeur initiale.
Le mouvement cyclique de la substance formant le bain peut tre obtenu par différence de densité entre, d'une part, le mélange de la substance formant le bain et le corps traité et, d'autre part, la substance formant le bain.
Il est avantageux, pour réaliser un bon contact entre le bain et la substance devant subir la réaction ou matière traitée, d'intro
duire cette dernière dans une série ou un
faisceau de chambres de réaction allongées et étroites, de relativement grande longueur, telles que des tubes verticaux, dans lesquels le
mélange ou l'émulsion se forme et se déplace.
L'invention comprend encore un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. Cet appareil est caractérisé par le fait qu'il com
prend plusieurs chambres de réaction, formées
d'éléments tubulaires dressés, dont chacun comporte un tube d'arrivée de la substance devant subir la réaction, débouchant non loin de la partie inférieure de l'élément, et une chambre de forme allongée, dans laquelle s'effectue la réaction et qui est ouverte à sa
partie inférieure pour recevoir le bain, le tout disposé de telle façon que ladite substance se
répartisse dans le bain, et que l'ensemble des
matières en présence chemine de bas en liaut dans ladite chambre.
Ces éléments tubulaires peuvent tre ces- t itués chacun par deux tubes concentriques, le mélange on l'émulsion se formant et se déplagant dans l'espace annulaire.
L'appareil peut comporter 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 dn liquide constituant le bain.
Cette chambre comporte de préférence me ou des surfaces sensiblement horizontales, sur lesquelles ruissellent 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.
En outre une communication est de préfé- rence établie entre cette chambre de décantation ou de dépôt et l'entrée inférieure des chambres de réaction verticales.
Suivant une forme d'exécution préférée, les éléments tubulaires formant chambres de réaction sont eux-mmes disposés dans des tubes-enveloppes, fermés à leur partie inférieure et montés à leur partie supérieure sur la plaque de fond de la chambre d'expansion, ces tubes-enveloppes étant soumis à un chaud- fagne extérieur, tel que celui résultant de la flamme d'un fonr on de résistances électriques.
La substance traitée peut tre introduite pour chaque élément dans la chambre verticale de réaction, par le moyen d'un distribu- teur, à l'état de fines bulles ou gouttelettes.
Ce distributeur pourra tre constitué par une cloche ouverte à son extrémité inférieure et eomportant des orifices de petites dimensions sur les faces latérales ou supérieures.
A titre d'exemple et pour faciliter l'intelligence de la description, on a représenté au dessin annexé une forme d'exécution de l'ap- pareil pour la mise en oeuvre du procédé selon ]'invention.
La fig. 1 en est une vue schématique en coupe.
Les fig. 2 et 3 sont des vues schématiques, à échelle agrandie, de deux variantes du dispositif de distribution.
Cet appareil est constitué par un faisceau d'éléments tubulaires verticaux, fermés à leur extrémité inférieure et fixés à leur partie supérieure 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 troue un conduit d'alimentation 5 terminé par un distributeur 6.
Les tubes 4 formant chambre de réaction sont ouverts à leur extrémité inférieure, de manière à recevoir le bain entrant par cette extrémité 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 ! e liquide contenu dans une cuvette annulaire 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 11 est traversée par les conduits 5 qui descendent dans les éléments tubulaires 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'avee 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 répartir la matière traitée à l'état de petites bulles dans le bain. Ces distributeurs eomportent essentiellement une petite cloche 15 (fig. 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 bain, de la distance entre le distributeur 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 bulles.
Les insterstices annulaires laissés entre, d'une part, le tube.) et] a eloehe 15, et, d'autre part, le tube 4, sont choisis de manière que l'émulsion ou le blante se forme dans de bonnes conditions.
La forme particulière de la cloche peut varier ; c'est ainsi que, dans la variante représentée à la fig. 3, elle ne comporte pas de trous, mais des dentelures ou fentres 17 ; les caractéristiques de 1'appareil (dimensions des éléments, pression, ete.) sont ehoisies de manière que le niveau du bain s'établisse en ?/-.)/à une hauteur telle que la matière traitée s'échappe dans le sens des flèches par la partie supérieure des entredents 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-des sons eomporte I'utilisation d'un-bain eonstitué par un alliage ou un métal fondu et concerne ia pyrolyse d'une matière liquide se vaporisant partiellement ou totalement 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 exemple. Ce plomb est d'abord amené à l'état liquide et préchauffé à la température désirée.
La matière à traiter est alors introduite à l'état liquide par des 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 totalement 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 enveloppes 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]'enveloppe 1.
La vitesse de circulation du bain, done la durée cle contact, peut tre ajustée dans eertaines limites, pour une hauteur de barbotage et un débit de matière donnés, en choisissant de manière appropriée le diamètre du distri- buteur 6. Plus ce diamètre se rapproche de celui du tube-enveloppe et plus la section offerte au passage du bain se trouve réduite.
Le distributeur joue done 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 du bain, celui-ci entrainant avec lui les crasses et éventuellement la partie non vaporisée recueillie dans le décanteur 9. La section de passage entre les jupes 8 et 10 est telle que la vitesse d'écoulement du bain v soit assez élevée pour que la séparation des crasses et (ou) du liquide résiduel ne puisse s'y produire.
Cette séparation s'effectuera alors dans le décantenr 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'tre purifié dans le dé- canteur 9, s'écoule entre les plaques 7 et 2 et descend dans les tubes-enveloppes 1 des chambres tubulaires 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 1"appareil par une cheminée d'éva- cuation 19.
Il est à remarquer que 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 tre enfonces plus ou moins dans le bain, de manière à modifier la hauteur de barbotage, sous réserve que cette hauteur reste supérieure à une cer taine valeur minimum (correspondant à l'amorçage de la circulation du bain pour une alimentation donnée). Le bain circule sur toute la hauteur du tube et assure ainsi la constance de la surface de chauffe (done la constance de la productivité) et évite en outre les surchauffes de la partie inférieure des tubes.
Les éléments tubulaires pourraient tre constitués non par des tubes concentriques, mais par des tubes en U ou par des tubes juxtaposés, laissant entre eux l'espace néces- saire pour constituer les chambres de réaction verticales où se déplace le mélange ou l'émul- sion : c'est ainsi également que le retour du bain par les tubes-enveloppes à l'endroit où se trouvent des distributeurs pourrait tre réalisé de façon différente par un second corps se trouvant à la partie inférieure du faisceau tubulaire : c'est ainsi encore que la plaque 7 pourrait tre remplacée par un certain nombre de tubes ou de gouttières sensiblement horizontales aboutissant à un collecteur sépa- rateur.
Suivant une autre variante, on pourrait réaliser l'élimination des crasses non par n 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.
La. forme de réalisation de l'appareil ci- dessus décrite et représentée au dessin paraît permettre de retirer les plus grands avantages du procédé objet de l'invention, et notamment parce que :
Les tubes peuvent se dilater librement au moment de la mise en température, sans entraîner de contrainte nuisible à la bonne tenue mécanique du matériel.
La chauffe est réalisée dans de bonnes conditions soit par convection, soit par radiation, les tubes pouvant tre 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 sept tubes de diamètre e = 100 X 110 sur 1,50 m de long, la surface de chauffe est de 3,70 m2 et le volume du bain de 82,50 litres. Pour obtenir la mme surface en utilisant une cuve unique de mme hauteur, le volume de bain serait de 580 litres. La réduction du volume est done de 7 à 1.
La surface de chauffe et, par conséquent, la productivité de l'appareil pour un poids donné de bain sont considérablement augmontées : par exemple, pour le four tubulaire précédent garni de plomb, cette surface par litre de plomb est de 0,045 m2 ; pOll Unl four à cuve de mme capacité et de mme 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 corres- pondant de la construction. D'autre part, l'augmentation de surface de chauffe permet de réduire sensiblement la température des fluides chauffants et permet, par conséquent, soit d'alléger la construction 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 circulation du 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 matières 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 che- minée peut tre choisi en conséquence et, comme il ne supporte en fait aucune contrainte mécanique appréciable, il peut tre relativement mince, condition d'autant plus intéressante qu'il s'agit d'un matériau plus noble et plus coûteux. Au contraire, les tubes de chauffe seront construits avee le métal le mieux adapté aux seules conditions thermi- ques et mécaniques, sans qu'il soit nécessaire de tenir compte des facteurs de corrosion pro pres à la matière traitée.
En fait, la cheminée joue le rôle d'un ehemisage protecteur, amovible et ne s'opposant pas au transfert cle chaleur.
Dans l'exemple susmentionné, qui est par ticulièrement adapté à l'exécution de la pyrolyse notamment, le bain étant de plomb ou de sels fondus, on a supposé que le liquide constituant le bain est réchauffé avant sa réintroduction dans le cycle, la réaction étant endo- thermique. Mais l'invention est applicable non seulement à d'autres réactions endothermiques. mais encore à des réactions exothermiques.
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 avee le produit traité. Dans ce cas, une quantité de bain équivalente à celle fixée au cours de cette opération est réintroduite en continu ou discontinu par tout dispositif approprié.
REVENDICATIONS :
I. Procédé de réalisation de réactions chi- rniques à des températures différentes de la température ambiante, caractérisé en ce qu'une substance devant subir une réaction chimique est introduite de façon continue dans au moins une chambre de réaction dans laquelle arrive une autre substance, stable à la température de réaction, formant un bain liquide, et avee laquelle la première subs- tance est mélangée, le bain liquide étant porté à une température telle que le mélange prend la température de réaction en cheminant dans la chambre de réaction, la substance formant le bain, dont tout au plus une partie a réagi chimiquement, étant alors séparée du reste et réintroduite, au moins partiellement,
dans la chambre de réaction après qu'on a ramené sa température à sa valeur initiale.