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Procédé et appareil pour l'exécution de réactions catalytiques
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exç>t,!,.erl,,iique"3 en milieu gazeux.
On sait qu'il est avantageux et souvent Même indis- pensable dans les réactions gazeuses exothermiques soit d'ef- fectuer la réaction en plusieurs étapes avec emploi de réfri-
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gérante intermédiaires,, ici d'évacuer de façon quelconque la chaleur produite par la réaction au moment même ae sa for- mation et de régler ainsi la température et de la maintenir a un degré tel qu'en puisse réaliser, à une vitesse de réac- tion déterminée et à. l'équilibre gazeux correspondant, une réaction aussi complète que possible. Il faut à cet effet que la température soit aus&i constante que possible dans la chambre de contact ou qu'elle diminue lentement dans la
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couche de catalyseur dans le sens du courant gazeux.
On a déjà construit des fours dans lesquels la chambre de contact est divisée à cet effet en une série de tu- b es parallèles remplis de catalyseur, qui sont fixés à leurs deux extrémités dans une plaque de fond et qui sont entourés pendant leur fonctionnement du gaz arrivant froid, avant que celui-ci pénètre dans la chambre de contact. Dans ce disposi- tif, l'espace entier du four est très mal utilisé a cause de la distance entre les tubes qui est nécessaire pour permettre au gaz d'entrer dans la faisceau tubulaire. La transmission de la chaleur du catalyseur au gaz frais est pour la même rai- son très imparfaite.
On a aussi proposé de placer le catalyseur autour des tubes, ceux-ci devant alors avoir antre eux une distance encore plus grande. Le gaz frais traverse d'abord les tubes de bas en haut, puis le catalyseur de haut en bas. La trans- mission de la chaleur est naturellement aussi mauvaise dans ce mode d'exécution à cause de la surface restreinte des tubes.
Or, on a trouvé d'après la présente invention qu'on peut réaliser, tout en tirant un bon parti de l'espace dispo- nible, un réglage de la température particulièrement efficace et, par conséquent, un progrès industriel important, en diri- geant les gaz à travers des tubes de contact, qui peuvent éventuellement n'être fixés qu'à une seule extrémité dans une plaque de fend et qui sont réunis en un faisceau tubulaire serré, de telle façon que le gaz frais qui longe ces tubes sur leur face extérieure ait une vitesse linéaire plus grande que le gaz passant à l'intérieur des tubes.
Le gaz frais est dirigé, pour assurer l'échange de chaleur avec le catalyseur, d'abord per les intervalles qui restent entre les tubes,puis de préférence en sens inverse, à, travers les tubes garnis de
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catalyseur. Les tubes ont avantageusement, à l'extrémité qui est fixée à une plaque de fond, un diamètre plus étroit. Ce rétrécissement des tubes permet de repartir uniformément le gaz frais qui arrive dans les intervalles entre les tubes.
On peut accroître dans certaines circonstances encore notable- ment l'effet de cette disposition en *Utilisant, pour tirer mieux parti de la surface, au lieu de tubes de section cir- culaire ou cvale, des tubes de section polygonale, par exemple carrée cu hexagonale.
Le chauffage du four à, la température de réaction lors de sa mise en marche s'effectue avantageusement par des appareils de ch&uffage électrique
Un mode d'exécution d'un four de ce genre sera ex- pliqua plus en détail a l'aide du dessin ci-joint.
La figure 1 représente une coupe verticale à travers un four de contact. Le gaz frais, qui arrive froid, entre dans le four par si) il passe a'abord le long de l'enveloppe du four et pénètre à l'extrémité du tube dans le faisceau tubulaire, d'abord dans les intervalles entre les tubes; il monte dans ces intervalles, passe éventuellement le long du dispositif ae chauffage électrique c, puis entre dans les tubes à leur autre extrémité et arrive dans la couche de catalyseur. Pendant qu'il la traverse, la chaleur produite par la réaction est cédée au gaz frais qui passe en sens inverse à l'extérieur du tube. Le mélange gazeux quitte le four par d. Il n'est pas nécessaire que lestubes soient complètement remplis de catalyseur.
Ils peuvent aussi n'en être garnis par exemple qu'à leur partie supérieure, selon que l'exige la réaction dont il s'unit Le reste ces tubes sert alors seulement de récupérateur de chaleur.
Les intervalles relativement grands entre les tubes, qu'on ne peut pas éviter dans certains cas, par exemple quand
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on se sert de tubes ronds, et qui sont préjudiciables à la régénération de la chaleur, peuvent être considérablement ré- duits par des corps de remplissage indifférents, par exemple par des barreaux de fer placés dans ces intervalles.
On peut éviter de façon très simple au point de vue technique le grands intervalles en donnant aux tubes, ainsi qu'il a déjà été dit, une section polygonale, par exemple carrée ou hexa- gonale, au lieu d'une section ronde (voir figure 2). Les tubes forment alors un faisceau encore plus compact, l'espace occupé par le catalyseur croît par rapport à l'espace tentai, et le gaz à réchauffer passe avec une grande rapidité entre des sur- faces parallèles peu distantes l'une de l'autre, de sorte que la transmission de la chaleur n'effectue dans les conditions les plus favorables possibles.
L'espace servant à la régénéra- tion de la chaleur qui entoure les tubes représente par exemple pour des tubes ronds 22% du volume total du faisceau de tubes, pour des tubes hexagonaux, par centre seulement 3 à 5%. Le fais- ceau de tubes peut naturellement être assemblé en un système de section quelconque. Il est aussi parfois avantageux d'in- tercaler entre les parois parallèles des pièces intermédiaires.
On peut encore réunir les tubes, par exemple ceux dont la section est un hexagone régulier, par leurs faces longitudinales, sans laisser aucun intervalle entre eux, de manière que le tout représente un espace subdivisé par un grand nombre de cloisons, puis utiliser une partie des tubes comme tubes, de contact et les autres, qui peuvent rester vides ou être garnis de ccrps de remplissage, comme espaces pour la ré- génération de la chaleur.
Il est avantageux dans ce mode d'exé- cuti-on de donner aux tubes destinés à la régénération de la chaleur des parois communes avec les tubes de contact voisins.
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Les autres parois de tubes contigues ou cloisonsyfeéparatrices
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se chargent alors uniquement de conduire la chaleur aux es- paces destinés a, sa, récupération, où la chaleur produite est absorbée par le gaz frais.
On peut dans ce mode d'exécution encore notablement améliorer l'utilisation de l'espace disponible dans le four, ainsi que la récupération de la chaleur, en plaçant dans les tubes vides eu dans les intervalles tubulaires formes par plusieurs tubes des tubes de section plus petite, garnis de catalyseur, disposés de préférence coaxialement et de façon qu'il ne reste que peu de place pour le passage du gaz frais entre le tube extérieur et intérieur.