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La présente invention se rapporte à un four électrique, notamment pour la préparation du sulfure de carbone, où le produit en vrac est chauf- fé électriquement par au moins deux électrodes en contact direct avec ce pro- duit.
Le chauffage électrique direct de produits en vrac - tels que char- bon de bois, coke, briquettes, etc. - présente de grandes difficultés, no- tamment lorsqu'il s'agit de réaliser des températures élevées. La raison de ces difficultés réside dans le fait qu'outre la conductibilité électrique de ces produits en vrac varie d'un produit à l'autre, elle est surtout sou- vent irrégulière au sein d'une même charge. Cette conductibilité est non seulement fonction de la température, en ce sens que le plus souvent elle diminue à mesure que celle-ci s'élève, mais dépend aussi généralement dans une grande mesure de la pression (compression) de la charge, et est donc in- fluencée non seulement par la hauteur d'entassement, mais aussi par les au- tres conditions géométriques du four et par la disposition des électrodes.
Dans les fours où le produit en vrac subit des modifications ou se consomme par suite d'une réaction chimique, comme c'est le cas d'une charge de char- bon lors de la préparation du sulfure de carbone, les conditions de conduc- tibilité se modifient en outre en raison de,ces modifications ou de cette consommation. Or, outre que les modifications de conductibilité non contrô- lées au sein de la charge gênent ou rendent impossible l'évolution réguliè- re de la réaction chimique qui ya lieu, elles risquent de provoquer des sur- chauffes dans la charge, par exemple au voisinage de la paroi du four, entraî- nant ainsi une destruction rapide de cette paroi.
Plusieurs fours de construction connue présentent deux électrodes superposées : d'une part une électrode de sole,et, d'autre part, une élec- . trode supérieure, éventuellement établie en vue d'un refroidissement indirect, parfois subdivisée, cette dernière électrode étant constituée tantôt par un barreau vertical ou horizontal, et tantôt par un anneau, un cadre ou une grille situés dans le plan horizontal. En maintenant une certaine distance entre la surface d'amenée de courant de l'électrode supérieure et la paroi intérieure du four, on vise, dans certaines de ces constructions, à faire passer le courant essentiellement à travers le noyau de la charge, en déter- minant un trajet du/courant aussi éloigné que possible des parois du four.
Or, on a constaté que cet objectif ne peut être réalisé que partiellement, car la disposition susdite de l'électrode supérieure empêche la distribu- tion uniforme du produit solide en vrac sur toute la section du four. Il en résulte une répartition irrégulière de la pression sur cette section, ce qui entraîne à son tour une répartition irrégulière du courant. En dépit.des me- sures de précaution, onne peut pas empêcher le courant de se diriger par en- droits vers les parois.
Dans d'autres constructions, le four présente à sa partie inférieu- re une section notablement élargie, au-dessus de laquelle s'élève une cuve d'une grande hauteur. Dans cette partie inférieure du four, qui est établie enforme de creuset et qui forme l'espace de chauffe proprement dit, aboutis- sent un certain nombre d'électrodes enforme de barreaux. De tels fours peu- vent fonctionner sur courant mono- ou polyphasé, suivant le nombre d'élec- trodes en question. Dans ces fours, le courant traverse la charge suivant une direction essentiellement horizontale, et les surfaces d'amenée de courant des électrodes sont forcément relativement petites par rapport à la puissance électrique.
Ceci implique une forte usure des électrodes qui, pour cette raison, sont généralement constituées dans de telles réalisations par des éléments pouvant être avancés à mesure qu'ils s'usent et établis en une ma- tière essentiellement identique à celle de la charge.
Le four électrique selon l'invention élimine tous les inconvénients des fours connus décrits ci-dessus. Il est caractérisé par la prévision,
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dans la partie inférieure formant cuve, de ce four, le long de la paroi in- térieure de cette cuve, d'au moins deux électrodes de signes contraires, de préférence conditionnées pour un refroidissement intérieur, qui forment essentiellement des lignes hélicoïdales. Avantageusement, la distance hori- zontale entre électrodes voisines de signes contraires est à peu près uni- forme sur toute la hauteur de la partie formant creuset et est en tous points nettement inférieure à la distance verticale entre électrodes voisines de signes contraires.
Grâce à la disposition et à la conformation, décrites ci-dessus, des électrodes, et notamment lorsque ces dernières sont prévues en un nom- bre supérieur à deux, soit trois ou six électrodes de signes contraires, alimentées en courant polyphasé, triphasé par exemple, on obtient que le courant allant d'électrode à électrode et qui traverse la charge suivant une direction essentiellement horizontale, parcourt la totalité de la section du four, tout en produisant une concentration d'énergie et de chaleur au centre de la cuve. Par contre, seule une faible partie du courant s'écoule le long de la paroi prpprement dite du four.
En considérant que les électro- des ne gênent pas le libre écoulement'du produit en vrac, - contrairement par exemple aux électrodes supérieures enforme de barreaux, introduites la- téralement ou aux électrodes annulaires disposées sur des épaulements inté- rieurs de la cuve - on réalise des conditions de passage de courant notable- ment plus constantes et donc aisément contrôlables et réglables.
Le four selon l'invention permet de modifier le développement d'énergie et de chaleur dans le sens vertical, cela en.modifiant légèrement l'écartement horizontal entre électrodes voisines de signe contraire. Au niveau de la cuve auquel correspond un écartement minimum,- et en raison de la moindre résistance entre électrodes qui en résulte, le passage du courant sera plus intense,et donc le développement d'énergie plus important, qu'au niveau où cet écartement est quelque peu plus grand. Cependant, les varia- tions de l'écartement horizontal doivent se maintenir dans des limites rela- tivement restreintes, car autrement le courant ne paserait qu'entre points les plus rapprochés.
De telles variations peuvent être particulièrement avantageuses lorsque, par suite d'une consommation de chaleur importante due à des réactions chimiques endothermiques ou à des changements d'état phy- sique qui nécessitent un apport de chaleuril se produit, à certains ni- veaux du four, un refroidissement local marqué de la charge. Lorsque au cours de la préparation du sulfure de carbone par exemple, on introduit le soufre à l'état de liquide dans la partie inférieure du four, la charge se refroi- dit intensément à cet endroit en raison de l'évaporation de ce soufre.
Or, comme la conductibilité électrique du carbone diminue avec la température, il s'ensuit que, pour une même distance horizontale entre électrodes de si- gnes contraires, la zone inférieure d'évaporation sera précisément parcou- rue par un courant moindre que les zones plus élevées, où à lieu le chauffa- ge supplémentaire du soufre jusqu'à la température de réaction. Pour cette raison il est avantageux, dans le cas de fours pour la préparation du sulfure de carbone, de faire en sorte que la distance horizontale entre électrodes de signes contraires aillé en augmentant peu à peu de bas en haut.
De préférence, la distance verticale entre électrodes dè signes contraires est plus grande que la distance horizontale, car autrement le courant aurait tendance à se diriger davantage dans le sens vertical, et donc à s'écouler à proximité des parois. On adoptera de préférence une distance verticale notablement supérieure à la distance horizontale, de 50 à 200 % par exemple.
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les électrodes dans une position dégagée, à une certaine distance de la paroi du four, sans que ce passage s'en trouve gêné
Les électrodes peuvent être en graphite électrique ; on peut ce- pendant employer des électrodes métalliques constituées par des corps creux, des tubes par exemple, propres à recevoir un réfrigérant liquide ou gazeux.
De telles électrodes métalliques peuvent être munies d'une couche protectri- ce et conductrice non métallique, d'une couche de graphite ou d'une couche . de pâte à électrodes comprimée.
Selon une variante, on peut réunir les électrodes en paires d'élec- trodes de même signe, les électrodes de chaque paire étant séparées par une distance relativement réduite et pouvant être séparément connectées au même pôle ou déconnectées de celui-ci. Il en résulte l'avantage d'une plus grande sécurité de fonctionnement : lorsqu'une telle double électrode subit des avaries, on peut déconnecter l'élément défectueux et poursuivre la marche avec l'autre élément.
Dans les fours pour la préparation du sulfure de carbone, le sou- fre peut être introduit à la partie inférieure déjà à l'état de vapeur ou encore sous la forme liquide. Il est cependant avantageux d'introduire tout ou partie du soufre au voisinage des extrémités supérieures des diverses élec- trodes. Le soufre, en s'écoulant vers le bas, peut alors agir dans le sens du refroidissement de la paroi du four, des électrodes, ainsi que de la char- ge, en vue de régler la résistance électrique.
La hauteur de la cuve située au-dessus de la zone de chauffe pro- prement dite est avantageusement au moins égale à celle de cette zone. On a constaté que pour réaliser une répartition uniforme au possible de la pression (compression) il était avantageux que la hauteur de la zone de chauffe représente 1/3 environ de celle de l'ensemble de la cuve.
Le passage du produit en vrac peut être notablement facilité si l'on donne à la cuve une forme évasée vers le bas, du moins dans la zone de chauffe.
Dans les dessins annexés :
La fig. 1 est une coupe verticale d'un exemple d'exécution du four pour la marche en triphasé.
La fig. 2 est une coupe longitudinale à 90 par rapport à la fig.l.
La fig. 3 est une coupe horizontale du four de la fig. 1 suivant A-A.
La fig. 4 est une coupe analogue suivant B-B, fig. 2.
La fig. 5 est une coupe horizontale d'une autre disposition d'élec- trodes d'un four triphasé, d'ailleurs d'une même construction que celui de la fig. 1.
Le four selon les figs. 1 et 2, qui convient particulièrement pour la préparation du sulfure de carbone, est constitué par une cuve maçonnée 1 à enveloppe de tôle et comporte un dispositif de chargement 2 pour charbon de bois, coke ou briquettes, un raccord de prise de gaz 3 pour l'évacuation des vapeurs de sulfure de carbone, trois conduits d'aliment.'- !' @ tation 4 pour l'amenée du soufre liquide et un raccord de décrassage 5 pour l'enlèvement des scories. Le four est muni de trois électrodes 6 constituées par des longueurs de tube et affectant une forme hélicoïdale.
Ces électro- des sont disposées de telle façon que l'extrémité supérieure de chaque élec- trode se situe verticalement au-dessus de l'extrémité inférieure d'une des électrodes voisines, Chaque électrode'ne forme donc qu'un tiers d'uns spire complète. Selon une variante, chaque électrode peut être établiè de maniàre à former plus d'un tiers de-spire, par exemple une où deux spires
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complètes.
La distance verticale a entre deux électrodes voisines est notable- ment supérieure à la distance horizontale b (fig. 3) qui sépare des électro- des voisines au niveau de leurs extrémités supérieures. L'écartement c des électrodes au niveau de leurs extrémités inférieures (fig. 4) est légèrement inférieur à celui qui existe au niveau de leurs extrémités supérieures. Donc, dans ce cas, les électrodes ne sont pas situées exactement dans une nappe cylindrique mais plutôt dans une nappe conique. Dans cet exemple, les élec- trodes sont constituées par des tubes munis de canaux d'entrée et de sortie 7 et 8 pour le réfrigérant, qui traversent l'enveloppe du four à isolément.
Les connexions pour le courant électrique peuvent être combinées avec les canalisations pour le réfrigérant.
Les électrodes 6 de la fig. 5 sont montées dans des renfoncements 9 de la paroi intérieure du¯four et recouvertes d'un revêtement de graphite.
Le four selon l'invention n'est pas destiné exclusivement à la pré- paration de sulfure de carbone. Il peut aussi servir par exemple à la réduc- tion de minerais, à la production de gaz à l'eau à partir de la vapeur d'eau et du carbone, à la réduction du sulfate de sodium, avec le charbon, en sul- fure de sodium, etc.