Installation pour condenser des vapeurs qui se condensent directement à l'état solide
La présente invention est relative à une installation pour condenser des vapeurs qui se condensent directement à l'état solide, par exemple des vapeurs de trichlorure d'aluminium (AlCI)"comprenant un condenseur présentant une enveloppe allongée comprenant deux lobes cylindriques circulaires de même rayon et dont la section a un contour s'étendant sur plus d'une demi-circonférence, un racloir allongé s'étendant coaxialement dans chacun des lobes et ayant, en coupe transversale, une forme lenticulaire dont le grand axe a une longueur pratiquement égale au diamètre du lobe et qui est délimitée par deux arcs de cercle de rayon égal à la distance entre les axes des racloirs,
un mécanisme entraînant les racloirs en rotation dans le même sens d'ans un rapport angulaire tel que les grands axes de leurs coupes transversales font constamment entre eux un angle de 90o, le tout de manière que les arêtes de chaque racloir raclent la surface intérieure du lobe correspondant de 1'enveloppe et les surfaces latérales de l'autre racloir, installation caractérisée par le fait que le condenseur est disposé verticalement, et que l'enveloppe comporte une conduite d'admission des vapeurs à son extrémité supérieure, les racloirs étant pourvus d'ouvertures s'étendant transversalement à travers eux, pour permettre aux vapeurs de passer par ces ouvertures d'un côté des racloirs à l'autre côté à l'intérieur de l'enveloppe,
laquelle porte extérieurement au voisinage du conduit d'admission une chemise de chauffage et au-dessous de celle-ci une chemise de refroidissement, un conduit de sortie pour les vapeurs non condensées et un caisson pour le condensat, étant disposés à l'extrémité du conden- seur.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation selon l'in- vention, ainsi que certaines variantes de détail.
La fig. 1 est une vue, en partie en coupe par
I-I de la fig. 2 et en élévation, avec certaines parties arrachées, du condenseur de cette forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue en plan du condenseur représenté sur la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en coupe faite par ICI-TIR de la fig. 1.
La fig. 4 est une vue en coupe faite par IV-IV sur la fig. 1.
La fig. 5 est une vue schématique représentant les tracés géométriques des sections de l'enveloppe et des deux racloirs.
L'installation représentée présente un condenseur comprenant une enveloppe allongée 1 compre- nant deux lobes cylindriques circulaires, la et lb, de même rayon et dont la section a un contour s'éten- dant sur plus d'une demi-circonférence. L'enveloppe 1 est disposée verticalement. L'extrémité supérieure de l'enveloppe porte une bride 2 soudée à sa périphé- rie. Une plaque-couvercle 3 est montée sur la bride 2 au moyen de boulons 4 ; par exemple. La plaquecouvercle 3 supporte deux arbres verticaux 5 et 6 qui s'étendent vers le bas sur toute la longueur de l'enveloppe 1.
Deux racloirs 7 et 8 sont montés sur les arbres 5 et 6. Chaque racloirs présente en section transversale la forme d'une lentille dont le grand axe a une longueur approximativement égale au diamètre du lobe et qui est délimitée par deux arcs de cercle de rayon égal à la distance séparant les axes des arbres 5 et 6, coaxiaux aux lobes la et lb. La position angulaire du racloir 7 est constamment décalée de 900 de la position angulaire du racloir 8.
Les arbres 5 et 6 s'étendent vers le haut en traversant la plaque 3 ainsi qu'une autre plaque de support 9. Au-dessus de la plaque 9, les arbres 5 et 6 portent respectivement les pignons 10 et 11, tous deux en prise avec un pignon 12 porté par un arbre 13 entraîné par un moteur non représenté. Ainsi les deux arbres 5 et 6 tournent dans le même sens.
A mesure que les racloirs 7 et 8 tournent, leurs arêtes raclent continuellement les faces internes des lobes la et lb. De plus, les arêtes du racloir 8 raclent et nettoient de façon intermittente les faces la térales du racloir 7, et vice versa. En conséquence, aucune matière solide déposée soit sur la face interne de l'enveloppe 1, soit sur la face latérale des racloirs 7 et 8 ne peut y rester, et elle tombe en traversant l'espace compris entre 1'enveloppe 1 et les racloirs pour parvenir dans un caisson cylindrique 14 disposé à l'extrémité inférieure du condenseur.
La vapeur qui doit être condensée pénètre dans 1'enveloppe par un conduit d'admission 15, situé à l'arrière de celle-ci. Le conduit d'admission 15 débouche dans la partie médiane de la face arrière de l'enveloppe 1. Au même niveau que orifice de ce conduit d'admission 15 les racloirs 7 et 8 compor- tent des passages 7a, 7b et 8a, 8b, respectivement s'étendant transversalement à travers eux (fig. 4 et 7). Ces passages permettent aux vapeurs entrant de traverser les racloirs et de descendre à travers l'en- veloppe en s'écoulant le long de toutes les faces latérales des racloirs rotatifs. Ainsi aucune pression différentielle ne prend naissance sur l'une quelconque des faces latérales des racloirs.
L'enveloppe 1 porte extérieurement, au même niveau que le conduit d'admission 15, deux chemises 16 et 17 embrassant chacune un lobe. Ces chemises servent de chemises de chauffage, leur alimentation en fluide de chauffage étant assurée par une canali- sation d'admission 18, une canalisation de sortie 19 et une canalisation de raccordement 20 en forme de
U qui réunit les extrémités avant des deux chemises.
La canalisation d'admission 18 est alimentée avec un fluide de chauffage qui peut être par exemple de la vapeur d'eau surchauffée ou un mélange eutectique de diphényle et d'oxyde de diphényle qu'on peut se procurer dans le commerce sous le nom de a DOW- thern s. Ce fluide de chauffage est maintenu à une température supérieure au point de sublimation des vapeurs pénétrant dans l'enveloppe 1. Ainsi une condensation quelconque des vapeurs ne peut se pro- duire sur la surface à l'endroit du conduit d'admission 17 autour des extrémités supérieures des racloirs ou encore dans les passages 7a, 7b, 8a et 8b.
Afin d'empêcher qu'il se produise une conden- sation sur les arbres 5. et 6, les racloirs s'étendent jusqu'au-dessus de l'orifice du conduit 15.
Deux chemises de refroidissement 21 et 22 sont portées extérieurement par l'enveloppe 1, leurs ex trémités supérieures se trouvant à faible distance en dessous des chemises 16 et 17 et elles s'étendent vers le bas jusqu'à un point situé un peu au-dessus des extrémités inférieures des racloirs 7 et 8. Les chemises 21 et 22 comportent des conduites 23 et 24 d'admission de fluide de refroidissement situées respectivement aux extrémités inférieures de ces chemises et des conduites de sortie 25 et 26 situées aux extrémités supérieures de celles-ci. Les chemises 21 et 22 sont réalisées en sections, qui sont séparées les unes des autres par des plaques de renforcement 27.
Des petits conduits de communication 28 traversent les plaques de renforcement à l'extérieur de la structure principale des chemises, de manière à assu- rer un trajet continu pour le fluide de refroidissement à travers les chemises. Le fluide de refroidissement peut être de l'eau, par exemple.
Il est important que les racloirs 7 et 8 s'étendent jusqu'en dessous des chemises de refroidissement 21 et 22, de manière à empêcher une condensation sur une surface non raclée quelconque de la face interne de 1'enveloppe 1.
Les arbres 5 et 6, qui portent les racloirs, traversent la plaque terminale 3 et ensuite deux manchons 28'et 29, et ces arbres tournent dans la plaque de support 9 par l'intermédiaire de roulements à billes 30. Au-dessus de ces roulements à billes, les arbres 5 et 6 portent les pignons 10 et 11 au moyen desquels ils sont entraînés à partir du pignon 12 porté par l'arbre d'entraînement 13.
Les roulements à billes 30 constituent à la fois des paliers de guidage et des roulements-butées qui supportent la totalité du poids des arbres 5 et 6 et de leurs racloirs 7 et 8 qui y sont associés. Ces arbres sont également guidés par des paliers de guidage 31 situés dans la plaque terminale 3 ainsi que par des paliers de guidage inférieurs 32 qui sont montés sur une traverse 33 fixée sur une barre 34 placée en travers du caisson cylindrique 14 en dessous des ra cloirs 7 et 8. Les paliers de guidage 31 sont surmontés par des presse-étoupe 31a.
Le caisson 14 pour le condensat comporte une canalisation de sortie 35 aboutissant à une pompe 36 au moyen de laquelle on soutire les vapeurs non condensées. Le caisson 14 comporte une porte 37 par laquelle on peut enlever la matière condensée.
Le condenseur décrit étant assez long, du moment qu'il est destiné à condenser les vapeurs pénétrant dans 1enveloppe à une température très élevée et qu'elles doivent être sensiblement refroidies avant de quitter celle-ci, afin de se condenser sensiblement en entier, les racloirs sont constitués par des sections, comme représenté sur les fig. 7 à 9. Le racloir 7 comprend trois sections 7c, dont lune est repré- sentée en coupe longitudinale sur la fig. 9. Chaque section 7c est constituée par un moulage comportant des passages centraux 38 obtenus par noyautage et destinés à recevoir l'arbre 5, ainsi que des passages latéraux 39 et 46 réalisés également par noyautage. Dans les deux sections 7c inférieures, les passages 39 et 46 servent simplement à réduire le poids du racloir.
Ces passages sont fermés à leurs extrémités par des obturateurs 41, de sorte que la matière en cours de condensation ne peut pas y péné- trer. Dans la section supérieure 7c, les passages 7a et 7b sont percés de manière à déboucher dans les passages 39 et 46, de sorte que ces passages font partie des passages 7a et 7b. Les passages 39 et 46 situés dans la section supérieure 7c sont fermés par des obturateurs situés au-dessus et en dessous des passages 7a et 7b.
Le tracé géométrique du contour des sections des racloirs 7 et 8 est représenté sur la fig. 5. Chacun des racloirs comporte deux surfaces curvilignes.
Le rayon de courbure R de chaque surface curviligne est égal à la distance D comprise entre les axes de rotation des racloirs 7 et 8. Sur chaque racloir, les centres de courbure des deux surfaces curvilignes sont situés à des points diamétralement opposés l'un de l'autre et sur la périphérie du cercle, délimité par la trajectoire de rotation des arêtes des racloirs.
Le diamètre ou grand axe a de la section de chacun des racloirs est égal à Ri/2. L'épais- seur b ou petit axe de chaque racloir est égale à (V-2--I) a ou 0, 4142. a. La distance D est égale à la demi-somme du grand axe et du petit axe, soit (+). Comme indiqué, R est égal à D et, par CT/2 construction, il est également égal à---. Le rayon intérieur de chacun des segments circulaires du boîtier ou enveloppe est approximativement égal à a/2.
Dans ces conditions, les arêtes des racloirs raclent de façon efficace les surfaces internes de l'enveloppe 1 et elles raclent également leurs propres surfaces externes.
La fig. 6 représente un des racloirs 42 d'une variante et dont le contour est légèrement différent de celui des racloirs 7 et 8. Chaque racloir 42 comporte une encoche ou cavité incurvée 43a pratiquée dans la face d'attaque de chacun de ses bords de raclage. Cette disposition donne une forme effilée aux arêtes d'attaque des racloirs, ce qui réduit toute tendance de ces arêtes a écraser la matière condensée au lieu de la racler, ce qui diminue les exigences d'éner- gie de cette variante du condenseur. Le condensat peut avoir légèrement tendance à s'accumuler dans s les encoches 42a, mais en général il est balayé effectivement par des particules solides de condensat qui sont détachées en avant de l'arête d'attaque du racloir.
Evidemment les racloirs ayant le contour représenté sur la fig. 6 ne peuvent être utilisés que dans un seul sens de rotation, comme indiqué par la flè- che. Dans le cas du condenseur des fig. 1 à 6, le sens de rotation des racloirs peut être inversé périodiquement.
Installation for condensing vapors which condense directly in the solid state
The present invention relates to an installation for condensing vapors which condense directly in the solid state, for example aluminum trichloride (AlCl) vapors "comprising a condenser having an elongated envelope comprising two circular cylindrical lobes of the same radius. and whose section has a contour extending over more than half a circumference, an elongated scraper extending coaxially in each of the lobes and having, in cross section, a lenticular shape, the major axis of which has a length substantially equal to the diameter of the lobe and which is delimited by two arcs of a circle with a radius equal to the distance between the axes of the scrapers,
a mechanism causing the scrapers to rotate in the same direction in an angular ratio such that the major axes of their transverse sections make a constant 90o angle between them, the whole so that the edges of each scraper scrape the inner surface of the corresponding lobe of the casing and the side surfaces of the other scraper, installation characterized in that the condenser is arranged vertically, and that the casing has a vapor inlet duct at its upper end, the scrapers being provided openings extending transversely through them, to allow vapors to pass through these openings from one side of the scrapers to the other side inside the casing,
which carries on the outside in the vicinity of the inlet duct a heating jacket and below the latter a cooling jacket, an outlet duct for the non-condensed vapors and a box for the condensate, being arranged at the end of the condenser.
The appended drawing shows, by way of example, an embodiment of the installation according to the invention, as well as certain variant details.
Fig. 1 is a view, partly in section through
I-I of fig. 2 and in elevation, with certain parts cut away, of the condenser of this embodiment.
Fig. 2 is a plan view of the condenser shown in FIG. 1.
Fig. 3 is a sectional view taken by ICI-TIR of FIG. 1.
Fig. 4 is a sectional view taken by IV-IV in FIG. 1.
Fig. 5 is a schematic view showing the geometric traces of the sections of the casing and of the two scrapers.
The installation shown has a condenser comprising an elongated casing 1 comprising two circular cylindrical lobes, 1a and 1b, of the same radius and the section of which has a contour extending over more than half a circumference. The envelope 1 is arranged vertically. The upper end of the casing carries a flange 2 welded to its periphery. A cover plate 3 is mounted on the flange 2 by means of bolts 4; for example. The cover plate 3 supports two vertical shafts 5 and 6 which extend down the entire length of the envelope 1.
Two scrapers 7 and 8 are mounted on shafts 5 and 6. Each scrapers has in cross section the shape of a lens, the long axis of which has a length approximately equal to the diameter of the lobe and which is delimited by two circular arcs of radius. equal to the distance separating the axes of shafts 5 and 6, coaxial with lobes 1a and 1b. The angular position of the scraper 7 is constantly offset by 900 from the angular position of the scraper 8.
The shafts 5 and 6 extend upwards through the plate 3 as well as another support plate 9. Above the plate 9, the shafts 5 and 6 respectively carry the pinions 10 and 11, both in taken with a pinion 12 carried by a shaft 13 driven by a motor, not shown. Thus the two shafts 5 and 6 turn in the same direction.
As the scrapers 7 and 8 rotate, their edges continuously scrape the inner faces of the lobes 1a and 1b. In addition, the edges of the scraper 8 intermittently scrape and clean the lateral faces of the scraper 7, and vice versa. Consequently, no solid material deposited either on the internal face of the casing 1 or on the side face of the scrapers 7 and 8 can remain there, and it falls through the space between the casing 1 and the scrapers. to arrive in a cylindrical box 14 disposed at the lower end of the condenser.
The vapor which is to be condensed enters the casing through an inlet duct 15, located at the rear thereof. The intake duct 15 opens into the middle part of the rear face of the casing 1. At the same level as the orifice of this intake duct 15, the scrapers 7 and 8 have passages 7a, 7b and 8a, 8b , respectively extending transversely through them (Figs. 4 and 7). These passages allow incoming vapors to pass through the scrapers and down through the casing flowing along all side faces of the rotary scrapers. Thus no differential pressure arises on any of the side faces of the scrapers.
The casing 1 carries on the outside, at the same level as the intake duct 15, two liners 16 and 17 each embracing a lobe. These jackets serve as heating jackets, their heating fluid supply being ensured by an inlet pipe 18, an outlet pipe 19 and a connection pipe 20 in the form of a.
U which joins the front ends of the two shirts.
The inlet pipe 18 is supplied with a heating fluid which can be for example superheated steam or a eutectic mixture of diphenyl and diphenyl oxide which can be obtained commercially under the name of a DOW- thern s. This heating fluid is maintained at a temperature above the point of sublimation of the vapors entering the casing 1. Thus any condensation of the vapors cannot occur on the surface at the location of the inlet duct 17 around the tubes. upper ends of the scrapers or in the passages 7a, 7b, 8a and 8b.
In order to prevent condensation from occurring on shafts 5 and 6, the scrapers extend above the orifice of duct 15.
Two cooling jackets 21 and 22 are carried on the outside by the casing 1, their upper ends being a short distance below the jackets 16 and 17 and they extend downwards to a point situated a little above. above the lower ends of the scrapers 7 and 8. The liners 21 and 22 comprise cooling fluid inlet conduits 23 and 24 located respectively at the lower ends of these liners and outlet conduits 25 and 26 located at the upper ends of those. -this. The liners 21 and 22 are made in sections, which are separated from each other by reinforcing plates 27.
Small communication conduits 28 pass through the reinforcing plates on the outside of the main structure of the liners, so as to provide a continuous path for the coolant through the liners. The coolant can be water, for example.
It is important that the scrapers 7 and 8 extend to below the cooling jackets 21 and 22, so as to prevent condensation on any unscraped surface of the inner face of the casing 1.
The shafts 5 and 6, which carry the scrapers, pass through the end plate 3 and then two sleeves 28 'and 29, and these shafts rotate in the support plate 9 by means of ball bearings 30. Above these ball bearings, the shafts 5 and 6 carry the pinions 10 and 11 by means of which they are driven from the pinion 12 carried by the drive shaft 13.
The ball bearings 30 constitute both guide bearings and thrust bearings which support the entire weight of the shafts 5 and 6 and of their scrapers 7 and 8 associated therewith. These shafts are also guided by guide bearings 31 located in the end plate 3 as well as by lower guide bearings 32 which are mounted on a cross member 33 fixed on a bar 34 placed across the cylindrical box 14 below the rack. 7 and 8. The guide bearings 31 are surmounted by stuffing boxes 31a.
The box 14 for the condensate comprises an outlet pipe 35 leading to a pump 36 by means of which the non-condensed vapors are withdrawn. The box 14 has a door 37 through which the condensed material can be removed.
The condenser described being quite long, as long as it is intended to condense the vapors entering the envelope at a very high temperature and that they must be substantially cooled before leaving the latter, in order to condense substantially entirely, the vapors. scrapers are formed by sections, as shown in fig. 7 to 9. The scraper 7 comprises three sections 7c, one of which is shown in longitudinal section in FIG. 9. Each section 7c is formed by a molding comprising central passages 38 obtained by coring and intended to receive the shaft 5, as well as lateral passages 39 and 46 also produced by coring. In the two lower sections 7c, the passages 39 and 46 simply serve to reduce the weight of the scraper.
These passages are closed at their ends by shutters 41, so that the material being condensed cannot enter them. In the upper section 7c, the passages 7a and 7b are drilled so as to open into the passages 39 and 46, so that these passages form part of the passages 7a and 7b. The passages 39 and 46 located in the upper section 7c are closed by shutters located above and below the passages 7a and 7b.
The geometric outline of the sections of the scrapers 7 and 8 is shown in fig. 5. Each of the scrapers has two curvilinear surfaces.
The radius of curvature R of each curvilinear surface is equal to the distance D between the axes of rotation of the scrapers 7 and 8. On each scraper, the centers of curvature of the two curvilinear surfaces are located at points diametrically opposed to one of the other and on the periphery of the circle, delimited by the trajectory of rotation of the edges of the scrapers.
The diameter or major axis a of the section of each of the scrapers is equal to Ri / 2. The thickness b or minor axis of each scraper is equal to (V-2 - I) a or 0, 4142. a. The distance D is equal to the half-sum of the major axis and the minor axis, ie (+). As stated, R is equal to D and, by CT / 2 construction, it is also equal to ---. The interior radius of each of the circular segments of the housing or envelope is approximately equal to a / 2.
Under these conditions, the edges of the scrapers effectively scrape the internal surfaces of the casing 1 and they also scrape their own external surfaces.
Fig. 6 shows one of the scrapers 42 of a variant, the outline of which is slightly different from that of the scrapers 7 and 8. Each scraper 42 has a notch or curved cavity 43a formed in the leading face of each of its scraping edges. This arrangement gives a tapered shape to the leading edges of the scrapers, which reduces any tendency for these edges to crush the condensed material instead of scraping it, thus reducing the energy requirements of this variant of the condenser. Condensate may have a slight tendency to collect in notches 42a, but in general it is effectively swept away by solid particles of condensate which are loosened ahead of the leading edge of the scraper.
Obviously the scrapers having the outline shown in FIG. 6 can only be used in one direction of rotation, as indicated by the arrow. In the case of the condenser of fig. 1 to 6, the direction of rotation of the scrapers can be periodically reversed.