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.