Masse calorifuge de protection des parois des enceintes où s'accomplissent des
réactions i, OUS haute pression et à température élevée.
L'objet (le l'invention est une masse calorifuge de protection des parois des en- ceintes où s'accomplissent des réactions sous haute pression et à température élevée.
Cette masse comporte au moins un corps de mauvaise conductibilité thermique, liquide au moins aux hautes températures, neutre par rapport aux corps en présence, et à tension de vapeur faible.
On sait que dans les enceintes où se réalisent des réactions à haute température et sous forte pression, par exemple dans celles destinées à la synthèse de l'ammoniaque, il est de la plus grancle importance que la paroi qui doit résister à la pression, ne soit soumise qu'à une température assez basse pour qu'elle conserve la résistance mé canique nécessaire et qu'elle résiste en mme temps à l'action nuisible des gaz avant ou après réaction. Ceci est particulièrement important quand on opère sous les très hautes pressions de l'ordre de 400 à 2000 atmosphères dénommées"hyperpressions".
A cet effet, on a proposé de séparer la paroi de l'enceinte résistante, de la chambre où s'accomplit la réaction et qui est en général située à l'intérieur de 1'enceinte, par des couches de matières calorifiquement isolantes connues ; on crée ainsi, entre la chambre de réaction et la paroi ci-dessus, une résistance au passage de la chaleur qui permet de maintenir cette paroi à la basse température désirée lorsqu'on refroidit suf- fisamment sa surface extérieure. Mais les matières mauvaises conductrices jusqu'ici employées présentent des inconvénients. Les unes, comme le verre, l'émail. ne peuvent avoir l'épaisseur voulue sans donner de grands mécomptes par leur fragilité, par les différences de dilatation etc.
D'autre part. les substances qui doivent dans les circonstances ordinaires, leur mauvaise conducti- bilité thermique à leur porosité, comme le sable, l'amiante, ont cette propriété très atténuée par le fait que les gaz comprimés. notamment l'hydrogène, remplissent leurs espaces vides et deviennent ainsi extrme- ment conducteurs de ! a chaleur, surtout aux énormes pressions, dites hyperpressions.
La masse suivant l'invention peut se composer d'un ou de plusieurs corps répondant à la condition cl'tre liquides aux hautes températures développées dans la chambra de réaction et qui peuvent d'ailleurs tre à l'état solide a la température ordinaire.
Si l'on emploie un chlorure métallique fusible, il peut tre utilisé seul. On peut empcher alors la production par la chaleur de mouvements de convection dans ce liquide, qui diminueraient son efficacité iso lante, en l'immobilisant, par exemple par un corps solide, de préférence à l'état de poudre. Ce corps peut tre poreux ou non, à condition qu'il soit de mauvaise eondue tibilite thermique et ne soit attaquable ni par le liquicle ni par les corps en présence.
A cet effet, on peut, par exemple, utiliser le sable, l'oxyde de fer magnétique sous la forme très compacte fournie par les apparails coupeurs de fer ou de l'acier par l'oxy- g'ène. Le mélange avec le liquide est fait à l'ébat de ptite ou de bouillie dont on remplie complètement l'espace situé entre la paroi intérieure de l'enceinte supportant la pression et la chambre de réaction.
La protection thermique ainsi réalisée peut tre complétée par une protection chi- mique au cas où l'un au moins des gaz réagissants ou produits serait soluble clans le liquide employé. En effet, ce gaz après avoir Iraver & élentement par diffusion la puroi très chaude qui le sépare du liquide. et s'tre dissous dans celui-ci, pourrait at tc-in (l. re la paroi intérieure supportant la pression et l'attaquer si la température est encore suffisamment élevée.
Pour remédier à cet inconvénient, on peut introduire dans] a paroi liquide ou par tiellement liquide, une ou plusieurs subs- tances capables d'absorber les gaz, soit physiquement. soit chimiquement. sous une forme non susceptible de nuire au métal extérieur. On peut, par exemple, dans la fabrication de l'ammoniaque synthétique se servir cl une paroi remplissant ce double r " Ie de protection thermique et chimique, et composée'de soude caustique fondue contenant une certaine quantité de litharge, qui transforme l'hydrogène en eau, laquelle est retenue par la soude et serait. en tous cas inoffensive pour la paroi.
Comme immobilisant de ce liquide on peut., par exemple, employer le coke ou la magnésie en poudre.
Une paroi de matière ainsi constituée agit comme protection de trois façons : 1 Thermiquement pour réduire la tempé- rature supportée par la paroi de l'enceinte de réaction : 2"Mécaniquement pour em- pcher les gaz reagissants ou produits d'ar- river directement au contact de la paroi de l'enceinte et de l'attaquer, et enfin 3 Chimi- quement en absorbant ceux de ces gaz réagissants ou produits qui sans cela pourraient parvenir jusqu'à la paroi intérieure de l'enceinte.
11 est assez difficile de trouver des corps qui restent fusibles à la température assez basse à lacTuelle ils peuvent tre soumis. On peut avantageusement employer certains mélanges eutectiques qui fondent à des tem pératures notablement plus basses que leurs constituants Dans la fabrication synthétique cle l'ammoniaque, on peut, par exemple, enn- ployer un mélange à poids à peu près égaux de soude et de potasse caustiques qui fond à 200 degrés C environ. Ce mélange peut tre immobilisé par l'oxyde de fer magnétique dont il a été parlé plus haut et qui constitue par lui-mme une substance ea pable d'arrter chimiquement, l'hydrogène dissous dans le liquide.
Dans ce qui précède, on a indiqué que, pour diminuer les mouvements de liquide par convection. on emploie des solides inl- mobilisant celui-ci : on réalise ainsi une viscosité artificielle. On pourrait aussi employer des liquides visqueux par eux-mmes : cependant, comme il est difficile de trouver des liquides qui restent, visqueux dans le grand intervalle de. températures imposé, on peul employer au lieu d'un seul liquide, une succession de plusieurs liquides visqueux convenables qui se superposent par ordre do densité. Toutefois il est pratiquement plus commode d'employer les mé- langes de liquides et solides dont il a été parlé précédemment.
Le dessin annexe montre, à titre d'exem- ple, une manière de pourvoir un appareil d'une paroi en matière calorifuge et de protection.
Dans cet appareil, la réaction s'effectue dans un tube. par exemple en acier, contenant vers sa partie inférieure une substance catalysante ; celle-ci est entourée par un dispositif électrique de chauffage. S ser valut à amorcer ou à entretenir 1a réaction La chambre catalysante se prolonge par la partie n, garnie, par exemple, d'amiante, (mi agit comme échangeur de températures.
Les gaz devant réagir arrivent par un orifice la. teral place 1'extrémit. e cle 1'echangeur,' passent, en descendant autour de celui-ci, puis arrivent au bas du tube en A1, parcourent en sens inverse le catalyseur puis l'in- térieur de l'échangeur pour s'échapper par l'orifice/).. La paroi en matière calorifuge et de protection A'est maintenue intérieurement par une enveloppe métallique 7 ? : le joint M assure l'étanchéité au liquide à la partie inférieure du tube.
Les gaz devant réagir arrivant à l'appa- reil à la température ordinaire, la paroi de 1'ceinte au voisinage de cette arrivée n'est pas soumise à une température suffisante pour en amener la détérioration thermique ou chimique ; il est done inutile de faire ar- river le liquide protecteur. jusqu'à cette ré- gion et il suffit d'arrter son niveau au point où la température devient nuisible pour la paroi. Le corps de mauvaise conclue iibilite est choisi naturellement tel qu'il est liquide ou qu'il fond à une température inférieure à la température en question.
On peut incliner l'appareil, comme cela est figuré au dessin, de manière que le eôté d'ar- rivée des gaz soit plus élevé que l'autre et on effectue le remplissage de la chambre contenant la matière K jusqu'au niveau N où règne en régime normal une température suffisante pour que le liquide se maintienne il 1 état fondu, mais assez basse pour que la paroi située au-dessus de ce niveau N puisse
rester nue sans crainte d'attaque chimique
ou thermique.
Dans le cas de 1'emploi de plusieurs li-
guides visqueux, dont il a été parlé plus
haut, le liquide le moins fusible irait, par
exemple, de O à L ; le plus fusible, qui doit
tre le moins dense, dans le dispositif du
dessin, irait de L en N.