Brevet FR2027520A1 — publié le 19701002

, 1 2027520 Cette invention concerne les grands réacteurs de polymérisation continue de matière en vue d'obtenir des polymères hautement visqueux, et elle concerne spécialement un réacteur du type qui nécessite une bonne agita-5 tion et un bon chauffage au cours de la polymérisation. Comme réacteurs traditionnels, soumis au traitement d'un polymère hautement visqueux, on utilise couramment, soit un réacteur du type à agitation à vis sans fin avec tube de circulation interne, soit un réacteur du 10 type à agitation à hélice ou à ruban sans tube de circulation, soit un réacteur du type à agitation à hélice ou à ruban et à raclage en surface avec tube de circulation. Cependant, les deux premiers types ne peuvent être utilisés de façon adéquate comme réacteurs 15 soumis au traitement de matières particulières dont la viscosité s'accroît rapidement avec l'avancement de la polymérisation, à cause d'une surface d'échange de chaleur limitée et d'une possibilité d'agitation réduite. D'un autre côté, le troisième 20 type, le type à agitation à hélice ou à ruban et à grattage de surface avec tube de circulation, présente une bonne efficacité d'échange de chaleur dans le traitement de matériau à haute viscosité, par ce que l'agitateur à hélice ou à ruban, dans le tube à circulation interne, fait circuler le matériau et le déplace 25 efficacement, et par ce qu'une série de palettes disposées dans l'espace annulaire entre la paroi interne du réacteur et la paroi externe du tube à circulation maintiennent les deux parois propres par leur action de raclage. Néanmoins, un réacteur de ce 30 type présente aussi les inconvénients de devoir être plus long pour obtenir une large surface d'échange de chaleur dans les conditions d'un volume limité du réacteur et un bon mélange du matériau malgré l'absence de rubans ou d'hélices dans l'espace annulaire. 35 D'autre part, les palettes qui tournent dans l'espace annulaire précité, en gardant un petit espace avec la paroi externe du tube à circulation, doiveîit être actionnées par une force non équilibrée provenant d'une pressic inégale de la matière intérieure, de telle sorte que lragitateur kO à hélice ou à ruban qui est connecté, dans le tube à circulation, 69 34334 2 2027520 aux palettes par l'intermédiaire des leviers d'entraînement, pourra souvent osciller, ce qui a un effet défavorable sur l'agitation et le mélange du matériau. i Le réacteur de l'invention 5 est caractérisé- en ce qu'il comprend un récipient cylindrique, une jaquette de chauffage entourant le récipient, un tube à circulation annulaire concentrique au récipient, un agitateur à * " - hélice à ruban placé dans l'espace cylindrique intérieur du tube, son bord,extérieur opposé à la paroi interne du tube ménageant 10 un petit ? espace, et plusieurs agitateurs externes, au moins l'un d'entre eux étant une hélice à ruban à pas inverse de celle de l'espace intérieur, placée dans l'espace annulaire entre le récipient et le tube à circulation, de telle sorte que les bords internes ou externes des agitateurs soient opposés aux parois du 15 récipient ou du tube à circulation, en ménageant un petit espace. t La présente invention élimine ain les désavantages des réacteurs traditionnels et permet de réaliser des réacteurs plus grands et plus efficaces pour le traitement de matériaux hautement visqueux. 20 La description se rapporte à des exemples de réalisation représentés aux dessins annexés dans lesquels : - Les figures 1 et 2 sont des vues perspectives fragmentaires montrant les structures inter- 25 nés et les réalisations préférées de l'invention. - La figure 3 est une vue de détails de la palette de raclage du réacteur, montré à la figure 2. - ' ' - La figure 4- est une vue en 30 coupe transversale suivant la ligne 4-4 de la figure 3- Dans les dessins, le tube.à circulation 2 qui est un cylindre creux est fixé concentrique-ment avec le récipient 1. Un fluide de chauffage ou de refroidissement tel que de la vapeur, -trémités supérieures des bosses 6, 6' sont fixées par soudage 40 respectivement aux bras supérieurs 7, 7 * • Les hélices à ruban . - 69 34334 3 2027520 rigides 8 et 9 sont placées dans l'espace annulaire entre la paroi externe du tube à circulation 2 et la paroi interne du tube 2 et avec un. enroulement inverse de celui de l'hélice à ruban 5 dans l'espace interne 2. 5 L'hélice 8 est, faite de telle sorte que le bord interne s'appuie sur les barres verticales 10 et 10' solidaires des deux extrémités du bras supérieur 7 à leurs sommets et en ménageant un petit espace libre entre le bord externe de l'hélice 8 et la paroi interne du récipient 1. 10 De la même manière l'hélice à ruban 9 est montée de telle sorte que le bord extérieur s'appuie sur les barres verticales 11 et 11' solidaires des deux extrémités du bras supérieur 7' à leurs sommets et en ménageant tin petit espace entre le bord interne de l'hélice 9 et la paroi externe du tube à circulation 2. L'ar-15 bre de transmission 12 est fixé au point de croisement des bras transversaux 7, 7' et se prolonge jusqu'à la source de mouvement, non montrée dans les dessins, à travers le trou du couvercle supérieur du récipient 1; En faisant tourner l'axe 12 dans un sens quelconque, les bras transversaux 7S 7'3 les barres de 20 soutien 6, 6', 10, 10', 11 et 11' et les hélices à ruban 5., 8 et 9i qui sont solidement assujétis à l'axe 12, tournent de manière synchronisée» Le réacteur a également une entrée 13 pour l'alimentation en matières, deux sorties à travers le couvercle supérieur du récipient (non montré) et à travers la jaquette 25 chauffante l4 qui entoure toute la paroi externe du récipient 1. Dans de tels réacteurs, les matières à traiter sont introduits par l'entrée du bas 13 et elles s'avancent dans l'espace interne du tube 1 par le mouvement de l'hélice à ruban 5» Durant le parcours dans l'espace 30 interne, les matières sont mélangées et soulevées de telle sorte que la réaction de polymérisation se développe. Puis les matières retournent vers le bas à la sortie supérieure de 1 espace interne pour descendre à travers l'espace annulaire entre le récipient 1 et le tube à circulation 2 sous l'action de trans-35 port et de mélange des hélices à ruban 8 et 9 enroulées "dans le sens contraire à celui de l'hélice 5 du tube à circulation 2» Etant parvenus au fond du récipient, les matières sont mélangées avec des matières fraîches qui sont introduites dans le récipient 1 à travers l'entrée 13 et elles montent à nouveau à tra-40 vers l'espace interne cylindrique du tube 2 de la manière décri- 34334 4 2027520, te auparavant. Après que l'on ait répété de telles circulations des matières dans le récipient 1, une partie du produit a atteint un degré souhaitable de polymérisation et est enlevée par les sorties supérieures pour être traitée par l'opération suivante. 5 Au cours de la polymérisation, la température du système de la réaction inévitablement à cause de la chaleur de réaction, de telle sorte que le contrôle convenable de la température, par chauffage ou réfrigération; devra être assuré comme nécessaire à une bonne polymérisation. 10 Le réacteur conforme à l'in vention, minimise l'abaissement d'efficacité de transfert de chaleur causé par le dépôt et l'adhérence des matériaux sur les surfaces d'échange de chaleur, par ce qu'il ne possède pas seulement des surfaces de chauffe plus importantes résultant du 15 fait qu'il possède deux jaquettes d'échange de chaleur concentriques et cylindriques9 qui sont le tube à circulation 2 et la j"aquette extérieure 14, mais aussi du fait que les hélices à ruban qui remplacent constamment la matière proche des surfaces d'échange de chaleur par une action de raclage des bords "qui 20 font face aux surfaces d'échange de chaleur avec un petit espace. Les figures 2, 3 et 4, montrent une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle l'hélice à ruban interne 9 qui est en face de la paroi externe du tube à circulation 2 du réacteur dans la figure 1, est rem-25 placée par la palette de raclage 15» On notera que la palette de raclage de cette réalisation possède une série de trous espacés l6 au long de la ligne verticale de sa surface de telle sorte que las matières puissent y passer librement et réduisent ainsi la résistance opposée par la matière en mouvement. 30 De plus, cette palette de raclage assure un meilleur effet de raclage pour la surface d'échange de chaleur que les palettes traditionnelles par ce que son extrémité fait face à la paroi extérieure du tube à circulation avec un angle aigu, comme il est montré dans la figure 4, 35 afin de racler efficacement les matières qui adhèrent à la surface d'échange de chaleur. Dans des réacteurs tels que montrés dans la figure 2, une oscillation latérale de l'hélice à ruban 5 dans l'espace interne du tube de circulation peut dif-40 ficilement se produire, parce qu'un travail moins important est 69 34334 > 2027520 demandé aux bras 7 et 71 du fait qu'ils supportent l'hélice à ruban 8 dans l'espace annulaire aussi bien que du fait de la moindre résistance opposée par la palette de raclage. Comme décrit en détail ci-avant, 5 le réacteur de l'invention est caractérisé par sa structure qui consiste principalementen un-récipient cylindrique, une jaquette d'échange de chaleur tout autour de la paroi extérieure du récipients un tube à circulation annulaire placé de manière concentrique au récipient, une hélice à ruban interne comme agitateur, ÏÛ placée dans l'espace cylindrique interne du tube, de telle sorte que son bord le plus externe soit opposé à la paroi interne du tube à circulation, tout en ménageant un petit espace, et plusieurs agitatéurs du type à hélice à ruban, enroulés en sens opposé à l'agitateur dans l'space interne comme montré dans la 15 figure 1, ou la combinaison d'un type d'hélice à ruban et d'un type de palette de raclage, comme il est montré dans la figure 2, placée* dans l'espace annulaire entre le récipient et le tube à circulation de telle sorte que les bords des agitateurs soient opposés à la paroi'interne du récipient et à la paroi externe 20 du tube à circulation, tout en ménageant un petit espace. Dans la marche de ce réacteur, les efficacités de mélange et de transfert pour les matières traitées dans le récipient sont beaucoup accrues en comparaison avec les réacteurs traditionnels car il ne possède pas seulement 25 une hélice à ruban comme agitateur dans l'espace interne entouré du tube à circulation, mais aussi plusieurs agitateurs à hélice à ruban et un agitateur de type à palette raclante dans l'espace annulaire entre le récipient et le tube à circulation, dont les performances de mélange et de transport ne sont jamais 30 inférieures à celles de l'agitateur dans l'espace interne, et dont on peut attendre une circulation plus régulière des matières dans le récipient. Spécialement, les performances de mélange et de transport de ce réacteur ne baisseront pas même 35 si le récipient était réalisé plus large et plus long pour augmenter l'échelle de sa capacité, afin qu'une meilleure réaction de polymérisation soit produite. On notera que le réacteur de l'invention a un autre grand avantage en ce sens que l'agitateur 69 34334 e 2027520 à hélice à ruban dans l'espace cylindrique intérieur du tube ne cause pas d'oscillation latérale dont il faudrait tenir compte avec beaucoup de phénomènes indésirables pour la réalisation de la polymérisation. 5 Comme exigence normale de la conception, on augmentera la longueur de l'agitateur à hélice à ruban placée dans l'espace interne du tube avec l'accroissement de sa capacité, ce qui sera capable de causer une oscillation latérale comparativement grande par de légèrs mouvements des 10 bras supérieurs pour le supporter. On devra contrôler ladite oscillation latérale de manière à la rendre aussi faible que possible pendant le travail du réacteur, car elle sera accompagnée de beaucoup de phénomènes indésirables pour la réaction de 15 polymérisation tels qu'une augmentation de la consommation pour la rotation de l'agitateur, une diminution des performances de mélange et de transport de l'agitateur, une coloration nuisible du produit etc ..., en raison du contact de pression du bord de la spirale de l'agitateur avec la paroi interne du tube de cir-20 culation. L'invention résout efficacement ce problème grâce à la prévision, à côté de l'agitateur à hélice à ruban dans le tube à circulation, d'au moins un agitateur à hélice à ruban dans l'espace annulaire entre la paroi du 25 récipient et le tube à circulation, de sorte que les bords internes ou externés de l'agitateur soient en opposition avec les parois du récipient ou du tube à circulation en ménageant un petit espace. En d'autres mots, une résistance du fluide inégale opposée à l'agitateur dans l'espace annulaire sera bien réduite 30 en les arrangeant de la manière décrite ci—dessus, par ce qu'elle sera efficacement absorbée par lesdits agitateurs à spirale allongée qui s'étendent le long de toute la longueur des parois interne et externe de l'espace annulaire, de telle sorte que l'agitateur interne du tube à circulation, connecté avec celui 35 de l'espace annulaire par l'intermédiaire des bras de support supérieurs,ne puisse que rarement osciller en tenant compte d'une petite force de réaction de leur port. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et re- . %G présentés, pour lesquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 69 34334 7 2027520 REVENDICATIONS 1°) Réacteur pour matières à haute viscosité, notamment pour la polymérisation, caractérisé en ce qu'il comprend un récipient cylindrique, une jaquette de 5 chauffage entourant le récipient, un tube à circulation annulaire concentrique au récipient, un agitateur à hélice à ruban placé dans l'espace cylindrique intérieur du tube, son bor extérieur opposé à la paroi interne du tube ménageant un petit espace, et plusieurs agitateurs externes, au moins l'un d'entre eux étant 10 une hélice à ruban à pas inverse de celle de l'espace intérieur,, placée dans l'espace annulaire entre le récipient et le tube à circulation, de telle sorte que les bords internes ou externes des agitateurs soient opposés aux parois du récipient ou du tube à circulation, en ménageant un petit espace. 15 2°) Réacteur suivant la re vendication 1, caractérisé en ce que plusieurs agitateurs, comprennent des hélices à ruban à pas inverse de celle de l'espace interne, de telle manière que le bord externe de l'une des hélices et le bord interne de l'autre soient opposés aux parois 20 du récipient et du tube à circulation, en ménageant un petit espace. 3°) Réacteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits agitateurs externes, au nombre de plusieurs, comprennent une hélice à ruban de pas 25 inverse de celui de l'espace interne,' un agitateur du type à palette de raclage étant monté de telle manière que le bord interne ou externe fasse face à la paroi du récipient ou du tube à circulation en ménageant un petit espace.