Brevet FR2193650A1 — publié le 19740222

L'invention concerne la préparation de mélanges gazeux de can- position déterminée, à partir d'un composé liquide à la température ordinaire, et ayant un point d'ébullition peu élevé, et du gaz carbonique. L'invention concerne en particulier des mélanges de gaz carbonique et d'une amine, notamment une amine tertiaire, mélanges qui peuvent être utilisés comme catalyseur de polymérisation. Pour préparer de tels mélanges d'un liquide et de gaz carbonique, il est nécessaire de vaporiser le liquide, par exemple par barbottage, mais dans le cas où on choisit une amine liquide à la température ordinaire, la vaporisation par barbottage d'air com de porte le risque onner des mélanges explosifs. Selon une autre to* nique connue, on réalise la pulvérisation du liquide. Cette technique est d'une mise en oeuvre délicate, par le choix de la finesse des gouttelettes et, de plus, onéreuse, par la mise au point d'un gicleur convenable. On sait aussi que la plupart des amines sont dangereuses pour la santé au delà d'un taux fixé par la loi, de plus, même en deçà de ce taux, elles ne sont tolérées qu'avec peine, aussi il est souhaitable d'éviter leur manipulation par des moyens non automatiques. La demanderesse a mis au point un appareil qui permet d'obtenir à partir d'un composé liquide à la température ordinaire et ayant un point d'ébullition peu élevé, notamment une amine teriiaiz## et à partir d'anhydride carbonique gazeux, un mélange gazeux dans lequel le rapport des constituants peut être choisi et maintenu à la valeur choisie. On sait que le rapport en poids des constituants gazeux est le même que le rapport de leurs pressions. On peut régler facilement la pression de détente du gaz carbonique fourni sous pression élevé, et la pression de vapeur du composé liquide étant une fonction de la température du liquide, on peut régler cette pression par tout moyen de réglage de la température. L'appareil de l'invention permet un double contrôle de ce rap port. Il comporte un récipient fermé comportant un moyen d'introduction du composé liquide, un moyen de régulation du niveau du liquide dans ledit récipient, à une hauteur inférieure à celle du récipient, de manière à ce que le liquide soit surmonté d'une phase gazeuse, un moyen permettant de régler la température du liquide et un moyen de la maintenir à une valeur choisie, et notamment à une valeur pratiquement constante ; il comporte, en outre un moyen d'introduction de gaz carbonique et un moyen permettant d'extraire de l'appareil le mélange gazeux obtenu ; il est contenu, de préférence, dans une enveloppe fermée. Dans un mode de réalisation préféré, on introduit le gaz carbonique dans le récipient fermé au dessous du niveau du liquide. De cette façon le gaz carbonique barbotte dans le liquide, ce qui assure une bonne diffusion des gaz, et un entraînement rapide des vapeurs du liquide dans la phase gazeuse de la partie supérieure du récipient. On préfère ce mode de réalisation dans une utilisation continue, quand un débit important est exigé. Dans un autre mode de réalisation, le gaz carbonique peut autre introduit à un niveau quelconque du récipient, sa diffusion dans le liquide se fait alors gracie à sa solubilité. On met en oeuvre le gaz carbonique et l'amine tertiaire liquide, à ltétat pratiquement anhydre. Le gaz carbonique est fourni à partir d'une source quelconque, notamment à partir de bouteilles de C02 liquéfié sous une pression élevée. On rencontre le plus généralement dans la pratique des pressions absolues comprises entre 5 et 70 bars environ. On appelle pression absolue la pression réelle exercée par un fluide ou un gaz sur une unité de surface. On appelle pression relative la pression absolue diminuée de la pression atmosphérique. La valeur moyenne de la pression atmosphérique est de 1 bar. Dans l'appareil, la pression de la source de gaz carbonique est transformée par un dispositif de régulation de pression, réalisé le plus souvent par un manodétendeur, jusqu'à une pression d'utilisation dont les valeurs les plus courantes sont comprises entre 1 et 5 bars. On introduit le composé liquide dans le récipient fermé à partir d'une source quelconque, située à l'extérieur, par l'intermédiaire d'un dispositif de transfert réalisé généralement par une pompe, par exemple une pompe électromagnétique, ou encore au moyen d'une surpression d'un gaz tel que gaz carbonique, air comprimé, azote, dont la tubulure d'arrivée est éventuellement munie d'un clapet de sécurité. On fait arriver le liquide jusqu'à un niveau situé généralement à la moitié de la hauteur du récipient et maintenu gracie à un régulateur de niveau. Il est avantageux de maintenir le niveau du liquide pratiquement constant, ce que le régulateur permet de réaliser avec une approximation ne dépassant pas 5 mm en hauteur. On règle la température du liquide grace à un élément chauffant qui peut être relié à une source d'énergie quelconque telle que eau chaude, vapeur, électricité. On choisit de préférence une résistance électrique, qui peut être un collier chauffant, un cordon chauffant, un élément cylindrique blindé, etc. On maintient la température du liquide grâce à un dispositif régulateur de température qui peut être un thermostat, un thermomètre à contact, etc. Il est avantageux de maintenir la température pratiquement constante, ce qu'on réalise avec une précision de ltordre de 10C. Quand la température du liquide et son niveau sont constants, sa tension de vapeur est toujours identique. Le gaz carbonique est admis sous une pression donnée, il entraîne la vapeur du liquide dans la phase gazeuse. Au fur et à mesure qu'on soutire le mélange gazeux, la chute de pression qui en résulte est automatiquement compensée par l'arrivée de gaz carbonique et de vapeur du liquide. Le rapport des constituants dans le mélange gazeux est contrôlé de la façon suivante On peut, notamment régler la pression de gaz carbonique à une valeur constante et maintenir le rapport à la valeur désirée au moyen de la température. Dans la pratique, il est commode de régler la température à une valeur constante et de maintenir le rapport à la valeur désirée en faisant varier la pression du gaz carbonique. Les dimensions de l'appareil sont choisies selon les débits de mélange gazeux demandés par l1utilisateur. On choisit pour la construction des différentes parties de l'ap- pareil, des matériaux résistants à la pression et aux matières premières mises en oeuvre ainsi qu'à leur mélange. On choisit avantageusement l'acier. On peut donner au récipient fermé une forme quelconque, cependant on choisit généralement une forme cylindrique permettant de ré sister à la pression d'utilisation. La description ci-après, en référence à la figure 1 en annexe, est donnée à titre d'exemple d'un mode de réalisation de l'appareil de l'invention. L'appareil représenté schématiquement figure 1, est contenu dans une enveloppe (1), à l'intérieur de laquelle on voit un récipient fermé (2), muni en (3) d'un conduit pour l'arrivée de liquide, le conduit (3) étant relié lui-même à un dispositif de transfert (4) réalisé ici par une pompe, lui-même alimenté par le conduit (5) à une source de liquide non représentée. Le niveau du liquide dans le récipient (2) est contrôlé par un régulateur de niveau (6) avec un flotteur (6a). En marche normale le liquide arrive à un niveau compris entre 1/2 et 1/2 + 5 mm de la hauteur du récipient (2). On voit en (7) un élément chauffant. cylindrique blindé et en (8) un téléthermomètre à contact pour la régulation de la température du liquide. Le récipient (2) est, d'autre part, muni d'une arrivée (9) de gaz carbonique, l'arrivée (9) étant reliée par l'intermédiaire d'un dispositif (10) de régulation de pression, ici un détendeur, à une source de gaz carbonique (11) située à ltextérieur de l'appareil et non représentée ici. On a disposé sur le conduit (9) un clapet "antiretour" représenté en (12). Un conduit (13), muni d'une soupape (14), assure la sortie du mélange vers l'utilisation. On voit en (15) un cadran indiquant la pression d'utilisation de gaz carbonique. On voit en (16) un cadran permettant la lecture de la température, grâce à une aiguille mobile reliée au dispositif (8) et indiquant la température du liquide, tandis qu'une autre aiguille est fixée à la température désirée et reliée au dispositif (7). Un voyant électrique (17) indique la marche ou l'arrêt de lten- semble de l'appareil ; un voyant (18) indique le fonctionnement de la pompe (4), un voyant (19) celui de l'élément chauffant. On voit en (20) un interrupteur qui commande l'alimentation électrique de l'appareil. Les voyants (17), (18), (19) et (20) sont reliés à un schéma électrique non représenté, Par une alimentation continue en amine liquide et en gaz carbonique, on obtient en continu un mélange gazeux prêt à être utilisé , notamment comme catalyseur de polymérisation.Dans cette application le gaz carbonique est un gaz inerte convenant bien pour ses qualités de diffusion ; en tant qu'amine tertiaire, on choisit avantageusement les amines aliphatiques de faible poids moléculaire, et plus particulièrement la diméthyfthylamine, qui présente des propriétés intéressantes comme catalyseur rapide de la polymérisation de résines à base de phénol-aldéhyde et de polyisocyanates. La diméthyléthylamine présente à des températures voisines des températures ordinaires, des pressions de vapeur appréciables, et suffisantes notamment pour fournir avec le gaz carbonique des mélanges convenant comme catalyseurs rapides. C'est ainsi que entre 20 et 250C par exemple, on obtient avec une pression absolue de gaz carbonique de 1,2 bars à 1,8 bars, un mélange gazeux dont le rapport en poids est compris entre 10 et 15 %0 L'utilisateur de l'appareil peut choisir dans une gamme étendue le rapport des constituants, et il dispose, pour le contrôle de ce rapport au cours de la mise en oeuvre, de deux facteurs d'un réglage commode. L'appareil fonctionne en continu et automatiquement, il évite les manipulations et les fuites éventuelles des amines insalubres. Il est contenu dans un coffret fermé et étanche, il est compact et généralement peu encombrant. On donne ci-après deux exemples à titre d'illustration et non de limitation de l'invention EXEMPLE 1 On a réalisé un appareil dont les dimensions extérieures sont en mm : 430 x 300 x 165, et qui comprend un récipient fermé, cylindrique, en acier, dont le diamètre extérieur est 112 mm et la hauteur 192 mm, et qui est muni, pour les arrivées des réactifs, de tubes d'acier de diamètre 8 x 13 normalisé. L'arrivée du gaz carbonique est réglée par un manodétendeur. On choisit la diméthyléthylamine liquide, dont l'arrivée est assurée par une pompe électromagnétique de 60 mm de diamètre et 175 mm de long. On maintient constant le niveau du liquide, on règle la température à 200C et on maintient la pression manométrique du gaz carbonique à 1,5 bars. On recueille en continu à la sortie de l'appareil un mélange gazeux sous une pression de 1,5 bars et contenant 60 g de diméthyléthylamine pour 1000 g de gaz carbonique. Ce rapport est constant pendant toute la durée du fonctionnement. EXEMPLE 2 Dans l'appareil de l'exemple 1, on règle la température à 200C et la pression du gaz carbonique à 2 bars. Le mélange obtenu est à une pression de 2 bars et contient 40 g de diméthyléthyl amine pour 1000 g de gaz carbonique. REVENDICATIONS 1. Appareil permettant d'obtenir à partir d'un composé liquide à la température ordinaire et ayant un point d'ébullition peu élevé, et à partir de gaz carbonique, un mélange gazeux dans lequel le rapport des constituants peut être choisi et maintenu à la valeur choisie, caractérisé en ce qu'il comporte un récipient fermé comportant un moyen d'introduction du composé liquide, un moyen de régulation du niveau du liquide dans ledit récipient, à unehaw- teur inférieure à celle du récipient, de manière à ce que le liquide soit surmonté d'une phase gazeuse, un moyen permettant de régler la température du liquide et un moyen permettant de la maintenir à une valeur choisie et notamment à une valeur pratiquement constante, et en ce qu'il comporte, en outre, un moyen d'introduction de gaz carbonique, un moyen de contrôle de la pression du gaz carbonique, ainsi qu'un moyen permettant d'extraire de l'appareil le mélange gazeux obtenu, l'appareil étant contenu dans une enveloppe. 2. Appareil selon 1 caractérisé en ce que l'introduction du gaz carbonique dans le récipient fermé est réalisée en dessous du niveau du liquide. 3. Application de l'appareil de la revendication 1, à la préparation de mélanges de gaz carbonique et d'une amine tertiaire. 4. Application selon la revendication 3, dans laquelle on prépare des mélanges de gaz carbonique et de diméthyléthylamine.