Brevet FR2310159A1 — publié le 19761203

La présente invention a pour objet un nouveau bac utile notamment dans les installations de concentration en cascades de solutions diluées de produits corrosifs, par apport de chaleur. On connait, principalement par la demande de brevet français enregistrée sous le numéro 73. 45 228, des installations de concentration de solutions diluées de produits corrosifs dans lesquelles l'étape de concentration proprement dite est effectuée dans un tunnel caractérisé par la présence de brûleurs radiants ayant un haut pouvoir rayonnant. La solution corrosive qui a subi une concentration préalable s'écoule dans ce tunnel sur une série de bacs, disposés en cascade, irradiés directement par lesdits brûleurs, soit par en dessous, soit par en dessus. Les problèmes posés par les produits corrosifs concentrés sont de plusieurs ordres. D'abord leur pouvoir corrosif est accentué lorsque leur température augmente et devient proche de la température d'ébullition du liquide pur. Ensuite les phénomènes de capillarité qui sont déjà sensibles à froid, sont exacerbés lorsque la température s'élève et senanifestent alors plus rapidement. Il en résulte des fuites, notamment aux interstices situés entre les bacs, des remontées le long des parois des bacs, avec, pour consé- quence, la dégradation des intallations annexes et, éventuellement des brûleurs radiants. Enfin il est parfois nécessaire d'alimenter le tunnel en produit corrosif froid auquel cas le choc thermique qu'inflige ledit produit au bac peut être considérable. On a donc proposé, notamment dans la demande de certificat d'addition enregistrée sous le numéro 73. 45 842 d'utiliser certains matériaux particulièrement aptes à supporter ces conditions sévères. Néanmoins les problèmes inhérents aux phénomènes de capillarité ne peuvent être résolus par la seule sélection des matériaux mais exigent de rechercher des formes totalement nouvelles pour lesdits bacs. On a proposé dans cette perspective de donner aux bacs une forme qui assure une continuité de l'écoulement du liquide d'un bac dans celui qui le suit immédiatement dans le tunnel.On constate alors, dans ce cas, que le produit corrosif tend à couler le plus rapidement possible d'un bac sur l'autre si bien que lors d'un arrêt de l'alimentation du tunnel en solution pré-concentrée, si court soit-il, la solution corrosive "fuit" les bacs supérieurs du tunnel qui sont donc asséchés complètement. Lors du redémarrage de l'installation, les premiers bacs subissent de ce fait un choc thermique extrêmement éprouvant et nuisible à leur longévité. Il a été maintenant découvert par la demanderesse qu'il était possible de pallier à tous les inconvénients précédents ou d'en réduire fortement les effets en utilisant des bacs munis d'un bec verseur en forme de crochet recourbé vers le bas dans leur partie aval et dans leur partie amont, d'une encoche destinée à recevoir le bec verseur en forme de crochet recourbé vers le bas du bac immédiatement précédent, de telle manière que l'extrémité inférieure du bec verseur d'un bac soit située au dessus du niveau de la solution de produit corrosif dans le bac suivant, ledit niveau étant repéré par la cote de l'extrémité supérieure du bec verseur (ou sommet) dudit bac suivant.Selon une version préférée de l'invention, d'une part, le bec verseur en forme de crochet recourbé vers le bas est muni de parois latérales pour empêcher les coulées de produits corrosifs par les côtés du bec et, d'autre part, le fond du bac est évasé. Enfin le matériau constituant le bac est un matériau résistant à la corrosion, à la température, aux chocs thermiques et susceptible d'être mis en forme par moulage, par chaudronnage ou par emboutissage. Le nouveau bac selon l'invention permet de réaliser des cascades parfaitement étanches dans lesquelles técoulement du produit à concentrer s'effectue avec régularité. En outre d'une manière tout à fait inattendue en cas d'arrêt de l'installation les bacs situés le plus en amont de la cascade ne subissent plus le phénomène de siphonnage mais, au contraire, retiennent la majeure partie de la solution ce qui supprime tout choc thermique au moment de la remise en marche de l'installation ou d'origine accidentelle. D'autres avantages apportés par l'invention apparaîtront au cours de la description plus détaillée qui va suivre, laquelle sera plus facilement comprise en se référant aux figures suivantes La figure 1 représente une vue de dessus d'une version préférée du bac selon l'invention, où l'on distingue le bec verseur (1) en forme de crochet, recourbé vers le bas, et, dans la partie amont du bac, ltencoche (2) destinée à recevoir le bec verseur du bac situé juste en amont du bac représenté. Par les repères (3) et (4) on désigne respectivement les flancs latéraux et le fond du bac. La figure 2 représente une vue en élévation - coupe du même bac où l'on distingue, outre l'encoche (2), le bec verseur (1) en forme de crochet, recourbé vers le bas, avec ses parois latérales (5), son extrémité inférieure (6) comportant une portion verticale ou fortement inclinée (7) et son extrémité supérieure ou sommet (8). La figure 3 représente une vue de gauche en coupe où l'on distingue notamment les flancs latéraux (3) et le fond évasé (4) du bac La figure 4 représente une vue de droite où l'on distingue les flancs latéraux (3), le fond évasé (4), l'encoche (2), les parois latérales (5) du bec, l'extrémité inférieure (6) ainsi que le sommet (8) de ce dernier. La figure 5 représente une vue perspective du bac, faisant apparattre tous les éléments déjà cités. La figure 6 représente une vue en perspective d'une version particulièrement préférée du bac selon l'invention. Les nouveaux bacs selon l'invention, qui sont destinés à être disposés l'un à la suite de l'autre pour former une cascade, sont caractérisés en ce qu'ils comportent un bec verseur (1) en forme de crochet recourbé vers le bas dans leur partie aval et, dans leur partie amont, une encoche (2) destinée à recevoir le bec verseur en forme de crochet recourbé vers le bas du bac immédiatement précédent, de telle manière que l'extrémité inférieure (6) du bec verseur (1) d'un bac quelconque soit située au-dessus du niveau de la solution de produit corrosif contenue dans le bac suivant, ledit niveau étant repéré par la cote de l'extrémité supérieure ou sommet (8) dudit bac suivant. L'espace compris entre l'extrémité inférieure (6) du bec et le liquide du bac suivant est fonction de la dimension du bec et du bac et de la nature du liquide. En général, on le choisit avantageusement de manière à ce que l'écoulement s'effectue sans éclaboussures. Pour réaliser l'invention on peut donc jouer à la fois sur la hauteur de l'encoche (2), des bacs, sur la hauteur du sommet (8) ou sur la longueur de la portion verticale ou fortement inclinée (7). Le rôle du bec verseur (1) est multiple. En effet, non seulement il permet la communication du liquide à concentrer d'un bac à l'autre, sans possibilité de fuite, mais encore il détermine la position relative des bacs entre eux et le niveau de liquide dans chaque bac. La communication du liquide à concentrer d'un bac à l'autre est améliorée, selon l'invention, en particulier gracie aux parois latérales (5) que comporte le bec qui empêchent l'écoulement du liquide sur les côtés et les bas-côtés dudit bec. Ces parois ont une hauteur suffisante pour empêcher toute remontée du liquide par capillarité. Gr ce à ces parois la totalité du liquide est canalisé de manière à s'écouler sur le sommet (8) du bec, puis le long de la portion verticale ou fortement inclinée (7) et finalement le long de l'extrémité inférieure (6) dudit bec. Selon une version préférée de l'invention, les parois latérales (5) du bec verseur ont une hauteur telle que leur extrémité supérieure soit située au même niveau que l'extrémité supérieure des flancs latéraux (3). En effet, avec certains matériaux, on a constaté que l'angle rentrant entre les parois (5) et la partiefrontale du bac proprement dit était l'objet de contraintes mécaniques pouvant entratner en cours de chauffage des amorces de rupture des bacs. Pour la meme raison avec un matériau tel que la silice, on a intérêt, a casser" l'extrémité anguleuse présentée par la paroi (5) de la version préférée précédente, de manière à éviter les angles rentrants. Cette version est représentée à la figure 6". La forme géométrique du bec n'est pas primordiale, mais présentera, prise dans son ensemble une concavité dirigée vers le bas, le sommet de la concavité dominant nettement le niveau moyen du fond de la cuve. La zone du bec verseur faisant office de déversoir et l'encoche à laquelle le bec s'adapte ne sont pas forcément rectilignes et peuvent être avantageusement anguleuses ou courbes dans certains cas. Le bec doit en outre comporter, dans tous les cas, une extrémité inférieure plongeant vers le bas, verticale ou simplement inclinée, de manière à orienter et à influencer favorablement l'écoulement du liquide. La longueur maximale de cette extrémité n'est limitée que par la condition de non affleurement de la surface de liquide dans le bac suivant. La longueur minimale de ladite extrémité est limitée quant à elle par l'importance des phénomènes de capillarité induits par le liquide à concentrer qui peut, si cette longueur est trop faible, remonter le long de la paroi intérieure du bec, suinter et finalement parvenir à s'infiltrer entre ledit bec trop court et la partie inférieure de l'encoche du bac suivant. Bien que cette condition ne soit absolument pas impérative l'extrémité inférieure du bec verseur descendra de préférence au moins aussi bas que le niveau défini par la partie externe du fond du bac. En outre comme il est indiqué plus haut l'arete définie par l'extrémité inférieure du bec verseur n'est pas forcément rectiligne, mais peut entre, par exemple, courbe ou anguleuse. L'encoche (2), dont sont pourvus les bacs selon 1 invention, est pratiquée sur la paroi du bac opposée au bec verseur. Sa largeur est supérieure de quelques millimètres à la largeur du bec verseur, de manière à permettre un embottage facile des bacs l'un à la suite de l'autre. De par la caractéristique principale de l'invention la profondeur de l'encoche est telle que le niveau de son bord inférieur soit situé à une cote plus élevée que la cote définie par le sommet du bec du meme bac, de manière à ce que le liquide ne puisse pas s'écouler par l'encoche.La différence de niveau entre les deux niveaux qui viennent d'être définis doit être en outre suffisante pour que le liquide dont le niveau moyen serait en-dessous du bord de l'encoche, ne puisse pas néanmoins s'échapper en remontant le long dudit bord, par capillarité. A cet effet, on donnera avantageusement au bord de l'encoche une forme inhibant cette remontée par capillarité et améliorant le calage du bec verseur. Une telle forme recourbée vers l'extérieur est représentée dans la figure 2, mais on peut conférer audit bord n'importe quelle autre forme suivant la facilité de moulage ou de formage du matériau utilisé et la forme du bec verseur qui vient s'insérer et s'appuyer contre ladite encoche.Bien que cela ne soit pas conseillé, on peut, sans sortir du cadre de la présente invention, concevoir un bac sans encoche , le bec verseur devant alors être plus allongé vers le bas. Les flancs latéraux (3) du bac selon l'invention ont une hauteur suffisante pour que le liquide ne puisse pas déborder du bac en remontant par capillarité. Leur épaisseur dépend de la résistance mécanique et aux chocs du matériau utilisé et peut etre variable d'un point à un autre. Les flancs latéraux sont soit verticaux, soit inclinés suivant la nature du liquide ou suivant que l'on souhaite augmenter au maximum la surface du bac en contact avec le liquide, et, de fait, le rendement de la concentration, dans le cas d'une concentration. Le fond (4) du bac peut avoir une forme quelconque. Suivant la facilité de mise en forme offerte par le matériau (par moulage, chaudronnage ou tout autre méthode) on confèrera au fond une forme plate simple ou une forme évasée. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le fond est évasé en forme de V comme représenté sur la vue de gauche en coupe de la figure 3. Dans ce cas, la contenance du bac est plus importante que lorsque le fond est plat, à hauteur de remontée de liquide le long des flancs égale. En outre, dans ce cas, la surface d'échange thermique entre le bac et le liquide est plus grande. On peut aussi donner au fond des bacs une forme bombée hémicylindrique ou une forme d'auge ou tout autre forme régulière ou non destinée à modifier la contenance des bacs, à réduire les remontées de liquide le long des parois, à faciliter l'écoulement ou la rétention du liquide ou, à modifier les échanges de chaleur entre le liquide et ledit fond, à faciliter l'empilement au stockage, la mise en forme (le démoulage) lors de la fabrication ou l'installation dans le tunnel. Selon l'invention le bac, en vue de face, c'est à dire, dans le repère choisi pour les figures, vu d'un plan situé au-dessus de lui et à la verticale, a un contour de préférence rectangulaire. Néanmoins d'autres contours plus complexes peuvent être avantageusement utilisés tels que la largeur du bac varie dans un meme bac. Lorsque le bac est utilisé dans un tunnel, la forme du bac la plus convenable est telle que le bec verseur du bac puisse être amené fictivement en position d'enclenchement dans l'encoche du même bac par une simple opération de translation.Néanmoins, si on souhaite utiliser des bacs selon l'invention dans un tunnel coudé ou dans un édifice vertical, par exemple, de manière à ce que la cascade ait l'allure d'une hélice, il faut alors qu'au moins certains bacs soient tels que leur bec verseur puisse etre amené fictivement en position d'enclenchement dans l'encoche du meme bac par une opération de rotation. Un même bac selon l'invention peut également comporter deux ou plusieurs encoches ou becs verseurs. Dans une même installation comprenant plusieurs bacs identiques ou non, mais conformes à l'invention, on pourra en outre utiliser, notamment au sommet de la cascade comme premier degré, des bacs comportant un bec verseur mais pas d'encoche, cette dernière étant alors sans raison d'être. La nature du matériau constituant le bac dépend des conditions auxquelles cette dernière sera soumise. Pour les usages autres que la concentration de liquides corrosifs par apport de chaleur, mais où se posent des problèmes de capillarité, on pourra utiliser les matériaux classiquement employés jusqu ici par l'homme de métier. Dans le cas de la concentration de liquides corrosifs par apport de chaleur, les conditions auxquelles sont soumis les bacs sont beaucoup plus sévères et restreignent le choix des matériaux utilisables. On utilise alors un matériau bon conducteur thermique, résistant à la corrosion et, le cas échéant, transparent aux rayons infrarouges.La liste suivante, donnée à titre purement indicatif et non restrictif, regroupe les matériaux les plus convenables : les aciers inox, les céramiques à base de silicate d'alumine, le tantale, les fontes au silicium, les fers silicium silicium, le carbure der le verre tel que le pyrex trempé, le verre de silice et le quartz. Naturellement le bac selon l'invention peut etre constitué par un assemblage de deux ou plusieurs éléments en un meme matériau ou en des matériaux différents. Toutefois cette solution n'est pas conseillée d'une manière générale car l'étanchéité est alors difficile à garantir dans le temps. L'exemple suivant est donné à titre d'illustration d'un mode de réalisation préféré des bacs selon l'invention et ne saurait limiter en quoi que ce soit la portée de la présente invention. Exemple : Dans une installation de concentration d'acide sulfurique mettant en oeuvre le procédé décrit dans la demande de brevet français n0 72.45228 et le certificat d'addition à ce brevet n0 73.45842, on utilise dans le tunnel de concentration deux cascades formées chacune de 16 bacs conformes à l'invention. Ces bacs ont la forme représentée à la figure 6 et ont les dimensions suivantes longueur totale : 515 ms longueur du bec : 100 mm largeur totale : 420 - largeur du bec : 318 mm largeur de l'encoche :330 mm hauteur des flancs latéraux :140 mm hauteur de l'encoche par rapport au fond maxi : 65 mm profondeur maximale :160 mm hauteur du bec : 70 mm épaisseur des flancs et des parois du bec :20 mm épaisseur du fond : 16 à 20 mm Les bacs sont en verre de silice moulé (transparent au rayonnement infrarouge) et ont la forme décrite ci-dessus, à l'exception, du bac formant le premier et le plus haut degré de chacune desdites cascades, qui ne comporte pas d'encoche. L'installation est mise en route et les brûleurs radiants sont allumés. Après plusieurs jours de fonctionnement au cours desquels aucune fuite interstitielle et aucun claquage de bac ne se produit, on arrête l'installation et on observe si l'acide a alors tendance à "fuire" les bacs les plus hauts et à couler de lui-même vers le bas de la cascade. Ce phénomène, observé avec les anciens bacs, ne se produit plus. Aussi lors du redémarrage de l'installation, les bacs situés les plus en amont ne sont pas secs et supportent très bien le choc thermique provoqué par l'arrivée d'acide pré-concentré froid sur leur surface surchauffée, mais recGuverte d'un film d'acide concentré subsistant de la concentration précédente. Plusieurs essais de simulation d'arrivée d'acide froid dans l'installation en plein fonctionnement ont été réalisés. L'installation a résisté à chaque fois. Certains bacs en silice qui présentaient avant usage un aspect étoilé ont une résistance aussi bonne et durable que les bacs n'ayant pas ce défaut interne cette résistance doit être attribuée à la forme des bacs selon l'invention qui protège le matériau qui les constitue contre les chocs thermiques intempestifs. Enfin on a fait fonctionner l'installation précédente pendant 3 semaines de façon ininterrompue : aucun incident n'a été signalé et aucun remplacement de bac n'a été nécessaire au terme de cette période. Les bacs possédant la forme décrite dans la présente demande sont utiles dans toutes les installations comportant des cascades et notamment dans celles où des problèmes de remontée des fluides par capillarité se présentent. Ils sont particulièrement utiles dans les installations où, en outre, les liquides traités sont fortement corrosifs et/ou doivent être portés à des températures élevées, ce qui est le cas notamment dans les installations de concentration d'acide sulfurique ou phosphorique, par apport de chaleur. R E V E N D I C-A T I O N S 1. Bac pour les installations industrielles comportant des cascades, notamment utile lorsque le liquide manifeste une tendance importante aux remontées par capillarité caractérisé en ce qu'il est muni d'un bec verseur en forme de crochet recourbé vers le bas dans sa partie aval et, dans sa partie amont, d'une encoche destinée à recevoir le bec verseur en forme de crochet recourbé vers le bas du bac immédiatement précédent, de telle manière que l'extrémité inférieure du bec verseur d'un bac soit située au-dessus du niveau du liquide contenu dans le bac suivant, ledit niveau étant repéré par la cote de l'extrémité supérieure du bec verseur dudit bac suivant. 2. Bac selon la revendication 1 caractérisé en ce que le bec verseur est muni de parois latérales pour empêcher les coulées de liquide par les côtés du bèc. 3. Bac selon la revendication 2 caractérisé en ce que les parois latérales du bec verseur ont une hauteur telle que leur extrémité supérieure soit située au meme niveau que l'extrémité supérieure des flancs latéraux du bac. 4. Bac selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le fond a une forme destinée à influencer la facilité d'écoulement du liquide. 5. Bac selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le fond a une forme destinée à favoriser les échanges thermiques~entre le fond et le liquide. 6. Bac selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il possède une forme destinée à favoriser son empilement au stockage ou sa mise en place en cascade. 7. Bac selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un matériau bon conducteur thermique et résistant à la corrosion 8. Bac selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est construit en un matériau choisi dans le groupe constitué par les aciers inoxydables, les fontes au silicium, les fers-silicium le tantale, les céramiques à base silicium de silicate d'alumine, le carbure der les verres trempés, le verre de silice et le quartz. 9. Installation industrielle comportant des cascades caractérisé en ce que les cascades sont constituées d'une ou plusieurs séries de bacs selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Installation de concentration de liquides corrosifs par apport de chaleur caractériséeen ce qu'elle comporte un ou plusieurs bacs selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.