Brevet FR2674502A1 — publié le 19921002

INSTALLATION DE TRAITEMENT PAR LOTS A USAGES MULTIPLES DE FAIBLE CAPACITE ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION La présente invention concerne ce que l'on désigne par installation de traitement par lots à usages multiples Plus particulièrement, l'invention concerne une installation de traitement par lots à usages multiples de faible capacitédestinée à être utilisée pour la fabrication de produits qui, bien qu'en petites quantités, doivent être de pureté élevée et dépourvus de toute contamination. Pour la fabrication de produits à haute valeur ajoutée en quantités relativement faibles tels que ceux concernant la chimie fine, étant donné que l'appareil servant à la fabrication comporte un récipient soumis à des conditions différentes qui dépendent de l'objet final de la production, on a inventé différentes installations pour des procédés de traitement par lots et certaines d'entre elles sont utilisées pratiquement. Des exemples typiques d'installations de traitement 'par lots connues sont celles décrites dans le Brevet japonais N 62-144745 "Récipient pour production pilote" et dans le Brevet japonais Ne 02-198628 "Appareil à réservoir mobile" Ces appareils n'emploient pas le système qui consiste à transférer les matériaux devant être traités mais le système qui consiste à transporter les récipients d'un poste de travail à un autre poste de travail o doivent être mises en oeuvre des opérations séquentielles. Dans certains procédés de fabrication, par exemple ceux relatifs à la fabrication de substances fines de chimie, il existe plusieurs procédés qui mettent en oeuvre des réactions chimiques particulièrement des réactions compliquées et répétées De plus, les températures des réactions sont situées dans une gamme étendue pouvant aller de moins quelques dizaines de degrés centigrades à trois cent et quelques dizaines de degrés centigrades, la température devant être soumise à un contrôle très précis. Dans plusieurs cas, les mêmes récipients sont soumis à des échauffements et des refroidissements répétés Les problèmes communs à toutes ces situations sont les suivants Source de Source de Chaleur Froid Problèmes posés 1 Vapeur Agent Le chauffage à 300 'C ou davantage exige Thermique de la vapeur à 100 kg/cm 2 ou davantage. + Des chemises courantes ne peuvent Eau supporter de telles pressionsLe mélange de l'agent thermique à l'eau est inévitable. 2 Agent Agent L'agent thermique peut polluer Thermique Thermique l'environnement. 3 Chauffage Serpentin de Un chauffage local tend à se produire. électrique Refroidissement Si l'on emploie un serpentin de refroi- dissement, celui-ci peut perturber le fonctionnement du chauffage électrique. Dans le cas o la gamme de différences de température est étendue, les parties soudées des récipients chemisés sont soumises à des contraintes thermiques importantes Ces contraintes peuvent être absorbées par des soufflets de dilatation dont l'effet est cependant limité S'il se produit une fêlure entre le corps du récipient et la chemise, l'agent thermique peut alors contaminer la partie intérieure du récipient. Même si le récipient peut répondre à ce type de problème, dans le système qui consiste à transporter les récipients, il est nécessaire de raccorder ou de déconnecter ceux-ci des tuyauteries qui les raccordent aux services généraux auxiliaires pour chaque cycle de chauffage ou de refroidissement De plus, l'évacuation du liquide du récipient doit être effectuée et ceci constitue une opération consommatrice de travail. Le système examiné ci-dessus qui consiste à transporter les récipients, est établi sur l'idée de la technique qui interdit tout transfert de contenu entre différents récipients afin d'éviter la contamination Cependant, dans certains cas, on ne peut tirer profit de cet avantage A savoir, dans le cas o deux phases liquides sont formées après la réaction, la phase inférieure est séparée mais seul le liquide retiré est utilisé dans une réaction ultérieure; il est nécessaire de transférer le liquide séparé vers un autre récipient; donc si le transfert est effectué au moyen de tuyauteries, le risque de contamination à travers celles-ci est élevé De même, dans le cas o le liquide obtenu par une opération telle qu'une réaction ou une dissolution dans un récipient est utilisé par dégouttement de liquide vers un autre récipient, dans la mesure o les récipients sont situés au même niveau, on ne peut utiliser l'effet de gravité comme force d'entraînement pour le transfert d'un récipient à un autre et il est nécessaire d'utiliser une pompe et des tuyaux Si les récipients sont situés à des niveaux différents, le dégouttement du liquide depuis le niveau supérieur vers le niveau inférieur est possible alors qu'il est impossible en sens inverse. BREF RESUME DE L'INVENTION L'objet de la présente invention est de fournir à titre d'une des solutions aux problèmes que pose la technologie des Installations de traitement par lots à usages multiples, une installation améliorée particulièrement de faible capacité, qui facilite à la fois le chauffage et le refroidissement et qui résout de façon fondamentale les perturbations dues aux contraintes thermiques auxquelles sont soumises les chemises et réduit au minimum la contamination en supprimant l'utilisation de tuyauteries même dans le cas o l'on doit effectuer des transferts de contenu entre récipients. Dans l'installation pilote prévue pour mettre en oeuvre des procédés dans lesquels des réactions chimiques sont contrôlées et/ou des variations physiques sont provoquées par le chauffage ou le refroidissement, la faible capacité de l'installation de traitement par lots à usages multiples suivant la présente invention comporte des niveaux à étages multiples et des récipients transportables, et fonctionne suivant le système du transfert des matériaux, qu'ils soient intermédiaires comme produits de réaction ou produits finals, d'un récipient à un autre récipient par gravité. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La Figure 1 est une vue en élévation latérale schématique représentant l'ensemble de la structure d'une installation de traitement par lots à usages multiples à faible capacité suivantla présente invention; la Figure 2 est une vue en coupe faite le long de la ligne A- A de la Figure 1; la Figure 3 est une vue en coupe verticale représentant la combinaison d'un récipient et d'une chemise ainsi que quelques composants accessoires de l'installation de trai- tement par lots considérée; la Figure 4 est une vue en plan schématique représentant un mode de réalisation du mécanisme d'ouverture et de fermeture de la chemise; la Figure 5 est une vue en plan représentant des rails et des galets utilisés pour l'ouverture et la fermeture de la chemise; la Figure 6 est une vue en élévation latérale du même objet que celui de la Figure 5; la Figure 7 est une vue latérale suivant la flèche de la Figure 6, la Figure 8 est une vue en coupe à plus grande échelle représentant la garniture intérieure de la chemise; et la Figure 9 est une vue en coupe verticale représentant le transport du récipient par un chariot de convoyage dans la présente installation par traitement par lots. EXPLICATION DETAILLEE DE L'INVENTION L'ensemble de la structure d'une installation de traitement par lots à usages multiples de faible capacité suivant la présente invention est représenté sur la Figure 1 et la Figure 2. Les détails de construction de l'installation de traitement par lots sont donnés par les autres Figures Comme représenté sur les dessins, la présente installation de traitement par lots est caractérisée en ce qu'elle comporte une structure 1 ayant une pluralité de niveaux 11, 12; une pluralité de récipients 2 munis de chemises 4 comme moyens de chauffage et de refroidissement; et des moyens de transport des récipients dans des directions horizontales suivant les mêmes niveaux et dans des directions verticales suivant des niveaux différents; et en ce que les chemises 4 sont constituées par des corps indépendants des récipients et pouvant eux-mêmes être scindés en deux ou plusieurs parties et pouvant être attachés et détachés des récipients par des moyens d'ouverture et de fermeture. Les détails concernant la position relative entre le récipient et la chemise sont représentés sur la Figure 3. La Figure représente le récipient 2 transporté par un palan élévateur 3 A ou un chariot de convoyage (non représenté) et placé à un niveau 11 ainsi que la chemise constituée par deux parties 4 A et 4 B qui sont en position fermée et en contact étroit avec le récipient Sur la Figure 3, les références numériques 5 et 6 désignent un condenseur et un récepteur respectivement montés dans l'installation, 7 désignant un récipient faisant office de navette pour convoyer les matériaux ou les produits Les abréviations données sur la Figure 3 ont les significations suivantes EP: alimentation en énergie électrique, SLN: gaz d'étanchéité; PWD: matériaux pulvérulents, LIQ: matériaux liquides, TDL: liquide traité; TMH: agent thermique, TMC: agent de refroidissement. Les mécanismes de fermeture et d'ouverture de la chemise sont donnés à titre d'exemple et représentés par une combinaison d'un câble 8 A et d'une poulie 8 B entraînés par un moteur 8 C comme représenté sur la Figure 4 Bien entendu, il est possible d'utiliser tous autres mécanismes pour la fermeture et l'ouverture tels qu'un vérin hydraulique. Les deux demi-chemises peuvent se déplacer comme représenté sur la Figure 5 et la Figure 6 au moyen de galets 44 sur les rails 9 pour se rapprocher ou s'éloigner l'une de l'autre Les rails 9 sont placés de préférence à un emplacement légèrement inférieur à celui de l'étage du niveau 11 de l'installation comme représenté sur la Figure 5. Il est recommandé de prévoir une garniture sur la surface intérieure de la chemise 41 qui est en contact avec la surface extérieure du récipient comme représenté sur la Figure 8, garniture constituée par un matériau conducteur de la chaleur ayant quelques propriétés d'amortissement telles qu'un grillage métallique 42 ou un tissu métallique, en utilisant un adhésif 43 résistant à la chaleur et conducteur de chaleur (par exemple du "thermociment" disponible sur le marché) Ensuite, lorsque les deux demi- chemises sont fermées pour être en contact avec le récipient, la chemise pourrait ne pas exercer une pression serrée sur le récipient bien qu'il ne doive exister aucun espace entre les surfaces; ceci permet donc d'obtenir un transfert de chaleur efficace. Le transport du récipient 2 sur un même niveau peut être effectué en utilisant un chariot de convoyage 3 B comme représenté sur la Figure 9 Pour fixer la chemise 4 au récipient 2 il est nécessaire de prévoir un moyen d'insertion du récipient dans la chemise. Le fonctionnement de cette installation de trai- tement par lots s'effectue comme suit: 1) Mesure et chargement des matériaux (Matériaux initiaux) Le récipient est transféré au moyen d'un palan de levage vers le poste de mesure de matériaux (non représenté) et les matériaux nécessaires y sont chargés dans le récipient Le récipient contenant les matériaux est transféré à nouveau au moyen du palan de levage sur la chemise prévue en vue du chauffage ou du refroidissement et placé à niveau; ensuite la chemise est fermée pour entrer en contact avec le récipient. Dans un mode en variante, un récipient opérant en navette est transféré vers le poste de mesure au moyen du palan de levage pour y charger les matériaux, puis ramené au moyen du palan de levage; de cette façon, grâce au récipient opérant en navette, les matériaux peuvent être chargés dans le récipient que l'on place à l'endroit déterminé. (Matériaux additionnels) Dans le cas o des matériaux additionnels sont chargés après que les matériaux initiaux ont été triés ou lorsque des additifs ou des éléments auxiliaires sont chargés en cours de traitement, il est recommandé d'utiliser les récipients opérant en navette mentionnés ci-dessus La Figure 3 montre que l'installation peut être alimentée en substances pulvérulentes ou liquides Même si un changement brusque dans les conditions de la réaction doit intervenir après le chargement d'additifs ou d'éléments auxiliaires, par exemple dans le cas du passage du chauffage vers le refroidissement, le changement peut être effectué en modifiant simplement les circuits d'écoulement de l'agent thermique. 2) Réaction Un agent thermique ou un agent frigorifique est introduit dans la chemise, et on provoque une agitation dans le récipient pour accélérer la réaction. 3) Transfert du liquide Dans le cas o le contenu d'un récipient doit être transféré vers un autre récipient en vue de la séparation du liquide après réaction ou pour effectuer une opération dans laquelle le liquide doit être dégoutté, le récipient contenant la substance est transporté au moyen du palan de levage au voisinage du récipient récepteur, et les récipients sont connectés en vue du transfert du contenu. La même opération est effectuée dans le cas o le liquide est transféré en vue de réaliser une autre étape du traitement, telle qu'une séparation centrifuge. 4) Lavage Les récipients o s'opère la réaction et les récipients opérant en navette sont transférés vers le poste de lavage (non représenté) après utilisation, et nettoyés par lavage en vue de leur emploi ultérieur. L'installation de traitement par lots à usages multiples de faible capacité suivant la présente invention présente les avantages suivants qui résultent de l'emploi de structures séparées pour le récipient destiné au traitement et pour la chemise destinée au chauffage et/ou au refroidissement du récipient: A) Il n'est pas nécessaire de raccorder des tuyauteries aux services généraux auxiliaires ou de les en détacher pendant le chauffage ou le refroidissement; B) Il est possible de choisir des agents de chauffage et de refroidissement appropriés et il est possible d'éviter la pollution de l'environnement de travail; C) Le problème concernant la contrainte thermique qui pourrait s'exercer sur la partie soudée du récipient est résolu du fait de la conception de base de l'installation, et l'on élimine tout risque de mélange de l'agent de chauffage ou de refroidissement dans l'écoulement du matériau en cours de traitement; et D) Compte tenu des avantages mentionnés sous B) et C), on peut opérer sur des gammes étendues de températures, de chauffage et de refroidissement. La structure à niveaux à étages multiples et à distributions multiples des récipients permet de transférer ceux-ci en des emplacements désirés au moyen 7 de palans de levage, et il est donc possible de choisir les modes d'utilisation et de transfert des récipients et d'augmenter le taux d'utilisation de ceux-ci De même, l'emploi de chariots de convoyage dans différents postes de traitement rend possible l'utilisation efficace de l'espace de l'installation Même dans le cas de procédés qui mettent en oeuvre la séparation de liquides ou le dégouttement de liquide et qui nécessitent l'emploi de plusieurs récipients de réaction, il n'est pas nécessaire de prévoir des tuyauteries de raccordement des récipients ce qui réduit par conséquent au minimum le risque de contamination. Même dans le cas o une augmentation de la production est demandée à l'installation de traitement par lots suivant l'invention, à moins que le taux de production ne soit commandé par la capacité de chauffage et de refroidissement, la simple adjonction de récipients supplémentaires peut permettre d'augmenter la capacité de l'installation Ceci représente bien entendu un avantage économique évident En général, les demandes d'accroissement de capacité de chauffage/refroidissement ne concernent pas l'une et l'autre de ces opérations mais une seule d'entre elles, qui peut être réalisée en installant des chemises supplémentaires L'installation des chemises peut être effectuée à des espaces vacants à un niveau ou poste quelconques de la structure et ceci est une opération relativement facile. L'installation de traitement par lots à usages multiples de faible capacité suivant l'invention est la mieux appropriée pour la production de substances de chimie fine à haute valeur ajoutée, qui sont produites sur une petite échelle (en fonction du volume du récipient, de l'ordre de quelques dizaines à deux mille litres) sans contamination L'usine de traitement par lots est utilisée dans une variété étendue de domaines par exemple, pour des produits médicaux, pour des produits chimiques destinés à l'agriculture, pour des tensioactifs, des plastifiants, des additifs, des plastiques destinés à des conceptions technologiques, des pigments, des parfums, des cosmétiques et des aliments. REVENDICATIONS 1 Installation de traitement par lots à usages multiples de faible capacité pour mettre en oeuvre des procédés dans lesquels des réactions chimiques sont contrôlées et/ou des changements physiques sont provoqués par chauffage ou refroidissement; caractérisée en ce que l'installation comporte une structure à niveaux et étages multiples ( 11, 12,); des récipients transportables ( 2) comportant des chemises ( 4) comme moyens de chauffage ou de refroidissement; et des moyens de transport des récipients dans des directions horizontales situées aux mêmes niveaux et dans des directions verticales situées à des niveaux différents; et en ce que les chemises sont constituées par des corps indépendants ( 4 A, 4 B) des récipients ( 2) pouvant eux-mêmes être scindés en deux ou plusieurs éléments et fixés aux récipients ou détachés de ceux-ci par la fermeture et l'ouverture des éléments. 2 Installation de traitement par lots suivant la revendication 1, dans laquelle l'installation comporte au moins un palan de levage ( 3 A) comme moyen de transport des récipients ( 2) dans des directions horizontales et aux mêmes niveaux et dans des directions verticales entre des niveaux différents. 3 Installation de traitement par lots suivant la revendication 1, dans laquelle l'installation comporte des chariots de convoyage comme moyen de transport des récipients ( 2) dans des directions horizontales, aux mêmes niveaux. 4 Installation de traitement par lots suivant la revendication 1, dans laquelle les surfaces intérieures ( 41) de la chemise ( 4) qui sont en contact avec la surface extérieure du récipient ( 2) comportent une garniture constituée par un matériau conducteur de chaleur ( 42, 43) ayant des propriétés d'amortissement.