Brevet FR2695571A1 — publié le 19940318

AUTOCLAVE ET GOBELETS POUR AUTOCLAVE La présente invention concerne un autoclave et un gobelet adapté pour être inséré dans un autoclave. Les autoclaves sont connus de longue date et sont principalement constitués par une enceinte fermée, sous pression et température contrôlées. De manière classique, on place dans ltenceinte de ces autoclaves des produits à soumettre à une pression et une température déterminées. I1 est en outre nécessaire que ces produits soient mélangés. A cet effet, les autoclaves connus sont munis de mécanismes d'agitation. Certains de ces mécanismes sont constitués par une hélice rotative entraînée en mouvement par un moteur placé à ltextérieur de l'autoclave. L'hélice et son moteur d'entraînement sont reliés l'un à l'autre par un arbre rotatif passant au travers de la paroi de l'autoclave. En conséquence, pour que ltenceinte de l'autoclave demeure sous pression contrôlée, il est nécessaire que cet arbre soit muni de joints appropriés. Dans le cas d'un tel entraînement à travers la paroi de l'autoclave, on observe que les vapeurs des produits mélangés viennent au contact de l'axe d'entraînement de l'hélice. Or, les produits contenus à l'intérieur de l'autoclave sont très souvent corrosifs. Ceci provoque la corrosion des mécanismes d'entraînement et donc un mauvais fonctionnement de l'autoclave. De ce fait, il est nécessaire de changer les mécanismes d'agitation et d'entraînement, ce qui est onéreux. Pour pallier cet inconvénient, il est connu d'agiter le contenu d'un autoclave à l'aide d'un agitateur magnétique (barreau aimanté) entraîné en rotation par couplage magnétique avec un jeu d'aimants entraînés par un moteur placé sous l'autoclave. Dans ce cas, il n'y a aucune relation mécanique directe entre l'agitateur et son mécanisme d'entraînement. On évite ainsi que les produits contenus dans l'enceinte de l'autoclave ne corrodent les mécanismes d'entraînement. Cependant, cela n'évite pas la corrosion, la pollution ou l'usure de la cuve d'autoclave elle-même. Cela entraîne un nettoyage difficile de la cuve. Pour nettoyer cette cuve, il est alors nécessaire de changer l'autoclave ou de faire resurfacer l'enceinte afin d'éviter toutes interférences dues à la présence des parties corrodées ou salies. Ceci rend également notablement onéreux l'emploi de tels autoclaves. En outre, on note fréquemment des phénomènes de découplage entre le barreau aimanté et son moteur qui entraînent un mauvais mélange des produits présents dans ltenceinte. La présente invention vise plus particulièrement à rendre facile, rapide et efficace, le nettoyage de l'autoclave et à éviter toutes remontées de produits vers les organes d'entraînement de l'agitateur. En outre, la présente invention vise à assurer un mélange continu et homogène des produits présents dans l'enceinte. A cet effet, la présente invention concerne un autoclave du type comportant : - une enceinte fermée sous pression contrôlée adaptée pour contenir des produits à mélanger et - un moyen d'agitation magnétique adapté pour être entraîné en rotation en vue d'assurer le mélange des produits présents dans ltenceinte, caractérisé en ce qu'il comporte : - un gobelet amovible inséré dans ladite enceinte et muni :: ~ d'un compartiment de mélange adapté pour recueillir les produits à mélanger et présentant des parois internes sur lesquelles sont ménagées des contrepales en saillie, . d'un compartiment d'agitation en relation directe avec le compartiment de mélange et placé sous celui-ci, adapté pour loger et guider les moyens d'agitation magnétique destinés à assurer le mélange des produits présents dans les compartiments. Ainsi, le fait de placer un gobelet amovible dans l'enceinte de l'autoclave autorise un nettoyage aisé et rapide de l'enceinte ayant reçu les produits à mélanger. En effet, ce gobelet peut être facilement nettoyé puisqu'il suffit de le désolidariser de l'enceinte de l'autoclave. En outre, si le gobelet venait malgré tout à être endommagé ou sali, il suffirait de le remplacer et non plus de changer ou de resurfacer l'enceinte de l'autoclave. Ceci conduit à une économie de fonctionnement notable. De plus, grâce à la présence de contrepales dans le compartiment de mélange du gobelet, on assure une agitation homogène et uniforme des produits à mélanger. On évite notamment la création d'un cône d'agitation au centre des produits à mélanger, créé par la mise en rotation des produits à mélanger. On notera également que le compartiment d'agitation est adapté pour loger et guider les moyens d'agitation magnétique. On limite ainsi tout risque de découplage entre les moyens d'agitation et leur moteur d'entraînement placé à distance. Ainsi, par ces dispositions, on réalise un autoclave facile et rapide à nettoyer, moins onéreux à entretenir, garantissant une bonne homogénéité du mélange et une agitation efficace quelle qu'en soit sa durée. La présente invention concerne également un gobelet adapté pour être inséré dans un autoclave du type comportant : - une enceinte fermée sous pression contrôlée, adaptée pour contenir des produits à mélanger et - un moyen d'agitation magnétique adapté pour être entraîné en rotation en vue d'assurer le mélange des produits présents dans ltenceinte, ledit gobelet étant caractérisé en ce qu'il comporte :: . un compartiment de mélange adapté pour recueillir les produits à mélanger et présentant des parois internes sur lesquelles sont ménagées des contrepales en saillie, et . un compartiment d'agitation en relation directe avec le compartiment de mélange et placé sous celui-ci, ce compartiment d'agitation étant adapté pour loger et guider les moyens d'agitation magnétique destinés à assurer le mélange des produits présents dans les compartiments. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui suit à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe montrant un autoclave selon la présente invention, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un gobelet selon l'invention, et - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2 du gobelet selon l'invention. Selon la forme de réalisation représentée aux figures 1 à 3, l'autoclave 10 selon l'invention comporte une partie formant récipient 11 et un couvercle 12. Ces deux éléments sont liés ensemble par des moyens de fixation et de serrage 13 régulièrement répartis à la périphérie de l'autoclave. Un joint d'étanchéité 14 est placé, de manière connue, entre le couvercle 12 et le récipient 11. La partie formant récipient 11 comporte une enceinte 15 et sur sa périphérie externe un moyen de chauffage 16 entourant la paroi externe 17 de l'enceinte 15. Des moyens de raccordement électrique 18 alimentent en électricité le moyen de chauffage. Un gobelet 19 est placé à l'intérieur de l'enceinte 15 et comporte un compartiment de mélange 20 et un compartiment d'agitation 21. Ces compartiments sont adaptés pour recueillir les produits à mélanger. Le compartiment de mélange 20 présente une paroi interne 22 sur laquelle des contre-pales sont ménagées en saillie. Ces contre-pales 23 sont régulièrement espacées (figure 3) le long de la périphérie interne de la paroi 22. Le compartiment de mélange 20 est séparé du compartiment d'agitation par une couronne annulaire 24 en saillie par rapport à la paroi interne 22. Cette couronne présente une ouverture 25 (fig. 3) pour introduire le moyen d'agitation. Le compartiment d'agitation 21 (fig. 2) présente globalement la forme d'un cylindre de faible hauteur et est adapté pour loger et guider en rotation, un barreau aimanté 26 servant de moyen d'agitation. Ce compartiment est de dimensions très légèrement supérieures à celles du barreau aimanté pour assurer un guidage efficace de celui-ci. Les contre-pales 23 du compartiment de mélange ne s'étendent pas selon toute la hauteur de ce compartiment et s'arrêtent en-deçà de son extrémité supérieure. Ainsi, un couvercle de gobelet 27 se présentant sous la forme d'un disque plat peut être inséré à l'intérieur du gobelet et reposer sur les extrémités supérieures des contre-pales 23. Ce couvercle de gobelet 27 est muni d'un orifice central adapté pour laisser passer un organe de mesure (par exemple un thermocouple). Ce couvercle est également muni d'une ouverture 28 adaptée pour laisser passer un organe d'introduction ou de prélèvement de produits. La partie inférieure du couvercle 12 de l'autoclave présente au moins un ergot 29 (fig. 1) destiné, en cas d'explosion du mélange contenu dans le gobelet, à empêcher le couvercle de gobelet 27 de venir s'appliquer contre la surface inférieure du couvercle de l'autoclave et d'obturer ainsi les conduits d'évacuation ou d'introduction 30, ou de type 31 percés à travers le couvercle de l'autoclave. On notera à la figure 1 que seule une conduite d'évacuation 31 a été représentée. En fait, il existe une pluralité de telles conduites, en général trois. Le conduit d'évacuation ou d'introduction (30) permet de soutirer (ou d'envoyer) des gaz à l'intérieur de ltenceinte, et est muni d'un condenseur C pour éviter toute remontée de produits intempestive. Les conduits d'évacuation ou d'introduction du type 31 permettent d'amener les différents fluides à l'intérieur de ltenceinte, et de les retirer en fin d'expérimentation. Un moteur M est placé de manière connue en soi sous l'autoclave 10 et entraîne le barreau magnétique 26 en rotation par couplage magnétique. On notera que l'ensemble du gobelet (couvercle y compris) est réalisé en un matériau inerte chimiquement à faible coefficient de frottement. En effet, l'inertie chimique du matériau permet à ce matériau de ne pas réagir avec les produits à mélanger, ou avec la solution obtenue, et le faible coefficient de frottement assure un excellent guidage, en rotation du moyen d'agitation. Le matériau utilisé pourra ainsi être à base de tétrafluoroéthylène tel que, par exemple, celui commercialisé sous la marque "Téflon", ou du quartz, ou tout produit analogue... Dans le cas d'utilisation de "Téflon", on sera obligé d'assurer une montée en température de l'enceinte 15 telle que l'on ne provoque pas de détérioration de ce matériau. La mise en place du gobelet à l'intérieur de l'enceinte se fait pas rétreint à froid. En effet, le gobelet présente extérieurement les mêmes dimensions que les dimensions internes de l'enceinte 15. On le rétreint donc sous azote liquide puis on l'insère dans l'enceinte 15. Une fois mis en place, ce gobelet adhère fermement aux parois de l'enceinte. Ainsi, le chauffage externe de l'enceinte est transmis au gobelet (avec une perte sensible cependant, due aux qualités d'isolant thermique du "Téflon") . Le barreau aimanté est alors introduit dans le compartiment d'agitation, en le faisant passer par ltouverture 25 de la couronne annulaire. On place le couvercle du gobelet et on ferme le couvercle de l'autoclave. Ensuite, l'autoclave est prêt à recevoir les différents produits à mélanger. La mise en route du moteur M permet d'entraîner en rotation le barreau aimanté. Les différents exemples ci-après montrent les différentes qualités de l'autoclave selon l'invention. EXEMPLE 1: On admet de l'azote à l'intérieur du gobelet 19 en le faisant passer par le conduit 30 d'introduction de gaz, et on retire l'ensemble thermocouple. Après 15 mn de purge à l'azote du volume interne du gobelet, on replace le thermocouple et on introduit par tout moyen adéquat par un conduit d'introduction de type 31 une solution jaune du complexe CPd(PPh3)4] très sensible à l'air, dans le gobelet 19, sous atmosphère inerte. Après fermeture du conduit d'introduction 31, on entraîne en rotation l'agitateur pendant 14 heures sous une température de 40 C. On prélève ensuite, par un conduit de type 31, la solution présente dans le compartiment de mélange du gobelet. Cette solution est restée de couleur jaune et ne contient pas de palladium métallique. Cette absence de palladium métallique dénote qu'il n'y a pas eu introduction d'oxygène dans le gobelet. De ce fait, l'autoclave selon l'invention permet de travailler efficacement et longuement sous atmosphère inerte. EXEMPLE 2: De même qu'à l'exemple 1, on procède à l'introduction d'une solution d'un complexe de palladium. On ajoute alors un substrat dans le milieu solvant et lton chauffe à 100 C tout en introduisant en continu un réactif gazeux (par exemple de l'hydrogène ou du monoxyde de carbone). Pendant toute cette expérimentation, le condenseur est maintenu à une température inférieure à 20 C par circulation d'eau dans sa double enveloppe. On introduit ainsi à pression constante ce réactif gazeux sans que des vapeurs de solvant ou de substrat viennent polluer le réservoir de gaz situé en aval du condenseur. Cette expérimentation montre donc que l'autoclave selon l'invention prévient, de manière efficace, toute remontée de solution vers les organes situés à l'extérieur de l'autoclave. On prévient ainsi toute pollution des éléments annexes de l'autoclave, par la solution contenue dans le gobelet. EXEMPLE 3 : On effectue la même expérimentation qu'à l'exemple 2 sans prendre soin de purger le volume d'air initial. On note que le palladium instable donne lieu à la précipitation de palladium métallique. Ce précipité de couleur noire est déposé sur les parois du gobelet et sur le thermocouple. Les dépôts noirs sont limités à cette zone de réacteur, en raison de la présence du couvercle de gobelet. Le nettoyage du couvercle de l'autoclave est effectué par tout moyen approprié. On démontre ainsi l'utilité du couvercle de gobelet et son efficacité en tant que moyen de protection du couvercle de l'autoclave. EXEMPLE 4 : On introduit 25 ml de méthanol dans le gobelet après avoir fermé l'autoclave et l'avoir purgé comme dans l'exemple 1. On introduit ensuite de l'éthylène à une pression de 36 bars. Les moyens d'agitation sont alors mis en fonctionnement. Après environ une minute on observe une diminution de la pression de l'ordre de 4 bars due à la dissolution de l'éthylène dans le méthanol. Il apparaît ainsi que, malgré l'absence de l'hélice rotative habituellement utilisée, le transfert gaz-liquide est réalisé de manière correcte grâce à la présence des contrepales dans le gobelet. Par ailleurs, il résulte de cette expérience que la présence du gobelet dans ltenceinte ne perturbe absolument pas le fonctionnement de l'autoclave. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles. Par exemple les contre-pales peuvent ne pas être monobloc avec le gobelet mais être rapportées par la suite sur la paroi de celui-ci. Cet apport peut être effectué par emboîtement de nervures (les contre-pales) dans des rainures ménagées à cet effet dans la paroi (variante non représentée). De même, les contre-pales peuvent être solidarisées les unes aux autres par un moyen élastique et maintenues en place contre la paroi du gobelet par ce même moyen élastique. En variante, il est possible de rendre les contre-pales solidaires du couvercle de gobelet. De même, le gobelet peut être représenté avec des contre-pales de forme et de hauteur spécifiques en fonction de la viscosité des produits à mélanger. Ainsi, pour un gobelet de dimensions données, il peut exister plusieurs types de contre-pales internes, adaptées chacune à mélanger des produits de viscosité différente. On notera que ltergot (moyen d'espacement) prévu sur le couvercle de l'autoclave pourrait, avec la même efficacité, être implanté sur la partie supérieure du couvercle du gobelet. Cet ergot peut d'ailleurs présenter toutes formes et dimensions appropriées. Il est également possible de placer une pluralité d'ergots. De manière classique, une pastille d'éclatement est mise en place sur un des conduits d'évacuation ou d'introduction 31 pour éviter toute explosion de l'autoclave. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés, mais englobe toute variante à la portée de l'homme de l'art. Par exemple, le gobelet peut être réalisé en deux parties (compartiment de mélange et compartiment d'agitation) solidarisées par la suite. REVENDICATIONS 1/ - Autoclave du type comportant : - une enceinte (15) fermée sous pression contrlée adaptée pour contenir des produits à mélanger et - un moyen d'agitation magnétique (26) adapté pour être entraîné en rotation en vue d'assurer le mélange des produits présents dans l'enceinte, caractérisé en ce qu'il comporte :: - un gobelet amovible (19) inséré dans ladite enceinte (15) et muni d'un compartiment de mélange (20) adapté pour- recueillir les produits à mélanger et présentant des parois internes (22) sur lesquelles sont ménagées des contre-pales (23) en saillie et d'un compartiment d'agitation (21) en relation directe avec le compartiment de mélange (20) et placé sous celui-ci, adapté pour loger et guider les moyens d'agitation magnétique (26) destinés à assurer le mélange des produits présents dans les compartiments (20, 21). 2/ Autoclave selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit gobelet (19) comporte, en outre, un couvercle (27) adapté pour reposer sur une partie supérieure des contre-pales (23), et s'insérant dans le compartiment de mélange (20). 3/ - Autoclave selon la revendication 2, caractérisé en ce que entre le couvercle (27) du gobelet et le couvercle (12) refermant l'autoclave, il est prévu des moyens d'espacement (29). 4/ - Autoclave selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'espacement (29) sont des ergots solidaires du couvercle (27) du gobelet ou du couvercle (12) de l'autoclave. 5/ Autoclave selon la revendication 1, caractérisé en ce que le compartiment d'agitation (21) présente une forme globalement cylindrique et est adapté pour présenter des dimensions très légèrement supérieures à celle du moyen d'agitation (26). 6/ - Autoclave selon la revendication 5, caractérisé en ce que le compartiment d'agitation (21) présente à sa partie supérieure une couronne annulaire (24) pourvue d'un orifice d'introduction (25) du moyen d'agitation. 7/ - Autoclave selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le moyen d'agitation (26) est un barreau magnétique entraîné en rotation par couplage magnétique avec un jeu d'aimants entraînés par un moteur (M) disposé sous l'autoclave (10). 8/ - Autoclave selon la revendication 1, caractérisé en ce que le compartiment de mélange (20) a une forme globalement cylindrique et en ce que les contre-pales (23) sont régulièrement réparties sur la circonférence de sa paroi interne (22). 9/ - Autoclave selon la revendication 1, 2 ou 8, caractérisé en ce que les contre-pales (23) font saillie sur au moins une partie de la hauteur du compartiment de mélange (20). 10/ - Autoclave selon l'une des revendications ' précédentes, caractérisé en ce que le compartiment d'agitation (21) est réalisé en un matériau à faible coefficient de friction, et en ce que le compartiment de mélange (20) est réalisé en un matériau inerte chimiquement. 11/ - Autoclave selon la revendication 10 r caractérisé en ce que le matériau des compartiments de mélange (20) et d'agitation (21) est du "Téflon". 12/ - Autoclave selon la revendication 10, caractérisé en ce que le matériau des compartiments de mélange (20) et d'agitation (21) est du quartz. 13/ - Autoclave selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le couvercle (27) est percé d'un orifice adapté pour recevoir un moyen de mesure de la température régnant dans le gobelet (19) et d'un orifice de vidange (28) des compartiments d'agitation (21) et de mélange (20). 14/ - Autoclave selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen de contrôle et de commande (16) de la température régnant à l'intérieur de ltenceinte (15). 15/ - Gobelet (19) adapté pour être mis en place dans un autoclave (10) du type comportant : - une enceinte (15) fermée sous pression contrôlée, adaptée pour contenir des produits à mélanger et - un moyen d'agitation magnétique (26) adapté pour être entraîné en rotation en vue d'assurer le mélange des produits présents dans l'enceinte, ledit gobelet (19) étant caractérisé en ce qu'il comporte :: un compartiment de mélange (20) adapté pour recueillir les produits à mélanger et présentant des parois internes (22) sur lesquelles sont ménagées des contre-pales (23) en saillie, et un compartiment d'agitation (21) en relation directe avec le compartiment de mélange et placé sous celuici, ce compartiment d'agitation étant adapté pour loger et guider les moyens d'agitation magnétique (26) destinés à assurer le mélange des produits présents dans les compartiments (20, 21). 16/ - Gobelet selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il présente un couvercle (27) mis en place à l'intérieur du gobelet (19), ledit couvercle reposant sur une partie supérieure des contre-pales (23). 17/ - Gobelet selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'entre le couvercle (27) du gobelet et le couvercle (12) de l'autoclave, on dispose des moyens d'espacement (29). 18/ - Gobelet selon la revendication 17, caractérisé en ce que les moyens d'espacement (29) sont des ergots solidaires du couvercle (27) du gobelet. 19/ - Gobelet selon la revendication 15, caractérisé en ce que le compartiment d'agitation (21) présente une forme globalement cylindrique et est adapté pour présenter des dimensions très légèrement supérieures à celle du moyen d'agitation (26). 20/ Gobelet selon la revendication 19, caractérisé en ce que le compartiment d'agitation (21) présente à sa partie supérieure une couronne annulaire (24) pourvue d'un orifice d'introduction (25) du moyen d'agitation. 21/ - Gobelet selon la revendication 15, caractérisé en ce que le compartiment de mélange (20) a une forme globalement cylindrique et en ce que les contre-pales (23) sont régulièrement réparties sur la circonférence de sa paroi interne (22). 22/ - Gobelet selon la revendication 15, 16 ou 21, caractérisé en ce que les contre-pales (23) font saillie sur au moins une partie de la hauteur de ce compartiment (20). 23/ - Gobelet selon l'une des revendications 15 à 22, caractérisé en ce que le compartiment d'agitation (21) est réalisé en un matériau à faible coefficient de friction, et en ce que le compartiment de mélange (20) est réalisé en un matériau inerte chimiquement. 24/ - Gobelet selon la revendication 23, caractérisé en ce que le matériau des compartiments de mélange (20) et d'agitation (21) est du "Téflon". 25/ - Gobelet selon la revendication 23, caractérisé en ce que le matériau des compartiments de mélange (20) et d'agitation (21) est du quartz. 26/ - Gobelet selon l'une des revendications 15 à 25, caractérisé en ce que le couvercle (27) est percé d'un orifice adapté pour recevoir un moyen de mesure de la température régnant dans le gobelet et d'un orifice de vidange (28) des compartiments d'agitation et de mélange.