APPAREILS D’ÉVAPORATION

Pour la Distillation à feu nu.

Les fourneaux devront être construits d’aprcs les mêmes principes que pour la vaporisation de l’eau. La distance du fond des chaudières au combustible devra être d'autant plus petite, que la vaporisation devra avoir lieu à une température plus élevée.

Le métal qui devra être employé dans la chaudière dépendra de la nature de la substance à distiller. Par exemple , pour la distillation du soufre, du mercure, du zinc, le fer est le seul métal que l’on puisse employer; et la foute est préférable à la tôle qui s’oxiderait trop facilement , et dont les joints seraient difficiles à fermer exactement ,

surtout si la matière à distiller était du soufre.

Les soupapes de sûreté deviennent presque inutiles , parce que l’espace où la condensation des vapeurs . a lieu, communique librement avec la chaudière par un tuyau d’un diamètre suffisant , et que son extrémité est toujours ouverte à l’air. Cependant il est des cas où la distillation ayant lieu avec pression , les soupapes de sûreté devienvicnnent indispensables.

Quant au tuyau de dégagement, ses dimensions peuvent se calculer d’après les mêmes principes que pour les vapeurs d’eau. Mais , en général , on leur donne un diamètre beaucoup plus grand , parce qu’il n’en résulte jamais d’inconvénient, et, qu’au contraire, il y a so.uvent un très-grand avantage à avoir un grand tuyau de conduite. C’est ce qui a lieu, par exemple, dans la distillation des vins, où il est nécessaire que les vapeurs séjournent le moins possible dans la chaudière, et qu’elles n’y soient soumises qu’à une faible pression , parce qu’elles pourraient se brûler contre la partie des parois de la chaudière qui' se trouve au-dessus du niveau dit

d’évaporation. i 3 i

liquide. Dans la distillation du soufre, le canal de dégagement doit être beaucoup plus considérable encore que celui qui est indiqué par la théorie, parce que ce canal est très-sujet à s’obstruer par la solidification des vapeurs.

Les dimensions de toutes ces parties de l’appareil dépendent de la quantité de vapeur que l’on veut obtenir dans un lems donné , car de cet élément ou peut déduire la quantité de charbon à consommer, l'étendue de la surface de chauffe de la chaudière , et tous les autres détails de l'appareil.

Nous avons vu que i kilogr. de ’ houille pouvait vaporiser 6 kil. d’eau, et , d’après les calculs appropriés à ce genre de recherches , on trouve que la môme quantité de houille pourra vaporiser i5 kilogr. d’alcohol.

Quant à la surface de la chauffe , on a vu que, dans un appareil bien construit, et qui donnait 6 kilogr. de vapeur pour un kilogr. de houille , il ne fallait compter que sur 25 à 5o kilogr.

de vapeur d’eau par mètre carré et par heure ; or, celte quantité de chaleur qui . passe à travers le métal pourra volatiliser 62 à 75 kilogr. d’alcohol. Ainsi ,

pour calculer la surface de chauffe , il faudra compter sur au moins 62 kilogr.

de vapeur d’alcohol par mètre carré et par heure. Ou pourrait obtenir une quantité de vapeur beaucoup plus grande , mais la chaleur ne serait pas employée aussi utilement; pout* le cas que nous avons supposé , la surface de chauffe de la chaudière devrait être de i m. 61 ; la quantité de houille à brMer par heure serait de 6 kil.66.

Supposons maintenant que nous ayons à distiller un mélange d’eau et d’alcohol , c’est le cas ordinaire de la distillation des vins, et supposons que l’alcohol soit à l’eau comme i est à 24 »

ce qui représente un huitième de son poids d’eau-de-vie, à 22 0 . de Beaumé.

L’expérience a appris que pour obtenir presque tout l’alcohol contenu dans ce liquide , il fallait réduire en vapeur o, 22 de la masse totale, et que la liqueur portait, au même aréomètre , Je litre moyen de 17? et se composait de */a4 = o , 042 d’alcohol , et , par conséquent, de 0,22 o, 042 = o, 178 d’eau.

Si, par exemple, il s’agissait de distiller 1,000 litres de vin par heure,

d’évaporation. i33

il faudrait vaporiser 220 litres de liqueur, composés de 4 2 litres d’alcohol pur et de 178 litres d’eau. La quantité de charbon serait alors de 52 kil. 46, et la surface de chauffe de la chaudière devrait être de 10 m. 492.

Dans la distillation des substances qui ne bouillent qu’à une température très-élevée , on emploie toujours des chaudières qui sont très-petites relativement au foyer; alors il y a une trèsgrande perte de chaleur, et parce que la surface de chauffe est très-petite et parce que la température pour l’ébullition est très-élevée; maison peut loujoursutiliser une partie de cette chaleur, en plaçant à la suite de la chaudière de distillation, une ou plusieurs autres , dans lesquelles la matière commence à s’échauffer.

Appareils pour la Distillation rapide .

Buchmanu dit , dans son Traité sur la chaleur : « Il y a quelques années on a beaucoup parlé, dans les journaux ; scientifiques , de la rapidité avec laquelle on distillait lesliq'ueurs vineuses en Ecosse ; elle était si grande relativement à celle qui résulte des appareils du Continent, que plusieurs personnes

Futirneanx. 8

doutèrent de la véracité des rapports.

La promptitude avec laquelle s’opère la distillation dans les distilleries d’Ecosse paraît réellement incroyable. Un alambic contenant So gallons ( 5 o 5 litres ) , étant rempli de liqueur froide , celle-ci est chauffée, complètement distillée, et l’alambic est rempli de nouveau pour recommencer la distillation dans 5 minutes et demie ; les alambics de 44 gal- Ions (168 litres) n’exigent que 2 uiiuutes et demie. Tout le secret consistait à employer de grandes surfaces de chauffe* et à prodiguer le charbon , de manière que la chaudière laissât pénétrer le maximum de chaleur. Cette disposition était le résultat de la nature de l’impôt, qui se payait par jour et pour chaque appareil ; ainsi il était de l’intérêt du fabricant de sacrifier du combustible pour économiser le tems. Un changement ayant eu lieu dans la manière de prélever le droit, les distillateurs en sont revenus h des procédés plus économiques, et Buchmann les fait connaître; les voici :

« Les alambics les plus parfaits sont destinés à contenir de 44 a 80 gallons, ils sont larges et très-peu profonds, ceux

d’évaporation. i35

de 44 galons ont environ 44 ponces de diamètre, etseulement 5 pouces de profondeur; ceux de 8o gallons ont de 52 à 54 pouces de diamètre , et environ 8 pouces de profondeur; ces alambics, entièrement plats dans le fond et épais de ? /s de pouce, s’appuient sur un rebord d’environ un pouce et demi, ménagé sur le briquetage qui forme tout autour un mur très-épais.

Le foyer, parfaitement de niveau, se trouve de i5 pouces au-dessous du fond de la chaudière; l’extrémité intérieure des barres formant la grille est placée à un pouce en dedans de la ligne • verticale abaissée de la partie qui supporte l’alambic. Les barres sont en deux longueurs ; celle de l’intérieur a 21 pouces et celle de l’extérieur 3o , supportées par une barre qui les croise , et de 4 pouces en carré; en avant de ces barres, il y a une plaque de, 10 pouces de large. Le fond du cendrier esta 3 pieds au-dessous de la grille , et au niveau du sol de l’atelier.

» Pour les grands alambics on donne à la grille 4 poupes de large, et pour les plus petits 5 pieds 6 pouces. Le mur do brique s’étend de 21 pouces au-delà

de la plaque ; il est large de 4 pieds , et sa face extérieure est plus haute de 4 pouces que du côté où il supporte l'alambic ; les portes des foyers ont 5o pouces de large.

» La houille employée généralement àGIascow, pour opérer la distillation, est celle qui donne la plus belle flamme, et qui vient des mines de Monkland.

» Le fond du foyer au-dessus de la grille est garni de briques à feu sur 9 pouces de profondeur, et se termine au niveau de la partie postérieure de la cheminée.

» La cheminée a 60 pieds de hauteur, 4 pieds carrés intérieurement, depuis le bas jusqu’au sommet; elle est formée de deux murs; celui intérieur est en briques à feu de 9 pouces d'épaisseur ; l’extérieur est placé à 3 pouces de distance , de' tout côté, du mur intérieur, et l'espace entre deux demeure ouvert au sommet. L’épaisseur du mur extérieur est de 18 pouces au bas , et diminue régulièrement sur toutes les faces, de manière à se réduire à 7 pouces à sa

Ï iartie supérieure; ces deux murs sont iés ensemble par de longues briques placées de distance en distance.

d’évàpouation. 137

L’alambic est placé à 3 pieds de la face extérieure de la cheminée , et la communication entre cette cheminée et le foyer a lieu par le moyen d’un canal de 3 pieds de largeur et de 2 pieds 1 pouce 7* de hauteur, qui entre dedans; le tout est revêtu d’une épaisseur de 9 pouces de briques à feu.

Les dimensions précédentes avec les exceptions qui peuvent être indiquées, sont celles usitées pour tons les grands alambics. On a essayé diverses sortes de cheminées; mais celles dont nous venons de parler ont paru réunir le plus d’avantages.

» Lorsqu’on ne leur donnait que 36 h 4o pieds de hauteur, le tirage n’était pas suffisant; lorsqu’elles dépassaient 60 pieds , la flamme n’agissait pas convenablement, et brûlait le fond de l’alambic; quand le vide intérieur élait moindre que 4 pieds carrés , elles n’attiraient pas ' la flamme assez vite ; lorsque le vide était de 4 pieds et demi carrés, le tirage était trop grand et la flamme brûlait l’alambic.

» Pendant long-tems on a construit les murs des cheminées pleins, et l’on éprouvait beaucoup d’embarras quand

appareil»

ces murs se déjetaient par suite de la chaleur qu’ils éprouvaient ; on a trouvé un remède trcs-efficace , celui de laisser un vide de 3 pouces , comme on l’a déjà dit, entre le mur intérieur de briques à feu et le mur extérieur bâti en briques ordinaires; ces murs qui sont ainsi sé-

Ï iarés, peuvent non-seulement obéir avec iberlé à l’inégale dilatation qu’ils éprouvent , mais ils produisent encore une épargne de combustible en diminuant la faculté conductrice de la cheminée. »

Toutes les circonstances rapportées ci-dessus par Tiuchmann, sur la construction des fourneaux qu’il décrit; l’influence que les moindres changemens qu'on y a apportés en différées lems ont eue sur les résultats, et d’une manière qui n’était pas dans tous les cas prévue parla théorie, doivent convaincre de la nécessité de n’admettre , d’une manière absolue , que les données de l’expérience.

jl ppareils de Distillation dans lesquels les differentes sortes de vapeurs se séparent .

Ces appareils ont pour objet d’analyser

d’évaporatiok. 1 3f>

les vapeurs aqueuses contenant de l’alcohol; ils donnent, en une seule chauffe, de l’eau-de-vie à un degré quelconque ou de i’alcohoï. Le premier appareil de ce genre est du à Adam, de Montpellier. Il était composé d’une chaudière et de plusieurs vases fermés d’une forme ovoïde; les communications de cesdifférens vases étaient établies comme celles d'un appareil de Woulf , c’est-à-dire que la partie supérieure de la chaudière communiquait avec le premier vase par un tuyau qui descendait jusqu’au fond de celui-ci. La partie supérieure du premier vase communiquait avec le second par un tube qui plongeait jusqu’au fond de ce dernier, et ainsi de suite. Enfin , le dernier communiquait avec le premier serpentin. La chaudière, les vases et le premier serpentin étaient d’abord remplis de la liqueur à distiller ; on chauffait la chaudière , les vapeurs alcoholiques qu’elle produisait se condensaient dans le premier vase ; ce liquide, plus alcoholique que celui de la chaudière, entrait bientôt lui-mème en ébullition , et produisait des vapeurs plus déphlegmées que celles de la chaudière, qui allaient se condenser dans le second vase*

1 4o APPAREILS.

et ainsi de suite. Les liquides contenus dans les vases étaient donc d’autant plus alcoholiques, et donnaient des vapeurs d’autant moins aqueuses , qu’ils étaient plus éloignés de la chaudière. L’appareil était disposé de manière que l’on pouvait mettre en communication avec le serpentin le premier, le deuxième ou le troisième vase; alors on obtenait à volonté de l’alcohol à un degré quelconque.

Cet appareil avait le grand inconvénient de produire une pression assez forte dans la chaudière.

Solimani imagina un autre appareil d’analyse des vapeurs. Cet appareil consistait en un condensateur à plaques parallèles, qui était plongé dans de l’eau à une température constante de 40 degrés.

Les vapeurs de la chaudière y arrivaient par le bas ; celles qui se condensaient retournaient à la chaudière, et celles qui échappaient étaient très - déphlegmées, et passaient dans le réfrigérant, où elles étaient entièrement condensées.

En variant la température du réfrigérant on obtenait à volonté de l’alcohol à un degré quelconque.

Isaac Bérard fit connaître vers le même tems un appareilfondé surle même

d’évaporation. i4i

principe que celui de Solimani; mais la disposition était difficile. L’appareil d’analyse des vapeurs consistait en un cylindre deux fois recourbé horizontalement et divisé en i5 cases par des diaphragmes verticaux percés supérieurement et inférieurement. Le cylindre était plongé dans l’eau, et on pouvait à volonté faire parcourir aux vapeurs sortant de la chaudière un certain nombre des cases de celte espèce de serpentin :

il est évident que les vapeurs étaient d’autant plus déphlegraées, qu’elles en parcouraient un plus grand nombre.

Dans tous ces appareils, le problème a résoudre est celui -ci : un mélange d’eau et d’alcohol renfermé dans une chaudière étant mis en ébullition, et produisant un courant continu de vapeur d’eau et de vapeur atcoholique, séparer en totaliié ou en partie l’eau de l’alcohol.

Tous les apareils construits jusqu’ici sont composés , i° d’une chaudière dans laquelle on met en ébullition le liquide a distiller; 2 ° de deux serpentins dont l’un est destiné à échauffer le liquide pour l’opération suivante, et dont l’autre est destiné a compléter la condensa-

t ion de la vapeur; 5° d’un appareil desti né h analyser les vapeurs.

Lorsqu’un mélange de vapeurs d’eau et de vapeurs alcoholiques passe dans un réfrigérant à air ou à eau, les premières vapeurs qui se condensent sont les plus aqueuses, les dernières sont les plus alcoholiques ; si le réfrigérant est insuffisant pour condenser fa totalité des vapeurs, celles qui en sortiront seront d’autant plus alcoholiques que leur température sera moins élevée.

Un mélange d’eau et d’aîcohol bouta une température d’autant plus basse et les vapeurs sont d’autant plus alcoholiques que le mélange renferme moins d’eau et plus d’alcohol.

Lorsque de la vapeur d’eau pure rencontre une liqueur alcoholique à une plus basse température, la vapeur d’eau se condense en grande partie , et la chaleur résultante de la condensation forme des vapeurs alcoh diques.

C’est également sur les mêmes principes qu’est construit l’appareil distilla*toire de Charles Derosne, le plus parfait que l’on aitencoreimaginé, etaveclequcl le travail est continu. A cause des figu-

T) ÉVAPORATION. j ^3

res nécessaires pour l’intelligence de cet appareil , nous ne pouvons en donner une description particulière.

Il y a aussi des appareilsdistiUatoires a double effet , dans lesquels on a cherché à tirer parti de la chaleur qui se dégagé avec les vapeurs, pour produire une seconde distillation , dans un appareil placé à la suite du premier. La disposition la plus simple consiste à faire passer les vapeurs dans deux serpentins placés l’un au-dessous de l’autre: le vase qui renferme le premier est fermé dans sa partie supérieure , qui est placée dans dans un réfrigérant particulier ; le vase qui contient le second serpentin reste ouvert. Le premier est destiné à être fortement échauffé par la condensation de la vapeur , et le second à condenser la vapeur qui pourrait échapper au premier. Mais la vapeur, en se condensant dans le premier vase, ne peut pas échauffer le liquide qu’il contient à la température de Ja vapeur elle-même; par conséquent, il ne pourra se faire de distillation dans ce premier vase , qu’autant que le liquide contenu dans ce vase serait de nature à entrer en ébullition à une températnre inférieure à celle du

liquide contenu dans la chaudière sou® laquelle on fait le feu , ou que le liquide contenu daus le second vase, étant de même nature que celui de la chaudière, serait soumis à une pression moindre, ce qui en permettrait l’ébullition à une plus basse température.

Le mode d’opération dont il est question pourrait donc être mis en usage pour distiller- des liquides de nature différente , tels que l’eau et l’alcohol , ou des mélanges d’alcohol et d’eau en différentes proportions; ou bien encore de»

liquides de même nature, en faisant le vide dans le second appareil distilla— toire; ou bien enfin des liquides de même nature en opérant la première dis- • tillation sous une pression plus grande que celle de l’atmosphère.

La première application serait facile dans son exécution. La seconde exigerait l’emploi d’un moteur pour faire le vide et le maintenir; la troisième exigerait que le premier serpentin qui est enfermé dans le vase qui sert de seconde chaudière à distiller eût une surface plus petite que celle qui serait nécessaire pour condenser toute la vapeur qui se forme dans la chaudière; il faudrait

d’évaporation. 145

encore qu’à l'extrémité du premier condensateur il y eut une soupape qui se fermant de bas en haut, ne laisserait passer la vapeur dans le second réfrigérant que quand elle aurait acquis une température de 10" ou i 5 ° au-dessus de celle de l’ébullition dans l’air libre.

On a proposé cette disposition pour la distillation de l’eau de mer sur les vaisseaux; dans ce cas on pourrait facilement obtenir 9 à 10 kilogrammes d’eau distillée par kilogramme de houille, en supposant que cette même houille en donnât 6 par la distillation simple ; ce qui est un objet bien important à bord des vaisseaux, où le combustible, indépendamment de son prix, occasione beaucoup d’encombrement et d’embarras.

De ï Évaporation.

11 y a plusieurs modes d’évaporation , soit spontanée dans le vide, ou à l’air libre, ou par un courant d’air forcé; soit au moyen de la chaleur à vase couvert ou par des courans d’air chaud. Il n’entre dans notre cadre de parler que

de l’évaporation qui exige l’emploi de

Fourneaux. 9

ï46 APPAREILS .

la chaleur , el par conséquent des fourneaux.

M. Piclet, dans son excellent traité de la chaleur, dit de révaporation par le feu a vases couverts :

<A Toutes les évaporations à l’air libre par la chaleur, s’exécutent en plaçant la chaudière qui contient le liquide à évaporer sur un foyer ou du moins dans un courant d’air chaud.

» Examinons d’abord les phénomènes qui accompagnent la transmission de la chaleur. Le liquide étant exposé à l’air, l’évaporation se manifeste en général , même avant que le liquide commence à s’échauffer, car nous savons que les liquides émettent des vapeurs à toutes les températures ; mais cette évaporation est extrêmement faible. A mesure que le liquide s’échauffe, l’évaporation va en croissant, et une partie de la chaleur reçue parle liquide se perd par celte évaporation ; par conséquent, la température du liquide croît beaucoup plus lentement que si la chaudière était fermée; il peut même arriver que jamais le liquide n’atteigne la température de l’ébullition. En effet, si la surface du liquide exposé à l’air est

d’évaporation. 14 n j

très-grande, relativement à la quantité de combustible brûlé, l’évaporation , qui est proportionnelle à la surface , pourra , à une certaine température du liquide,emporterunequantité de chaleur égale à celle que le liquide reçoit du foyer, et , par conséquent , la température restera alors stationnaire; mais, dans tous les cas, que le liquide atteigne ou n’atteigne pas la température de l’ébullition, la vaporisation consommera exactement la même quantité de chaleur; par conséquent on- consommera toujours la même quantité de combustible pour évaporer le même poids d'eau , quelle que soit la température de la vaporisation. Cependant il pourrait y avoir une petite économie dans l’emploi utile du combustible , lorsque l’évaporatioira lieu à une température peu élevée, parce que l'air chaud , à son entrée dans la cheminée , pourrait être amené à une plus basse température.

» IL résulte de ce qui précède que tous les détails que nous avons donnés pour la vaporisation , sont immédiatement applicables 4 l'évaporation. La quantité de combustible est la même pour vaporiser, ou pour évaporer le même poids

l/\S ' appareils

d’eau, la disposition du foyer doit être la même, et les fourneaux ne different que par la forme des chaudières.

» Cependant on emploie presque toujours, dans l’évaporation, une disposition de chaudière qui donne un effet plus utile du combustible que dans la vaporisation. Lorsque l’évaporation doit avoir lieu à une température inférieure à celle de l’ébullition , on donne aux chaudières une très-grande étendue relativement au foyer, et l’air, à son issue dans la cheminée, se trouvant à une température plus basse que si ce liquide avait été porté jusqu’à l’ébullition, une plus grande partie de la chaleur dégagée par la combustion , se trouve utilisée.

Quand le liquide doit entrer en ébullition, on place à la suite les unes des autres plusieurs chaudières, dont la première seulement est échauffée directement par le foyer, et peut être élevée au bouillon , et dont les autres , seulement chauffées par le courant d’air chaud , n’atteignent pas nette température ; le liquide qu’elles contiennent s’échauffe , s’évapore lentement , et fournit des liqueurs chaudes qui servent à alimenter la première chaudière.