ALIMENTATION DES CHAMBRES EN VAPEUR D’EAU

En Angleterre on emprunte la vapeur d’eau nécessaire «à la marche des chambres à des générateurs spéciaux travaillant à la pression de 1 à 4,5 atmosphères. Sur le continent, on trouve plus commode de prendre la vapeur sur les chaudières qui fournissent la force motrice aux pompes, broyeurs, compresseurs d’air, etc. Dans ces conditions les conduites contiennent de la vapeur à 3 ou 4 atmosphères. Cela demande plus de surveillance pour régler les robinets, mais, par contre, on arrive ainsi a pouvoir réchauffer plus facilément les chambres pendant les grands froids.

Les conduites de vapeur sont formées soit de tuyaux en fer, soit de tubes en cuivre On donne aux branchements un diamètre de 25 à 30 millimètres pour un appareil de 3000 à 4000 mètres cubes, quand on travaille avec une pression de vapeur de 3 kilogrammes effectifs aux générateurs. Il est essentiel de veiller à ce que la pression de vapeur reste bien constante. Mais comme on peut être obligé de modifier l’introduction de la vapeur dans les chambres, il est très utile de placer sur le tuvau de vapeur un robinet de réglage ou mieux encore une valve, car les robinets deviennent souvent trop durs quand on n’a pas souvent à les manœuvrer.

Dans beaucoup d’usines on place un seul orifice d’admission do vapeur par cliambrOj et on le dispose dans le tuyau d’arrivée des gaz, de façon à compenser par l’effet d’entraînement ainsi produit, la perte de charge qui résulte du passage des gaz dans les colonnes absorbantes situées en queue. Dans d’autres usines on dispose plusieurs arrivées de vapeur sur les parois transversales, ou sur le plafond. Nous avons déjà dit les inconvénients que présenterait l’introduetion des tuyaux de vapeur par le fond de la chambre.

Il est prudent de ménager entre le robinet et la chambre une tubulure pour poser un manomètre. La fig. 89 montre une disposition souvent adoptée pour l’introduction de vapeur. Sur le robinet du branchement est rapporté un tuyau en plomb muni d'une tubulure pour raccorder un manomètre à air libre. Le tube de plomb porte à l’extrémité une petite plaque de platine mince percée d’un trou calibré par lequel s’échappe la vapeur.

Le tuyau de plomb passe généralement à frottement dans une douille en alliage dur rapportée sur la paroi, et y est luté. Quelquefois on laisse tout autour une ouverture pour permettre à l’air d’entrer dans la chambre sous l’effort d’appel Kg- 89.

produit par le jet de vapeur.

En Angleterre on emploie souvent un jet unique en tête de la chambre lorsque celle-ci n’a qu’une quarantaine de mètres de long : le jet est alors dirigé dans le sens de la marche des gaz, et est souvent placé dans le tuyau d’arrivée. En France on dispose généralement plusieurs jets transversaux ; mais en réalité cela ne paraît utile qu’avec des chambres de très grande longueur : il est clair qu’un seul jet est plus facile à régler que plusieurs.

La vapeur d’eau étant surtout utile aux points où la formation de l’acide est la plus considérable, c’est surtout en tête de la chambre principale qu’il est essentiel d’en introduire; quand il y a deux tambours en queue, souvent on n’en injecte pas dans le second.

Lorsqu’on n’injecte pas suffisamment de vapeur d’eau, il se forme sur les parois des cristaux des chambres qui finissent par tomber dans la cuvette, où ils se dissolvent dans l’acide sulfurique purement et simplement.

Comme l’acide nitreux fait partie intégrante de ces cristaux, l’atmosphère des chambres s’appauvrit en produits nitreux, et la transformation de l’acide sulfureux se ralentit.

Un manque de vapeur d’eau s’accuse rapidement par une augmentation du degré de l’acide. Lorsque celui-ci atteint oh® B, il commence à faire effervescence avec l’eau, en dégageant des vapeurs rutilantes. Si la vapeur d’eau continue à arriver en quantité

insuffisante, le degré de l’acide augmente de plus en plus, jusqu à 60°, et 1 absorption de produits nitreux devient très considérable.

Si l’on donne trop de vapeur, l’acide se dilue trop, et dissout encore de l’acide nitrique ; par suite, il attaque fortement le plomb des chambres, et finit par absorber de l’acide sulfureux.

On peut craindre aussi dans ce cas une réduction des produits nitreux a 1 état de protoxyde d’azote et même d’azote.

En bonne marche, on doit trouver que l’acide a 55° B en tête de la chambre principale.

M. Sprengel a proposé d'introduire dans les chambres de l’eau pulvérisée (fig.90); avec son pulvérisateur en platine, on peut entraîner, dit-il, 80 parties d’eau au moyen

de 20 parties de vapeur.

Cet appareil doit demander une grande surveillance, et comme il abaisse forcément la température des chambres, on ne voit guère qu’il puisse présenter d’avantage que pendant les saisons très chau- 90. des, ou en tête de la pre¬

mière chambre dans les

usines dépourvues de tour de Glover, et dont les réfrigérants sont insuffisants ; d’ailleurs, comme l’eau doit tomber en partie jusqu’à la cuvette sans se vaporiser, on doit avoir chance que le degré d’humidité des gaz des chambres varie d’un point à l’autre. Naturellement le pulvérisateur Sprengel doit être fixé dans le haut de la chambre.

Nous avons déjà vu, à propos des matières premières, que, pour tirer des chambres de l’acide à 55° B, il faut fournir théoriquement l'‘,875 de vapeur d’eau pour 1 kilogr. de soufre brûlé, et pratiquement environ 2'“, 020 pour tenir compte des condensations dans les tuyaux de conduite. Naturellement, quand l’usine est pourvue de tours de Glover, la quantité de vapeur à emprunter aux générateurs est moindre, puisque la vapeur dégagée dans ces tours est restituée au mélange gazeux. Si l’acide entre à 55° B dans la tour (70 S0'’I10 pour 100) et en sort à 62° B (81.7 de SO', HO pour 100), pour 100 kilogr. d’acide introduit, il rentre en circulation 14 521 kilogr. d’eau. Quand tout l’acide passe par les tours de Glover, on restitue ainsi pour 1 kilogr. de soufre :

et par suite la quantité de vapeur à prendre aux générateurs est théoriq. l‘‘,8750 — 0.5118 = 1^,3632. Il faut compter en pratique sur une consommation de 1,5 kilogramme de vapeur pour 1 kilogr. de soufre brûlé.

Tirage. — Nous avons vu, à propos de la marche des fours, combien il est important de régler le tirage. Pour les chambres cette opération présente un intérêt aussi grand. En effet, s’il y a un appel exagéré en queue, le registre en tête étant bien réglé, la pression diminue dans la chambre, l’air y pénètre par les moindres

fissures, et, sans revenir sur les accidents occasionnés dans les fours, les gaz, d’abord en tète, puis en queue, deviennent trop riches en o.vygêne, trop pauvres en acide sulfureux; l’air inerte introduit en trop retarde les réactions, tandis que précisément le temps de séjour des gaz dans les chambres devient plus court. On n’arrive alors à utiliser l’acide sulfureux complètement qu’à condition d’augmenter d’une façon onéreuse la consommation de salpêtre et de l’acide nitrique.

Si, au contraire, le registre en queue est fermé d’une façon exagérée, l’air afflue des fours, grâce au tirage de leur cheminée, la pression augmente d’abord dans les chambres, puis dans les fours; une quantité trop faible d’air pénètre dans les appareils, et l’on trouve un excès d’acide sulfureux, et un manque d’oxygène d’abord en tête, puis en queue : lorsqu’on ouvre les portes les fours refoulent ; c’est le signe immédiatement sensible de ce défaut de marche, à moins que ce phénomène ne provienne d’une obstruction entre les fours et les chambres (dans ce cas, on observerait une pression normale aux chambres, au lieu d’un excès de pression), ou d’un défaut général dans l’installation. Le manque d’oxygène obligerait encore à forcer la dose d’acide nitriqne, mais l’inconvénient serait plus grave, car il sortirait alors des chambres du bioxyde d’azote, non absorbable par l’acide sulfurique ; malgré l’emploi des tours de Gay-Lussac, les produits nitreux seraient perdus.

Supposons maintenant le cas contraire, et que le registre d’entrée des fours soit trop ouvert : le tirage de la cheminée du four déterminera l’afflux d’un accès d’air, la pression augmentera dans la cha.nhre et l’on trouvera trop d’oxygène d’abord en tête, puis en queue — s’il est trop fermé le cas contraire s’observera. On reconnaîtra donc de quel point vient le défaut, en mesurant la pression en queue, et examinant la marche du four et l’état de la flamme.

La circulation des gaz dans les fours et les chambres peut fort bien être assimilée à celle d’une rivière traversant une série de lacs: dans chaque bassin, la vitesse s’éteint à peu près complètement, et ellé reprend toute son intensité dans les passages rétrécis. 11 y a donc là une cause de perte de charges qu’il faut compenser et à laquelle vient encore s’ajouter le frottement considérable produit par la circulation des gaz dans la tour de Gay-Lussac.

On doit par suite se préoccuper dans l’établissement d’une fabrique d’acide sulfurique de déterminer le mouvement des gaz, et de disposer les appareils de façon à pouvoir produire un tirage énergique et à le régler à volonté.

En tète des appareils nous trouvons de suite une source d’impulsion.

Le mélange de gaz qui s’échappe des fours, en bonne marche, pèse à 0° et sous la pression de 760““', ainsi que nous le verrons plus loin, environ 'ls‘',450 dans le cas où l’on emploie des fours à soufre, 1«%410 dans le cas où l’on brûle de la pyrite. Les gaz des fours à soufre s’échappent toujours à une température supérieure à 100", mais supposons le cas, qui est défavorable, où leur température ne serait que 100». Un litre de gaz, en passant de 0» à 100», devient 1*,5663, et par conséquent un litre de gaz des fours à soufre pèsera

D’autre part, 1 litre d’air sec pesant à la température de 0» et sous la pression de

7e0n“, 18^,2952, 1 litre d’air sec pèse à 35», cas le plus défavorable qui ne se présente que pendant quelques jours de l’été.

ls‘-,1483.

Il y a donc entre les poids d’un litre de gaz des fours à soufre à 100“ et dun litre d’air atmosphérique à 35“ une différence de Os^OSol, différence qui est encore augmentée par la présence de la vapeur d’eau.

Ainsi, en faisant arriver les gaz des fours dans une cheminée qui les conduise près du ciel de la première chambre, on disposera à la suite des fours d’uii appel puissant.

Dans les chambres, il se produit un vide partiel par suite de la transformation d’une partie des gaz en acide sulfurique, mais l’appel produit ne sert à rien, puisqu’il tend aussi bien à faire rentrer de l’air par le tuyau de sortie que par celui d’accès.

Enfin les gaz, en sortant des appareils, sont à peu près uniquement formés de 93 parties d’azote et 5 parties d’oxygène ; ainsi, sans tenir compte de ce que leur température n’est jamais inférieure à celle de l’air ambiant, on voit qu’en les dirigeant dans une cheminée ou pipette d’une certaine hauteur, on trouvera là encore une source de mouvement dans le sens voulu.

Quand on termine ainsi les conduits des gaz par une pipette, il est bon de lui donner une assez grande hauteur. Dans les usines du Midi, on va jusqu’à -15 mètres ; dans ce cas on la construit généralement en briques. Quand les pipettes sont plus courtes, on les fait en poteries, ou en métal garni d’un enduit isolant pour que les gaz ne se refroidissent pas trop l’hiver. Il est prudent de munir le haut de cette pipette d’une girouette en forme de r pour éviter l’influence défavorable du vent.

Ce procédé donne un tirage parfois insuffisant, surtout quand les gaz traversent une tour de Gay-Lussac. Aussi beaucoup de fabricants préfèrent-ils, pour disposer d’un excès de tirage, faire communiquer les chambres avec la cheminée des générateurs do l’usine, malgré les inégalités d’appel qui en résultent. Si l’on n’adopte pas ce moyen, on peut être forcé d’activer la circulation par une injection de vapeur. 11 est clair qu’au lieu de placer ce jet de vapeur dans la pipette, il vaut bien mieux le disposer dans un des tuyaux qui relient les chambres, de façon à utiliser la vapeur employée à produire le mouvement. La maison Kœrting frères construit, pour cet usage, des ventilateurs à jet de vapeur en porcelaine ou en alliage dur de plomb et d’antimoine.

Quand on dispose d’un tirage suffisant, il faut installer sur les tuyaux des gaz des registres pour régler l’appel soit en queue, soit en tête. Nous avons déjà parlé des registres des fours; quand on établit un registre entre les fours et les chambies, on peut employer une coulisse à joint hydraulique représentée par la figure 91 , le joint est fait avec de l’acide sulfurique.

La figure 92 représente un registre pour régler le tirage à la sortie des colonnes de Gay-Lussac, et qui est généralement placé à la suite d’une lanterne en verre servant à inspecter la couleur des gaz. C’est un petit tambour formé par une dilatation du tuyau, et divisé en deux par une cloison horizontale, percée de trous circulaires, dont la somme des sections est égale à la section du tuyau. On augmente ou

ACIDE SDLFURIQUE. 159

on diminue le tirage, en enlevant ou en ôtant de petits tampons qui masquent un certain nombre des ouvertures.

Pour contrôler la fabrication, il est utile de se rendre compte de temps en temps

Fig. 91.

Fig. 92.

de la valeur du tirage. Le plus souvent, il sulfit de' vérifier s’il a conservé la même puissance; le manomètre incliné déjà décrit (fig. 80) suffit presque toujours. Quand on veut avoir la mesure absolue du tirage, il faut mesurer la vitesse d’écoulement des gaz dans les tuyaux de conduite. L’anémomètre Combes ne nous paraît pas d’un emploi pratique, parce que ses organes sont trop délicats pour qu’on les expose dans un courant gazeux chargé de vapeurs acides. C’est donc par une mesure indirecte qu’on peut résoudre la question. Si dans un tube horizontal (fig. 93) on fait pénétrer, à travers un bouchon fermant bien une tubulure latérale, à une distance convenable du cliangement de direction et de section, deux tubes de verre très fin, l’un b perpendiculaire à la surface intérieure et affleurant cette surfiice, l’autre a courbé à angle droit et ayant sa pointe dirigée en sens contraire du courant gazeux, et si l’on fait communiquer chacun d’eux avec un manomètre, le premier tuhe b accusera la pression sur la paroi et la section observée {pression latérale), le second tube a la pression produite par l’air sur une paroi perpendiculaire à la direction du mouvement (pression longitudinale). Cette dernière pression, mesurée à l’extrémité d’un tuyau aboutissant dans un espace libre, au tiers du rayon, est la charge même génératrice de la vitesse moyenne des gaz dans le tuyau. Mais, si on la mesure d’une extrémité à l’autre du tuyau, elle va en diminuant de l’embouchure à l’extrémité libre : il en est de même de la pression latérale qui est maxima à l’embouchure et nulle à l’extrémité libre. Toutefois la différence entre la pression latérale et la pression longitudinale, prise à une distance de la surface du tuyau égale au tiers du rayon, est constante, et elle exprime la charge qui correspond à la vitesse moyenne d’écoulement. Donc, en faisant communiquer le tube ô et

le tube a avec les deux bi'anches d’un manomètre on mesurera, par la hauteur du liquide manomélrique, la charge correspondante à la vitesse de la veine qui rencontre l’extrémité du tube a, vitesse très sensiblement égale à la vitesse moyenne.

Le manomètre doit être d’une grande sensibilité, car les charges correspondant aux vitesses ordinaires des gaz sont très faibles. L’aréomètre de Swan ‘ peut parfaitement servir à cet usage. 11 consiste en tube en U disposé sur une planchette

inclinée de — sur l’horizon, de sorte qu’un déplacement de 1 centimètre du liquide manométrique correspond à un demi-millimètre de pression. On augmente

encore la sensibilité de l’appareil par l’emploi d’un vernier. L’eau conviendrait mal dans cet appareil, car la moindre trace de poussière gênerait le mouvement du liquide; on emploie l’éther sulfurique qui dissout les graisses qui ont pu venir se

déposer sur le verre, et dont l’adhérence au verre n’est que de celle de

l’eau. Pour parer aux erreurs de l'églage de l’instrument, on répète l’expérience en appliquant successivement les pressions sur les deux branches du tube.

Si l’on désigne par V la vitesse moyenne du gaz en mètres,

par P la charge en mètres de gaz correspondante à cette vitesse, par h la distance verticale en millimètres entre les deux niveaux du liquide dans le manomètre,

par P le poids d’un litre du gaz à 15» et à la pression de 760“™, par g l’accélération due h la pesanteur, par d la densité du liquide manométrique, par H le déplacement en millimètres du liquide dans le manomètre.