APPAREILS POUR LA FABRICATION DE L’ACIDE NITRIQUE

Cornues en verre. — Dans quelques petites installations, où il s'agit, avant tout, d’obtenir de l’acide nitrique convenablement pur, et surtout exempt de fer, on opère la préparation dans de grandes cornues en verre.

La figure 168 représente une des dispositions adoptées. Les cornues aa forment

34ü encyclopédie CHIMIQUE.

deux rangées parallèles établies dans un fourneau de galère chauffé par le foyer c. Chacune d’elles est placée dans un bain de sable en fonte h reposant par ses rebords

Fig. 1G8.

sur la maçonnerie du fourneau, et par le fond sur une barre de fer à T. Généralement on ne dispose pas plus de douze cornues par fourneau, afin que le ctiauffage soit plus uniforme.

Dans d’autres installations, on cherche à économiser la chaleur en employant la disposition indiquée figure 169, les cornues sont enduites d’un lut formé de bouse de vache, d’argile et d’eau séché à une douce chaleur, et chauffées directement par les gaz de la combustion d’un foyer extérieur, chargé de combustible à courte

flamme. Les gaz arrivent par le carneau A, pénètrent par les buses b dans la chambre voûtée B où sont établies les cornues, et ressortent par une buse semblable pour se rendre à la cheminée. Un foyer doit chauffer quatre cornues au plus.

On commence par introduire le nitrate dans les cornues, on essuie avec grand soin le col au moyen d’un tortillon de papier, puis on met les cornues en place et on fait arriver l’acide sulfurique dans la panse au moyen d’un entonnoir en plomb ou en verre à long bec h, qu’on retire ensuite avec les plus grandes précautions,

afin d’éviter qu’aucune goutte d’acide ne se répande sur le col. 11 est même bon, pour plus de sûreté, d’entourer d'un tube plus large le tube par lequel on verse l’acide.

Pour cette fabrication soignée, on emploie généralement le salpêtre de préférence au qitrate de soude, parce qu’il est plus facile de purifier le premier corps, tandis que le salpêtre du Chili retient toujours quelques centièmes de chlorures. De plus, ce dernier sel a l’inconvénient de mousser quand on l’attaque par l’acide sulfurique, si celui-ci n’est pas assez étendu. Il peut arriver que de la mousse pénètre dans le col, et arrive dans le condenseur avec les produits de la distillation.

Les cornues une fois chargées, on les réunit au moyen des ballons d à deux tubulures avec les appareils de condensation, formés généralement de deux grandes touries tabulées, dont la surface est assez développée pour suffire au refroidissement des vapeurs acides. Toutefois, comme au début de l’opération, il se dégage un peu de vapeurs rutilantes, on recueille souvent les premiers produits à' part dans un premier récipient, et on ne place le condenseur définitif qu’après que cette première phase est terminée'.

Les joints entre les diverses parties des appareils s’exécutent soit avec un mastic à l’huile, soit avec de l’amiante comprimée.

Lorsqu’on emploie 2 équivalents d’acide sulfurique pour 1 de salpêtre, ce qui correspond à la production d’acide nitrique incolore, le contenu des cornues se maintient à l’état de bouillie pendant toute l’opération, et la température reste sensiblement stationnaire à 150". Vers la fin seulement, lorsque la vaporisation de l’acide nitrique devient lente, et par suite absorbe moins de chaleur latente, les parois se surchauffent un peu, et il .se produit des vapeurs rutilantes. Comme, à ce moment, la production est très faible, on interrompt d’habitude l’opération, et on retire le combustible de la grille pour éviter la fusion du bisulfate. On laisse refroidir les cornues, et on retire facilement le sel en le dissolvant à l’eau bouillante.

Lorsqu’on veut obtenir de l’acide fumant, on pousse, vers la fin de l’opération, la température jusqu’au point de fusion du bisulfate. Dans ce cas, il faut faire couler des cornues le sel fondu, sans cela la matière en cristallisant pourrait en briser un grand nombre.

Rendement pratique. — Malgré les inconvénients signalés ci-dessus, on emploie parfois le nitrate de soude. Nous empruntons à Stieren les indications suivantes relatives à la fabrication dans le verre.

Pour obtenir l’acide nitrique ordinaire, on charge dans une cornue de 25 litres, 12 kilogr. de nitrate de soude et 10'‘,5 d’acide sulfurique à 60". L’acide nitrique recueilli est étendu d’eau de pluie quand on veut le ramener à 36“B.

Avec 100 kil. de salpêtre du Chili, et 87'', 5 d’acide à 60"B, on obtient, d’après Stieren, 125 à 127 parties d’acide nitrique à 36"B (D=:L53), et 95 à 96 de sulfate de soude. On emploie donc 18,5 pour 100 d’acide sulfurique en sus de la quantité équivalente au nitrate. Le rendement théorique devrait être de 141 kilogr. d’acide à 36"B, il y a donc une perte de 10 à 11,3 pour 100.

Pour obtenir l’acide fumant, Stieren emploie, par cornue, 12 kilog. de nitrate de soude à 95 pour 100 et 8 kilogr. d’acide sulfurique à 66“B, ce qui correspond à 1"’"',16 d’acide pourri équivalent de nitrate — 100 parties de nitrate de soude et

E.N’CVCLOPÉDIE C1I15IIQÜE.

66,6 d’acide sulfurique à 66» fournissent 64,52 d’acide nitrique fumant, de densité 1,48.

Fabrication dans la fonte. — Presque tout l’acide nitrique est fabriqué dans des appareils de fonte qui peuvent affecter différentes formes; ce sont tantôt des cylindres, tantôt des marmites.

Cylindres en fonte. — Les figures 170 et 171 représentent en coupe un cylindre employé à la production de l’acide nitrique. 11 a l‘'’,6;) de longueur, 0™,65 de dia-

Fig. 170

mètre, et une épaisseur de 25 millimètres. Il est muni à l’intérieur de deux nervures portant une voûte en terre réfractaire, ou une pièce réfractaire, recouvrant entièrement la moitié supérieure du cylindre pour protéger la fonte contre l’action de l’acide nitrique. La moitié inférieure est à l’abri de cette attaque, étant couverte par la matière à décomposer, et d’ailleurs, on ne peut lui donner de garniture qui serait un obstacle à la transmission de la chaleur. Au reste, dans beaucoup d’usines, on continue à laisser toute la surface cylindrique découverte, parce que la fonte n’est que peu attaquée partout où elle est suffisamment chaude.

Les cylindres sont disposés deux par deux, comme les bouilleurs de chaudières, dans le massif d’un foyer. L’espace compris entre deux cylindres est fermé, à une certaine hauteur, par une plaque de tôle ou une voùtelette légère qui empêche la flamme de s’échapper directement et la force à faire le tour des cylindres en les échauffant uniformément.

Les cylindres sont fermés à chaque extrémité par un couvercle en fonte a, garni

intérieurement d’une plaque réfractaire. Le couvercle d'arrière est percé d’une ouverture circulaire, où se trouve encastré un tuyau d en poterie bien cuite, destiné à l’écoulement des vapeurs. Ce couvercle qui reste à poste fixe, tant que dure l’appareil, est rendu étanche par l’emploi d’un mastic de fonte (mélange de limaille de fonte, de soufre, de chlorhydrate d’ammoniaque et d’urine ou de sang). L’autre couvercle, qui est enlevé à chaque opération, est luté par un mélange d’argile en poudre et d’huile de lin : il est, de plus, tenu en place par une bride en fer et des coins; le joint est ensuite garni d’un bourrelet d’argile amaigrie par du crottin de cheval. Ce dernier couvercle est traversé par la queue d’un entonnoir c en plomb ayant la forme d’un S.

L’appareil de condensation, relié à chaque cylindre par le tuyau d, est formé de six à huit bonbonnes k, en poterie bien cuite, reliées par des tubes cintrés en grès e. Les vapeurs qui ne sont pas condensées se rendent dans une deuxième batterie de bonbonnes, commune aux deux cylindres et qui contiennent de l’eau destinée à la condensation de l’acide hypoazotique.

Pour luter les tuj'aux, on emploie la composition suivante :

huile de lin bouillante, soufre,

2'‘ déchets de caoutchouc en petits fragments.

Dans ce mélange devenu homogène, on ajoute du sulfate de baryte, et on obtient une pâte molle que l’on pose à chaud.

Pour mettre en travail un de ces appareils, on démonte le couvercle d’avant et on introduit 125 kilogr. de nitrate que l’on étend uniformément sur toute la longueur; on repose le couvercle, on le lute, puis on verse la quantité voulue d’acide par l’entonnoir c qui est ensuite enlevé et remplacé par un bouchon de grès soigneusement luté.

On allume alors le feu, et l’on commence d'abord à chauffer doucement, puis on augmente progressivement l’intensité du feu que l’on maintient, jusqu’à ce qu’on constate par le refroidissement du tuyau d que le dégagement a pris fin. Lorsqu’on est arrivé à ce point, il reste à vider le cylindre. Si l’on a employé un équivalent d’acide pour un de nitrate, la matière restant est solide, il faut donc démonter le couvercle, diviser le pain de sulfate par des pinces en fer et l’extraire avec des crochets. Si on emploie, comme nous l’avons indiqué ci-dessus, poids égaux d’acide à 600 et de nitrate, la matière est encore liquide; on la fait couler en ouvrant une tubulure conique de 5 à 6 centimètres de diamètre, située au bas du couvercle, bouchée pendant le travail par un tampon conique; la masse fluide tombe sur une plaque en fonte horizontale munie de rebords, où elle ne tarde pas à se solidifier.

L’acide nitrique recueilli dans les diverses bonbonnes n’a pas la même force. Dans les premières, il est toujours plus concentré, mais aussi plus chargé de vapeurs nitreuses, d’acide sulfurique et d’acide chlorhydrique. On l’extrait, soit par les robinets en grès i, soit au moyen de siphons en verre introduits par les ouvertures k. Suivant les besoins, on mélange les acides tirés des différentes bonbonnes, ou on recueille à part les acides de densités différentes. Les liqueurs acides des dernières bonbonnes sont souvent reversées dans les pfemières au lieu d’eau.

Avec l’appareil à cylindres des dimensions indiquées ci-dessus, on vei’se 3,5 à

h litres d’eau dans la première bonbonne, 6 litres à 7,5 dans la seconde, 2,5 à 5,5 dans la troisième, et 2 litres à 2,5 dans les quatrième, cinquième et sixième.

Lorsqu’on ajoute assez d’acide dans le cylindre pour pouvoir en faire couler le contenu à la fin de l’opération, la fabrication de l’acide nitrique à 48» qui exige de l’acide à 66» dure 24 heures environ; colle de l’acide à 56»-57» qui permet d’employer l’acide à 60» et de moins ménager le chauffage dure 12 heures seulement, et l’on obtient environ 129 parties d’acide nitrique de 1,35 de densité.

Les appareils cylindriques que nous venons de décrire ont leurs fonds rapidement attaqués, parce que ces parties, n’étant pas soumises à l’action directe du feu, sont corrodées par les vapeurs nitreuses, malgré leurs garnitures. Pour obvier à cet inconvénient, quelques fabricants emploient des cylindres avec un fond venu de fonte et portant la tubulure de dégagement; ces cylindres sont complètement enveloppés par la flamme. Le bout sortant est fermé par une plaque en pierre pourvue d’une ouverture pour charger le nitrate. Le couvercle de cette ouverture est percé d’un trou pour l’introduction de l’acide, et en bas est un autre trou pour l’écoulement du sulfate acide.

Enfin ces appareils utilisent assez imparfaitement la chaleur du foyer et entraînent une consommation exagérée de combustible. Aussi renonce-t-on aux cylindres pour leur substituer les appareils suivants.

Chaudières ou marmiles. — Ces appareils, dont l’un est représenté en coupe par la figure 172, se rapprochent beaucoup pins par leur forme générale de la dis-

Fig. 172.

position des cornues. Ils se composent d’un vase en tonte C de 1“',50 de diamètre environ, et l'»,50 de profondeur pouvant recevoir 250 kilogrammes de sel. Le vase est muni en haut d’une large ouverture circulaire destinée à l’introduction du nitrate. Cette ouverture est bouchée, pendant le travail, par un couvercle en fonte, mastiqué avec un mélange d’argile et de gypse. Le couvercle est lui-même percé d un trou pour l’introduction de l’acide, que l’on obture ensuite par un tampon en terre réfractaire. Pour rendre aussi faible que possible l’attaque du métal par les vapeurs acides, on a soin de disposer la chaudière dans le massif du fourneau, de telle sorte que les gaz chauds en lèchent toute la surface extérieure y compris le couvercle. Au-dessus de celui-ci,, on a ménagé, dans la maçonnerie, une porte

fermée par une plaque en fonte creuse nn, remplie de cendres, afin d’éviter les pertes de chaleur.

La chaudière est chauffée par le foyer B, et entourée par les gaz de la combustion.

Les vapeurs d’acide nitrique s’échappent par le col de la cornue, qui est protégé, à l’intérieur par un tube en grès soigneusement luté, pénétrant à 3 centimètres dans la chaudière, et faisant saillie de 10 centimètres en dehors; une allonge D, en verre ou en poterie, lutée à ce tube, le raccorde aux récipients de condensation.

On vide la chaudière par l’ouverture supérieime, ou, ce qui est beaucoup plus commode, par une tubulure inférieure qui permet d’éviter un travail très pénible.

Une opération dure de 12 à 14 heures.

La disposition des appareils de condensation est la même que pour l’appareil précédent ; toutefois il en faut un peu plus, parce que la production est plus grande.

Ordinairement le carneau qui conduit les gaz à la cheminée est disposé de façon à pouvoir échauffer à volonté les premières bouteilles, pour éviter qu’au début de l’opération l’acide chaud ne les fasse briser. A cet effet le carneau N est divisé, par une cloison horizontale, en deux parties superposées M et L, et le registre, placé en tète, permet de faire passer à volonté les gaz de la combustion dans l’une ou dans l’autre. Au début on ferme le carneau L, et les gaz viennent échauffer les deux bouteilles E : lorsque celles-ci sont assez chaudes, on rouvre le carneau L. Cette complication est évidemment inutile dans les usines où l’on ne vide jamais complètement les premières bouteilles.

Lorsqu’on ne modère pas convenablement la chaleur au début de l’opération, surtout si l’on emploie de l’acide concentré, les premières vapeurs qui se dégagent sont fortement colorées en rouge. Cela provient de ce que l’acide sulfurique, non encore combiné entièrement à l’état de bisulfate, déshydrate et par suite décompose les premières parties d’acide nitrique mises en liberté. Ce phénomène initial a une importance très faible si l’on chauffe d’abord très modérément, et si l’on emploie de l’acide à un degré convenable (60“ environ)*. Bientôt la totalité de l’acide sul- . furique est combinée et a cédé son équivalent d’eau à l’acide nitrique, ce qui le garantit de la décomposition : il n’y a plus qu’à la fin de l’opération qu’on voit réapparaître des vapeurs rouges, parce qu’alors la température s’élève dans la chaudière au delà de 130“.

Préparation directe de l'acide blanc. — Dans quelques usines, on évite de mélanger l’acide chargé de vapeurs rutilantes, ainsi produit au début et à la fin de l’opération, avec le reste qui est blanc, en disposant deux batteries de bonbonnes reliées à la mafmite par un robinet en grès à trois voies. En surveillant l’opération, on arrive ainsi à recueillir à part, presque complètement, l’acide qui distille pendant la période intermédiaire de la réaction, et à envoyer au contraire dans la deuxième batterie l’acide chargé de vapeurs rutilantes produites au commencement et à la fin : cet acide doit être purifié, ainsi que nous le verrons plus loin.

Fractionnement des produits. — L’acide nitrique des premières bouteilles est

1. Dans plusieurs usines on emploie l’acide provenant de la Tour de Glover étendu avec l’eau de lavage des sacs à nitrate.

Fig. 173.

ACIDE AMTIQUE OU NITRIQUE. Ôi7

assez fort pour être livré au commerce ; celui des derniers vases est trop faible : ou le soutire pour le reverser dans les premiers, à moins qu’il ne s’agisse de préparer de l’acide monohydraté, auquel cas on ne met d’eau que dans les derniers vases. On tire l’acide monohydraté des premiers vases au bout de cinq heures, puis encore six heures après.

Rendement. — Comme avec les cylindres, on obtient ainsi un rendement de 127 à 129 parties d’acide à 3C“B, en employant 100 parties de nitrate de soude.

Pour obtenir l’acide à 56°B, on met 20 litres d’eau dans la première bonbonne, 10 dans la seconde, 5 dans les autres. Pour avoir l’acide à 40“B on emploie respectivement 15, 7, 5 et 2 litres d'eau.

Une excellente disposition à adopter consiste à donner une longueur de plusieurs mètres au tuyau de dégagement, afin de refroidir les gaz ; on forme ce tube de manchons en grès Doulton emboîtés les uns dans les autres. On évite ainsi la rupture des premières bonbonnes. Les vapeurs non condensées circulent ensuite dans une série de bonbonnes (fig. 173), disposées en cascades et réunies ensemble par des arceaux en terre cuite. Enfin les dernières traces passent dans une tour en poterie B, remplie de silex ou de fragments de coke, arrosés par une pluie d’eau, où l’acide hyponitrique et l’oxygène provenant de la décomposition de l’acide nitrique se recombinent presque entièrement, pour donner une dissolution très faible d’acide nitrique. Il est bon pour régénérer le plus possible d'acide nitrique de faire passer un excès d’air dans la tour. Enfin les dernières traces de produits nitreux peuvent être envoyées à la tour de Gay-Lussac, si la fabrication de l’acide nitrique est installée dans une usine à acide sulfurique. L’eau de la tour en poterie arrive dans la dernière bonbonne A®, par exemple, par un entonnoir latéral, et s’écoule enrichie par le trop plein J® alimenté par le fond, elle pénètre de même dans la bonbonne A'' où elle s’enrichit encore, et en circulant ainsi d’un bout à l’autre de la série arrive enfin à s’écouler par le trop plein b dans une toui’ie G, d’où on siphonne l’acide au fur et à mesure de sa production.

On règle le degré de l’acide recueilli par l’arrivée d’eau en queue. En donnant un fort tirage en queue on arrive à entraîner dans la tour les vapeurs rouges sans qu’ elles se condensent dans les bonbonnes.

Comme la première bonbonne reçoit les impuretés, et contient de l’acide nitrique jaune, on en recueille parfois le produit à part, et on livre directement le liquide sortant de la bonbonne A*. On obtient ainsi un acide presque blanc.

Avec cette disposition, on atteint un rendement plus élevé qui s’élève d’habitude à 135 pour 100 au lieu de 129.

On économise ainsi les luts, car on n’a pas à démonter l’appareil, on réalise une économie de main-d’œuvre, et on supprime les transvasements, ce qui rend le travail plus rapide, plus soluble et plus économique.

La disposition représentée figure 174 permet de faire le blanchiment en meme temps que la condensation continue. Les vapeurs d’acide nitrique traversent d’abord une batterie de touries chauffées au bain de sable par la chaleur perdue du four de décomposition. On peut interrompre à volonté le chauffage par l’emploi d’un registre. Une tourie contient de l’eau tiède pour alimenter cette première batterie. Les vapeurs non condensés arrivent dans une deuxième, puis une troisième batterie non chauffées, où elles se - mélangent avec de l’air aspiré à travers un serpentin de

Fig 174.

verre fixé à la première boml)onne : de cette façon les vapeurs rutilantes s’oxydent et régénèrent de l’acide nitrique dont les dernières traces sont absorbées dans une tour arrosée d’eau et qui alimente les deux batteries supérieures. Au sortir de la tour l’eau ne marque que 0“,5 ou 1". Les vases communiquent par des syplions toujours amorcés. On règle le passage du liquide de la troisième série dans la seconde au moyen d’un syplion dont l’extrémité plonge dans une petite cloche que l’on soulève ou abaisse à volonté.

On retire de cette façon 27 p. lOO environ d’acide blanc.