BAIN DE VAPEUR

mais l'appareil du bain de vapeur étant passablement compliqué, et le bain-marie donnant, comme ce dernier,la facilité de modérer la chaleur, on le préfère ordinairement dans les laboratoires destinés à des usages généraux.

Le bain de vapeur, ainsi que nous l'apprend l'Evonymus de Gesner , remplaça d'abord la chaleur développée par la fermentation du fumier qu'emploient encore aujourd'hui quelques jardiniers. La vapeur était conduite à travers un tuyau dans une bâche remplie de paille hachée, qui contenait les ^ases. La partie du tuyau qui traversait la hache était percée de petits trous; ces trous laissaient échapper la vapeur, réchauffaient en se condensant dans la paille-; l'eau qui résultait de cette condensation, s'échappait par un orifice pratiqué à un des coins de la bâche.

Le bain de vapeur de Lémeri consistait en un cuvier à fond plat placé dans une chaudière munie de trois tuyaux, à travers lesquels la chaleur s'échappait dans l'atmosphère.

On en est revenu aujourd'hui, pour les usages ordinaires, à l'ancienne forme du bain de vapeur. On fait bouillir l'eau dans une chaudière ou une bouilloire ordinaire de fer-blanc placée sur un fourneau. Ce vase a un double couvercle fermant hermétiquement , et muni sur le coté d'un tube assez élevé. On place ensuite dans une situation convenable et, plutôt au-dessus du niveau de la bouche de la bouilloire, une bâche de fer carrée et noircie. Un tuyau dune longueur suffisante établit une communication entre la hache et la bouilloire. Ce tuyau entre dans la bouche de la bouilloire et s'y adapte parfaitement. On donne au fond de la hache une inclinaison relie que la vapeur condensée, eest-à-dire l'eau , puisse faeilenienl retourner a la bouil-

loire. La partie supérieure de la bâche est percée de trous de différentes grandeurs, qui reçoivent des vases de fer-blanc pour les diverses opérations. Enfin , à l'extrémité de la bâche, se trouve un tuyau qui conduit le surplus de la vapeur dans une cheminée.

La figure () représente une petite chaudière à vapeur de laboratoire, d'une puissance modérée avec quelques pièces qui en dépendent : a est le cendrier avec sa porte, b le foyer, c le gueulard et sa saillie en pelle (slab) : on le ferme avec du charbon menu; cl est le regard pour le foyer , ej jauges avec leurs robinets ou robinets à jauge, comme on les nomme assez souvenL Ces tuyaux servent à donner la connaissance de la quantité d'eau contenue dans la chaudière. L'un des tuyaux se termine un peu au-dessus du niveau auquel l'eau doit être tenue dans la chaudière, et l'autre un peu au-dessous. En conséquence , si , quand on ouvre ces robinets, celui de dessus donne de la vapeur, et que l'autre donne de l'eau, tout va bien ; si tous les deux donnent de l'eau , il y a trop d'eau dans la chaudière; si tous les deux donnent de la vapeur, il n'y a pas assez d'eau. H est le tuyau de remplissage qui est en communication avec le réservoir; i robinet qui sert à couper ou à établir la communication entre la chaudière et le réservoir; k k tuyau de sûreté courbé à sa partie supérieure; de sorte que si l'eau, forcée par le fluide élastique, montait dans ce tuyau, elle retournerait au réservoir. La hauteur du coude, au-dessus du niveau de l'eau dans la chaudière, détermine la plus grande tension qu'on puisse donner à la vapeur; /, tuyau à vapeur qui la conduit dans le lieu convenable. Ce tuyau est muni d'un robinet qui doit être construit de telle sorte, qu'il ne ferme jamais bien exactement; cela, afin de .laisser toujours un petit passage à la vapeur.

Voilà tout l'appareil nécessaire pour les applications accidentelles de la vapeur aux opérations chimiques toutes les fois que la température, limitée par la différence de niveau de la surface supérieure de l'eau dans la chaudière et dans le réservoir, est suffisante. Mais lorsqu'il est nécessaire d'employer de la vapeur, comme on le dit, à haute pression, l'appareil se complique, et la chaudière exige un mécanisme particulier, parce qu'alors la pression dé l'eau n'est plus suffisante pour l'introduire par le tuyau ordinaire de remplissage; on a recours alors aux pompes foulantes; mais ceci est plutôt du ressort du mécanicien que de celui du chimiste.

Il faut donner une grande force à la chaudière à vapeur ainsi qu'à ses tuyaux, afin qu'elle puisse résister, tant à la pression intérieure que le fluide élastique exerce contre ses parois , qu'à la pression extérieure de l'atmosphère, dont on ne sentirait que trop hien l'effet, s'il se formait un vide à l'intérieur par suite d'une condensation subite.

Pour une chaudière à vapeur de laboratoire, la forme cylindrique est aussi bonne que toute autre; mais lorsqu'il s'agit de mettre enjeu une machiné, ou d'échauffer une habitation, on préfère la forme dite en coffre ou chariot couvert (wagon form ) : elles sont plus généralement en fer, plutôt larges et peu profondes de l'avant à l'arrière qu'autrement, et l'on en expose au feu toute la partie inférieure jusqu'au niveau de l'eau. On a obtenu le plus grand effet en leur donnant une section horizontale de vingt-un pieds carrés. L'eau ne doit remplir la chaudière qu'à moitié, et l'on parvient facilement à ce résultat en employant les robinets à jauge, que nous avons décrits. Si tous deux donnent de l'eau, on laisse ouvert le robinet

88 APPAREILS A VAPEUH

supérieur jusqu'à ce que l'eau cesse de couler; si tous deux, au contraire, donnent de la vapeur, c'est que la chaudière manque d'eau : on tourne dès lors le robinet du tuyau de remplissage, en laissant ouvert le robinet à jauge supérieur. Pour les grandes chaudières des machines à vapeur, on emploie un appareil de remplissage muni d'un flotteur, que nous décrirons à l'article chauffage des appartemens. Mais un chimiste attentif connaîtra bientôt par expérience la marche de son fourneau et de sa chaudière; il devinera donc à peu près le temps où il sera nécessaire de remplir l'espace laissé par l'évaporation. Le tube de sûreté doit plonger dans la chaudière de telle sorte que son extrémité se trouve un peu au-dessous du niveau du bout plongeant de la jauge inférieure, c'est-àdire à environ un quart de la hauteur de la chaudière au-dessus de son fond : alors, si l'opérateur oubliait de remplir sa chaudière , la vapeur s'élèverait bientôt par le tube de sûreté, et ne tarderait pas à l'avertir par son sifflement. Quelquefois on donne à l'extrémité supérieure de ce tube la forme d'un sifflet ou d'un tuyau d'orgue. Le bruit que la vapeur produit alors peut s'entendre à quelque distance.

Dans les appareils à vapeur de ce genre, la différence de niveau entre la surface de l'eau dans la chaudière et dans le tube de sûreté règle la température à laquelle la vapeur peut être fournie aux tuyaux et aux vases soumis à son action, ainsi que la pression qu'elle exerce contre les parois de ces tuyaux et celles de la chaudière, pression qu'on évalue en livres avoir du poids , par pouce carré de surface, mais quelquefois aussi, dans les hautes pressions par exemple, par le nombre d'atmosphères qui équivalent à î^.r]5 livres chacune. L'excès de cette pression sur celle que

l'atmosphère exerce à l'extérieur de l'appareil, le baromètre étant à trente pouces de hauteur, est la puissance explosive, qu'on évalue de même que la pression.

Généralement pour deux pieds et demi environ d'élévation du niveau de l'eau dans le tube de sûreté, on obtient une pression d'une livre par pouce carré en outre de la pression ordinaire (celle de l'atmosphère). La table suivante donne les rapports entre la pression et la température:

Pression par pouce

carré de surface e'xcé- , , •. , .

, . , • >• température de la

daut la pression ordi- •

nairede l'atmosphère vapeur , exprimée en

(14.75), exprimée en degrés de Fahrenheit.

livres avoir du poids.

On a rarement besoin, dans les laboratoires, d'une force supérieure à celle de quatre livres au-dessus de la pression atmosphérique, c'est-à-dire qu'il suffit

d'une différence de niveau de dix pieds entre le coude du tube de sûreté et l'eau de la chaudière; en général même, on se contente d'une pression de deux livres et demie. La dépense augmente considérablement pour les pressions très-élevées , tant à cause des divers appareils qu'il faut employer pour faire entrer l'eau dans la chaudière, que pour mettre les ouvriers, les voisins et les batimens environnans à l'abri des explosions, qu'on a toujours à redouter lorsqu'on emploie de la vapeur à de très-hautes pressions. La société des apothicaires de Londres possède deux chaudières : l'une qu'on emploie à la pression de quatre livres par pouce carré , et l'autre à la pression énorme de cent livres. Cette dernière est employée à la préparation de l'éther sulfurique et de quelques extraits, qui cependant sont bien inférieurs à ceux que préparent les pharmaciens. Une température aussi élevée que celle qu'ils se procurent les dessèche presque tous.

Il y a plusieurs méthodes d'application de la vapeur :

1° Quelquefois on conduit la vapeur à travers un tuyau jusqu'au fond du liquide qu'on désire échauffer, ou dans le vase qui contient les matières qu'on doit soumettre à son action ;

90 Ou bien elle passe entre la partie extérieure du vaisseau et une caisse de fonto qui le contient. Cette caisse est munie de deux robinets : l'un par où l'air s'échappe, l'autre, placé à sa partie inférieure, qui laisse s'écouler l'eau qui résulte de la condensation des vapeurs;

3° Ou bien enfin la vapeur circule dans des tuyaux placés au fond du vase qui contient le liquide à échauffer.

On n'applique immédiatement la vapeur au liquide, comme il est dit dans le premier cas, que lorsque

EMPLOYÉS EN CHfRîlE. gi

cette vapeur condensée ne peut avoir d'action nuisible sur le liquide. Il est une attention qu'il faut d'ailleurs avoir, et que nous devons signaler : c'est que dans ce mode d'application l'eau parait bouillir bien avant d'avoir acquis la température nécessaire, de sorte qu'il faut toujours, avant d'employer le liquide, reconnaître sa température au moyen d'un thermomètre.

Il n'en est point de même des deux derniers modes d'application: l'eau ne montre alors aucun symptôme d'ébullition, sans bouillir effectivement; ils offrent de plus l'avantage de pouvoir régler pendant un temps quelconque la température des liquides, pourvu que cette température soit comprise entre celle de l'atmosphère et celle de l'eau bouillante : il suffit pour cela d'adapter aux tuyaux particuliers qui conduisent la vapeur du tuyau principal aux différens vases, il suffît, disons-nous, d'adapter à ces tuyaux des robinets qui règlent l'admission de la vapeur, et n'en laissent passer que la quantité nécessaire pour produire la température requise.

Le bain de vapeur, de même que le bain d'eau dit bain-marié, a l'avantage de ne point brûler les matières inucilagineuses ou les sédimens qui s'amassent au tond des vases, et c'est un inconvénient qu'on évite très-difficilement en exposant les vases à un feu nu.

On voit, dans les essais de Parkes, qu'il a porté à l'ébullition vingt gallons d'eau contenus dans un vase de cuivre chauffé extérieurement, la première fois en onze minutes et la seconde fois en treize minutes; mais îl n'indique point la tension ni par conséquent ]a température de la vapeur: il attribue ces deux minutes de différence à ce que, dans le premier cas, il avait eu le soin de laisser de temps en temps évacuer l'eau qui

s'était formée par la condensation de la vapeur dans l'enveloppe, .et il a remarqué que toutes les fois qu'il laissait cette eau y séjourner, L'éhullition du liquide en était retardée.

M. Taylor a annoncé qu'au moyen d'un serpentin de plomb, de deux cent quatre-vingts pieds de longueur et d'un pouce cinq huitièmes de diamètre a l'extérieur, plongeant dans une cuve de huit pieds de diamètre, contenant ordinairement huit barrels de trempe (wort.) (i) à son fond, c'est-à-dire lorsqu'elle n'était point tout-à-fait pleine, il a pu porter à l'éhullition dix barrels de trempe en quinze minutes , et même réduire en une heure ces dix barrels à six par évaporation, en introduisant dans son serpentin de la vapeur à la tension de quarante livres par pouce carré, ce qui équivaut à une température d'environ ^85° de Fahrenheit.

Afin de ne perdre que le moins possible du calorique développé par la vapeur, on enveloppe de paille, qu'on recouvre de mortier, et l'on encaisse par de doubles murs, et les tuyaux à vapeur, et les bâches en fer, et les tuyaux de conduite pour la vapeur condensée.

Le grand avantage d'un appareil à vapeur est la promptitude avec laquelle on porte l'eau à l'ébullition, en introduisant tout simplement la vapeur dans la bâche ; à quoi on peut ajouter qu'on évite la poussière et la saleté d'un feu ordinaire. Ces avantages sont balancés par la dépense première qu'entraînent la construction des appareils et celle du combustible, qui est toujours relativement assez considérable lorsque toute la vapeur produite n'est point employée.

( i ) Voyez fabrication de la bière.

EMPLOYÉS EN CHIMIE. c/3

Aussi ce mode de chauffage n'est-il guère praticable, économiquement parlant , que dans les grandes teintureries, pour l'impression des étoffes, et dans les grands établissemens.

Dans les appareils à vapeur ordinaires , on pratique à l'extrémité du tuyau principal un robinet semblable à celui qui est situé à l'autre extrémité du coté de la chaudière; de même que celui-ci, ce robinet doit être construit de telle sorte, qu'il ne ferme jamais exactement le passage intérieur, et qu'un petit filet de vapeur puisse toujours le traverser. On ouvre ce robinet lorsqu'on introduit la vapeur dans le tuyau principal, afin que l'air qu'il contient et qu'elle chasse devant elle puisse s'échapper facilement , et on le referme aussitôt qu'elle passe elle-même au dehors. Chaque bâche de fer doit être munie d'un robinet semblable et destiné au même usage, c'est-à-dire à évacuer l'air quand on introduit la vapeur, .et à le. laisser rentrer après l'opération. Il faut encore un second robinet, à travers lequel on fait écouler l'eau qui résulte de la condensation de la vapeur. .•

M. Bryan Donkin prit, en 1816, une patente ou brevet pour une nouvelle méthode d'application de la vapeur. Afin d'éviter les dangers auxquels on expose les ouvriers toutes les fois qu'on emploie de la vapeur à haute pression pour transmettre de la chaleur aux vases évaporatoires ou pour tout autre usage, M. Donkin n'élève la vapeur dans sa chaudière que de quelques degrés au-dessus du terme d'ébullition (2120 de Fahrenheit); en cet état, il la fait passer dans un réceptacle placé entre la chaudière et le vase à échauffer; là, on augmente sa température, en appliquant à ce réceptacle un feu disposé en conséquence; ou bien encore on se contente de chauffer les tuyaux qui la

f)4 APPAREILS A VAPF.ÎJR

transmettent de la chaudière au vase. M. Donkin adapte encore des soupapes- de sûreté au vase à échauffer, qu'on charge d'un poids convenable.

Un volume donné de vapeur prise à la température ou elle se forme, portée ensuite à une température plus élevée, et à laquelle on permet de prendre de l'expansion, ne contient et ne peut contenir en effet que la quantité d'eau qu'elle avait d'abord; conséquemment, si cette vapeur ainsi dilatée est aussi dans des circonstances telles quelle puisse recevoir une nouvelle quantité d'eau , elle s'en emparera et la convertira en vapeur, qui aura une température inférieure; et si enfin elle n'est point comprimée, et qu'en même temps on lui fournisse une quantité de chaleur convenable, on aura, pour le résultat, de la vapeur à 1 1 -i° Fahrenheit.

En s'appuyant sur ces faits, M. Donkin applique, immédiatement à la matière elle-même, de la vapeur a une température assez élevée, et qu'il a portée à cette température comme nous venons de le dire; et, afin de faciliter l'évaporation, il divise cette matière par des moyens méca niques, 4de manière à exposer à l'action de cette vapeur, pour ainsi dire sèche, la plus grande surface possible.

De même que la chaleur du fourneau à pot de sable est employée aussi à échauffer le bain de sable qui y est annexé, les chimistes ont, dès l'enfance de la chimie, cherché à mettre à profit le calorique donné par la chaudière ou l'appareil distillatoire ordinaire.

Il paraît, d'après Vitruve, que les Anciens, dans leurs immenses établissements thermaux, échauffaient une grande quantité de chaudières avec un seul foyer, et faisaient passer l'eau de l'une dans l'autre. Mais les commentateurs n'ont pu s'accorder sur les moyens qu'ils employaient.

Matheolus , dans ses commentaires sur Dioscorides , publiés en i548, nous a laissé, parmi les dessins de plusieurs fourneaux , celui d'un alambic qui se remplit aux dépens d'un réservoir, ou plutôt d'une chaudière placée à un niveau supérieur, et chauffée par la flamme et l'air échauffé qui passent par la cheminée. Mais malheureusement son dessinateur paraît avoir été plus curieux de donner de l'élégance à ses figures que de la correction et de l'exactitude. Le texte semble indiquer que le robinet adapté au tuyau qui met en communication l'alambic avec Ja chaudière doit être ouvert, pour permettre à la liqueur de descendre dans l'alambic remplacer celle que la chaleur vaporise.

On trouve , dans un grand nombre d'ouvrages de chimie, la description d'appareils à peu près semblables, pour échauffer l'eau, ou un liquide quelconque, au moyen d'une chaudière placée dans un massif de maçonnerie, à peu près comme notre bain de sable, et communiquant avec une autre chaudière par un tuyau à robinet j lorsque le liquide contenu dans l'alambic est à peu près vaporisé en totalité, on tourne ce robinet, et le liquide de la chaudière vient prendre sa place.

Dans quelques grandes brasseries, on a cherché à tirer parti de la chaleur qui s'échappe des couvercles des chaudières à cuire, soit en y fixant un tuyau qui va plonger dans une seconde chaudière voisine et échauffe le mont qu'elle contient, en y introduisant la vapeur dégagée de la décoction du houblon clans la première, soit en adaptant un rebord perpendiculaire à ces couvercles, de manière à former une espèce de réservoir, qu'ils appellent un dôme et une baque (a dôme and baque), que quelques-uns écrivent back, mais à tort, puisque ce mot n'est autre chose qu'un diminutif du