Brevet FR2007059A1 — publié le 19700102

Dans le procédé Bayer généralement connu et mondialement appliqué, l'alumine contenue dans la bauxite est mise en solution aqueuse sous forme d'aluminate de sodium, et cette opération est connue sous le nom de digestion de la bauxite„ Le 5 rendement dépend surtout de la température et, par ailleurs, une température élevée exige une pression élevée. Il existe quelques types de bauxite (par exemple des bauxites contenant des dias-pores) qui peuvent être extraits avec un rendement acceptable uniquement à une température élevée dépassant 250°C. ïoutefois, 10 dans les autoclaves ou digesteurs de type classique, une température aussi élevée ne peut pas être atteinte parce que la pression correspondante(supérieure à 50 atmosphères) n'est pas économique à l'échelle industrielle. Plusieurs chercheurs ont tenté de réaliser une 15 digestion à température élevée (250~300°C) et plusieurs d'entre eux ont abouti à la conclusion qu'une telle digestion peut avoir . lieu dans des autoclaves de forme tubulaire, c'est-à-dire dans des digesteurs tubulaires. En général, on pensait que la solution pratique 20 consistait à utiliser un tube à double paroi, la solution étant introduite par une extrémité, au moyen d'une pompe fonctionnant à pression élevée, dans le tube interne, tandis qu'une vanne placée à l'autre extrémité du tube servirait à contrôler la pression nécessaire, le milieu chauffant étant introduit dans le tu-25 be extérieur pour chauffer la solution. Dans la pratique, cette solution est appropriée, mais elle présente plusieurs inconvénients : 1) l'étendue de la surface chauffants, par unité de longueur, est relativement faible, ce qui fait qu'il faut u- 30 tiliser un tube à double paroi assez long. 2) l'étendue de la surface chauffante extérieure, par unité de longueur, est assez importante et, de ce fait, les pertes de chaleur sont considérables« 3) Pour nettoyer l'installation, il faut qu'elle 35 soit périodiquement mise complètement hors de service» 4) Pendant une période de travail donné, la transmission de chaleur et en même temps la capacité diminuent graduellement en fonction de l'échelle de mise en oeuvre, ce qui se traduit par une production irrégulière et, en même temps, l'u- 40 tiliaation des unités de travail associées se trouve..', fâcheuse- 69 13312 2 2007059 sement influencée. La demanderesse a cherché à mettre au point un mode de chauffage qui permettrait de mettre en oeuvre une digestion à température élevée, conforme aux techniques modernes tout 5 en éliminant les inconvénients précités» Dans le cas de l'appareil conforme à la présenta invention : lc la demanderesse a supprimé l'inconvénient résultant de l'étendue faible de la sur±ace chauffante de l'élé-10 ment interne du tube à double paroi que la demanderesse a remplacé par plusieurs tubes da petit diamètre grâce auxquels l'étendue de la surface chauffante, par unité de longueur, se trouve 3 à 10 fois plus grande ; 2. sur la base des considérations qui précèdent, 15 l'étendue d@ la surface extérieure de l'une des unités de chauffage est notablement diminuée, ce qui réduit la perte de chaleur ; 3» il n'est pas nécessaire de mettre l'installation hors de service pour la nettoyer, car elle peut également 20 être nettoyée en cours de fonctionnement ; 4° grâce au procédé de nettoyage mentionné dans ce qui précède, la transmission de chaleur et la capacité de l'installation peuvent être maintenues à une valeur sensiblement constante ; il en résulte une opération uniforme qui, dans le 25 cas d'un procédé en continu, représente un avantage important® Conformément à la présente invention, on a conçu un appareil de digestion utilisé dans le traitement continu de matières minérales contenant de l'alumine, installation dont les éléments chauffants constituent une série d'échangeura de cha-30 leur tubulaires distincts ; entre deux échangeurs de chaleurs voisins, qui communiquent ensemble, on a prévu des plaques perforées de raccordement et de garnissage qui assurent un écoulement axial dans un seul sens, conformément à l'agencement des tubes chauffants, ou bien uniquement des plaques de garnissage . 35 perforées assurant un écoulement dans un seul sens, selon l'agencement des tubes chauffants. A l'extrémité du premier et du dernier élément de la série d'éléments chauffants par laquelle pénètre la solution, on a prévu un dispositif de blocage spécial pour chaque tube chauffant. La solution introduite dans les tu-40 bes chauffants est chauffée de façon appropriée jusqu'à une 69 13312 3 2007059 température supérieure à 250°C au moyen de vapeur d'eau détendue,, de vapeur d'eau fraîche, d'eau condensée, de solutions chimiques ou d'autres agents chauffants qu'on introduit dans la zone de chauffage des échangeurs de chaleur. On peut aussi introduire la 5 solution dans la zone de chauffage de certains éléments chauffants, auquel cas la solution à extraire ne passe pas dans les cuves de détente (ni partiellement, ni complètement) mais la solution devant être extraite est chauffée par échange de chaleur solution/solution. 10 On va maintenant décrire l'invention plus en détail en se référant au dessin ci-annexé sur lequel : la figure 1 représente schématiquement le début et la fin de la série d'échangeurs de chaleur ; la figure 2 montre le raccordement entre deux 15 échangeurs de chaleur successifs ; la figure 2a représente une variante du raccordement précité ; la figure 3 représente schématiquement les raccordements dans l'installation de digestion » 20 la figure 1 représente le début et la fin de la série d'échangeurs de chaleur conforme à l'invention» Dans l'enveloppe 1 de l'échangeur de chaleur, on a prévu par exemple sept tubes de chauffage 2« Dans ces tubes circule la solution en cours de digestion, tandis que l'espace compris entre l'enveloppe 25 et les tubes est rempli d'un agent chauffant» Aux deux extrémités de chacun des tubes de chauffage 2, on a prévu des distributeurs de type 2/2, à savoir : du côté d'introduction de la solution, des distributeurs 7-j_ - 7^ communiquent avec le conduit 3 d'alimentation de la solution et des distributeurs 9-j_-9 13312 4 2007059 de celle-ci, une plaque de garnissage 14» La répartition des ouvertures dans lapLaque de raccordement 13 et les plaques de garnissage 14 est identique à celle des ouvertures ménagées pour les tubes dans la plaque tubulaire 12. la figure 2a montre une variante de connexion dans laquelle la plaque de raccordement 13 et l'une des plaques de garnissage 14 ont été éliminées et line seule plaque de garnissage 14 assure une connexion étanche» La figure 3 montre de façon schématique les raccordements existant dans l'installation de digestion conforme à la présente invention. Les éléments caractéristiques de cette installation comprennent une pompe d'alimentation 15» un conduit d'alimentation 3 pour la solution, une série d'échangeurs de chaleur raccordés les uns aux autres du côté d'admission de la suspension, un conduit 4 pour la solution digérée, un distributeur d'étranglement 17* des cuves de détente 18, un conduit 19 pour la solution détendue, un conduit 20 pour la vapeur d'eau détendue, un conduit 21 pour la vapeur d'eau fraîche, un conduit d'alimentation et d'évacuation 5 pour la liqueur de purification et des conduits de sortie 22 pour l'agent condensé et refroidi# L'installation fonctionne de la manière qu'on va dé- ! crire. Par le conduit d'alimentation sous-pression 3, la pompe 15 envoie continuellement la solution à digérer dans les tubes de chauffage, par l'intermédiaire des distributeurs d'alimentation de la suspension 7-j_ - , la suspension circulant à une vitesse constante de 1Jextrémité d'alimentation du conduit jusqu'à la sortie, tandis que le processus chimique de digestion a lieu. La solution digérée traverse les distributeurs 8^ - 8^ et passe dans le conduit 4 pour la suspension, puis elle traverse le distributeur d'étranglement 17 et passe dans le système de détente 18-19-20. Les échangeurs de chaleur sont chauffés par la vapeur détendue circulant dans les conduits 20 et par la vapeur d'eau fraîche circulant dans les conduits 210 L'eau conden*-sée est évacuée par les conduits 22. Le nettoyage des tubes réfrigérants de la série dréchangeurs de chaleur est effectué par la liqueur de purification introduite par les conduits 5. Pendant l'opération de digestion continue, la solution est généralement mise en circulation à travers six des tubas de chauffage 2 et, dans ce cas, comme an peut le voir sur le dessin, elle 69 13312 5 2007059 * traverse les distributeurs 7^-72» 7^-7^» 8i~82 84~87* 1,03 distributeurs 7^ et 8^ sont fermés,mais les distributeurs 9^ et 10^ sont ouverts et laissent passer la liqueur de purification afin qu'elle puisse laver l'un des tubes de chauffage.. Les distribu-5 teurs 9^-92» 94~9y» ÎO-j-lOg 8"^ 10^-10^ Pour liqueur de purification sont fermés.De cette manière, on peut mettre hors-circuit n'importe lequel des sept tubes de chauffage pour le laver, tandis que,dans les six autres tubes,la digestion s'effectue sans aucun trouble® ^ couxs .^'essais effectués à l'échelle industrielle, la demanderesse a établi la vitesse de circulation à 1,5-1,8 m/min, mais des mesures ont été effectuées également à des vitesses plus élevées et plus faibles.Des expériences ont démontré que la transmission de chaleur varie sensiblement en fonc-15 tion de la vitesse de circulation. Par suite de l'échauffement rapide, dans le cas de certains types de bauxites,l'acide silicique dissous ne peut pas se séparer dans une mesure appropriée de la liqueur de digestion jpour cette raison,lorsque la température a été atteinte, la 20 solution doit être retenue pendant un temps plus ou moins long en vue de parvenir à une qualité d'alumine adéquate.Du point de vue de l'achèvement de la digestion, cette retenue est également avantageuse.En ce qui concerne la retenue, le temps de séjour dans les cuves de détente est suffisant dans certains cas, mais, 25 si nécessaire,on peut prévoir un autoclave de retenue entre la série d'éléments de chauffage et les cuves de détente. A titre d'exemple, la demanderesse a décrit une instal-lation de digestion convenant pour la digestion de 100-125 nr de solution par heure. Sur la figure 3, l'enveloppe des éléments 30 chauffants 16,ayant chacun une longueur de 6,5 m est constituée par un tube de 267 x 8 mm 0„ Dans l'un des éléments chauffants 16, des tubes de chauffage de 38 x 2,5 mm 0 ont été placés, ce 2 qui donne une surface de chauffage totale de 12 m „ Si 25 éléments chauffants individuels sont reliés en 35 série,la température de la solution circulant avec un débit de 100-125 m3/h peut être portée de 200 à 275°C à l'aide d'un agent chauffant approprié.La longueur totale des.tubes est donc de 170 moConformément aux expériences de la demanderesse, le facteur de transmission de chaleur au début de l'opération est de 250 kcal/ nf/h°0 « Grâce à un lavage constant d'un tube de' chauffage quelconque, cette valeur peut être maintenue en moyenne à 1800 kcal/ 40 " a2/h*C. . . • ■ 69 13312 6 2007059 REVENDICATIONS le Appareil de digestion utilisé dans le traitement continu, de substances minérales contenant de l'alumine, cet appareil étant caractérisé par le fait que ses éléments chauffants 5 forment uns série d'échangeurs de chaleur tubulaires distincts placés dans une enveloppe sur laquelle se trouvant les extrémités des tubes chauffants et, entre deux échangeurs de chaleur voisins, reliés ensemble, sont prévues des plaques de raccordement et de garnissage perforées conformément à 1'agencemeat 10 des tubes de chauffage ou bien seulement une plaque de garnissage perforée. 2. Appareil conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier et le dernier élément de la série d'éléments chauffants possèdent un dispositif de blocage 15 spécial situé du coté d'admission de la solution de chaque tube chauffant. 5o Procédé de taise en oeuvre de l'appareil de digestion conforma aux revendications 1 ou 2, ce procédé étant caractérisé par le fait que la solution introduite dans las tu-20 bes de chauffage est chauffée au moyen de vapeur d'eau, détendue, de vapeur dsaau fraîche, d!eau condensée, de solutions chimiques ou d'autres agents chauffants, amenés dans la zone de chauffage des échangeurs de chaleuro ' 4. Procédé conforme à la revendication 3» caracté-25 risé par 1© fait que la solution est chauffée à une température supérieure à 250°Co