Brevet FR2138580A1 — publié le 19730105

La présente invention se réfère aux appareils dans lesquels une matière à l'état divisé est mise au contact d'un gaz et elle vise plus particulièrement, quoique non exclusivement, le cas des séchoirs utilisant un gaz chaud, tel que l'air, pour absorber et éliminer 1 'humidité renfermée par la matière traitée. On contact à cet égard des séchoirs dits pneumatiques dans lesquels la matière divisée est entratnée par un courant de gaz chaud qui la transporte entre le point d'introduction et un séparateur approprié. L'inconvénient de ces appareils est que pour assurer l'en trainement de la matière, le courant gazeux doit copqrter une vitesse élevée, tandis que simultanément le séchage exige un temps de contact (temps de séjour) suffisant entre le gaz et la matière. On est ainsi amené à prévoir des conduites de séchage de longueur importante, ce qui constitue un inconvénient d'autant plus grand que dans la plupart des applications ces conduites doivent être prévues verticales pour obtenir les meilleurs résultats. Dans un autre genre de séchoir à gaz chaud, le courant gazeux traverse à vitesse relativement faible une grille horizontale ou faiblement inclinée qui supporte la matière à traiter. Celle-ci est alors fluidisée et se comporte plus ou moins à la façon dtun liquide ; elle s'écoule ainsi progressivement vers la sortie en cédant en marne temps son humidité au gaz. Les appareils du genre en question exigent en pratique un débit de gaz bien supérieur à celui nécessaire au séchage, ce qui entrain des frais exagérés de force motrice et d'énergie calorifique. En outre la fluidisation constitue un phénomène assez instable et comporte le risque d'entrainement des particules trop fines de la matière. Dans les deux genres de séchoirs précités l'on ne peut obtenir un bon fonctionnement qu'avec des matières de granulation relativement uniforme, à défaut de quoi le séchage n'est pas homogène, les particules traitées ayant une humidité résiduelle variable suivant leur masse. L'invention vise à remédier aux inconvénients qui précèdent et à permettre d'établir un appareil à convection pour mise en contact de matières divisées et de gaz, et plus particulièrement un séchoir, qui assure un temps de séjour suffisant des particules de matière sans qui il soit nécessaire de lui donner des dimensions exagérées, qui permette de traiter des matières à granulométrie très dispersée avec humidité résiduelle homogène des particules traitées, et dans lequel on puisse régler comme on le désire les diverses conditions de fonctionnement, notamment celles de transfert de chaleur et d'élimination d'humidité. L'appareil suivant l'invention est essentiellement remarquable en ce qutil comprend - une enceinte longitudinale destinée à recevoir la matière divisée et le gaz, cette enceinte comportant vers une de ses extrémités une entrée de matière et une entrée de gaz, et à l'extré- mité opposée une sortie de gaz chargé de matière en suspension - des moyens pour injecter dans 1 'enceinte et vers la paroi inférieure de celle-ci des jets de gaz orientés de manière à créer à l'intérieur de cette enceinte des tourbillons susceptibles de soulever et d'entraîner en suspension au moins les particules légères de la matière introduite dans l'enceinte - des moyens individuels pour régler l'amenée de gaz aux jets précités - une grille de fluidisation constituant la paroi inférieure substantiellement horizontale de l'enceinte - des moyens pour amener du gaz à cette grille en vue de fluidiser au moins les particules les plus lourdes de la matière introduite dans l'enceinte et qui ntont pas été directement entrainées par les jets de gaz - des moyens individuels pour régler l'arrivée de gaz à la grille de fluidisation - des moyens pour extraire de l'enceinte la matière qui quitte la grille de fluidisation à l'extrémité de cette enceinte opposée à l'entrée de matière de celle-ci - des moyens pour amener du gaz à l'entrée de gaz de l'enceinte en vue de créer dans celle-ci un courant longitudinal ; - et des moyens individuels pour régler cette dernière amenée de gaz à l'enceinte. Dans une forme d'exécution préférée l'appareil comprend une chambre d'entrée recevant le gaz, un passage à volet de réglage faisant communiquer cette chambre d'entrée avec une première extrémité de l'enceinte en vue de créer le courant longitudinal, un caisson inférieur à volet de réglage, fermé dans le haut par la grille de fluidisation et de chaque côté de l'enceinte un passage propre à amener du gaz à travers au moins un carneau à volet de réglage vers un débouché situé sur l'un au moins des côtés longitudinaux de la grille. L'invention concerne encore, de façon plus générale, le procé dé qui consiste à soumettre une matière divisée à l'action de trois flux gazeux, savoir un premier flux qui tend à la faire tourbillonner dans des plans substantiellement transversaux par rapport à sa direction d'avancement, un second qui tend à maintenir en état d'écoulement fluidi6é la fraction de cette matière qui n' a pas été entraînée en suspension par le premier flux, et enfin un troisième qui iiip os e à la matière en tourbillonnement une composante longitudinale réglable propre à déterminer son temps de séjour dans les tourbillons gazeux. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une coupe longitudinale d'un appareil suivant l'invention. Fig. 2 et 3 en sont des coupes transversales, respective ment suivant 2-2 et 3-3 (fig. 1). Fig. 4 est une coupe de détail de la grille de fluidisation de l'appareil. Fig. 5 est une vue schématique représentant l'ensemble de l'installation associée à un appareil du genre de fig. 1 à 3. Fig. 6 et 7 sont des schémas représentant les diverses forces qui agissent sur une particule de matière à l'intérieur de l'appareil. rig. 8 et 9 indiquent en coupe partielle respectivement transversale et longitudinale une variante comportant des aubes réglables de répartition et d'orientation du flux transversal dans l'appareil. L'appareil représenté en fig. 1 à 3 comprend un corps 1, dont la forme se rapproche de celle d'un cylindre à axe horizontal, aplati dans le haut et dans le bas, la partie basse se prolongeant par un caisson longitudinal ia, à profil transversal rectangulaire et de faible hauteur qui s'étend sur toute la longueur du corps. On aperçoit en 2 les supports par l'intermédiaire desquels le corps 1 repose sur le sol. A une certaine distance au-dessous de la paroi supérieure ib du corps 1, il est prévu une cloison horizontale ic qui détermine un espace intermédiaire propre à former carneau de soufflage et qu'on a référencé 3 en fig. 1 et 3, cet espace étant divisé en deux par une cloison verticale longitudinale id. Comme montré les Cloisons ic et id ne s'étendènt pas sur toute la longueur du corps de manière à ménager une chambre d'entrée 4, de faible dimension dans le sens axial, mais qui occupe la totalité de la section transversale du corps 1. Une tubulure 5 de grand diamètre permet de relier la chambre 4 à une arrivée de gaz chaud et sec, comme on le comprendra mieux ci-après. Un volet 6, commandé par un volant extérieur approprié 7, permet de régler l'entrée de gaz à partir de la chambre 4 dans chacun des demi-carneaux 3 ainsi déterminés par la cloison verticale id. Chaque demi-carneau 3 communique avec un passage 8 délimité entre la paroi latérale arrondie adjacente du corps 1 et une cloison incurvée le qui s 'étend le long de cette paroi. Comme montré la cloison le est agencée de manière que la largeur du passage 8 aille en diminuant en direction du bas. La cloison le s'arrête un peu au-dessus de l'extrémité inférieure de la paroi latérale arrondie du corps 1 de manière à ménager un débouché 9 immédiatement audessus du caisson la. L'espace intérieur de ce caisson la est fermé dans le haut par une succession de barreaux transversaux 10 à profil en S, imbriqués les uns dans les autres en ménageant des espaces ou passages intermédiaires, mais en se recouvrant les uns les autres. Comme montré fig. 4 chacun comprend en coupe transversale une partie inférieure horizontale lOa, une partie intermédiaire lOb oblique dans l'exem- ple représenté, mais qui pourrait être verticale, et une partie supérieure horizontale lOc orientée à l'opposé de la partie inférieure par rapport à la partie intermédiaire. Le caisson la communique d'autre part avec la chambre d'entrée 4, la liaison pouvant être réglée par le moyen d'un volet il. L'espace 12 délimité par la grille constituée par les barreaux 10, la cloison supérieure ic et les cloisons latérales le est séparé de la chambre 4 par une cloison faite de deux parois 13a-13b situées à une certaine distance l'une de l'autre, la paroi 13a tournée vers la chambre 4 étant verticale, tandis que la paroi 13b qui est tournée vers l'espace précité est oblique de manière à s'écarter de la précédente quand on va de haut en bas. La cloison double 13a-13b ainsi réalisée est traversée par un passage horizontal 14, à section carrée, qui fait communiquer l'espace 12 avec la chambre 4. Dans ce passage sont disposés une série de volets de réglage 15. A l'opposé de la tubulure 5, l'espace 12 communique par une ouverture 16 prévue dans sa partie basse, avec une cheminée d'évacuation 17. Tout près de la cloison i3a-13b il est prévu une tubulu re verticale 18 qui traverse la paroi lb et la cloison ic pour déboucher dans espace 12 et permettre d'introduire dans celui-ci la matière à sécher. Enfin à l'extrémité de la grille constituée par les barreaux 10 il est prévu une écluse de sortie 19 propre à recevoir la matière fluidisée qui s'écoule sur cette grille. L'appareil qu'on vient de décrire est destiné à être utilisé dans une installation du genre de celle schématisée en fig. 5 dans laquelle ledit appareil a été référencé 20. Sa tubulure 5 est reliée à un générateur 21 d'air chaud (aérotherme, chambre à brûleur, etc...) Quant à la cheminée 17, elle est reliée à l'entrée 22 d'un cyclone 23 ou autre genre de séparateur. La sortie 24 de celui-ci est à son tour reliée à l'aspiration d'un ventilateur 25. On a très schématiquement indiqué en 26 l'écluse qui permet d'extraire du bas du cyclone 23 les matières solides qui ont pu s'y déposer. D'autre part on a représenté par un rectangle 27 un dispositif propre à assurer l'alimentation de l'appareil 20 à travers la tubulure 18. Ceci posé le fonctionnement est le suivant Le ventilateur 25, qui fonctionne ici par aspiration, mais qui pourrait également fonctionner par refoulement en étant disposé en amont de la tubulure 5, détermine un courant gazeux qui traverse l'ensemble de l'appareil. Les volets 6, il et 15 permettent de répartir ce courant gazeux comme on le désire entre les demi-carneaux 3, le caisson la et le passage 14. Le gaz introduit dans les demi-carneaux 3 descend dans les passages 8 et sort à grande vitesse par les débouchés 9. Les deux jets ou nappes de gaz qui sortent ainsi des débouchés en vis-à-vis se rencontrent dans espace 12 et s'élèvent en tourbillonnant, comme indiqué par les flèches en traits interrompus. La matière qui a été introduite dans l'espace 12 par la tubulure 18 et qui tend à reposer sur les barreaux 10 de la grille inférieure est ainsi mise en suspension, au moins en partie, dans les tourbillons gazeux avec lesquels elle est donc en contact d'échange de chaleur et d'humidité. Bien entendu suivant la position relative des deux volets 6, les jets ou nappes qui sortent des débouchés 9 peuvent être d'importance égale ou inégale, ce qui revient à dire qu'on peut déplacer le plan dans lequel le courant résultant s'élève à l'intérieur de l'espace 12. En supposant par exemple que les volets 6 soient-initialement régles au même angle, ce plan coincide avec le plan vertical moyen de l'appareil comme indiqué, mais à mesure qu'on ferme un volet par rapport à l'autre, il se rapproche du côté du débouché 9 correspondant au volet le plus fermé. A la limite, si l'un des volets 6 est entièrement fermé, le jet ou nappe qui sort de l'autre tourbillonne seul dans la totalité de l'espace 12.Il est ainsi possible en certains cas, de manoeuvrer périodiquement les volets 6 en sens inverse l'un de l'autre de manière progressive ou brusque pour faire tourbillonner la matière tantôt dans un sens, tantôt dans l'autre. Le gaz introduit dans le caisson la sort à travers les barreaux 10 de la grille inférieure et l'on peut régler son débit pour que les plus grosses particules, encore humides et lourdes, qui n'ont pas été entraînées en suspension par le gaz sortant des débouchés 9, se trouvent fluidisées et par conséquent traversées par un courant gazeux qui les sèche en diminuant leur poids, les particules ainsi allégées étant progressivement entraînées à l'intérieur de l'espace 12. Grâce au recouvrement des barreaux les uns par les autres, la matière ne risque nullement de traverser la grille. On remarquera que vers l'extrémité de la grille opposée à la tubulure d'entrée 5 on peut écarter davantage les barreaux 10 de façon à favoriser cet' entraînement des particules déjà partiellement séchées. S'il subsiste sur les barreaux 10 des particules ou morceaux de matière trop gros ou trop lourds pour être entraînés même à l'état sec (cas par exemple du séchage de charbons en vrac), ceux ci sont extraits par l'écluse de sortie 19 de façon continue ou intermittente suivant les cas. Quant au courant gazeux qui traverse le passage 14, il impose aux particules qui tourbillonnent dans l'espace 12 une composante horizontale réglable qui déplace peu à peu l'ensemble de la matière en suspension en direction de l'ouverture 16. Bien entendu, en l'absence de ce courant gazeux longitudinal le gaz sortant des débouchés 9 et de la grille 10 s'écoulerait bien vers l'ouverture 16 en créant déjà une composante longitudinale, mais cette composante serait irrégulière, savoir faible vers la cloison 13a-13b et forte à l'extrémité opposée. En outre elle ne serait pas réglable indépendamment des autres paramètres. Le courant précité atténue cette irrégularité et permet le réglage. Si l'on veut voir les choses sous un autre angle, on peut considérer dans l'espace 12 une particule telle que 28 (fig. 6). Cette particule est soumise à son poids (force 29), à un effort d'entrainement 30 provenant du gaz en tourbillonnement et qui est située dans un plan transversal P, et enfin à une force longitudinale 31 provenant notamment de l'action du courant gazeux qui traverse le passage 14. Cette particule suit finalement la résultante 32 (en traits interrompus pour la clarté du dessin) qui fait un anglec atec le plan transversal considéré. La comparaison de fig. 6 et 7 montre que pour une particule plus lourde 28', qui tend de ce fait à se situer plus bas dans l'espace 12, l'effort d'entrainement 301 est plus élevé, puisque la particule est plus rappro chiée des débouchés 9 et subit plus ou moins l t influence du courant gazeux ascendant qui sort de la grille, de sorte que l'angle o > 'est plus faible, ce qui revient à dire que la particule progresse moins vite vers l'ouverture 16 et que son temps de séjour est plus long, comme cela est nécessaire en raison de sa plus forte masse. Les particules entraînées en suspension sont finalement recueillies dans le cyclone 23. On conçoit qu'en réglant convenablement les volets 6-11 et 15 on puisse parvenir aux résultats suivants 10) Réglage individuel et indépendant, par les volets 15, du temps de séjour de la matière qui tourbillonne en suspens ion dans l'espace 12 (il est évident que plus le courant gazeux qui traverse le passage 14 est intense, plus rapidement cette matière est amenée a la cheminée 17, et inversement). 20) Séchage progressif et régulier des grosses particules dans le cas d'une matière à granulométrie irrégulière (ce séchage est assuré par le gaz injecté dans le caisson la, le temps de séjour de la matière fluidisée supportée par les barreaux 10 dépendant du débit de matière introduit par la tubulure 18). 30) Réglage de l'entraînement des particules de dimensions fines ou moyennes pour les faire tourbillonner dans l'espace 12 (on conçoit en effet que plus le courant gazeux qui sort des débouchés 9 est intense, plus la matière tend à être mise en suspension dans espace 12). 4 ) Séchage sélectif avec humidité résiduelle homogène des particules dont le temps de séjour varie en sens inverse de l'angle de fig. 6 qui correspond au pas de la trajectoire substantiellement hélicoldale de chaque particule, cet angle étant plus faible, et donc le temps de séjour plus long, pour les particules lourdes par rapport aux particules légères. On comprend qu'il soit possible de prélever systématiquement une fraction de la matière sortant par l'écluse 26 pour la recycler avec la matière humide en provenance du dispositif d'alimentation 27 auquel on fait alors comporter un mélangeur 27a. Ceci permet d'ailleurs d'agir sur la tendance au colmatage d'un produit pâteux à l'état humide en abaissant quelque peu sa teneur en humidité avant son introduction dans le séchoir 20. Il peut être nécessaire en certains cas de prévoir des moyens pour assurer la régularité du courant gazeux sur toute la longueur des débouchés 9. On peut notamment y parvenir en disposant des aubages directeurs appropriés dans les espaces 8 et/ou dans les demicarneaux 3. Il peut alors être intéressant de réaliser ces aubages, ou du moins leur parties inférieures, sous la forme d'aubes réglables en inclinaison, ce qui permet d'orienter vers le passage d'entrée 14 ou vers l'ouverture de sortie 16 le jet gazeux sortant des débouchés 9 précités, en agissant ainsi sur le temps de séjour de la matière qui tourbillonne dans l'espace 12. On a représenté à titre d'exemple en fig. 8 et 9 de telles aubes réglables 33, articulées en 34 et qui prolongent des aubes directrices fixes 35 prévues dans l'espace 8 et s'étendant en partie dans le demi-carneau 3 considéré. On comprend que ces possibilités de réglage individuel assurent à l'appareil une souplesse remarquable. Pour une matière légère, telle que la farine, on peut fermer presque entièrement le volet 11 pour isoler pratiquement la grille de fluidisation et se contenter de faire tourbillonner la matière légère dans l'enceinte 12 en réglant son temps de séjour par les volets 15. Dans le cas au contraire de matières à plage granulométrique très étendue, comportant des particules ou morceaux relativement gros, on peut insister sur le séchage par fluidisation en ouvrant largement le volet 11, les tourbillons gazeux commandés par le volet 6 assurant simplement le séchage et l'élimination des poussières qui s'élèvent à partir de la grille. On peut même à la limite ne marcher qu'en fluidisation pour des matières en morceaux sans teneur appréciable en poussières. I1 est important de noter que l'appareil suivant l'invention peut jouer le rôle de séparateur. Pour reprendre par exemple le cas de charbons minéraux, les poussières se trouvent séparées des morceaux proprement dits et entraînées vers le cyclone 23, les morceaux sortant à travers l'écluse 19. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qutà titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. D'autre part et ainsi qu'on l'a indiqué au début des présentes, bien que l'invention concerne avant tout un séchoir à gaz chaud, elle est adaptable à tout appareil destiné à mettre en contact une matière à l'état divisé et un gaz, quels que soient les processus susceptibles de résulter de cette mise en contact (échange d'humidité, absorption gazeuse, réaction chimique, etc...), cet appareil pouvant éventuellement servir à séparer ou classer en deux catégories de grosseur de particules ou morceaux une matière à granulométrie très étendue. REVENDICATIONS 1 - Appareil à convection pour la mise en contact de matières divisées et de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend - une enceinte longitudinale destinée à recevoir la matière divisée et le gaz, cette enceinte comportant vers une de ses extrémités une entrée de matière et une entrée de gaz, et à l'ex- trémité opposée une sortie de gaz chargé de matière en suspension ion - des moyens pour injecter dans enceinte et vers la paroi inférieure de celle-ci des jets de gaz orientés de manière à créer à l'intérieur de cette enceinte des tourbillons susceptibles de soulever et d'entraîner en suspension au moins les particules les plus légères de la matière introduite dans l'enceinte - des moyens individuels pour régler l'amenée de gaz aux jets précités - une grille de fluidisation constituant la paroi inférieure substantiellement horizontale de l'enceinte - des moyens pour amener du gaz à cette grille en vue de fluidiser au moins les particules les plus lourdes de la matière introduite dans l'enceinte et qui n'ont pas été directement entraînées par les jets de gaz - des moyens individuels pour régler cette dernière amenée de gaz à l'enceinte. 2 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens propres à la création de jets de gaz à l'intérieur de l'enceinte comprennent une double paroi sur chacun des côtés latéraux de celle-ci, les deux éléments de chaque paroi allant en se rapprochant l'un de l'autre en direction du bas et l'élément intérieur s'arrêtant un peu au-dessus de la grille de fluidisation de manière à constituer débouché pour le jet gazeux, tandis que dans le haut l'espace compris entre les deux éléments de la double paroi considérée se raccorde à un carneau d'alimentation auquel le gaz est amené à travers un dispositif de réglage individuel approprié. 3 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'enceinte comporte un caisson inférieur, substantiellement horizontal, dont le haut est fermé par la grille de fluidisation, le gaz étant amené à ce caisson à travers un organe de réglage individuel approprié. 4 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé en ce que l'enceinte délimite sur son avant une chambre d'entrée dans laquelle le gaz arrive par une tubulure appropriée, cette chambre communiquant à travers des moyens de réglage correspondants en premier lieu avec les carneaux associés aux doubles parois latérales de l'enceinte, en second lieu avec le caisson surmonté de la grille de fluidisation, et en troisième lieu avec l'entrée de gaz de l'enceinte. 5 - Procédé pour la mise en contact d'une matière à l'état divisé et d'un gaz, en vue d'opérations de séchage, d'échange de température, de réaction chimique, de classement ou autres, caractérisé en ce qu'il consiste à faire agir sur la matière trois flux gazeux, réglables indépendamment les uns des autres, savoir - un premier flux qui tend à entraîner les particules de la matière pour les faire tourbillonner dans des plans substantiellement transversaux par rapport à la direction d'avancement de cette matière ; - un second flux qui tend à faire s'écouler à ltétat fluidisé la fraction de la matière qui a échappé à l'action du premier flux ; - et un troisième flux orienté longitudinalement et grâce auquel on peut régler le temps de séjour des particules de matière dans des tourbillons gazeux. 6 - Grille destinée à supporter une couche de matière divisée maintenue en état de fluidisation par un courant de gaz la traversant, caractérisée en ce que chacun des barreaux qui la composent comprend une partie inférieure substantiellement horizontale, une partie inférieure elle aussi substantiellement horizontale, et une partie intermédiaire réunissant l'une à 1 'autre les deux précédentes, celles-ci étant orientées à l'opposé l'une de l'autre par rapport à la partie intermédiaire et la partie supérieure d'un barreau recouvrant au moins partiellement la partie inférieure du barreau adjacent, mais en ménageant un passage au-dessus de cette dernière.