Brevet FR2242141A1 — publié le 19750328

La présente invention concerne les matériels pour 11 exécution de processus physiques et chimiques ; elle concerne plus précisément un appareil pour ltexécution de processus physiques et chimiques continus dans un lit fluidisé de matiere pulvérulente. On connaît déjà un appareil destiné à effectuer des processus physiques et chimiques continus dans un lit fluidisé de matière pulvérulente (cf. le brevet de la R.F.A., 1.269.597) qui comporte une chambre de travail ayant un fond constitué par une grille distributrice de gaz et des moyens destinés à admettre le gaz sous cette grille et l'évacuer hors de l'appareil, une pipe de chargement de la matière pulvérulente disposée à l'une des extrêmités de la chambre de travail et une pipe de déchargement de la matière pulvérulente du côté opposé de la chambre de travail. La chambre de travail comporte des cloisons contigus à ses parois latérales verticales et à son fond et qui la divisent en sections séparées. Les parois sont rapportées sur un transporteur à rouleaux,à chaîne sans fin, disposé dans la chambre de travail et actionné par des barbotins qui sont logés, eux aussi, dans cette chambre.Le transporteur à rouleaux déplace les cloisons le long de la chambre de travail, la trajectoire de ces cloisons se trouvant dans un plan vertical de façon que, pendant le mouvement du transporteur, chaque cloison traverse tout l'espace de la chambre de travail depuis la pipe de chargement de la matière pulvérulente jusqu a la pipe de déchargement de cette matière suivant le brin inférieur du transporteur, en venant s'appliquer par son bord sur le fond de la chambre de travail, contourne le barbotin et suit le brin supérieur du transporteur en sens inverse, vers la pipe de chargement de la matière pulvérulente. Pendant le fonctionnement de l'appareil connu,la matière pulvérulente qui arrive par la pipe de chargement dans la partie supérieure de la chambre de travail remplit sous la forme d'une masse dense ltespace entre deux cloisons voisines et les parois verticales de l'appareil La matière pulvérulente véhiculée par les cloisons mobiles parvient a la grille distributrice -de gaz qui constitue le fond à la chambre de travail de l'appareil etrsous l'action du gaz admissous cette grille,passe à I'étatfluidisé. L'écart entre les cloisons mobiles et la grille distributrice de gaz et les parois latérales de la chambre de travail dans l'appareil connu doit etre minimal pour éviter les fuites de particules de matière pulvérulente d'une zone fermée de fluidisation limitée par les cloisons, le fond et les parois latérales de la chambre de travail dans une autre zone. En se déplaçant par translation solidairement avec les cloisons mobiles vers la pipe de déchargement, la matière pulvérulente fluidisée entre en contact pour un laps de temps requis avec le gaz, se sépare ensuite du gaz dans la zone de la chambre de travail non pourvue de la grille distributrice de gaz et sort de l'appareil. Le gaz monte dans la partie supérieure de la chambre de travail et en sort pour quitter l'appareil. Toutefois, étant donné que la trajectoire suivie par les cloi -sons qui transportent la matière pulvérulente, est disposée dans un plan vertical, ie taux de remplissage de la chambre de travail par la mati-ère pulvérulente traitée est très bas. Les cloisons se déplaçant dans cet appareil dans des milieux différents (tantôt dans un milieu gazeux, tantôt dans un milieu dematière pulvérulente fluidisé, tantôt dans un milieu de matière pulvérulente continu ) qui offrent une résistance différente, la charge agissant sur les cloisons varie, tandis que les efforts agissant sur le dispositif de commande sont dissymétriques ce qui influe défavorablement sur la longévité des cloisons et du transporteur tout entier. La régularité de fluidisation de la matière pulvérulente suivant toute la largeur de la chambre de travail est compromise par le fait que la partie centrale de cette chambre de travail de l'appareil connu est obturée par le transporteur, aussi le gaz arrivant dans cette chambre par la grille distributrice de gaz peut-il sortir plus facilement vers le haut auprès des parois de l'appareil qu'au centre de celui-ci. Quand on traite dans un appareil de ce genre des matières en gros morceaux de forme irrégulière, les particules de matière risquent de se coincer entre les cloisons mobiles et les parois ou le fond de la chambre de travail de l'appareil ce qui peut provoquer la mise hors d'usage des pièces de cet appareil. Un autre défaut encore de l'appareil connu tient à la complexité d'introduction dans le lit fluidisé traité d'appareils d'échange de chaleur destinés à maintenir et à régler avec précision la température du lit fluidisé lors de ltexécution dans l'appareil de réactions exothermiques ou endothermiques. Un autre inconvénient encore de l'appareil cité tient à la né- cessité de disposer dans l'enceinte réactionnelle de l'appareil (dans sa chambre de travail) des dispositifs compliqués nécessaires à assurer le mouvement des cloisons ce qui est particulièrement dé licat dans le traitement de milieux corrosifs. L'invention vise à éliminer les inconvénients sus-indiqués. On s'est donc proposé de créer un appareil destiné à ltexé- cution de processus physiques et chimiques continus dans un lit fluidisé d'une matière pulvérulente qui soit d'une conception simple, qui permette de maintenir facilement une température imposée de la matière pulvérulente traitée au cours des réactions exothermiques et endothermiques et qui permette de traiter une matière pulvérulente de composition granulométrique variée, comprenant notamment des particùles de forme irrégulière. La solution consiste en ce que, dans un appareil destiné à effectuer des processus physiques et chimiques continus en lit fluidisé d'une matière pulvérulente, cet appareil comportant une chambre de travail dont le fond est une grille distributrice de gaz, divisée en sections séparées par des cloisons adjacentes aux parois latérales et au fond de la chambre de travail et pouvant se déplacer le long de cette chambre de travail tout en véhiculant la matière pulvérulente essentiellement dans le sens horizontal, et comportant des moyens pour l'admission du gaz sous la grille distributrice de gaz et pour son évacuation hors de }'appareil ainsi que des pipes pour.le chargement de la matière pulvérulente dans la chambre de travail ou pour son déchargement hors de cette chambre, suivant ltinvention, la chambre de travail a une forme annulaire en plan tandis que les cloisons sont rapportées sur un arbre de commande vertical commun disposé suivant l'axe central de la chambre de travail. I1 est avantageux que la chambre de travail ait une forme de section transversale trapézoidale et évasée vers le haut. Les cloisons peuvent etre creuses et comporter des moyens destinés à l'admission dans leur enceinte interne ainsi qutà ltévacua- tion hors de cette enceinte d'un agent vecteur de chaleur. Les moyens destinés à l'admission d'un tel agent dans les enceintes internes des cloisons et son évacuation peuvent etre réalisés sous la forme de supports creux servant à rapporter les cloisons sur ltarbre de commande creux lui-aussi servant de collecteur pour admettre aux cloisons et en évacuer l'agent vecteur de chaleur. Dans les enceintes internes des cloisons, il est avantageux de disposer des nervures-guides ou chicanes assurant la circulation en zig-zag de l'agent vecteur de chaleur. La pipe destinée à charger la matière pulvérulente sera avan- tageusement disposée à une distance de la pipe destinée au déchargement de cette matière pulvérulente, suivant la longueur de la chambre de travail dépassant la distance qui sépare l'écart entre-deux cloisons voisines, excluant ainsi la possibilité de passage direct de la matière pulvérulente initiale de la pipe de chargement dans la pipe de déchargement en évitant de suivre sur toute sa longueur la chambre de travail. On peut munir les bords des cloisons orientés vers les parois latérales et vers le fond de la chambre de travail de raclettes élastiques ce qui permet de traiter dans l'appareil des produits en morceaux de forme irrégulière. Pour intensifier les échanges de chaleur, les parois de la chambre de travail peuvent être dotées de chemises pour recevoir 1' agent vecteur de chaleur. L'appareil selon l'inventidn pour I'exécution.de processus physiques et chimiques continus en lit fluidisé de matière pulvérulente est d'une conception simple ; il permet de réaliser une haute productivité, de traiter, outre les matières pulvérulentes fines et extra-fines (poudres et grains) des matières pulvérulentes en gros morceaux de forme irrégulière. I1 peut etre utilisé non seule- ment pour des processus de transfert de masses et de chaleur entre un gaz et un produit pulvérulent, mais encore pour effectuer entre eux des réactions exo- et endothermiques ainsi que des réactions catalytiques. D'autres avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisationtion et du dessin annexé dans lequel La Fig. 1 représente schématiquement et en coupe diamétrale axiale un appareil suivant l'invention destiné à effectuer des processus physiques et chimiques en continu en lit fluidisé d'une matière pulvérulente ; La Fig. 2 représente une coupe transversak suivant la ligne II-II de la Fig. 1. L'appareil comporte une chambre de travail 1 ayant en plan une forme circulaire et en section transversale une forme trapé zoidale évasée vers le haut, comme représenté sur la Fig. 1. Audessus de cette chambre de travail 1, est adjacente une chambre cylindrique collectrice de gaz 2. Le fond de la chambre de travail est constitué par une grille distributrice de gaz 3 sous laquelle est disposé le moyen destiné à l'admission de gaz Ce moyen est un collecteur 4 qui peut être divisé hermétiquement suivant sa circonférence en sections séparées dont chacune comporte une pipe individuelle 5 pour l'arrivée du gaz. La chambre 2 collectrice de gaz est obturée sur le dessus par un couvercle 6 muni de moyens destinés à llévacuation du gaz hors de l'appareil ; ils consistent en des pipes 7 devant lesquelles on peut installer des chicanes-déflecteurs 8 destinés à éviter l'en- traînement de fines particules du produit pulvérulent. Sur la paroi latérale de la chambre de travail 1 est rapportée une pipe 9 destinée au chargement du produit pulvérulent, Le déchargement du produit pulvérulent s'effectue par une pipe 10 raccordée à un orifice de déchargement 11 menagee dans la grille 3 distributrice de gaz. La chambre de travail 1 est divisée en sections séparées 12 (Fig. 2) par des cloisons 13 dont les bords orientés vers le fond et vers les parois latérales de la chambre de travail 1 sont pourvues de raclettes élastiques 14 et 15 (Fig. 1) qui adhèrent au fond et aux parois latérales de la chambre de travail 1. Les cloisons 13 peuvent ne pas comporter de raclettes élastiques. I1 est possible qu'elles adhèrent au fond et aux parois latérales de la chambre de travail 1 directement par leurs bords (non représentés sur les Fig.) Les cloisons 13 sont rapportées sur un arbre vertical de commande commun 16 qui est disposé suivant l'axe central de la chambre de travail 1. L'arbre de commande 16 est entraîné par un moteur 17. Les cloisons 13 sont rapportées sur l'arbre de commande 16 par des supports 18 et 19. S'il s'agit de fournir de la chaleur à la chambre 1 ou stil s'agit d'en évacuer,les cloisons 13 peuvent être creuses et munies de moyens pour l'adduction d'un agent vecteur de chaleur dans leurs enceintes internes ou bien pour l'évacuation de cet agent. Pour réaliser l'adduction 13 de l'agent vecteur de chaleur ou pour l'évacuer, il est avantageux de rendre l'arbre de commande 16 et les supports 18 et 19 creux et d'utiliser l'arbre 16 à titre de collecteur d'adduction et d'évacuation dey'agent vecteur de chaleur à partir des cloisons 13.Pour intensifier les échanges de chaleur à l'intérieur des cloisons 13, il-est possible d'installer des nervures guides 20 qui confèrent à l'agent vecteur de chaleur un mouvement en zig-zag. Pour augmenter la surface d'échange de chaleur,les parois de la chambre de travail 1 peuvent être munies de chemises 21 destinées à recevoir l'agent vecteur de chaleur. Le nombre de sections 12 (Fig. 2) de l'appareil peut être variable. La pipe 9 destinée à charger la matière pulvérulente peut être avantageusement disposée suivant la longueur de la chambre de travail 1 à une distance de la pipe 10, destinée au déchargement de la matière pulvérulente, supérieure à la distance qui sépare deux cloisons contingües 13 ce qui exclut les penétrations éventuelles de la matière pulvérulente initiale de la pipe 9 destinée au chargement directement dans la pipe 10 destinée au déchargement. L'appareil fonctionne de la manière suivante. On admet en continu la matière pulvérulente dans la pipe 9 destinée au chargement. Parallèlement par le collecteur 4 (Fig. 1) on admet le gaz sous la grille distributrice de gaz 3 dans des proportions nécessaires à la fluidisation du lit de la matière pulvérulente. Dans chaque section 12 (Fig. 2) intervient un brassage actif des particules de produit pulvérulent fluidisé, indépendamment de la matière pulvérisée contenue dans les autres sections 12. Grâce à un brassage actif à l'intérieur des sections 12, il se déroule soit des phénomènes d'échange actifs de chaleur et de transfert de masses, soit des réactions chimiques entre le gaz et le produit pulvérulent. Lorsque l'arbre de commande 16 tourne, les cloisons 13 se déplacent le long de la chambre de travail 1 en assurant l'avancement de la matière pulvérulente de la pipe 9 de chargement à la pipe 10 de déchargement dans laquelle la matière pulvérulente passe par gravité à travers l'orifice de déchargement 11 de la grille 3. Le temps de séjour dans l'appareil de toutes les particules de la matière pulvérulente comprise entre des cloisons voisines quelconques 13 de sections voisines 12,est identique grâce à quoi on réalise une action uniforme de gaz sur l'ensemble de la matière pulvérulente traitée dans l'appareil. On peut régler le temps d'action du gaz sur la matière pulvérulente en modifiant la vitesse de rotation des cloisons 13. Traversant le lit de matière pulvérulente présent sur la grille 3 distributrice de gaz, le gaz contourne les déflecteurs 8 et sort de l'appareil par la pipe 7. Si on effectue dans l'appareil des réactions exo- et endothermiques, on peut envoyer dans les enceintes des cloisons et à l'intérieur des chemises 21 un vecteur de chaleur approprié. Lorsqu'on traite dans l'appareil des produits en morceaux, particulièrement en particules de forme irrégulière, on installe les cloisons 13 dans la chambre de travail 1 avec un jeu légèrementsupérieur à la dimension maximale des morceaux--et on prévoit sur les clo-isons des raclettes élastiques 14 et 15 qui obturent ces jeux. On supprime ainsi le coincement éventuel des particules de la matière entre les cloisons 13 et les parois latérales et le fond de la chambre de travail l. Ainsi la construction selon l'invention permet d'intensifier les opérations, d'augmenter le débit de l'appareil, d'améliorer la qualité du produit obtenu et les conditions de fonctionnement des éléments de l'appareil. - REVENDICATIONS l. Appareil pour l'exécution de processus physiques et chimiques continus dans un lit fluidisé de matière pulvérulente, cet appareil,qui comprend une chambre de travail dont le fond est réalisé sous la forme d'une grille distributrice de gaz et qui, est divisée en sections séparées au moyen de cloisons adjacentes aux parois latérales et audit fond de la chambre de travail et capables de se déplacer le long de la chambre effectuant ainsi les déplacements de la matière pulvérulente essentiellement dans le sens horizontal, des moyens pour l'admission de gaz sous la grille distributrice de gaz et son évacuation de l'appareil et des pipes destinées à charger la matière pulvérulente dans la chambre de travail et l'en décharger, étant caractérisé en ce que la chambre de travail a une forme annulaire en plan tandis que les cloisons sont rapportées sur un arbre de commande vertical commun disposé suivant l'axe central de la chambre de travail. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de travail a une section transversale de forme trapézoidale évasée vers le haut. 3. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les cloisons sont creuses et munies de moyens destinés à l'adduction dans leurs enceintes internes d'un agent vecteur de chaleur et à l'évacuation dudit agent hors de ces enceintes. 4. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'adduction de l'agent vecteur de chaleur aux enceintes internes des cloisons et son évacuation hors desdites enceintes sont des supports creux servant à rapporter les cloisons sur l'arbre de commande qui est également creux et qui sert de collecteur pour l'admission dudit agent aux cloisons et son évacuation hors des cloisons. 5. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que dans les enceintes internes des cloisons sont prévues des nervures-guides qui assurent le passage en zigzag de l'agent vecteur de chaleur. 6. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la pipe de chargement de la matière pulvérulente est disposée à une distance de la pipe de déchargement suivant la longueur de la chambre de travail supérieure à la distance qui sépare deux cloisons voisines. 7. Appareil suivant l'une quelconque des revendications l à 6, caractérisé en ce que les bords des cloisons orientés vers les parois latérales et vers Te fond de la chambre de travail sont munis de raclettes élastiques. 8. Appareil suivant l'une quelconque des renvendicatione 1 à 7 caractérisé en ce que les parois de la chambre de travail sont munies de chemises pour l'agent vecteur de chaleur.