Brevet FR2307582A1 — publié le 19761112

La présente invention a pour objet un procédé de broyage a froid dans lequel la matière a broyer est refroidie par un gaz réfrigérant et amenée par un gaz d'entraînement a travers une zone de broyage. Le brevet d'Allemagne Fédérale No. 1 778 559 décrit un procédé de broyage a basse température, de matières plastiques et thermoplastiques qui, a température ambiante normale, sont solides, résilientes ou résilientes et élastiques, dans lequel la matière à broyer est transportée, à l'aide d'un courant de gaz d'entraînement, à travers un dispositif de broyage, et dans lequel cette matière est refroidie par un courant de gaz réfrigérant, en amont dudit dispositif de broyage. Dans ce procédé connu, le courant de gaz réfrigérant et le courant de gaz d'entraînement sont refroidis tous deux au moyen d'un gaz liquéfié faisant fonction d'agent de réfrigération. Le gaz liquéfié se vaporise et est ajoute aux deux courants de gaz précités, et le gaz excédentaire est évacue de l'installation après échange thermique avec la matière à broyer. Dans le cas, notamment, du broyage de matières renfermant des substances très volatiles, ou de matières dont même des traces ne doivent pas parvenir dans l'atmosphere, le procédé connu pricité présente des inconvénients considérables qui ne peuvent être éliminés que partiellement, même lorsqu'on accepte d'utiliser des accessoires complémentaires coûteux, tels que des filtres, adsorbeurs et analogues. De plus, on a constaté que le gaz le plus fre- quemment utilisé en tant qu'agent réfrigérant, à savoir l'azote liquéfié, conduit à des pertes d'énergie relativement élevées, en raison de sa densité élevée et du frottement gazeux qui en résulte, notamment dans les dispositifs de broyage comportant des outils broyeurs qui tournent à une vitesse élevée. La présente invention a pour but de créer un procédé de broyage à basse température qui permette d'éviter que des constituants de la matière à broyer ne parviennent dans l'atmosphère, et dont le rendement énergétique soit meilleur que celui du procédé connu mentionné ci-dessus. Ce but est atteint, selon l'invention, par le fait que le courant de gaz réfrigérant circule dans un circuit fermé et est refroidi par un agent réfrigérant circulant dans un circuit indépendant du circuit fermé sus-mentionné. Le gaz réfrigérant précite circule toujours dans le meme circuit, de sorte que des constituants de la matiere à broyer, qui sont mélangés au gaz réfrigérant ou entraînés par celui-ci, restent dans le circuit précité. I7 est particulierement avantageux de faire circuler le courant de gaz d'entraînement dans un circuit fermé et de refroidir ce gaz par échange de chaleur avec l'agent réfrigérant circulant dans un circuit séparé. Grâce à cette disposition, le matière à broyer est entourée, pendant le processus de broyage, d'un gaz qui circule dans un circuit entièrement isolé de l'atmosphère ambiante, et dont la nature peut être choisie indépendamment de celle de l'agent réfrigérant. De préférence, on utilise comme gaz réfrigérant et/ou d'entratnement un gaz qui est plus léger que l'agent réfrigérant. C'est ainsi qu'on peut utiliser, par exemple, comme gaz d'entraînement, l'hélium- relativement cher- ou un gaz analogue présentant une densité réduite voisine de celle de l'hélium, ce qui permet de réduire a un minimum le frottement gazeux et les pertes qui en résultent, tout en augmentant considérablement le rendement de l'opération de broyage, notamment dans le cas ou l'on utilise un broyeur comportant des outils de broyage tournant à une vitesse de rotation élevée De même, dans le cas ou l'on utilise des broyeurs, on peut obtenir un meilleur rendement de broyage, étant donné que la vitesse du jet, qui est fonction de la vitesse du son, peut être augmentée en correspondance au poids moléculaire réduit des gaz tels que l'hélium, par comparaison au poids moléculaire des gaz tels que l'azote. Compte tenu de la conductibilité thermique sensiblement plus élevée que présentent des gaz tels quel'hélium par comparaison a des gar tels que l'azote, l'augmentation de température provoquée par le processus de broyage de la matière intéressée est compensée plus rapidement, de sorte que dans le cas d'une matière renfermant des substances tres volatiles, une évaporation de ces substances est évitée dans une large mesure. Toutefois, on peut toujours utiliser, comme agent réfrigérant, un véhicule d'énergie sensiblement moins cher, tel que de l'azote liquéfié.Etant donné que l'agent réfrigérant n'entre pas en contact avec la matière à broyer, le comportant chimique ou physique de cet agent réfrigérant en présence de la matière à broyer est sans importance, dans le procédé selon l'invention. Par conséquent, on peut supprimer tout post-traitement de l'agent réfrigérant usé au moyen d'adsorbeurs, filtres ou analogues. Dans un autre mode de réalisation particulièrement avantageux, l'agent réfrigérant est utilise pour soumettre la matière à broyer à un refroidissement préalable. On a constaté que dans un procédé de broyage à froid de ce genre, la consommation d'agent réfrigérant (c'est-à-dire la consommation d'énergie), pour un débit donné de matiere broyée, est moindre lorsque l'on applique le procédé selon l'invention, par comparaison a la consommation d'agent réfrigérant'lors de l'application du procédé connu. Ceci s'explique, d'une part, par la réduction des pertes dues. au frottement et, d'autre part, et surtout, par le fait que le procédé selon l'invention permet de réaliser un réglage plus précis de la température et un meilleur rendement de la transmission thermique que le procédé connu. Le procédé selon l'invention peut encore être perfectionné en ce qui concerne la consommation d'énergie, lorsqu'on fait en sorte que le courant de gaz réfrigérant traverse la matière a broyer à contre-courant, et qu'il traverse ensuite, à contre-courant, la matière broyée. Le procédé selon l'invention est particulièrement souple, en ce qui concerne son application à des matières différentes qu'on désire broyer, en ce qui concerne les températures optima pour chaque opération de. broyage particulière, et en ce qui concerne le débit de matière broyée, lorsqu'on fait en sorte que les débits respectifs du courant de gaz réfrigérant et/ou du courant de gaz d'entraînement soient réglables. L'invention vise également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, qui comporte un canal de refroidissement, des moyens de broyage, un récipient collecteur, des sas étanches pour la matiere traitée, un compresseur et un échangeur de chaleur à contre-courant. En vue du refroidissement préalable de la matiere à broyer à l'aide de l'agent réfrigérant, le dispositif selon l'invention comprend un échangeur de chaleur disposé à l'intérieur du canal de refroidissement et relié par une conduite et par l'échangeur de chaleur à contre-courant à une source d'agent réfrigérant. En vue du réglage de la température de la matière à broyer, et en vue du réglage des débits respectifs des courants du gaz réfrigérant et d'en traSnement, l'échangeur de chaleur à contre-courant est relié par des con duites comportant des valves réglables à l'entrée des moyens de broyage et par d'autres conduites à la sortie desdits moyens de broyage. En vue du réchauffage de la matiere broyée et en vue de la recupération de l'enthalpie, présente sous forme de frigories, dans la matiere broyée, l'échangeur à contre-courant est relié par une conduite au canal de refroi dissement, ce dernier étant relié par une conduite au récipient collecteur, cependant, ce dernier est relié par une conduite à l'échangeur de chaleur a contre-courant. La figure annexée ci-jointe représente schématiquement un mode de réa lisation de l'invention qui sera décrit ci-après de maniere détaillée. La figure montre une installation de broyage à basse température compre nant un canal de refroidissement 2 fermé de manière étanche à ses deux extré mités par deux sas 4, 5 et appelé à refroidir la matière à broyer; l';nstal- lation comporte en outre un broyeur 2, ainsi qu'un récipient collecteur 3 relié au broyeur par un sas 6, ce récipient étant fermé de manière étanche par rapport à l'atmosphère par un autre sas 7. Pour assurer le refroidissement de la matière à broyer, on introduit dans le canal de refroidissement 1 du gaz réfrigérant, par exemple de l'hélium, à partir d'un échangeur de chaleur à contre-courant 9 et par l'intermédiaire d'une conduite 20. Le gaz ré frigérant réchauffé par échange de chaleur avec la matière a broyer quitte le canal de refroidissement par une conduite 21 qui débouche dans le récipient collecteur 3.Dans ce dernier, la matière broyée, encore froide, est réchauffée, cependant que le gaz réfrigérant se refroidit. Le gaz réfrigérant refroidi passe ensuite par une conduite 22, un compresseur 6 et une conduite 19 pour pénétrer à nouveau dans l'échangeur de chaleur à contre-courant 9. A différents endroits de l'échangeur de chaleur 9, on prélève, par l'intermé- diaire de conduites 12, 13, 14 et de valves 15, 16, 17 du gaz froid. pour le courant de gaz d'entratnement, ce gaz froid étant conduit vers le broyeur 2. Ensuite, dans un séparateur 23, le gaz d'entraînement est séparé de la matière broyée et renvoyé ensuite vers l'échangeur de chaleur a contre-courant 9, en même temps que le gaz réfrigérant sortant des conduites 2S Ferrv Tnlelwrdiaire d'une conduite 18 et d'un filtre 24. Dans l'échangeur de chaleur à contrecourant 9, les gaz des courants de refroidissement et d'entratnement sont refroidis par échange de chaleur avec un agent de réfrigérant amené par une conduite 25, cet agent pouvant être notamment de l'azote liquide. Un deuxième échangeur de chaleur 10 reçoit, par une conduite 11, l'agent réfrigérant qui n'est pas encore complètement réchauffe, cet échangeur de chaleur etant disposé à 1 1intérieur du canal de refroidissement 1; ceci assure un refroidissement préalable de la matière à broyer. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible: de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les appiications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé de broyage d'une matiere à basse température, dans lequel la matière à broyer est refroidie par un courant de gaz réfrigérant et transportée à travers un broyeur par un courant de gaz d'entraînement, caractérisé en ce que ledit courant de gaz réfrigérant circule dans un circuit fermé et est refroidi par échange de chaleur avec un agent réfrigérant circulant dans un circuit séparé. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit courant de gaz d'entraînement circule dans un circuit fermé et est refroidi par échange de chaleur avec ledit agent réfrigérant circulant dans ledit circuit séparé. 3.- Procédé selon la revendicationl ou 2, caractérisé en ce que ledit agent réfrigérant est utilisé pour un refroidissement préalable de ladite matière à broyer. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on fait passer ledit courant de gaz réfrigérant à contre-courant à travers ladite matière à broyer et ensuite, également à contre-courant, à travers la matière broyée. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les débits desdits courants de gaz réfrigérants et/ou de gaz d'entraînement sont réglables. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 5, caractérisé en ce qu'on utilise comme gaz réfrigérant et/ou comme gaz d'entraînement un gaz plus léger que ledit agent réfrigérant. 7.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un canal de refroidissement, un broyeur, un récipient collecteur, des sas étanches, un compresseur et un échangeur de chaleur à contre-courant. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un échangeur de chaleur disposé à l'intérieur dudit canal de refroidissement et relié à une source d'agent réfrigérant par l'intermédiaire de conduites appropriées et dudit échangeur de chaleur à contre-courant. 9.- Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que ledit échangeur de chaleur à contre-courant est relié à l'entrée dudit broyeur par l'intermédiaire de conduites convenables munies de valves réglables, et est relié par d'autres conduites appropriées à la sortie dudit broyeur. 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que ledit échangeur de chaleur à contre-courant est relié par une conduite audit canal de refroidissement, ce dernier étant relié par une conduite audit récipient collecteur, cependant que ledit récipient est relié par une conduite audit échangeur de chaleur à contre-courant.