Brevet FR2316006A1 — publié le 19770128

La présente invention concerne les installations pour le traitement des matériaux pulvérulents tels que le ciment, le plâtre, le soufre, les produits alimentaires, les polymères et leurs compositions et d'autres matériaux à bas point de fusion, instables à la chaleur, à forte activité chimique et s'oxydant rapidement. L'invention peut être appliquée dans l'industrie des matériaux de construction, l'industrie minière, la métallurgie, l'industrie chimique, l'industrie des produits médicinaux,celle des produits alimentaires. Selon le genre de traitement des matériaux pulvérulents indiqués, l'installation proposée peut réduire le matériau jusqu'à n'importe quelle finesse pouvant aller de fractions de décimètre à des fractions de micron, mélanger et homogénéiser plusieurs matériaux à traiter, séparer tel ou tel constituant d'un minerai broyé, sécher des matériaux humides et au besoin les griller, assurer-le déroulement continu de réactions chimiques entre les matEriadx i traiter On connatt une installation pour le traitement de matériaux pulvérulents, se présentant sous la forme d'un broyeur à jets opposés, comportant des injecteurs dans lesquels le matériaux à broyer est entraîné par--un agent porteur (gaz comprimé) et accéléré jusqu'à une vitesse proche de celle-da gaz porteur, une chambre centrale dans laquelle lesdits injecteurs sont montés sur un axe commun, en opposition. La chambre assure la collision libre et la fragmentation du matériau à broyer. L'installation comporte aussi un séparateur relié à la chambre et séparant le produit conditionné du matériau insuffisament réduit (demiproduit mélangé à l'agent porteur avec lequel il sort de la chambre). Le séparateur est raccordé aux injecteurs par des conduites- de recyclage du deml-produit (voir, par exemple, l'ouvrage de Akunov V.I. "Les broyeurs à jets" , Zashgiz, Moscou, 1967, pages 115 à 117, 138 à 141, 229 à 235). Dans les installations connues, le matériau se trouve toujours dans l'agent porteur, qui a d'ordinaire, comme l'exigent les conditions du broyage, une haute température et un haut pouvoir oxydant (vapeur surchauffée, air comprimé chaud, etc.). De ce fait, dans nombre de processus industriels, l'emploi du broyeur à jets indiqué s'avère impossible ou désavantageux. Ainsi, le séjour prolongé à une température élevée de l'agent porteur, optimale pour le broyage, est inadmissible pour les matériaux tels que la pierre à plâtre, dont le plâtre dihydraté se transforme en plâtre semi-hydraté ou anydre, le ciment, dont la surchauffe trouble la durée de prise, le soufre, dont la surchauffe excessive provoque la fusion, certains polymères et leurs compositions (certains monomères, et certaines structures polymères moins complexes s'en détachent), etc. le séjour prolongé dans de l'air comprimé riche en oxygène ou dans de la vapeur d'eau est inadmissible pour les matériaux s'oxydant facilement, tels que les produits alimentaires, qui perdent dans un tel milieu leurs qualités gustatives, leurs propriétés nutritives et leur teinte habituelle, de nombreux produits chimique, les métaux alcalins et alcalino-terreux, comme par exemple le lithium, le sodium, le calcium, le magnésium, formant rapidement des oxydes quand il se trouvent dans les milieux indiqués, et d'autres matériaux, ainsi que pour les matériaux s'hydratant facilement, comme par exemple, les chaux vives (CaO). les inconvénients indiqués rendent nécessaire l'utilisation en tant qu'agent porteur, de l'air comprimé, qui est cher comparativement à certains autres agents porteurs, ou bien mdme un gaz inerte qui est encore plus onéreux. Pans certaines fabrications on est réduit à refuser les broyeurs à jets et à employer pour le traitement des matériaux indiqués plus haut des broyeurs à corps broyants (à boulets, à cylindre, à meules) ou des désintégrateurs, plus chers en utilisation et plus encombrants. Tout ce qui a été dit plus haut se traduit par une réduction du champ d'application des broyeurs à jets et par une augmentation du prix du traitement des matériaux. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients indiques. On s'est donc proposé de créer une installation pour le traitement de produits pulvérulents, dont la conception serait telle qu'elle assurerait la séparation de l'agent porteur à haute température, oxydant, hydratant, mais le plus économique (air chaud, vapeur surchauffée, etc.), d'avec le matériau allant à la séparation, permettant ainsi de supprimer son action prolongée sur le matériau à traiter pendant le traitement et de conserver par conséquent les propriétés du matériau, d'où une extension du champ d'application des broyeurs à jets et une diminution du prix des produits traités. La solution consiste en ce que l'installation pour le traitement de matériaux pulvérulents par jets opposés à l'aide d'injecteurs montés en opposition dans une chambre et d'un séparateur raccordé à la chambre et aux injecteurs, est caractérisée, d'après l'invention, en ce qu'elle est dotée d'un précipitateur à tourbillon séparant l'agent porteur du matériau allant ai séparateur, la tubulure d'entrée du précipitateur étant raccordée à la chambre et sa tubulure de sortie des particules précipitées étant raccordée au séparateur. Dans le cas où il est nécessaire de séparer et capter la fraction de produit ultra-fine emportée par l'agent porteur détendu dans les injecteurs et la chambre et n'allant pas au séparateur, ainsi que d'assurer un dépoussiérage très poussé de l'agent porteur sortant du dispositif, on dote l'installation d'un dépoussiéreur que l'on raccorde à la tubulure du précipitateur évacuant l'agent porteur. Dans le cas ou l'installation pour le traitement de matériaux pulvérulents est équipée d'un séparateur exploitant le principe de la séparation des grosses particules par soufflage en suspension, le séparateur est doté d'un système aérant le matériau dans son enceinte et évacuant le produit conditionné, comprenant un ventilateur refoulant un gaz dans le séparateur et aspirant simultanément la suspension de produit conditionné s'étant formée dans le séparateur, ainsi qu'un précipitateur pour séparer le produit de la suspension, raccordé d'une part au séparateur, et d'autre part, au ventilateur. L'idée essentielle de l'invention consiste en ce aui su-t. Gracie au précipitateur à tourbillon séparant l'agent porteur du matériau allant au séparateur, il deveint possible de séparer l'agent porteur du matériau pulvérulent à traiter dès que cet agent a achevé son travail dans les injecteurs et dans la chambre. Ceci permet de supprimer l'action prolongée sur le matériau à traiter d'un agent porteur bon marché, mais agressif vis-à-vis du matériau à traiter, qui conserve donc ses propriétés. De la sorte, ie Ghamp d'application des oroyeurs à jets se trouve élargi et le prix des produits qui y ont été traités est abaissé. Dans le cas de raccordement du précipitateur à un dépoussiéreur (filtre, épurateur ou "scrubber", etc), celui-ci sépare de l'agent porteur la fraction la plus fine du produit qu'il emporte en petite quantité et ne va donc pas au séparateur. Ceci permet d'obtenir sous forme de produit supplémentaire la fraction ultra-fine qui est la meilleure, ainsi que de capter la poussière qui, dans le cas contraire, polluerait l'environnement. Dans le cas d'emploi d'un système séparé à circuit fermé pour l'aération du matériau dans le séparateur, on utilise pour l'aération un gaz à paramètres optimaux pour la séparation. L'emploi d'un tel système à circuit fermé, outre l'abaissement du prix du processus essentiel, rend possible un traitement complémentaire du matériau : thermique, chimique, physicochimique, et ceci avec une très haute efficacité, car toutes les particules du matériau, étant dispersées, ne se contactent pas entre elles, et leur surface fraîchement formée n'est polluée par aucune impureté. De la sorte, l'installation objet de l'invention permet d'abaisser le prix du traitement du matériau, par exemple de son broyage, de 10 à 300O comparativement à l'intallation connue, et, dans le cas de conjugaison de deux ou plus de deux genres de traitement : -séchage, enrichissement, broyage, mélange, homogénéisation, séparation en grosseur, traitement par réactifs, etc., d'abaisser le prix total du traitement combiné qu'elle réalise de 2 à 3 fois. Pour une meilleure compréhension de l'invention, plusieurs modes de réalisation sont décrits dans ce qui suit à titre non limitatif à l'aide des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un broyeur à jets avec un séparateur centrifuge - la figure 2 représente la même installation, avec adjonction d'un filtre à manches - la figure 3 représente un broyeur à jets avec un séparateur suivant une autre variante de réalisation. Le broyeur à jets ou à projection représenté sur les dessins est destiné au broyage par intercollision des particules d'un mélange à ciment, constitué de clinker avec du gypse et, dans certain cas, des additions minérales, et donnant après broyage un produit (ciment) dont les propriétés s'altèrent notablement après un séjour prolongé à haute température. le broyeur i jets représenté sur la figure 1 comporte deux injecteurs 1 orientés l'un vers l'autre et montés coaxialement dans une chambre 2, un précipitateur à tourbillon 3 raccordée par sa tubulure d'entrée 4 à la chambre 2, par une tubulure 5 d'évacuati-on des particules précipitées, à un séparateur centrifuge 6, et par une tubulure 7 d'évacuation de l'agent porteur, à une conduite d'aspiration 8, et un ventilateur 9 raccordé à la conduite d'aspiration 8. le séparateur centrifuge 6 est réalisé avec un rotor 10 qui est entratné par une commande 11, une tubulure 12 amenant au rotor 10 le matériau séparé de l'agent porteur, et un entonnoir 13 avec une tubulure de sortie 14.L'installation comprend également un élévateur 15 raccordé au séparateur6 par une conduite 16 d'évacuation du demi-produit (matériau insuffisamment traité dans la chambre 2, et à un entonnoir d'entrée 18 par une conduite 17, un distributeur 19 alimentant les conduites 20 qui le raccordent aux injecteurs 1, une chaudière à vapeur 21 et une conduite de vapeur 22 qui raccorde la chaudière aux buses 23 des injecteurs 1. Les injecteurs 1 sont destinés à accélérer les particules du matériau de départ arrivant dans la chambre 2 pour le traitement (dans l'exemple donné, pour le broyage et lecnjlnge). Le précipitateur à tourbillon 7 sépare l'agent porteur du matériau à séparer arrivant de la chambre 2 par la tubulure d'entrée 4. La tubulure 5 d'évacuation des particules précipitées amène le matériau au séparateur 6, tandis que la tubulure 7 transmet l'agent porteur séparé à la conduite d'aspiration 8. Le ventilateur 9 est destiné à aspirer l'agent porteur et à l'évacuer de l'installation. Le séparateur 6 est destiné à séparer en produit conditionné et en demi-produit le matériau ayant été traité dans la chambre 2. le rotor 10 entrasse en rotation par la commande 11 assure la centrifugation du matériau amené par la tubulure 12, en vue de sa séparation. Le capteur de produit 13 est destiné à capter le produit séparé et à l'avacuer du séparateur à travers la tubulure de sortie 14. L'élévateur 15 du demi-produit sert à recycler le matériau insuffisamment traité à travers la conduite 17 qui l'introduit dans l'entonnoir 18 et le distributeur 19. La chaudière 21 produit l'agent porteur (vapeur surchauffée), lequel est transmis aux buses 23 des injecteurs 1 par la conduite 22. L'installation faisant l'objet de l'invention fonctionne de la façon suivante. Le matériau (mélange à ciment) à broyer et à mélanger arrivant à travers l'entonnoir d'entrée 18 (figure 1) traverse le distributeur 19 et est amené aux injecteurs 1 par les conduites 20. les particules du mélange entrées dans les injecteurs sont entraînées par les jets d'agent porteur, qui est en l'occurence de la vapeur d'eau surchauffée, débitée sous une pression effective de 0,05 à 50 kg/cm2 par les buses 23 auxquelles elle est amenée de la chaudière 21 par la conduite 22. L'agent porteur accélère les particules et les projette à grande vitesse dans la chambre 2. Dans la chambre 2, les particules du mélange lancées par les injecteurs en opposition se pulvérisent et se mélangent simultanément sous l'effet des collisions. Le matériau broyé et mélangé est entraîné hors de la chambre 2 par l'agent porteur sous forme d'un mélange vapeur-matériau et va au précipitateur 3. Dans ce dernier, l'agent porteur se sépare du matériau, qui est transmis au séparateur 6 par les tubulures 5 et 12, puis il est aspiré par le ventilateur 9 à travers la tubulure 7 et la conduite 8. Dans le séparateur 6, les gros eus particules de matériau (demi-produit) insuffisamment traitées dans la chambre 2, sont projetées par la force centrifuge qu'engendre le rotor 10 contre la paroi du séparateur et descendent le long de cette paroi pour entrer dans la conduite 16 qui les transmet à l'élévateur 15. les fines particules de produit conditionné (ciment) sont captées par l'entonnoir 13 (figures 1 et 2) et la tubulure 14 les évacue de l'installation pour les traFsmettre à ltendroit voulu. L'élévateur 15 fait remonter le demi-produit jusqu'à l'entonnoir d'entrée 18, où ce demi-produit se mélange au matériau (mélange) de départ à broyer et revient au distributeur 19. Ensuite, le processus de circulation du demi-produit dans l'installation et son traitement se répètent comme décrit plus haut. Le broyeur à jets représenté sur la figure 2 se compose des mêmes organes et-unités que celui représenté sur la figure 1, avec en plus un dépoussiéreur réalisé sous la forme d'un filtre à manches 24. la tubulure d'entrée 25 du filtre est raccordée par la conduite d'aspiration 8 au précipitateur 3, et sa tubulure de sortie 26 est raccordée au ventilateur9. le dépoussiéreur comporte une chambre à poussière 27, des manches en tissu 28 et une chambre 29 de gaz dépoussiéré. Le dépoussiéreur est destiné à séparer de l'agent porteur la fraction la plus fine du produit, non retenue par le précipitateur 3. Les manches en tissu 28 sont les éléments séparant le matériau. Ia chambre à poussière 27 sert de récepteur du matériau séparé et la chambre 29 de gaz dépoussiéré joue le rôle de collecteur d'agent porteur épuré, lequel va ensuite au ventilateur 9 à travers la tubulure 26. la fonction du ventilateur 9 est d'évacuer du broyeur l'agent porteur détendu dansles injecteurs et dans la chambre de traitement, ainsi que de mettre en dépression tout le circuit du broyeur, ce qui prévient les fuites de poussières à travers les inétanchéitês éventuelles. L'agent porteur séparé dans le précipitateur 3 d matGriau aLlant au séparateur est transmis par la conduite 8 à la tubulure d'entrée 25, qui l'introduit dans la chambre à poussière 27 d'où il va aux manches en tissu 28. En passant à travers ces manches, l'agent porteur abandonne la fraction la plus fine de produit ayant été entraînée hors du précipitateur 3, s'amasse dans la chambre 29 d'agent dépoussiéré et est évacué de l'installation par le ventilateur 9 à travers la tubulure 26. La figure 3 représente un broyeur à jets avec un séparateur exploitant le principe de la séparation des particules solides-r soufflage en suspension. Il comprend les organes et éléments examinés dans la description de l'installation de la figure 1 : injecteurs 1, chambre 2, précipitateur 3 avec tubulure d'entrée 4, tubulure 5 de sortie des particules précipitées et tubulure 7 de sortie de l'agent porteur, conduite d'aspiration 8, ventilateur 9, élévateur 15, conduite de sortie 16, conduite 17, entonnoir d'entrée 1-8, distributeur 19, conduites d'alimentation 20, chaudière à vapeur 21, conduite de vapeur 22 et buses 23 dans les injecteurs 1. Le séparateur 6, équipé d'un rotor 10 avec sa commande 11 et d'une tubulure 12, comporte une tubulure d'entrée 70 et une tubulure de sortie 31. Il est doté d'un système d'aération du matériau se trouvant dans son enceinte et d'évacuation du produit conditionné. Ce système comprend un ventilateur 32 raccordé par une conduite 33 à la tubulure d'entrée 30 du séparateur 6, et un précipitateur à tourbillon 34, raccordé par une conduire 35 à lit tubulure de sortie 31 du séparateur 6, et par une tubulure 36, au ventilateur 32. le système d'aération comprend aussi une dérivation 37 avec un registre d'étranglement 38. Le ventilateur 32 est destiné à pulser un gaz d'entraînement (airatmosphériqlle) qui est amené au séparateur 6 par la conduite 33 et la tubulure 30. Ce gaz sépare le matériau en produit conditionné ciment) et demi-produit. Le séparateur de poussière à tourbillon 34 assure la séparatioll et l'extraction du produit colsditionné. La conduite 35 sert à amener le mélange de gaz d'ent-aînement et de produit conditionné au précipitateur 34 ; la conduite 36 sert à ramener le gaz d'entraînement séparé du produi au ventilateur 37.La dérivation 37 avec le registre d'étranglement 38 sert à retourner l'excès de gaz d'entraînement directement au ventilateur, sans passage à travers le séparateur6 Tous les organes et éléments de l'installation représentée sur la figure 3 sont identiques à ceux du broyeur à jets 'représenté sur la figure 1 et fonctionnent d'une manière analogue. Ci-après on décrit le fonctionnement des organes et éléments nouvelliment ajoutés. Le ventilateur 32 pulse le gaz d'entraînement qui est amené au séparateur 6 par la conduite 33 et la tubulure 30. En passant à travers le matériau qui est dispersé dans le séparateur 6 par le rotor 10, le gaz sépare le produit fin conditionné (en l'occurence, le ciment) et sort chargé de produit conditionné en suspension à travers la tubulure 31. Ia conduite 35 amène le mélange gaz-produit dans le précipitateur 34 qui sépare le ciment du gaz d'entraînement . Le ciment est scutiré et transmis à l'endroit voulu. le gaz d'entraînement revient au ventilateur 32 par la conduite 36 et son cycle se répète, c'est-à-direq-ue le système d'aération fonctionne en circuit fermé. S'il est nécessaire de diminuer la vitesse de circulation du gaz d'entraînement dans le séparateur, on fait passer une partie du gaz par la dérivation 37 en ouvrant plus ou moins le registre 38. L'installation objet de l'invention permet d'utiliser pour le broe et le brassage du mélange à ciment un agent porteur bon marché et hautement efficace (vapeur surchauffée à haute température), d'abaisser ainsi le prix de la fabrication du ciment et, en meme temps, d'obtenir un ciment dont les propriétés sont conditionnées par la composition du mélange de départ et la finesse de broyage. Bien entendu, l'invention n*est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnes qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsique leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Installation pour le traitement de matériaux pulvérulents par des jets opposés et à l'aide d'injecteurs montés dans une chambre et orientés l'un vers l'autre et d'un séparateur raccordé à ladite chambre et auxdits injecteurs, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un précipitateur à tourbillon destiné à séparer l'agent porteur du matériau allant au séparateur, la tubulure d'entrée dudit précipitateur étant raccordée à ladite chambre, et sa tubulure de sortie des particules précipitées, audit séparateur. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un dépoussiéreur raccordé à la tubulure évacuant l'agent porteur du précipitateur à tourbillon. 3. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans le cas où elle est équipée d'un séparateur exploitant le principe de la séparation des particules solides par soufflages de celles-ci à l'état de suspension, le séparateur comporte un système d'aération du matériau se trouvant dans son enceinte et d'évacuation du produit fini ou conditionné, ledit système comprenant un ventilateur refoulant un gaz dans le séparateur et aspirant simultanément la suspension de produit conditionné s'étant formée dans le séparateur, ainsi qu'un précipitateur assurant la séparation du produit de ladite suspension et raccordé d'une part au séparateur, et d'autre part au ventilateur.