Brevet FR2330449A1 — publié le 19770603

Il existe de nombreux cas industriels où il est utile de pratiquer sur une matière solide un traitement thermique à une température supérieure à la température d'origine de la matière. À titre d'exemple, on traite du sulfate de caleium dihydraté à température supérieure à 100 C, afin de le transformer en sulfate de calcium semi-hydraté. Cette opération très ancienne se pratiquait par chauffage à sec du sulfate de calcium dihydraté ; elle se pratique encore de nos jours généralement selon ce procédé. Il a été cependant indiqué par LE CHATELIER et HOPPE-SEYLER, ainsi que le rapporte L.CHASSEVENT dans le TRAITE DE CHIMIE MINERALE, Tome VI, fascicule II, année 1934, MASSON et Compagnie, page 1050, que cette transformation peut entre réalisés en présence d'eau ; plus récemment KELLEY, SOUTHARD et ANDERSON, en avril 1940, ont précisé la parfaite connaissance des conditions thermodynamiques de cette transformation ; le brevet français t 35o 700 du 10 mai 1963 au nom de GEBRÜDER GIULINI GmbH a proposé un procédé de traitement du sulfate de calcium dihydraté en voie aqueuse comportant l'introduction dans une enceinte de réaction d'une pulpe de sulfate de calcium dihydraté et d'eau et l'extraction de pulpe de sulfate de calcium semi-hydraté selon un mode cyclique d'alternances d'introductions et d'extractions qualifié de "mode opératoire continu ou presque continu" bien que ce mode opératoire ne soit pas à régime permanent et comporte des opérations non simultanées ; selon ce iode opératoire, la morphologie du produit obtenu dépendrait des conditions initiales.Le brevet cité GEBRÜDER GIULINI GmbH indique (page 3) que la pulpe de sulfate de calcium semi-hydraté 9 température de 80 - 90 C est utilisable immédiatement pour des objets moulés cependant que, d'après L. CHASSEVENT (référence citée), les cinétiques de prise de pulses de sulfate de calcium semi-hydraté ne sont relativement rapides qutà températures inférieures à 600 C. le régime permanent de traitement à température d'environ 120 C de sulfate de calcium dihydraté, conduit en continu selon le procédé de la présente demande, ne dépend pas des conditions initiales. Lors de tels traitements de matière solide, une partie importante de l'énergie thermique de chauffage se trouve sous forme de chaleur sensible des produits à température de réaction ; il est, dans les procédés de voie sèche, difficile de récupérer utilement la chaleur sensible de la matière traitée en raison des relativement mauvaises caractéristiques d'échange de chaleur que présentent les solides secs. Par exemple, les échanges de chaleur entre de tels solides et des parois d'échange ont des intensités de l'ordre de grandeur de quelques dizaines à environ la centaine de kilocalories par mètre carré, heure et degré, ce qui est industriellement faible. L'inventeur de la présente demande a observé qu'au contraire les pulpes de solides, c'est-à-dire les mélanges en suspension de solides avec des liquides présentent des intensités d'échange de chaleur par surface industriellement élevées pouvant atteindre plusieurs milliers de kilocalories par mètre carré, heure et degré. La présente invention a pour objet essentiel de proposer un iode pratique de récupération thermique de chaleur sensible des produits soumis aux températures de traitement ; un autre objet est ae procurer le refroidissement desdits produits. Le procédé objet de l'invention consiste en la succession a.s opérations suivantes - une opération de broyage de la matière à traiter ni nécessaire pour la rendre apte a constituer, avec un liquide compa- tible avec le traitement envisagé, une pulpe manutentionnable pour s'écouleur dans un élongeur de chaleur à surface - une opération de préchauffage par passage dans un échan- gour de chaleur par surface pour la porter à la température nécessaire ou à une température voisine de celle nécessaire au traitement - une opération de maintien pendant le temps nécessaire A la température de traitement - une opération de refroidissement par passage dans un échangeur de chaleur par surface, la chaleur ainsi récupérée par change étant utilisée comme chaleur de chauffage au cours de l'opé- ration de préchauffage précitée - une opération de séparation du solide et du liquide mii en jeu lorsque cette séparation est nécessaire. Le procédé est schématisé selon les figures 1 et 2 Q l'occasion de l'application au traitement de sulfate de calcium dihydraté décrite par la suite. Une autre forme de réalisation de l'invention, représentée sur la figure 3 où les mimes repères correspondent aux mimes éléments que ceux des figures 1 et 2, est caraotérisée par l'utilisation d'un échangeur 18 recevant d'une part selon la flèche 22 la pulpe en provenance de l'organe de mise en pulpe 4 et selon le flèche 19 le liquide provenant de l'organe 12 de séparation liquide-solide la pulpe provenant de l'échangeur 18 est introduite selon la flèche 23 dans l'échangeur 6. La pulpe refroidie dans l'échangeur 6 est transférée dans l'organe 12 de séparation liquide-solide selon la flèche 20. La flèche 21 représente la sortie du liquide refroidi de l'échangeur 18. Une telle forme de réalisation permet de pratiquer le meilleur refroidissement et la meilleure récupération thermique des chaleurs sensibles du liquide mis en oeuvre ; elle permet en outre l'extraction des solides à la température souhaitable d'extraction. Par exemple dans le cas de traitement de gypse pour obtenir un semi-hydrate de sulfate de calcium, il peut entre avantageux d'obtenir un produit à température comprise entre 600 C et 1004 , ce que permet cette forme de réalisation. Il est apparu avantageux d'utiliser aux échanges de chaleur de pulpe à pulpe un procédé particulier d'échange caractérisé par la circulation de chacune des pulpes à ltintérieur d'une série de tubes sensiblement parallèles entre eux, les deux sériss de tubes étant parallèles entre elles, les tubes de chacune des séries étant disposées en alternances régulières avec les tubes de l'autre série, l'espace compris entre les tubes à l'intérieur de la calandre étant occupé par un métal ou alliage. il est apparu particulière- ment avantageux que les coefficients de dilatation du matériau constituant les tubes et dudit métal ou alliage soient voisins. À ce titre, il a paru avantageux de constituer les tubes d'acier austénitique et que le métal ou alliage soit constitué essentiellement d'aluminium. En référence à la figure 4 gui est une section longitudinale de l'appareil échangeur, selon la-ligne uv de la figure 5, les deux séries de tubes susmentionnées sont représentées par les repères respectifs 24 et 25 et aboutissent & des plaques transversales dites plaques tubulaires 26 et 27. La calandre 28 constitue la paroi latérale à l'intérieur de laquelle se trouve le métal ou alliage 29. Il a été reconnu que l'avantage d'un tel procédé d'échange est de procurer en méme temps qu'une bonne efficacité de transmission thermique un écoulement des pulpes sans zones "mortes" ni cheminement sinueux, contrairement aux procédés classiques. d'échange où la circulation des pulpes se fait à la fois à l'intérieur des tubes et à l'extérieur des tubes, déterminant des zones mortes et des cheminements sinueux. lia figure 5 représente une coupe,selon la ligne xy de la figure 4, de l'appareil échangeur, les repères correspondant à ceux de la figure 4. Il a paru favorable, dans le cas d'opérations de traitement à température supérieure à la température d'ébullition du liquide, comme c'est le va dans le traitement du sulfate de calcium dihydraté, de disposer les entrées selon 5 (figures 1 et 2) et 23 (figure 3) et les sorties selon 11 (figures 12) et 20 (figure 3) à des niveaux supérieurs à celui de l'enceinte 7 nécessairement sous pression, de telle sorte que les charges hydrostatiques des pulpes déterminent naturellement la pression nécessaire dans l'enceinte 7. On comprendra qu'il est aussi favorable d'opérer dans l'enceinte 7 à contenu constant, ce qui détermine la simultanéité et la correspondance des écoulements des pulpes dans l'échangeur 6, ce qui est utile pour assurer une bonne efficacité thermique. On décrira ci-après à titre d'exemple l'application de ce procédé au traitement de sulfate de calcium dihydraté en référence à la figure 1, reprèsentant schématiquement les opérations mises en jeu: Un broyeur 1 reçoit du gypse selon la flèche 2. La matière broyée est transférée selon la flèche 3 à un organe de mise en pulpe 4. La matière en pulpe est transférée de l'organe de mise en pulpe 4 selon la flèche 5 à l'échangeur de préchauffage 6. De cet échangeur de préchauffage 6, la pulpe préchauffée est introduite dans un autoclave 7 selon la flèche 8; cet autoclave est muni de moyens 9 de maintien en suspension et de moyens de chauffage non réprésentés peur maintenir la pulpe i la température a. traitement d'environ 120 C. La pulpe est extraite de l'autoclave 7 selon la flèche 10 pour Outre introduite dans l'échangeur 6 et elle se refroidit par échange de chaleur avec la pulpe qui se préchauffe. Elle est extraite de cet échangeur 6 pour être introduite selon la flèche 11 dans un moyen de séparation liquide-solide 12, constitué de préférence par une essoreuse, duquel sont extraits d'une part suivant la flèche 13 le solide essoré, d'autre part suivant la flèche 14 le liquide résultant. Le solide essoré est constitué de cristaux de semi-hydrate de sulfate de calcium comportant une certaine quantité d'eau d'humidité extraînée qu'il y a lieu éventuellement de sécher si on désire obtenir un sulfate de calcium demi-hydraté sec. Le liquide résultant peut être avec avantage dirigé, suivant la flèche 15, en majeure partie vers l'organe 4 de mise en pulpe on observera que la transformation de gypse en semi-hydrate de sulfate de calcium est excédentaire en eau 3 l'excédent correspon dant est évacué selon la flèche 16. Les flèches symbolisent les moyens de transfert et de manutention qu'il n'est pas nécessaire de décrire en détail pour qu'on homme de l'art comprenne l'invention. Les dispositions sus-mentionnées procurent le résultat de refroidir la pulpe traitée, dtassurer le préchauffage de la pulpe entrante et de réaliser l'économie thermique correspondant à l'échange de chaleur entre la pulpe sortante et la pulpe entrante. Les degrés des effets de refroidissement, de préchauffage et d'économie thermique correspondante dépendent naturellement des caractéristiques de l'échangeur de chaleur que l'homme de l'art sait mettre en oeuvre pour obtenir le résultat souhaité. Lorsque le degré de refroidissement correspond à un abaissement de température de la pulpe tel que la tension de vapeur du liquide est ablaissée à une valeur inférieure à la pression atmosphérique l'opération suivante de séparation liquide-solide peut être pratiquée à la pression atmosphérique sans encourir la difficulté soit d'opération SOU pression, soit la difficulté de dégagement de vapeur correspondant au phénomène d'ébullition spontanée lors de l'abaissement de pression par passage à la pression atmosphérique. Dans le cas cité en exemple de traitement de transformation de sulfate de calcium dihydraté en semi-hydrate de sulfate de calcium, la pulpe refroidie n'est pas susceptible de faire prise à la température d'environ 100 C correspondant à l'équilibre du système eau-gypse-semi-hydrate de sulfate de calcium; 3 4w des températures de l'ordre de grandeur ou supérieures à 600 O, les cinétiques de prise sont relativement lentes.Il peut titre on conséquence avanta- geux de pratiquer le refroidissement de la pulpe de semi-hydrate de sulfate de calcium jusqu'à obtenir une pulpe a. semi-hydrate & BR A des températures nettement inférieures à 60 C les cinétiques de prise des pulpes de semi-hydrate de sulfate de calcium sont relativement rapides, ce qui peut être avantageux dans la perspective d'utilisation immédiate d'une telle pulpe à la fabrication d'objets moulés. Dans la perspective précitée d'utilisation immédiate d'une pulpe de semi-hydrate de sulfate de calcium & la fabrication d'objets moulés, la suite des opérations serait modifiée par rapport à celles correspondant à la figure 1 selon le schéma représenté figure 2 où les mêmes repères sont relatifs aux mêmes éléients. N'a pas été représentée l'opération éventuelle de broyage. L'opération de mise en pulpe se fait à partir du sulfate de calcium dihydraté introduit selon la flèche 3 et d'eau en quantité convenable ir1troduite suivant la flèche 17. La pulpe de semi-hydrate de sulfate de calcium refroidi est extraite suivant la flèche 11 pour entre utilisée aux opérations de moulage, soit directement soit après qu'on ait modifié, par extraction ou introduction d'eau, sa concentration ci solides pour qu'elle corresponde à la concentration d'utilisation. E V E N D I C A T I O N S. 1. Procédé de traitement thermique de matières granuleuses ou pulvérulentes à une température supérieure à la température primitive, caractérisé par l'association au solide d'un liquide de manière à constituer une pulpe manutentionnable, par l'utilisation, par transfert de chaleur dans un échangeur de chaleur, de la chaleur de refroidissement de la pulpe traitée au préchauffage de la pulpe à traiter et par la séparation après refroidissement du solide traité et du dit liquide. 2. Procédé de traitement thermique de pulpe de matières granuleuses ou pulvérulentes, caractérisé par l'utilisation, par transfert de chaleur dans un échangeur de chaleur, de la chaleur de refroidissement de la pulpe traitée au préchauffage a. la pulpe à traiter. 3. Procédé selon la revendication 2 où, après refroidissement, la pulpe traitée est soumise à ne opération de séparation du liquide et du solide. 4. Procédé de traitement de pulpe de matières granuleuses ou pulvérulentes, caractérisé par un premier préchauffage de la pulpe à traiter au moyen d'un premier échangeur de chaleur entre la pulpe à traiter et le liquide issu d'une opération de séparation du solide et da liquide de la pulpe traitée, le dit premier préchauf- fage étant suivi d'un second préchauffage au moyen d'un deuxième échangeur de chaleur procurant un échange de chaleur entre la pulpe issue du premier préchauffage et la pulpe traitée, et par la séparation du solide et du liquide de la pulpe traitée issue du deuxième échangeur. 5. Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé par la mise en oeuvre d'un procédé d'échange de chaleur où le transfert de chaleur est réalisé par la disposition de deux séries de tubes, pratiquement parallèles, répartis en alternance régulière, chacune d'elles étant parcourse par chacune des matières objet du transfert, l'espace entre les dits tubes étant garni d'un métal ou alliage. 6. Procédé selon la revendication 5 où la matière constituant les dits tubes est un acier austénitique et où le dit métal ou alliage est à base d'aluminium. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, où les moyens d'introduction et de sortie de pulpe se situent à des niveaux supérieurs à celui de l'enceinte de traitement de façon que les charges hydrostatiques des pulpes déterminent naturellement la pression nécessaire dans la dite enceinte. 8. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 7, où la simultanéité et la correspondance des écoulements de pulpe dans l'échangeur de chaleur entre pulpes sont réalisées par ltutili- station d'une enceinte de traitement à contenu constant. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, où le solide à traiter est du sulfate de calcium dihydraté, la teipérature de traitement d'environ 120 C, le liquide des pulpes est constitué essentiellement d'eau, le solide traité est du sulfate de calcium semi-hydraté et la température de la pulpe de semi-hydrate de sulfate de calcium refroidie est comprise entre 600 Q et 100 C. 10. Procédé selon la revendication 3, où le solide à traiter est du sulfate de calcium dihydraté, la température de traitement est d'environ 1200 O, le liquide des pulpes est constitué essentielle- ment d'eau, le solide traité est du sulfate de calcium semi-hydraté et la température de la pulpe de silfate de calcium semi-hydraté refroidie est nettement inférieure à 60 C.