Brevet FR2455070A1 — publié le 19801121

L'invention concerne un procédé de préparation de mélange bitumineux chaud dans un tambour de séchage et de mélange fonctionnant à courant direct sous l'action d'un brûleur à flamme nue. Dans le cadre de la préparation de mélanges bitumineux, les tambours de séchage et de mélange ont généralement pour role de mélanger différents constituants minéraux en liant le plus possible les particules de poussière entre elles et au liant bitumineux et de sécher et de chauffer le tout dans la mesure voulue pour que le mélange ait la température prescrite, habituellement de 140 à 170OC, avec une teneur résiduelle en eau inférieure à 0,5 fo de là quantité de mélange. les praticiens ont des opinions différentes sur la mesure dans laquelle les matières minérales doivent etre déjà séchées au moment où elles sont réunies au liant. En tout cas, en vue d'une fixation suffisante de la poussière, on préconise généralement de maintenir une faible teneur résiduelle en eau. fi' autre part, on peut se baser actuellement sur ce principe que l'on utilise principalement des tambours de séchage et de mélange fonctionnant à courant direct, c est-à-dire que le brûleur est disposé directement sur la paroi frontale située du côté de l'alimentation et que la flamme est habituellement dirigée axialement par rapport au tambour et arrive loin à l'intérieur du tambour. Ainsi, le minéral amené du côté du brûleur est exposé aussi bien à la chaleur de convection qutà la chaleur de rayonnement de la flamme et dans certaines solutions, entre autres ceile qui est proposée par le brevet allemand 2 102 328, l'ab- sorption de chaleur de convection est limitée sur une première longueur partielle du passage du tambour, par une constitution appropriée des agencements intérieurs, de marnière à obtenir une teneur résiduelle en eau et donc à fixer la poussière. Aprèsetimination de la majeure partie de l'humidité mané- rale et après un préchauffage suffisant de la matière minérale, le liant bitumineux est ajouté à celle-ci, hors de la zone de flamme, par une lance amenée par le côté du brûleur ou de la sortie. Bien que l'amenée du liant soit ramenée derrière la région de propagation de la flamme, le résultat n'est pas toujours satisfaisant et il en résulte souvent une coloration bleue des gaz d'échappement, due à la combustion de fractions volatiles du liant. Pour diminuer ce danger pour le liant, on propose par exemple, dans la demande de brevet sud-africain no 731.841, de disposer dans le mélangeur à tambour un disque de retenue pour protéger le liant amené contre les gaz chauds. Toutefois, l'inconvénient de cette mesure est qu'entre la paroi du tambour ou les agencements intérieurs du tambour et le minéral guidé par ceux-ci, d'uns part, et la plaque, d'autre part, il subsiste un interstice annulaire relativement étroit ou des ouvertures disposées à la périphérie de la plaque, à travers lesquels doivent passer le courant de gaz et les minéraux. Il est vrai que par suite de l'afflux axial sur la plaque, il se produit du côté antérieur de la plaque une forte turbulen ceste gaz chaud qui favorise l'échange d'énergie et de matière. Cependant, au passage à travers l'interstice annulaire ou les ouvertures, il se produit une si forte augmentation de la vitesse des gaz qu'une part relativement grande de particules de sable et de poussière est entraînée et ne peut pas, de la façon désirée, être enrobée de liant ou se fixer au mélange enrobé. Un écoulement approximativement laminaire s'établit seulement à une grande distance derrière la plaque sur toutela section du tambour. Or, les tourbillons qui se forment dans les espaces morts derrière la plaque ne sont pas- -particulièrement efficaces pour le transfert de chaleur. Cependant, meme dans la région postérieure du tambour règne un écoulement principalement laminaire, le transfert de chaleur et la fixation désirée de la poussière ne peuvent pas se faire de façon optimale dans ces tambours car une grande partie de la chaleur est déjà cédée par l'intermédiaire de la paroi du tambour et une partie de l'énergie cinétique a déjà été consommée, a distribution de matière sur la section du tambour n'est pas satisfaisante non plus. Bes pales qui se remplissent de matière lorsque la rotation du tambour s'effectuedu côté ascendant se vident toujours, sous la dépendance de la géométrie des pales et des forces centrifuges engendrées par la rotation du tambour, de telle sorte que dans une région supérieure déterminée du tambour, des paraboles de projection de matière s'étalent en partant des pales. Par suite, la densité du 1,rideau de matière" dans la section du tambour est très inégale, ce qui fait que non seulement 11 échange de chaleur dans un tel tambour ne peut pas être optimal, mais qu'en outre, spécialement pour le procédé de mélange au tambour, le courant de gaz chauds qui se fraie un chemin avec accroissement de vitesse à travers des cavités libres ou des cavités à faible densité de matière empêche des particules de poussière d'être liées dans le mélange et les entraîne donc.De telles cavités se trouvent principalement dans la région supérieure du tambour, en particulier entre les agencements intérieurs et près des arêtes d'évection de celles-cie Dans le cas où les pales sont disposées de façon décalée par zones de longueur à la circonférence du tambour, avec une géométrie semblable~ou différente, cette situation ne se modifie pas. En pareil cas, il faut s'attendre aussi à ce que le courant de gaz chauds se détourne d'une partie à l'autre en cherchant le parcours de moindre résistance à travers des cavités à matière diluée ou des cavités libres. C'est pourquoi l'invention a pour but d'indiquer un procédé de l'espèce indiquée plus haut qui, tout en conservant les avantages d'un appareil muni d'une plaque de retenue selon la demande de brevet sud-africain citée plus haut, qui comporte la formation devant la plaque d'une région de turbulence favorisant l'échange d'énergie et de matière et la formation derrière la plaque d'une région qui arrête la chaleur rayonnée, assure une meilleure transmission de chaleur des gaz chauds à la matière avec formation d'une zone relativement longue de densité de matière uniforme sur la section du tube de séchage, sans séparation des fractions fines. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que dans la région du brûleur et dans la région terminale de la flamme, les gaz de chauffage sont conduits dans la direction axiale du tube de séchage, et dans la région qui fait suite -le rayonnement étant arreté- ils sont conduits en direction pratiquement radiale par déviation d'écoulement et en prenant une direction hélicoldale, et que le liant bitumineux est amené aux constituants solides introduits du côté du brûleur après la déviation d'écoulement des gaz de chauffage. La déviation d'écoulement est assurée par un dispositif de déviation approprié quelconque jouant également le rôle d'un dispositif d'arrêt de la chaleur rayonnée due au dégagement de flammes, de sorte que l'on évite que le liant ne soit altéré par vaporisation et/ou combustion de fractions d'hydrocarbures, de la même façon que l'on y parviendrait en installant une plaque. Le transfert de chaleur par convection est amélioré étant donné qu'immédiatement après la déviation d'écoulement on tire pleinement parti de la chaleur de convection car par suite de la déviation radiale il n'existe plus d'espaces morts. En outre, les paraboles de projection formées-par la matière sont tout d'abord atteintes ou traversées à peu près perpendiculairement après la déviation d'écoulement. Il ne peut plus se produire, avec ce guidage des gaz, un écoulement axial ou parallèle à l'axe à travers les cavités libres ou cavités à moindre densité de matière situées entre les paraboles. Bes inconvénients mentionnés -augmentation de la vitesse du gaz, entraînement de particules de poussière- tels qu'ils existent dans les procédés classiques, sont supprimés. Indépendamment de cela, le parcours principalement héli cotidal que prennent les gaz favorise l'échange de chaleur parce que la même quantité de gaz doit parcourir par unité de temps un plus long parcours dans le tambour. La vitesse du gaz augmente tout d'abord très fortement dans la région de la déviation et diminue alors à nouveau à mesure que le pas de l'hélice augmente vers l'extrémité du tambour pour revenir à la grandeur normale dans le capot d'aspiration, Un autre avantage réside dans le fait que les très fines particules du mélange ont une chance notablement plus grande d'entre retenues grâce à 1' "effet attrape-mouches" résultant du plus long parcours des gaz chauds en combinaison avec le rideau de matière formé par les paraboles d'éjection, qui a une densité uniforme dans toutes les régions du tambour et qui est atteint transversalement. Pour récapituler, il faut retenir que le procédé selon l'invention résout pleinement le problème posé et assure, en outre, un traitement économique du mélange bitumineux en ménageant la matière, avec une extraction minimale de poussière et de substances nocives gazeuses. L'invention propose, en outre, un appareil caractérisé en ce que le dispositif de déviation est formé de pales disposées en étoile dans le tube de séchage à des espacements angulaires uniformes dans un plan et assurant une déviation de 45 à 90 , le centre proprement dit du dispositif de déviation en étoile étant avantageusement muni, si l'espacement est réduit, d'un moyeu conique ou ovolde dont la pointu est tournée à l'envers du sens d'écoulement. - Ce corps profilé empêche la formation d'un tourbillon au centre même de l'écoulement. Il peut aussi être avantageux, pour assurer une déviation de l'écoulement sans perturbations, que les branches pratiquement dirigées radialement des pales de déviation rétrécissent en direction de la région centrale. Selon un autre mode d'exécution avantageux du dispositif de déviation, celui-ci est une vis ouverte du cöté d'admission, totalement ou partiellement enveloppée, dont l'échappement est dirigé tangentiellement à la périphérie du tube de séchage0 Pour favoriser le guidage de l'écoulement, à la suite du dispositif de déviation peuvent être disposés, du coté de l'échappement, des agencements intérieurs de guidage fixés au tube de séchage. On expliquera plus précisément l'invention ci-après à propos des dessins schématiques annexés, qui représentent le procédé et l'appareil correspondant selon la technique antérieure ainsi que le procédé selon l'invention et un exemple d'exécution de tambour de séchage et de mélange nécessaire à la mise en oeuvre du procédé.Dans ces dessins la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un mélangeur à tambour selon la technique antérieure, dans lequel est disposée une plaque de protection la figure 2 montre en perspective une variante de la figure 1, permettant de voir le guidage des gaz de chauffage autour de la plaque de protection vers la région postérieure du tambour la figure 3 est une vue en coupe du tambour montrant la disposition des agencements intérieurs et représentant les paraboles de projection la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'un tambour de séchage et de mélange selon l'invention, comportant un dispositif de déviation formé de pales de déviation disposées en étoile la figure 5 montre en perspective une variante de la figure 4, et permet de voir la déviation radiale de l'écoulement et sa transformation en une forme hélicoïdale la figure 6 est une vue en coupe transversale d'un tambour de séchage et de mélange muni d'un dispositif de déviation en étoile, le mode d'écoulement, indiqué par des flèches, permettant de voir que les différentes paraboles de projection sont traversées pratiquement à angle droit par les gaz de chauffage déviés radialement, et la figure 7 montre un mode d'exécution possible des pales de déviation0 Bes figures 1 et 4 montrent la disposition du brûleur 2 relativement au tube de séchage 1, l'amenée des ^onstituants solides minéraux est indiquée par la flèche 3, l'évacuation des gaz d'échappement par la flèche 4, l'amenés du liant au moyen d'une lance 7 par la flèche 5 et l'évacuation du mélange fini par la flèche 6. La lance à buses 7 est dirigée axialement ou parallèlement à l'axe et peut coulisser longitudinalement. Bes constituants solides minéraux 5 sont soumis à l'action des agencements intérieurs 8 en forme de gouttières de levage, uniformément répartis à la périphérie intérieure du séchoir à tambour 1 comme le montrent les figures 2, 3 et 6 ; ils sont distribués sous forme de rideau, en des paraboles de projection 9, sur une grande partie de la section du tube de séchage et c'est la structure donnée aux agencements intérieurs 8 qui permet d'obtenir une distribution aussi uniforme que possible de la matière sur toute la section du tambour. Selon la technique antérieure représentée par less figures 1 à 3, il est connu et usuel de diriger contre une plaque de protection 10 la flamme du brûleur 2, se développant en direction axiale. En pareil cas, les gaz de chauffage sont dirigés à travers l'interstice annulaire 11 formé entre le tube de séchage 1 et la plaque de protection 11. Les gaz qui accélèrent en cet endroit engendrent immédiatement derrière la plaque de protection 10 une région de dépression 12, qui doit pratiquement être considérée comme une zone morte pour la transmission de chaleur à la matière. Seulement dans la région de sortie du tambour, il s'établit à nouveau un écoulement plus ou moins laminaire à travers la section principale du tambour. Par suite de l'accélération des gaz de chauffage dans l'interstice annulaire 11, les petites particules de matière d'alimentation sont entrainées et donc soustraites à la fixation dans le mélange. Par contre, dans la structure selon l'invention, immédiatement après l'extrémité de la flamme est prévu un dispositif de déviation 20 servant à dévier le courant de gaz de chauffage. Grâce à la déviation, les gaz de chauffage qui affluent axialement sont dirigés radialement à la périphérie intérieure du tambour suivant les flèches 21 et dans la suite du passage à travers le tube de séchage 1, ils prennent un parcours hélicoïdal 22. La figure 6 illustre la pénétration des paraboles de projection 9 par les gaz de chauffage 21, 22 dirigés radialement ou hélicoidalement ainsi que l'effet attrape-mouches qui en résulte, par suite duquel les fines particules sont saisies et mélangées aux différents voiles de matière dans les paraboles de projection 9, l'écoulement transversal 21, 22 ayant pour effet d'étaler largement les paraboles 9 en remplissant la section. L'utilisation optimale de la chaleur de convection permet, à la différence de la représentation comparée des figures 1 et 4, de raccourcir le tube de séchage 1 lorsqu'on applique le procédé selon l'invention avec un appareil selon la figure 4. Be dispositif de déviation 20 est formé de pales de déviation 23 disposées en étoile dans un plan, dans le tube de séchage. -REVENflICÂTIONS- 1. Procédé de préparation de mélange bitumineux dans un tambour de séchage et de mélange fonctionnant à courant direct sous l'action d'un brûleur à flamme nue, procédé caractérisé en ce que dans la région du brûleur et dans la région terminale de la flamme, les gaz de chauffage sont conduits dans la direction axiale du tube de séchage (j), et dans la région qui fait suite -le rayonnement étant arrêté- ils sont conduits en direction pratiquement radiale (21) par déviation d'écoulement et en prenant une direction hélicoïdale (22), et en ce que le liant bitumineux (5) est amené aux constituants solides (3) introduits du coté du brûleur après la déviation d'écoulement des gaz de chauffage. 2. Tambour de séchage et de mélange pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de déviation (20) est formé de pales (23) disposées en étoile dans le tube de séchage (1) à des espacements angulaires uniformes dans un plan et assurant une déviation de 45 à 900. 3. Tambour selon la revendication 2, caractérisé en ce que le centre du dispositif de déviation (20) en étoile est muni d'un moyeu conique ou ovolde dont la pointe est tournée à l'en- vers du sens 4. Tambour selon la revendication 2, caractérisé en ce que les branches pratiquement dirigées radialement des pales de déviation (23) rétrécissent en direction de la région centrale. 5. Tambour selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de déviation (20) est une vis ouverte du coté d'admission, totalement ou partiellement enveloppée, dont l'é- chappement est dirigé tangentiellement à la périphérie du tube de séchage (1). 6. Tambour selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à la suite du dispositif de déviation (20) sont disposés des agencements intérieurs de guidage fixés en hélice au tube de séchage (1).