Brevet FR2473360A1 — publié le 19810717

La présente invention concerne un dispositif d'atomisation d'un mélange réactionnel, permettant d'obtenir un solide sous forme pulvérulente à partir d'un jet de solution. Ce dispositif d'atomisation est utilisé, en particulier, pour la mise en oeuvre d'un procédé de préparation direct des oxydes fissiles, tels que l'oxyde d'uranium ou l'oxyde de thorium, à partir d'une solution du nitrate correspondant. La solution de nitrate, mélangée à de l'acide formique, constitue le mélange réactionnel. Ce mélange réactionnel est chauffé jusqu'à la décomposition du nitrate. Cette décomposition thermique conduit directement à la formation de l'oxyde correspondant sous forme de poudre. Pour obtenir de plus amples renseignements sur ce procédé de fabrication, on peut se référer, par exemple, au brevet français n 2088170 déposé se 25 mai 1970 par le Commissariat à l'Energie Atomique et intitulé 'Procédé de fabrication d'oxydes fissiles et dispositif de mises en oeuvre de ce procédé". Le mélange réactionnel décrit ci-dessus est injecté dans un réacteur au moyen d'une buse d'atomisation et d'un gaz chaud, en général de l'air. Ce mélange réactionnel atomisé tombe dans un four porté à plus ou moins haute température.- Lorsque l'on cherche à augmenter la capacité du dispositif et donc le débit de la solution de nitrate, l'angle du jet d'atomisation à la sortie de la buse s'accroit et le liquide, constitué du mélange réactionnel, vient au contact de la paroi du four. On observe alors un dép8t solide qui conduit a un encrassement important, notamment dans la partie supérieure du dispositif. Ce phénomène s'intensifie avec l'accroissement du débit traité. Cet encrassement entraîne un nettoyage fréquent du dispositif, donc un démontage fréquent de celui-ci. Ces inconvénients sont gênants pour l'utilisation en continu du dis- positif. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients et notamment d'éviter l'encrassement du dispositif, ce qui permet d'aug- menter la capacité de celui-ci et son utilisation en continu. La présente invention a donc pour objet un dispositif d'atomisation d'un mélange réactionnel permettant la pulvérisation dudit mélange:-dans un réacteur à l'aide d'au moins un premier gaz et d'une buse d'atomisation. Ce dispositif se caractérise en ce qu'il comprend une alimentation en un deuxième gaz chaud, situé au sommet du dispositif d'atomisation, ou atomiseur, servant au séchage du mélange atomisé, une alimentation en un troisième gaz, et des moyens de distribution de ce troisième gaz tel qu'il soit distribué dans le réacteur sous la forme d'une.cou- ronne, le long de la paroi interne du récipient, de façon à éviter tout contact entre le mélange réactionnel et ladite paroi. Les moyens de distri- bution du troisième gaz dans le réacteur sont,-cons- titués par un distributeur de gaz annulaire, et- les différents gaz utilisés sont constitués par de l'air. Selon une autre caractéristique de l'in- vention, le distributeur annulaire comprend deux pièces métalliques fixes, une pièce supérieure et une pièce inférieure, concentriques, solidaires l'une de l'autre et du reste du dispositif et, une troisième pièce mobile, concentrique, pouvant se déplacer de façon réglable entre les deux pièces précédentes. Le déplacement de la troisième pièce se fait verticalement et est commandé de l'extérieur du dispositif à l'aide de moyens appropriés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux à l'aide de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles: - la figure 1 représente un schéma général du dispositif d'atomisation selon l'invention, - la figure 2 représente schématiquement une première variante du dispositif d'atomisation de la figure 1, - la figure 3 représente une deuxième variante du dispositif d'atomisation de la figure 1, - la figure 4 représente schématiquement un dispositif utilisant le dispositif d'atomisation de la figure 1. La figure 1 représente un dispositif d'ato- misation d'un mélange réactionnel selon l'invention. Les solutions, constituant le mélange réactionnel, amenées par des conduites 2 et 4 sont filtrées au moyen d'un filtre 6 avant de pénétrer dans l'atomi- seur. Suivant la composition du mélange réactionnel, le temps de contact entre les différentes solutions peut être variable. Dans le cas particulier d'une solution de nitrate de plutonium et d'une solution d'acide formique, les solutions peuvent être injectées directement dans le filtre 6, comme représenté sur la figure 1. Dans le cas d'une solution de nitrate de thorium et d'une solution d'acide formique, les solutions doivent être mises en contact plusieurs minutes avant l'entrée dans le filtre 6. Dans ce dernier cas particulier, le mélange réactionnel est préchauffé dans un préréacteur à une température d'environ 600C, non représenté sur le schéma. Le gaz en général de l'air chaud à environ 2501C arrive dans l'atomiseur par une conduite 8. Cet air chaud ainsi que le mélange réactionnel sont amenés au moyen d'une conduite 10 à une buse d'atomisation 12. Le dispositif d'atomisation, ou atomiseur peut présenter différentes formes, en particulier une forme arrondie 14 ou une forme en croix 16. De préférence, on utilisera l'atomiseur sous forme arrondie 14 de façon à limiter les turbulences au niveau du jet d'atomisation 18. Le mélange réactionnel, sous forme liquide, est divisé sous forme d'un brouillard constitué de fines gouttelettes, et tombe dans un four vertical 20. Au sommet de l'atomiseur par une conduite 22 arrive de l'air chaud entre 3000C et 3500C, permettant le séchage des fines gouttelettes du mélange réaction- nel sous forme de fines particules, par exemple d'oxyde. Pour éviter le dépôt de ces particules sur la paroi interne 24 du four 20, on envoie, confor- mément à l'invention, par une voie 26, de l'air chaud à environ 2500C qui est distribué au moyen d'un distributeur annulaire 27 sous la forme d'une couronne le long de la paroi interne 24 du four , de façon à confiner dynamiquement le jet d'ato- misation 18. Ce distributeur d'air annulaire 27 comprend deux pièces métalliques fixes 28 et 30 solidaires l'une de l'autre au moyen de vis telles que 32.. La pièce supérieure 28 du distributeur annulaire 27 est solidaire de l'atomiseur 14 ou 16 au moyen de vis telles que 34. De même, la pièce inférieure du distributeur annulaire 27 est solidaire du four vertical 20 au moyen de vis telles que 34. La pièce supérieure 28 comprend une partie effilée 36, dirigée vers le bas et descendant plus bas que la pièce inférieure 30. Cette partie effilée 36 permet d'éviter des turbulences au niveau de la sortie de l'air chaud qui permet le confinement dynamique du jet d'atomisation 18. Une troisième pièce 38 peut se déplacer verticalement entre les pièces 28 et 30. La pièce supérieure 28 comprend sur le côté interne, dans sa partie centrale, un décrochement incliné 40 et la troisième pièce mobile 38 comprend sur son côté externe un décrochement incliné 42 identique au décrochement 40 de la pièce supérieure 28 de telle manière que le passage 44 compris entre la pièce supérieure 28 fixe et la troisième pièce 38 puisse varier lorsque celle-ci se déplace de haut en bas. La possibilité de faire varier le passage 44 entre la pièce 28 et la pièce 38 permet de modifier le débit d'air chaud arrivant en 26. Ce passage 44 peut varier de 0 à 0,5 mm. Les moyens permettant le déplacement de la troisième pièce 38, verticalement, sont constitués, par exemple, par au moins trois vis micrométriques sans fin telles que 46, traversant de part en part la pièce 28 et passant dans un logement taraudé spécialement dans la pièce 38. Ces vis 46 sont maintenues en place au moyen de languettes telles que 47, vissées dans la pièce 28. La figure 2 représente une variante des moyens permettant le déplacement de la troisième pièce 38. Ces moyens sont constitués d'au moins trois manettes telles que 48 solidaires de la pièce 38. Chacune dé ces manettes 48 peut se déplacer dans une fenêtre telle que 50 de forme allongée et légèrement oblique, effectuée dans la pièce infé- rieure 30 au niveau de sa partie centrale. Dans cette variante, conformément à l'invention, ont été adjoints deux joints toriques, tels que 52, entre la pièce mobile 38 et les pièces fixes 28 et 30; ces joints 52 jouant le rôle de soufflets. La figure 3 représente schématiquement une autre variante selon l'invention, des moyens permettant le déplacement de la troisième pièce 38 verticalement entre la pièce 28 et la pièce 30. Ces moyens sont constitués d'au moins trois tiges telles que 54, comprenant à l'une de leurs extrémités- un excentrique 56 venant se loger dans une gorge 58 effectuée dans la troisième pièce 38. A l'autre extrémité de la tige 54 se trouve une pièce 60, par exemple un bouton moleté,, permettant de faire tourner manuellement la tige 54 dans un sens ou dans l'autre. Ces tiges 54 traversant la pièce inférieure 30 dans sa partie centrale, sont maintenues en place au moyen d'une languette 62 vissée dans la pièce inférieure 30. Les différents moyens permettant le dépla- cement de la pièce 38 sont équidistants les uns des autres. Dans le cas de trois éléments (tiges, manettes, ou vis micrométriques), l'angle compris entre chacun d'eux est de 1200, dans le cas de quatre éléments, l'angle n'est plus que de 900. La figure 4 représente schématiquement un dispositif dans lequel on utilise un dispositif d'atomisation 14 ou 16, -et conformément à l'invention un distributeur annulaire 27 tel que décrit pré- cédemment. Le mélange réactionnel atomisé au moyen de la buse d'atomisation 12 est divisé sous forme d'un brouillard de fines gouttelettes qui tombe- dans un four vertical 20 chauffé par des résistances électriques telles que 64 placées tout le long de la paroi du four 20. Les fines gouttelettes de mélange réactionnel sont séchées au moyen d'un courant d'air chaud arrivant en 22 sous forme de fines particules, par exemple d'oxyde. A la base du four 20, ces par- ticules, ou grains sont séparés des gaz à l'aide d'une batterie de cyclones 66 suivie de filtres tels que 68, constitués par exemple en acier inoxy- dable fritté de faible porosité (environ 3 M). Afin d'éviter le colmatage irréversible des filtres 68, on a adapté un dispositif de décolmatage périodique qui, par envoi d'air comprimé chaud par une entrée 72, à contre-courant à travers le filtre 68 permet un auto-nettoyage permanent. Les gaz filtrés au moyen du filtre 68 sont ensuite lavés à l'aide d'un dispositif tel que 74 avant rejet de ces gaz dans l'atmosphère. Ce dispositif de lavage 74 comprend une colonne de lavage à l'eau pour recombiner les vapeurs nitreuses, puis une colonne d'épuration de lavage à la soude. Ce dispositif de lavage 74, de type connu, n'a pas été détaillé et ne sera pas décrit ultérieurement. Les grains obtenus, lors de la réaction chimique dans le four 20, sont récu- 1S pérés dans des containers tels que 76 munis de vannes 78. Le filtrage des gaz au moyen des filtres 68 et le décolmatage de ces filtres au moyen du dis- positif 70 sont pratiqués en alternance d'un côté puis de l'autre. Les vannes 80 permettent le fonc- tionnement en alternance. Pendant que les gaz tra- versent l'un des filtres, l'autre est décolmaté. Les références 82 représentent des sondes de tem- pératures disposées à distance égale l'une de l'autre tout le long du four 20. Le dispositif d'atomisation décrit pré- cédemment présente un certain nombre d'avantages. Il permet, grâce au confinement dynamique du jet d'atomisation au moyen d'un courant d'air chaud distribué sous la forme d'une couronne à l'aide du distributeur annulaire, de limiter l'encrassement de la partie supérieure du four, en évitant le contact direct du mélange réactionnel avec la paroi interne du four. Ceci permet de plus, d'améliorer l'échange thermique entre le gaz chaud, en général de l'air, et le mélange réactionnel, ce qui permet d'augmenter la capacité d'évaporation du dispositif. De plus, l'utilisation d'un distributeur annulaire d'air, tel que décrit précédemment, permet d'augmenter le débit du mélange réactionnel. Dans le dispositif initial, non muni du dispositif de distribution d'air, on ne pouvait dépasser un débit de mélange réactionnel de 15 1/h. Au delà, on obser- vait un encrassement important qui imposait un net- toyage fréquent du dispositif. Avec ce dispositif, on a pu augmenter le débit du mélange réactionnel jusqu'à 40 1/h, c'est-à-dire plus que doubler la capacité du dispositif. Le réglage du débit d'air servant au confinement dynamique du jet d'atomisation, grâce au passage de largeur variable, dépend du débit que l'on désire obtenir pour le mélange réac- tionnel. Bien entendu, l'utilisation d'un tel dis- positif ne se limite pas à l'obtention d'oxydes fissiles à partir de la solution de nitrate corres- pondant, mais peut s'appliquer, en général à tout procédé d'obtention d'un solide sous forme pulvé- rulente à partir d'un jet de solution. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'atomisation d'un mélange réactionnel permettant la pulvérisation dudit mélange dans un réacteur (20) à l'aide d'au moins un premier gaz 18) et d'une buse d'atomisation (12), caractérisé en ce qu'il comprend une alimentation en un deuxième gaz chaud (22) située au sommet du dispositif d'ato- misation (14 ou 16), servant au séchage du mélange atomisé, une alimentation en un troisième gaz (26) et des moyens de distribution (27) de ce troisième gaz (26) tels qu'il soit distribué dans le réacteur (20) sous la forme d'une couronne, le long de la paroi interne (24) du réacteur (20) de façon à éviter tout contact entre le mélange réactionnel et ladite paroi. 2. Dispositif d'atomisation selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que les différents gaz utilisés sont constitués par de l'air. 3. Dispositif d'atomisation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de distribution (27) du troisième gaz (26) dans le réacteur (20) sont constitués par un distributeur de gaz annulaire. 4. Dispositif d'atomisation selon la reven- dication 3, caractérisé en ce que le distributeur annulaire (27) comprend deux pièces métalliques fixes, une pièce supérieure (28) et une pièce infé- rieure (30), concentriques, solidaires l'une de l'autre et du reste du dispositif et, une troisième pièce mobile (38) concentrique pouvant se déplacer de façon réglable entre les deux pièces précéden- tes (28 et 30). 5. Dispositif d'atomisation selon la reven- dication 4, caractérisé en ce que le déplacement de la troisième pièce (38) se fait verticalement, et est commandé de l'extérieur du dispositif d'ato- misation à l'aide de moyens appropriés. 6. Dispositif d'atomisation selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que la pièce supérieure (28) comprend sur le côté interne de sa partie centrale un décrochement incliné (40) et en ce que la troisième pièce (38) comprend sur son côté externe un décrochement incliné (42) identique au décrochement (40) de la pièce supérieure (28) de telle manière que le passage (44) compris entre la pièce supérieure fixe (28) et la troisième pièce celle-ci se déplace. 7. Dispositif d'atomisation selon l'une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que les moyens permettant le déplacement de la troisième pièce (38) sont constitués d'au moins trois manettes (48) solidaires de ladite pièce, équidistantes les unes des autres, chacune de ces manettes pouvant se déplacer dans une fenêtre (50) allongée et légèrement oblique effectuée dans la pièce inférieure (30) au niveau de sa partie centrale. 8. Dispositif d'atomisation selon l'une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que les moyens permettant le déplacement de la troisième pièce (38) sont constitués d'au moins trois tiges (54) comprenant à-l'une de leurs extré- mités un excentrique (56) venant se loger dans une gorge (58) effectuée dans la troisième pièce (38) et à l'autre extrémité une pièce (60) permettant de faire tourner la tige manuellement dans un sens ou dans l'autre, ces tiges traversant la pièce inférieure (30) dans sa partie centrale sont main- tenues en place au moyen d'une languette (62) et équidistantes les unes des autres. 9. Dispositif d'atomisation selon l'une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que les moyens permettant le déplacement de la troisième pièce (38) sont constitués d'au moins trois vis micrométriques sans fin (46) passant dans un logement taraudé spécialement dans la troisième pièce (38), ces vis (46) traversant de part en part la pièce supérieure (28) sont équidistantes les unes des autres et sont maintenues en place au moyen d'une languette (47). 10. Dispositif d'atomisation selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que deux joints toriques (52) jouant le rôle de soufflet, sont placés entre la troisième pièce mobile (38) et les deux autres pièces fixes (28 et 30). 11. Dispositif d'atomisation selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que la pièce supérieure comprend une partie effilée (36) dirigée vers le bas et descendant plus bas que la pièce inférieure (30).