Brevet FR2489489A1 — publié le 19820305

Procédé d'extraction de la chaleur d'un matériau pulvérulent hydrophile au-dessous de 100 C L'invention concerne un procédé d'extraction de la chaleur d'un matériau pulvérulent hydrophile au-dessous de 100 C. Ce matériau peut être par exemple du sable de fonderie qui vient d'être utilisé et a été refroidi à 100 C par vaporisation d'eau, ou du sable qui a été séché à la flamme et conserve une température de 100 C. Pour continuer à manipuler ce matériau il est souhaitable de commencer par le refroidir de 100 C à 40 C, tout en évitant toute humidité résiduelle. Il est connu que l'on peut refroidir du sable très chaud jusqu'au voisinage de 100 C par pulvérisation d'eau. Quant au refroidissement audessous de 100 C il est classiquement effectué sans pulvérisation d'eau pour obtenir un sable très sec. Par exemple: pour refroidir du sable de fonderie de 100 C à 40 C et récupérer la chaleur, on peut employer plusieurs procédés connus utilisant comme fluide caloporteur - soit l'air atmosphérique en contact direct avec le sable, - soit l'eau en contact indirect à travers la paroi d'un échangeur de chaleur. Dans ces deux cas, les coefficients de transfert de chaleur sont assez bas, de l'ordre de quelques dizaines de Kcal/h/M2/C alors que les coefficients de transfert par évaporation et condensation directes de l'eau sont de l'ordre de 1000 Kcal/h/m 2/C. On a donc intérêt à utiliser l'eau comme fluide caloporteur mais, comme dans certains cas le sable à refroidir est du sable qui a été séché dans un four tournant, il est souhaitable de le refroidir tout en obtenant un sable à 40 C parfaitement sec pour son utilisation dans un moule de fonderie ou pour son expédition. De plus, il est souvent utile de récupérer la chaleur du sable. La présente invention a pour but la réalisation d'un procédé d'extraction de la chaleur d'un matériau pulvérulent hydrophile au- dessous de 100 C permettant d'obtenir de manière simple un matériau refroidi et sec, et de récupérer la chaleur extraite. Elle a pour objet un procédé d'extraction de la chaleur d'un matériau pulvérulent hydrophile au-dessous de 100 C, -2 - - ce procédé étant caractérisé par le fait que l'on met ce matériau en mouvement turbulent on pulvérise de l'eau sur la surface de ce matériau en mouvement en quantité juste nécessaire à l'extraction souhaitée de chaleur par évaporation ultérieure de l'eau déposée sur les grains, - et on fait circuler un gaz de séchage au contact du matériau en mouvement de manière à faire évaporer l'eau déposée. Ce procédé répond de plus, de préférence, aux caractéristiques suivantes: - on pulvérise l'eau de manière que 90% au moins des gouttelettes formées aient un diamètre inférieure à 70% de celui de 90% au moins des grains du matériau pulvérulent. Dans le cas d'un matériau pulvérulent de diamètre de grains sensiblement uniforme, on pulvérise l'eau de manière que les goutte- lettes formées aient des diamètres compris sensiblement entre 60% et 30% du diamètre moyen des grains du matériau. Le matériau pulvérulent est mis en mouvement par un transporteur à secousses. Ce transporteur porte une succession de rampes, les secousses de ce transporteur étant choisies pour faire gravir successi- vement toutes ces rampes par les grains en les laissant retomber chaque fois qu'ils sont arrivés au sommet d'une rampe, on fait circuler le gaz de séchage en sens inverse de celui du déplacement du matériau. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après, à titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue schématique d'un premier dispositif de mise en oeuvre de la présente invention. La figure 2 représente une vue schématique d'un deuxième dispo- sitif de mise en oeuvre de la présente invention. Selon la présente invention on pulvérise uniformément à la surface du sable, la quantité d'eau juste nécessaire au refroidissement, cette quantité correspondant à environ 550 calories/kg d'eau évaporée. -3- L'évacuation de la vapeur d'eau produite peut être assurée par une faible circulation d'air ou de gaz, éventuellement sous pression réduite. La difficulté, rencontrée pour la mise en oeuvre du procédé vient de la nécessité d'obtenir une pulvérisation uniforme de l'eau à la surface du sable. Dans l'exemple considéré, il faut injecter 3% d'eau froide en poids par rapport au sable. Les pulvérisateurs du commerce produisent des gouttes relative- ment grosses par rapport à la granulométrie du sable, gouttes de 200 X pour un sable ayant une granulométrie moyenne de 130 P (sable compris entre 40y et 200 p) si bien que les 3% d'eau ont tendance à former de petites boulettes de sable humide qu'il faut disperser par des moyens mécaniques (tambour tournant, agitateur, etc....). Il est préférable d'humecter le plus régulièrement possible le sable avec seulement 3% d'eau. Pour cela, il est possible d'utiliser des pulvérisateurs du type "ultra-sons" produisant un "brouillard" de très fines particules, par exemple de 20 p. Par rapport aux goutte- lettes de diamètre 200 p.on a 1000 fois plus de gouttes de 20 y y ainsi le sable est humecté beaucoup plus régulièrement, donc son refroidissement par évaporation sera plus rapide et plus uniforme. Le système de refroidissement par évaporation du film d'eau situé à la surface des grains peut se faire ensuite par tout système assurant l'évacuation de la vapeur d'eau; par exemple: par fluidisation du sable à faible vitesse, chute gravitaire en cascade, déplacement en couche mince par transporteur à secousses. L'air chargé d'humidité avec une circulation naturelle ou artifi- cielle, ou la vapeur d'eau aspirée par pompe à vide, passe dans un échangeur-condenseur pour récupérer la chaleur latente de condensation de la vapeur d'eau. La chaleur récupérée peut être utilisée par exemple pour le réchauffage et le séchage du sable lavé. Le dispositif de mise en oeuvre de l'invention représenté sur la figure 1 semble actuellement préférable pour le refroidissement de sable de fonderie. Il comporte une trémie (2) pour l'alimentation en sable chaud. Le sable tombe sur un transporteur à secousses comportant une table (4) mise en mouvement par un mécanisme (6) de type connu. Sur cette table sont disposées trois rampes ascendantes (8), (10) et (12) que le sable gravit successivement sous l'action des secousses appliquées par le mécanisme (6). Au sommet de chacune des rampes le sable retombe sur le début de la rampe suivante, pour être finalement amené à un récepteur de sortie (14). Au voisinage de chacun des sommets de rampe est disposé un pulvérisateur d'eau, respectivement (16), 18) et (20), qui dirige l'eau sur le sable dans les zones o les couches de sable, se mélangent au voisinage du sommet de la rampe, et o le sable retombe. Bien entendu le transporteur à secousses peut être horizontal, incliné ou hélicoïdal et la présence de rampes n'est pas indispensable dans la mesure ou l'épaisseur de sable est suffisamment faible pour que les secousses assurent un mélange suffisant des couches. L'air chaud et humide est évacué à travers un condenseur (22) permettant la récupération de la chaleur. Dans le second mode de réalisation représenté sur la figure 2, le sable chaud est amené dans une trémie (30), s'écoule à travers des "sabliers" (32 et 34), c'est-à-dire des orifices calibrés et tombe sur des dièdres (36 et 38) qui le sépare chacun en deux nappes. Celles-ci reçoivent de l'eau pulvérisée par des pulvérisateurs (40 et 42) avantageusement placés sous les dièdres 36 et 38. Les nappes de sable sont encore divisées par d'autres dièdres tels que (44, 46, 48 et 50), placés en cascade, en formant par exemple une dizaine de niveaux successifs de dièdres non représentés. L'air remonte à contre courant la veine de sable tombant, et s'échappe par un orifice (52) communiquant avec un condenseur non représenté. REVENDICATIONS 1/ Procédé d'extraction de la chaleur d'un matériau pulvérulent hydro- phile au dessous de 100 C, - ce procédé étant caractérisé par le fait que - on met ce matériau en mouvement turbulent - on pulvérise de l'eau sur la surface de ce matériau en mouvement en quantité juste nécessaire à l'extraction souhaitée de chaleur par évaporation ultérieure de l'eau déposée sur les grains, - et on fait circuler un gaz de séchage au contact du matériau en mouvement de manière à faire évaporer l'eau déposée. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que - on pulvérise l'eau de manière que 90% au moins des gouttelettes formées aient un diamètre inférieur à 70% de celui de 90% au moins des grains du matériau pulvérulent. 3/ Procédé selon la revendication 2, applicable à un matériau pulvérulent de diamètre de grains sensiblement uniforme, caractérisé par le fait que on pulvérise l'eau de manière que les gouttelettes formées aient des diamètres compris sensiblement entre 60% et 30% du diamètre moyen des grains du matériau. 4/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau pulvérulent est mis en mouvement par un transporteur à secousses. / Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ce transporteur porte une succession de rampes, les secousses de ce transporteur étant choisie pour faire gravir successivement toutes ces rampes par les grains en les laissant retomber chaque fois qu'ils sont arrivés au sommet d'une rampe - l'eau étant pulvérisée sur ces grains au voisinage des zones o ils retombent du sommet d'une rampe. 6/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que - on fait circuler le gaz de séchage en sens inverse de celui du déplacement du matériau.