Brevet FR2508152A1 — publié le 19821224

Dispositif de séchage de matières divisées par action d'air chaud sous pression à travers un lit fluidisé. L'invention se rapporte au séchage de matières divisées telles que : produits fibreux, pulvérulents ou granuleux. Une application patticulièrement intéressante est le séchage du sable destiné à la fabrication de mélanges pour la préparation de mortiers. Les appareils de séchage connus sont mal adaptés à cette application, soit à cause du pouvoir abrasif élevé du sable (qui exclut l'emploi de certains types d'installations), soit à cause de la consommation trop élevée en énergie calorifique : le sable à sécher, qui a souvent été exposé au soleil et aux intempéries, présente un taux d'humidité très irrégulier et il serait souhaitable que les parties sèches puissent très rapidement être évacuées de l'appareil, afin d'économiser l'énergie. L'invention propose de faire application de la technique connue des lits fluidisés, qui consiste, comme l'on sait, à incorporer de façon continue de l'air interstitiel dans une matière pulvérulente qui se tasse normalement au repos. Cette technique a été, en particulier, utilisée pour le transport pneumatique, et elle utilise alors une surface poreuse inclinée de quelques degrés, traversée par de l'air à basse pression et sur laquelle coule, par gravité, la matière fluidisée. Le dispositif suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte fermée au fond de laquelle est disposée une couche poreuse constituée d'un matériau diffusant dans lequel sont noyés des tubes munis de perforations, l'enceinte comportant à sa partie supérieure une cheminée de mise à l'air libre ; une source d'air chaud et comprimé à pression relativement faible, reliée auxdits tubes ; des moyens d'introduire le produit à sécher dans ladite enceinte au-dessus de ladite couche poreuse et des moyens d'évacuer le produit sec par gravité. Suivant un mode d'exécution préféré, ladite couche poreuse comporte une pluralité de faisceaux plans de tubes parallèles constituant plusieurs sections de pentes différentes, dont au moins une section haute au point d'arrivée du produit à sécher et une section basse au point d'évacuation du produit sec, la pente de la section basse par rapport au plan horizontal étant très faible, tandis que la pente de la section haute est relativement importante. D'autres particuliarités, ainsi que les avantages de l'invention, apparattront clairement à l'aide de la description ci-après. Au dessin annexé La figure 1 est un schéma général d'une installation de séchage conforme au mode d'exécution préféré de l'invention, vue en élévation, La figure 2 est une vue en coupe transversale, suivant II-II de la figure 1, de la cuve de sechage que comporte cette installation, La figure 3 est une vue en coupe, à échelle plus grande qu'à la figure 2, de l'un des deux bacs que contient la cuve de la figure 2, La figure 4 est une vue schématique de dessus de l'un de ces deux bacs, montrant la disposition des tubes perforés qu'il contient, La figure 5 est une coupe transversale agrandie de l'un desdits tubes perforés, La figure 6 est une vue schématique, de dessus, de l'installation de la figure 1, et La figure 7 représente schématiquement une installation de pré-séchage solaire. A la figure 1, on a représenté, vue en élévation, une cuve de séchage 1 dont le fond et le capot sont inclinés par rapport au plan horizontal. On voit à la figure 2 que deux bacs 2 et 3 sont logés dans cette cuve : ils règnent sur toute sa longueur, qui est par exemple de 6 mètres et contiennent chacun une paroi poreuse constituée de plusieurs ensembles de tubes perforés, formant une nappe plane 4 qui est vue de dessus a la figure 4, cette nappe étant noyée dans une couche de gravier 5 (il s'agit, par exemple, d'un gravillon dont les éléments ont des dimensions comprises entre 10 et 25 mm), recouverte d'un grillage 6 (figure 3). La figure 4 montre que la nappe 4 est constituée, dans l'exemple préféré décrit, de quatre ensembles de tubes 41 à 44. On décrira, par exemple, l'ensemble 41. I1 comporte un tube de distribution d'air chaud 410 raccordé par une tuyauterie 7 à un réchauffeur 8 (figure 1). Au tube 410 sont raccordés huit tubes de répartition d'air, tels que 411, disposés parallèlement pour former un faisceau plan horizontal. On voit, à la figure 3 et, plus clairement, à la figure 5, que les tubes de répartition ont une section carrée et comportent, à leur base, une rangée d'orifices (tels que 4110), situés dans le plan de symétrie parallèle aux faces latérales du tube. A titre d'exemple, le côté de la section carrée de chaque tube est de 40 mm, le diamètre des trous est compris entre 4 et 6 mm et l'écartement entre les trous consécutifs de la rangée est compris entre 90 et 100 mm. A la figure 1, on a représenté les quatre ensembles de tubes 41 à 44 par une simple ligne qui indique la pente des faisceaux plans respectifs. Par rapport au plan horizontal, cette pente est avantageusement de quelques degrés seulement pour l'ensemble 41, d'une quinzaine de degrés pour le faisceau 42, de 18 à 200 pour le faisceau 43 et de 38 à 400 pour le faisceau 44. Le faisceau 41 est celui qui se trouve dans la partie basse de chaque bac, au voisinage de l'entrée d'une aéroglissière à tube 9 qui transporte le sable sec vers un tapis convoyeur 10 (figure 1) tandis que le faisceau 44 est celui qui se trouve dans la partie haute de chaque bac, au voisinage de la goulotte d'entrée 111 reliée à la trémie 11 (figures 1 et 6) d'alimentation en sable humide. Sur le capot de la cuve 1, de préférence calorifugé, est montée une cheminée 12. Le réchauffeur d'air 8 est alimenté par un surpresseur 13 (figure 6) auquel il est relié par une conduite 131 (figure 1). On a prévu un surpresseur et un réchauffeur pour chacun des bacs 2 et 3. A titre d'exemple, chaque surpresseur a une puissance de 2 50 cv et fournit une pression comprise entre 0 et 500 g/cm2. Chaque réchauffeur, constitué par une cuve étanche contenant des résistances électriques, fournit une puissance de chauffe de 240 kW. Des capteurs, non figurés, sont noyés dans le lit de sable contenu dans les bacs et associés à des organes de coupure de la chauffe en cas d'interruption de l'alimentation de l'installation en sable humide. Le tapis 10 amène le sable sec dans un crible 14, suivi d'un dispositif de transfert en refoulement 15 qui élève le sable sec vers un silo l6 où il est stocké. Un compresseur 17 (figure 6) fournit la haute pression (8 à 12 bars) nécessaire au refoulement. L'aéroglisseur 9, constitué, de façon connue en soi, d'un tube séparé en deux chambres par une toile poreuse, a sa chambre inférieure reliée à un surpresseur (conduit 91, figure 1) qui introduit de l'air à la température ambiante. Le sable fluidisé glisse par gravité sur la toile poreuse et subit un séchage complémentaire. L'installation décrite est destinée à débiter 15 t/heure de o sable à 1 XOO d'humidité résiduelle, à partir d'un sable dont la teneur en humidité varie par exemple entre 2 et 5 %, tel qu'il sort de l'installation de pré-séchage solaire qui sera décrite plus loin. Le séchage du sable introduit dans les deux bacs 2 et 3 est principalement effectué par l'air chaud sous faible pression amené par les tubes tels que 410 aux faisceaux de tubes de répartition auxquels ils sont respectivement reliés. L'air (à une température de 250 à 4000 C et sous une pression de 350-400 g/cm2 par exemple), s'échappe par les orifices 4110 et traverse la couche de graviers sous-jacente, ce qui assure sa distribution homogène à travers la paroi poreuse ainsi constituée, vers la couche de sable située au-dessus du grillage 6. Celle-ci se trouve fluidisée, à un degré varia-ble en fonction de la teneur résiduelle en eau des différentes parties, si bien que les parties sèches s'écoulent les premières sous l'action de la gravité, le long des plans inclinés constitués par les faisceaux de tubes 44 à 41 et dont le grillage 6 épouse la pente. I1 se produit ainsi un effet de régulation automatique de l'absorption calorifique, en trayant une économie d'énergie. Le fonctionnement correct de l'appareil suppose que les pentes des sections de faisceaux successives soient convenablement déterminées, en fonction de la nature du produit pulvérulent à sécher. La pente de la première section 44 doit être relativement forte, le sable relativement humide ne s'écoulant pas facilement. La pente de la dernère section 41 doit être très faible, car il faut éviter l'écoulement de sable insuffisamment séché. On notera que les résistances de chauffage de l'air ne sont pas en contact de l'air saturé d'humidité qui est présent dans la partie supérieure de la cuve 1 et, par conséquent, ne subissent aucune dégradation. Comme le sable sec s'écoule en glissant sur le sable humide, il n'y a aucune abrasion de parois. I1 faut, évidegment, pour que l'écoulement se fasse bien, que la pression qui règne dans le lit fluidisé ait une valeur convenable et, à cette fin, la cheminée 12 doit être convenablement dimensionnée pour assurer une mise à l'air libre, évitant toute montée en pression. En outre, la section de passage d'air constituée par l'ensemble des orifices des trous sera légèrement inférieure à la section d'alimentation des surpresseurs 131. Par ailleurs, il convient de réaliser une répartition homogène des pressions entre l'ensemble des tubes perforés. A cet effet, on donnera aux orifices des tubes de la section haute 44 une dimension supérieure à celle des orifices des autres sections. La paroi poreuse constituée par les tubes perforés noyés dans le gravier est remarquablement robuste, le gravier empêchant la déformation des tubes en même temps qu'il assure, grâce à son inertie calorifique et sa texture, la répartition homogène de l'air chaud. Le grillage métallique 6 maintient le gravier en place. L'aéroglisseur 9 active le séchage du sable. On va maintenant décrire, en se référant à la figure 7, une installation de pré-séchage utilisant l'énergie solaire pour amener la teneur en humidité du sable, par exemple d'une valeur comprise entre 7 et 12 % à une valeur comprise entre 2 et 5 %. Cette installation comprend un tunnel 18 à parois de verre (représenté en trait mixte) ayant par exemple 18 mètres de longueur, sur le sol duquel est accumulé un tas de sable ayant la forme d'un prisme de section triangulaire ABC, ayant par exemple une hauteur de l'ordre de 2,50 m. A l'entrée du tunnel, un chariot 19 supporte l'extrémité mobile d'une poutre 20 dont l'extrémité opposée, située au-dessus de la trémie 11 men.-ionnée précédemment, est articulée en O par des moyens non figurés. La poutre 20 supporte un chariot 21 qui porte un système de câbles 22 auquel est suspendue une raclette ou pelle 23 à une hauteur réglable de façon à obtenir une pénétration plus ou moins grande dans le sable. Lorsque le chariot 19 se déplace suivant la dimension transversale du tas, la poutre balaye un secteur angulaire de sommet O couvrant une partie importante de la surface du tas. Dans chaque position du chariot, la raclette accomplit un mouvement alternatif de translation de A vers B (mouvement aller au cours duquel elle est enfoncée dans le sable), puis de B vers A (mouvement de retour où elle est dégagée du sable). Les organes de commande des mouvements de la raclette et des chariots 19 et 21 n'ont pas été figurés : leur réalisation est à la portée de l'homme de l'art et ils peuvent comporter des automatismes programmés. A chaque mouvement aller, la raclette entraine ainsi vers le point O le sable contenu dans une couche superficeille de 10 à 15 mm d'épaisseur. Ce sable superficiel, qui tombe dans la trémie, a perdu une partie importante de son humidité, grâce à l'action des calories solaires emmagasinées dans le tunnel par effet de serre. On amènera en outre avantageusement dans le tunnel l'air chaud récupérable dans l'installation de la figure 1, en particulier à partir de la cheminée 12. Pour alimenter le tas, des camions de sable non séché seront amenés à l'entrée du tunnel, leur contenu étant déversé au bas du tas et la raclette se chargeant de répartir le sable sur le tas. I1 va de soi que diverses modifications pourront être apportées à l'installation décrite et représentée, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. La nature de la paroi poreuse diffusante qui constitue le fond du lit fluidisé, ainsi que la pression d'air, pourront varier en fonction de la nature du produit à sécher. te nombre des bacs de séchage travaillant en parallèle dans la cuve pourra également varier en fonction du débit souhaité. Revendications de brevet. 1. Dispositif de séchage de matière solide divisée, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte fermée (1) au fond de laquelle est disposée une couche poreuse (41 à 44) constituée d'un matériau diffusant (5) dans lequel sont noyés des tubes (4} munis de perforations, l'enceinte (1) comportant à sa partie supérieure une cheminée (12) de mise à l'air libre ; une source d'air chaud et comprimé (8) à pression relativement faible reliée aux dits tubes ; des moyens (11) d'introduire le produit à sécher dans ladite enceinte au dessus de ladite couche poreuse et des moyens (9) d'évacuer le produit sec par gravité. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche poreuse comporte une pluralité de faisceaux plans de tubes paralleles (41 à 44) constituant plusieurs sections de pentes différentes, dont au moins une section haute (44) au point d'arrivée du produit à sécher et une section basse (41) au point d'évacuation du produit sec, la pente de la section basse par rapport au plan horizontal étant très faible, tandis que la pente de la section haute est relativement importante. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, plus particulièrement destiné au séchage de sable, caractérisé en ce que ledit matériau diffusant (5) est un gravier de dimensions particulaires comprises entre 10 et 25 mm et que la pression d'air chaud est inférieure à 500 g/cm2 et, de préférence, comprise entre 350 et 400 g/cm2. 4. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la pente.de ladite section haute (44) est comprise entre 38 et 400, la pente de ladite section basse (41) étant de quelques degrés et deux sections intermédiaires (43, 42) étant prévues, avec des pentes respectivement comprises entre 18 et 200 et voisines de 150. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit gravier (5) comporte une couche supérieure épousant la forme desdites sections et recouverte d'un grillage (6). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens d'évacuation par gravité du produit séché comportent une aéroglissière (9). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la source d'air chaud et comprimé comporte un surpresseur (13) suivi d'un dispositif réchauffeur (8) à résistances électriques. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par une cuve-de séchage (1), munie, à sa partie supérieure, de ladite cheminée (12) et comportant au moins deux bacs allongés (2, 3) au fond de chacun desquels est disposée une couche poreuse telle que définie, les moyens d'introduction du produit à sécher et les moyens d'évacuation étant communs aux bacs d'une même cuve. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits tubes (411) sont carrés et lesdites perforations sont constituées par une rangée de trous (4110) disposés sur la face inférieure de chaque tube. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par une installation complémentaire de préséchage du sable avant son introduction dans ladite enceinte (1), comportant un tunnel (18) à parois de verre, des moyens d'accumuler sous ledit tunnel un tas de sable allongé et des moyens de déplacer, à la surface dudit tas, une raclette ou pelle (23) qui pénètre dans la couche superficielle de sable et entrante celle-ci vers la trémie (11) d'alimentation de ladite enceinte.