Brevet FR2538795A1 — publié le 19840706

- Perfectionnements aux dispositifs de remplissage d'une enceinte avec un solide sous forme particulaire. La présente invention concerne les dispositifs de remplissage d'une enceinte avec un solide sous forme particulaire Elle se rapporte notamment au chargement d'un silo de stockage avec des grains ou au remplissage d'un réacteur chimique avec un catalyseur en particules de forme quelconque. On sait que la densité maximum de chargement, c'est-à- dire le rapport maximum entre le poids du solide divisé chargé et le volume disponible de l'enceinte, est obtenue lorsque les particules de solides tombent verticalement dans l'enceinte à remplir, de façon uniforme suivant toute la section transversale de l'enceinte, à la manière d'une pluie, le niveau du solide s'élevant dans ce cas de façon régulière dans l'enceinte, sans accumulation préférentielle en certains emplacements. Les opérations de chargement d'un réacteur chimique avec un catalyseur en granules, aussi bien que celles d'un silo avec des grains, s'effectuent toutefois classiquement à partir d'une trémie d'alimentation qui est disposée dans un trou d'homme aménagé en général au sommet de l'enceinte, et il est alors très difficile d'obtenir une chute "en pluie" des particules, d'autant qu'il arrive fréquemment que le trou d'homme ou l'orifice de remplissage soit décalé par rapport à l'axe de l'enceinte. Si le remplissage s'effectue sans utiliser un dispositif auxiliaire de répartition du solide distribué au-dessous de l'orifice d'évacuation de la trémie de remplissage, les particules ne remplissent pas l'enceinte sous forme d'un lit uniforme et régulier, mais,au contrairey forment un d 8 me plus ou moins pointu, suivant la nature et la forme des grains. Pour remédier à cet inconvénient, on a déjà proposé -2 de nombreux dispositifs, faisant appel à des organes distributeurs placés sous l'orifice inférieur de la trémie d'alimentation, qui sont soit des éléments rotatifs (brevet américain N O 3 804 273) soit des éléments statiques sur lesquels tombent les grains provenant de la trémie et vers lesquels de l'air est parfois soufflé latéralement pour éparpiller les grains (brevet américain no 4 051 019). De tels dispositifs ne permettent pas toujours de distribuer parfaitementselon une pluie homogène, les particules solides sur toute la surface du lit La plupart de ces dispositifs présentent l'inconvénient d'utiliser des organes rigides et durs, qui provoquent l'attrition des particules fragiles et il est en outre parfois difficile, voire impossiblede les introduire dans l'enceinte, en raison de leurs dimensions - La Demanderesse a proposé, dans le brevet FR 2 431 449, un dispositif de répartition d'un solide divisé dans une enceinte, comprenant une trémie d'alimentation en solide divisé, une cheminée d'évacuation solidaire de ladite trémie, un organe tournant disposé en aval de l'orifice de sortie de ladite cheminée, et un moyen moteur pour entraîner en rotation ledit organe tournant, l'organe tournant comprenant un arbre entrainé par le moyen moteur et disposé sensiblement suivant l'axe du conduit d'évacuation, et au moins un élément déflecteur souple de faible dureté, porté par ledit arbre et articulé sur celui-ci de manière à s'en écarter angulairement, sous l'effet de la force centrifuge, lorsqu'il est entraîné en rotation. Des éléments déflecteurs particulièrement appropriés sont constitués par des lanières souples, en un matériau semi-rigide, de préférence articulées à des niveaux différents sur l'arbre moteur, ces lanières pouvant avoir des dimensions identiques ou non à un même niveau ou suivant des niveaux différents. -3 Les lanières ainsi entraînées en rotation sur le trajet des particules sortant de la cheminée d'évacuation dévient radialement ces particules, sans produire un effet d'attrition marqué, en raison de leur dureté modérée. Cette attrition est encore atténuée par le fait que les lanières ne nécessitent, pour assurer une bonne répartion du catalyseur dans le réacteur, qu'une faible vitesse de rotation. C'est à ce type de dispositif que se rapporte la présente invention, qui vise plus précisément à accrottre la rapidité du chargement, tout en maintenant l'homogénéité de la répartition en pluie des particules solides suivant toute la section transversale de l'enceinte à charger, y compris lorsque ladite section transversale n'est pas circulaire, ou lorsque la trémie d'alimentation n'est pas placée au-dessus du centre de cette section. En effet, alors que le dispositif breveté antérieurement par la Demanderesse permet d'effectuer aisément un remplissage dense d'enceintes de volume relativement restreint, avec un gain de densité pouvant atteindre plus de 22 % par rapport aux techniques usuelles, on obser- ve la formation, en cours de chargement, dans la partie centrale du lit de particules, d'un creux central entouré d'un bourrelet circulaire, lorsqu'on l'applique au remplis- sage à très grand débit (de 10 à 250 t/h et plus) d'enceintes de très grandes dimensionsi? pouvant contenir plus de 2000 tonnes de charge A très gros débit, le lit ne s'élève donc pas régulièrement en cours de chargement D et le fait que sa surface supérieure ne soit pas plane traduit une distribution insatisfaisante des particules par le dispositif répartiteur O En outre, pour le remplissage d'enceintes à section non circulaire, par exemple de silos à section carrée, comme il en existe en grand nombre, pourvus en outre d'un unique trou de remplissage, souvent décalé par 4- rapport à l'axe de symétrie du silo, il est impératif de pouvoir moduler spécifiquement la répartition des grains entre les différentes zones de l'enceinte, afin d'obtenir le même débit d'alimentation par effet de pluie en tout point de la section transversale. Jusqu'à ce jour, aucun des procédés de chargement existants ne permettait de remplir correctement ce type d'enceinte à section non circulaire et/ou à orifice de chargement excentré. En poursuivant ses travaux sur ce type de dispositif, la Demanderesse a établi qu'il est possible de répondre simultanément à tous ces besoins, tout en permettant un chargement dense à grands débits d'enceintes de très grandes dimensions, en prévoyant dans la trémie de remplissage et/ou dans la cheminée d'évacuation solidaire de cette trémie des orifices latéraux d'évacuation O Alors que l'alimentation principale s'effectue par la cheminée au-dessus de l'attache des déflecteurs souples par laquelle ceux-ci sont articulés sur l'arbre moteur ou sur un système d'entraînement lié à celui-ci, une ou plusieurs alimentations additionnelles s'effectuent par les orifices de la trémie et de la cheminée, par lesquels les particules solides sont évacuées latéralement et tombent sur des parties des déflecteurs souples éloignées de l'arbre moteur, en accroissant ainsi l'homogénéité de la distribution dans l'enceinte à grande distance de l'axe central - Un choix judicieux de la ou des ouvertures permet donc de remplir sélectivement et de façon dense et homogène les parties du réacteur qui sont excentrées par rapport à l'axe de la trémie d'alimentation. L'invention a par conséquent pour objet un dispositif de remplissage d'une enceinte avec un solide sous forme particulaire, du type comprenant une trémie d'alimentation, une cheminée d'évacuation solidaire de ladite trémie, et - un équipage mobile disposé en aval de l'orifice de sortie de ladite cheminée, cet équipage mobile comprenant un arbre entraîné en rotation par un moyen moteur et plusieurs étages d'éléments déflecteurs souples, de faible dureté, articulés sur ledit arbre ou sur une ossature rigidement solidaire de celui-ci, de manière à s'en écarter angulairement sous l 'effet de la force centrifuge lorsqu' il est entrainé en rotation, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'au moins un orifice d'évacuation en direction des dits éléments déflecteurs est pratiqué dans la paroi laté- rale de ladite trémie et/ou de ladite cheminée, Afin de guider l'éjection des particules par le ou les orifices de la cheminée et/ou de la trémie et de les éloigner de l'axe de la cheminée, des volets formant auvents sont avantageusement prévus à la base desdits orifices sur la face externe de la trémie et/ou de la cheminée. On conçoit qu'en répartissant judicieusement ces orifices sur la trémie et la cheminée et en leur donnant des dimensions éventuellement différentes, il est possible d'orienter préférentiellement la distribution latérale de particules solides par certains orifices et d'accroître ainsi l'homogénéité de la répartition de ces particules par les éléments déflecteurs. Comme décrit dans le brevet FR 2 431 449 précité, ces éléments déflecteurs pourront avantageusement être constitués de lanières ou bandes d'un matériau semi-rigide. La Demanderesse a cependant constaté que des bandes de forme générale rectangulaire, en rotation autour de l'axe,n'assurent une distribution parfaitement efficace des particules que lorsque l'alimentation en particules est centrale En effet, l'écartement entre deux bandes est proportionnel à leur distance à l'axe, et la distance séparant l'extrémité libre de deux bandes contiguës est donc beaucoup plus grande que celle qui sépare l'extrémité -6- par laquelle elles sont articulées sur l'arbre ou sur l'ossature solidaire-de ceiui-ci. Par conséquent, avec une alimentation fournie par un orifice latérale un ou plusieurs étages d'éléments déflecteurs souples seront de préférence constitués par des lanières ou bandes ayant une forme telle que leur largeur soit suffisante pour favoriser la déflection des particules qui tombent à une certaine distance de l'axe central Ces bandes ou lanières ou au moins celles qui seront placées au premier étage pourront avoir, par exemple, une forme sensiblement trapézoïdale, ou seront élargies à partir d'une distance à l'axe qui sera fonction de l'orifice latéral précédemment décrit. Les dessins annexés, qui n'ont pas de caractère limitatif, illustrent la mise en oeuvre de l'invention Sur ces dessins La figure 1 est une vue en perspective d'une forme de réalisation du dispositif de répartition, avec les déflecteurs souples en position d'utilisation o Les figures 2 et 3 sont des vues schématiques d'un silo, respectivement en coupe verticale et de dessus, illustrant l'application de ce dispositif au remplissage d'un silo à section carrée, comportant un unique orifice de remplissage excentré par rapport à son axe de symétrie. On se référera d'abord à la figure 1, qui représente une trémie de remplissage tronconique 1, formant entonnoir, munie à sa base d'une cheminée d'évacuation cylindrique 2. Dans la cheminée 2 est logé un moteur électrique ou pneumatique (non représenté) de petites dimensions, entraînant par un arbre 3, coaxial à la cheminée 2, au moins deux étages d'éléments déflecteurs souples 5, 5 ', en forme de bande, dont une extrémité estici articulée par des anneaux 4 sur des crochets 4 ' portés par l'arbre 3, comme décrit au brevet FR 2 431 449 précité. Conformément à l'invention, la trémie 1 et la 7- cheminée 2 comportent des ouvertures-latérales, respecti-, vement 6 et 7, destinées à diriger une partie de la charge 8 de particules solides contenue dans la trémie 1 vers la partie centrale et l'extrémité des déflecteurs 5, 5 ', sur lesquels elles rebondissent vers l'extérieur, pour alimenter sous forme d'une pluie homogène et dense l'ensemble de l'enceinte équipée du dispositif. Les ouvertures 6 et 7 peuvent avoir toute forme et toute position relative sur le pourtour de la trémie 1 et de la cheminée 2 et être modulables en forme et en débit Leurs dimensions peuvent être quelconques, les ouvertures les plus larges étant tournées vers les parties de l'enceinte que l'on désire alimenter préférentiellement, par exemple vers les zones les plus éloignées de l'axe du dispositif. Afin d'orienter le jet des particules solides et d'éviter qu'elles ne tombent verticalement en sortant des ouvertures 6 et 7, selon une caractéristique de la présente invention, un volet formant auvent 9, respective- ment 10, et dirigé vers l'extérieur, est disposé à la base de ces ouvertures; ces volets peuvent avoir n'importe quelle forme ou inclinaison. Un dispositif de ce type pourra avoir par exemple les dimensions suivantes, en mm: grand diamètre de la trémie 1 S 600, hauteur de la trémie 1 g 200, diamètre de la cheminée 2 340, hauteur de la cheminée 2 g 500, nombre des ouvertures 6 9 & dimensions des ouvertures 6 S 80 M 00 oa nombre des ouvertures 7 S 16, dimensions des ouvertures 7 2 90 M ICO, longueur des bras 14: 60, largeur des couronnes Il S 50 o nombre des déflecteurs 5 * 10, _ 8- dimensions des déflecteurs 5: 700 X 150 X 70. Un tel dispositif de répartition a été utilisé pour remplir un silo de blé cylindrique, d'un diamètre de m et d'une hauteur de 7 m à un débit de 40 t/h, en entraînant les déflecteurs 5 à une vitesse de 120 t/mn. Le niveau des particules s'est élevé régulièrement tout au long du remplissage en restant sensiblement horizontal, sans aucune inégalité prononcée Dans ces conditions, le gain de charge du silo a été de 10 % par rapport au système classique de remplissage. Ainsi qu'il a été indiqué-ci-dessus, en ajustant le nombre, les dimensions et les positions relatives des ouvertures 6 et 7 de la trémie 1 et de la cheminée 2, il est possible de distribuer préférentiellement les particules solides par ces ouvertures vers certaines zones de l'enceinte, pour effectuer un chargement dense et homogène de celle-ci, même si elle n'a pas une symétrie de révolution. Les figures 2 et 3 illustrent l'application du dispositif conforme à l'invention au remplissage d'une telle enceinte, en l'occurence un silo 15 à section carrée, de 4,6 mètres de c 8 té; dont la partie supérieure comporte un unique orifice de remplissage 16 décalé par rapport à l'axe de symétrie du silo. Alors qu'avec un système de remplissage classique le niveau de remplissage obtenu a la forme représentée en traits interrompus sur la figure 2, c'est-à-dire s'abaisse latéralement à partir d'un sommet situé sensiblement à l'aplomb de l'orifice 16, le dispositif conforme à l'invention permet d'obtenir un remplissage uniforme et homogène, au niveau sensiblement horizontal,, figuré ici en trait plein, avec un gain de remplissage de 10 %,o à un débit de 20 t/h O On ne note aucune accumulation de matière dans les angles du siloo Le dispositif conforme à l'invention est donc _ 9 particulièrement bien adapté au chargement dense& par distribution en pluie, d'enceintes de grandes dimensions ( 3 à 20 m de diamètre) ou de section non circulaire, ou encore d'enceintes pourvues d'un unique orifice de remplissage excentré par rapport à leur axe de symétrie O On notera que le dispositif se présente sous la forme d'un véritable module de petites dimensions et qu'il peut donc équiper sans problème des enceintes comportant un orifice étroit de remplissage. Les Exemples qui suivent visent à illustrer l'invention. Ils n'ont pas de caractère limitatif. Ce premier exemple vise à comparer le dispositif selon l'invention avec celui faisant l'objet du brevet FR 2 431 449. Un silo cylindrique, à fond conique, un diamètre de m, et d'une hauteur de 7 m a été chargé en blé à un débit d'environ 40 t/h, en utilisant un dispositif du type de celui décrit dans le brevet antérieur FR 2 431 449 Ce dispositif était principalement constitué d'une cheminée de 340 mn de diamètre et de 500 mm de hauteur O munie à sa base d'un diaphragme de 170 ms de diamètre et ne comprenait pas d'ouvertures latérales De plusq l'organe tournant était constitué de 24 lanières rectangulaires en caoutchouc semi-rigide O d'une largeur de 50 nm, réparties en trois étages, le premier comprenant huit lanières de 500 mm de longueur et les deux autres des lanières de 1000 mm. Avec le dispositif ainsi décrit, le lit de grains de blé ne s'est pas élevé régulièrement au cours du chargement et le profil final de sa surface supérieure a accusé au centre un creux d'une profondeur de 70 cm environ, entouré d'un bourrelet circulaire allant en pente jusqu'à la paroi du silo sur une profondeur d'environ 1,60 m Ce mauvais profil traduit une - distribution des grains non satisfaisante et correspond à une densité de chargement qui n'est pas à son maximum. La Demanderesse a procédé sur le mmrne silo à un autre essai de chargement O mais avec un dispositif du type de celui qui fait 1 'objet de la présente invention O c Sest-àdire avec une trémie et une cheminée munies d'ouvertures latérales et avec un organe tournant constitué de 24 lanières en caoutchouc O réparties en trois étages de huit O L'étage le plus bas comprenait des lanières de forme rectangulaire de 50 500 mm et les deux autres des lanières trapezoîdales O le -trapeze ayant pour bases 50 et 150 rm et pour hauteur 800 mio Avec ce deuxième dispositif O le lit de grains de blé s' est élevé régulièrement en restant sensiblement plan au cours du chargement O Cette bonne distribution des grains S est traduite par une densité de chargement plus élevée de 10 i % que celle obtenue avec un remplissage en vrac par le système classiqueo EXEMPLE 2 Un autre silo à fond coniques mais de section carrées de 4,6 m de côté environ et 12 m de hauteur a été chargé avec de 1 'orge. Avec un remplissage classique en vraca la surface supérieure du lit présentait un cône formant un angle d'environ 27 par rapport à l'horizontale et correspondant à l'angle du talus naturel de l'orge. Un deuxième essai de remplissage a été effectué avec un dispositif selon la présente invention du type de celui décrit dans la seconde partie de 1 'Exemple 1 a les différences étant les suivantes: hauteur des ouvertures g 68 mm O diamètre du diaphragme 2 100 mm trois étages de huit lanières trapézoidales de 70 X 150 x 850 mm. Avec ce dispositif et malgré la section carrée du silo, le lit de grains s'est élevé régulièrement au cours du chargement, tout en restant sensiblement plan. En particulier, on n'a noté aucune accumulation de grain dans les angles du silo. Par rapport à un remplissage par voie classique (vrac), le gain obtenu sur la densité de chargement s'est élevé à environ 10 % EXEMPLE 3 Dans l'industrie chimique et pétroléochimique, on rencontre des réacteurs catalytiques qui ne sont munis à leur sommet que d'un trou d'hommedont l'axe est décalé par rapport a celui des réacteurs et par lesquels on les remplit en catalyseur solide. Pour de tels réacteurs, le remplissage classique à l'aide d'une manche passant par l'orifice décentré se traduit par la formation d'un cône non symétrique, dont le sommet est à l'aplomb de l'axe de l'orifice et dont l'angle est égal à l'angle de talus naturel du catalyseur chargé. L'emploi,pour le remplissage de ces réacteurs du dispositif du type de celui décrit dans le brevet FR 2 431 449 et rappelé dans l'Exemple 1, (cheminée non munie d'ouvertures latérales, lanières de forme rectangu- laire) apporte une certaine amélioration Q en ce sens que le cône est moins accentué et qu'un-gain de quelques unités pour cents mais inférieur à 10 %q est noté sur la densité de chargement. La Demanderesse a procédée à l'aide d'un dispositif du type de celui qui fait l'objet de la présente invention, au remplissage d'un réacteur de diamètre 304 me de hauteur environ 4 m, muni d'un trou d'homme de diamètre 500 mm, dont l'axe est à 570 mm de l'axe du réacteur. Le dispositif centré sur l'axe du trou d'homme était constitué d'une cheminée de diamètre 240 mm, de hauteur 500 mm, munleà sa base d'un diaphragme de diamètre 100 mm, et présentant cinq ouvertures rectangulaires de 1-2 dimensions 30 X 40 mm, ménagées toutes les cinq sur la paroi latérale d'un même côté par rapport & un diamètre de la section. L'organe tournant était constitué d'un étage de - huit lanières trapézoïdales de dimensions 50 X 120 X 400 mm. En orientant judicieusement ces ouvertures de manière que les jets de catalyseur qui en jaillissent alimentent par l'intermédiaire des éléments déflecteurs les zones du réacteur les plus éloignées de l'axe du trou d'homme, on obtient une distribution de grains de catalyseur homogène sur toute la section du réacteur et qui fait pratiquement disparaître le cône observé dans les cas cités ci-dessus. Cette bonne distribution se traduit par un gain de densité de chargement compris entre 10 et 15 %, par rapport au chargement classique par manche. REEDIC TIOBS 1 l Dispositif de remplissage d'une enceinte avec un solide sous forme particulaire O du type comprenant une trémie d O alimentation ( 1)0 une cheminée d'évacuation ( 2) solidaire de ladite trémieo et un équipage mobile ( 4) dis- posé en aval de l O orifiée de sortie de ladite cheminée O cet équipage mobile comprenant un arbre ( 3) entraînê en rotation par un moyen moteur et des éléments déflecteurs souples ( 5, 5) de faible dureeté articulés sur ledit O 1 arbre ( 3) ou sur une ossature rigidement solidaire de celui-cio de manièere à s'en écarter angulairement sous l'effet de la force centrifuge lorsqu il est entraîné en rotation O ce dispositif 6 tant caractérisé en ce qu au moins un orifice (Go 7) devacuation en direction des éléments déflecteurs ( 5, 51) est pratiqué dans la paroi latérale de ladite trémie ( 1) et/ou de ladite theminée ( 2) o 2 Dispositif selon la revendication lo O caractérisé en ce que lesdits éeléments deéflecteurs ( 50 5 ) s'élargissent en direction de 1 lextrémité opposée a celle par laquelle ils sont articulés sur ledit arbre ( 3)o 3 Dispositif selon la revendication 2 = caractérisé en ce qu'au moins les éléments déflecteurs ( 50 51) de V 11 tage le plus élevéélaiissent en direction de l extré' mité oppose à celle par laquelle ils sont articulés sur ledit arbre ( 3)o 4 o Dispositif selon loune des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que lesdits éléments déflecteurs ( 5 O 5 ) sont constitués de bandes ayant sensiblement la forme d'un trapèze isocèleo 5 Dispositif selon l'une des revendications l à o caractérisé en ce quen rvue du remplissage à grand débit d'une enceinte, lesdits orifices ( 6 e 7) de la trémie ( 1) et/ou de la cheminée ( 2) sont répartis régulièrement autour de 1 'axe dudit arbre ( 3)o 6-l Dispositif selon l'une-des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'en vue du remplissage d'une enceinte à section non circulaire ou à trou de remplissage excentré. lesdits orifices ( 60 7) de la trémie ( 1) et/ou de la cheminée (t) sont répartis de façon non régulière autour de Il Q dudit arbre ( 3) Dispositif selon l une des revendications 1 à 6 G caractérisé en ce ique les orifices ( 6) de la trémie ( 1) et/ou les orifices ( 7) de la cheminée ( 2) ont des formes et des dimensions identicnueso 8 o Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les orifices ( 6) de la trémie ( 1) et/ou les orifices ( 7) de la cheminée ( 2) ont des formes et des dimensions différentes. 9 Dispositif selon l'une des revendications 1 a 70 J 5 caractérisé en ce que des volets ( 90 10) formant auvents font saillie vers 11 extérieur à la base desdits orifices ( 6, 7)O Application d'un dispositif selon la revendication au remplisseage à grand débit d O un e eceinteo 1 % O o M Alpplication selon la revendication 10 a caractérisoe en ce que le débit de remplissage est coapris entre 10 et o t/c O 12 O Application d'un dispositif selon la revendication 6, au remplissage duune enceinte cylindrique à section non circulaire, notamment & section carrée O ou au remplis= sage d une enceinte cylindrique à trou de remplissage excentré par rapport à l'axe de cette enceinteo