Brevet FR2602438A1 — publié le 19880212

La présente invention concerne les dispositifs destinés à la séparation des matériaux pulvérulents réalisée pendant que des particules d'un mélange tombent dans des courants ascendants de gaz ou d'air et a notamment pour objet un classificateur à air des matériaux pulvérulents. Le classificateur faisant l'objet de l'invention est destiné à la séparation de matériaux pulvérulents dispersés contenant des particules de 10 mm au maximum, 10 qui s'effectue en deux phases selon le grain limite de 0,02 à 5 mm. L'invention trouve application notamment dans les industries minière, chimique, métallurgique, dans le bâtiment ainsi que dans d'autres branches de l'industrie o on a besoin de séparer des matériaux solides pulvérulents 15 selon les dimensions des particules, par exemple du sable, du gravier, des minerais. Il est également possible de l'utiliser dans l'agriculture et dans l'industrie alimentaire, par exemple, pour la séparation des produits issus de l'affinage des particules selon leur grosseur ainsi que 20 pour séparer les grains des céréales des grains de la mauvaise herbe. Dans les classificateurs à air des matériaux pulvérulents, les facteurs principaux qui influent sur la séparation sont la force de gravité des particules et la 25 résistance qu'elles opposent au courant ascendant d'air. La séparation des particules dans un courant d'air se produit non pas d'après leurs dimensions, leur densité ouleurs formes, mais d'après une caractéristique dynamique généralisée qui prend en considération tous ces facteurs. 30 Cette caractéristique des particules est leur vitesse de déplacement dans un courant à deux phases. Plus la différence algébrique entre les vitesses des particules est grande, plus leur séparation est facile. La différence maximale possible entre les vitesses de déplacement des 35 particules est obtenue aux régimes non stabilisés de de déplacement du courant à deux phases. Il s'ensuit que, pour obtenir une bonne qualité de séparation d'un matériau pulvérulent dans un classificateur à air, il est nécessaire de transférer plusieurs fois le courant à deux phases en régime instable. L'efficacité du fonctionnement du classificateur à air ou la qualité de séparation d'un matériau pulvérulent est caractérisée, par exemple, par le critère de Eder-Mayer. Les régimes non stables du mouvement des courants à deux phases peuvent être obtenus par différents modes 10 tels que: freinage mécanique ou dynamique, variation brusque ou progressive de la direction du déplacement du courant, application de vibrations. On connaît déjà un classificateur à air des matériaux pulvérulents (cf. certificat d'auteur de l'URSS 15 N 882659, Cl.Int. BO7B 4/08, 1981) comportant une chambre de séparation cylindrique, montée verticalement et mise en communication avec un dispositif créant un courant ascendant d'air dans celle-ci. Une ouverture pour l'évacuation de la fraction fine est pratiquée dans la partie supérieure de ladite chambre, une ouverture est pratiquée dans sa partie inférieure pour l'évacuation de la fraction grossière et une ouverture pour le chargement du matériau pulvérulent est prévue dans sa partie médiane. En outre, les éléments hélicoïdaux sont fixés sur la surface inté25 rieure de la chambre suivant sa hauteur et servent à faire tourbillonner le courant ascendant d'air. Ces éléments hélicoïdaux sont constitués par des plaques disposées suivant une ligne hélicoïdale, deux des plaques précitées voisines étant orientées dans des sens opposés. Ces éléments hélicoïdaux font tourbillonner le courant à deux phases en lui donnant un mouvement de régime instable. Dans ce cas, les plus grosses particules, c'est-à-dire, celles qui possèdent la plus grande masse, sont projetées sous l'action des forces centrifuges vers la paroi de la chambre à une plus grande vitesse, tandis que les particules plus fines sont projetées à une vitesse plus faible. Ainsi, les particules du matériau pulvérulent sont séparées sous l'action des forces centrifuges dans le sens radial d'après leur grosseur. Les particules plus fines, qui restent dans la partie centrale de la chambre sont entraînées par le courant ascendant d'air. Une portion résiduelle. de grosses particules et de fines particules est évacuée sous l'action des forces centrifuges vers la partie périphérique, vers la paroi de la chambre de séparation. Son mouvement ralentit et elle tombe suivant les éléments hélicoïdaux. L'efficacité de séparation de ce classifica10 teur à air des matériaux pulévrulents est médiocre du fait que les particules sont réparties d'une manière irrégulière suivant la section de la chambre et, de ce fait, une grande quantité de particules fines est entraînée avec de grosses particules du matériau pulvérulent. On connaît aussi un classificateur à air (cf. certificat d'auteur de l'URSS N 912302, Cl.Int.BO7B 4/08, 1982) dans lequel un groupe d'entonnoirs, destinés à l'évacuation du matériau pulvérulent à partir de la paroi de la chambre, est fixé sur la paroi de la chambre de séparation suivant sa hauteur. Un élément hélicoïdal est disposé entre deux entonnoirs pour le tourbillonnement du courant ascendant d'air. Les éléments hélicoïdaux sont fixés sur un arbre disposé suivant l'axe de la chambre et monté de manière à pouvoir tourner. Les éléments rotatifs compliquent considérablement la conception du classificateur à air et augmente la consommation d'énergie pour son fonctionnement. On connaît également un classificateur à air des matériaux pulvérulents (cf. certificat d'auteur de l'URSS 30 N 1093364, Cl.Int. BO7B 7/00, 1984) caractérisé par une conception plus simple et comportant une chambre de séparation cylindrique, montée verticalement, liée à un dispositif qui crée un courant ascendant d'air dans celle-ci. Un groupe d'entonnoirs, destinés à l'évacuation du matériau 35 pulvérulent à partir de la paroi de la chambre de séparation, est monté suivant la hauteur de ladite chambre. Un élément hélicoidal est monté entre chaque paire d'entonnoirs pour le tourbillonnement du courant ascendant d'air. Une ouverture pour le chargement du matériau pulvérulent est pratiquée dans la partie médiane suivant la hauteur de la chambre de séparation. Une ouverture pour l'évacuation de la fraction fine du matériau pulvérulent est prévue dans la partie supérieure et une ouverture pour l'évacuation de la fraction grossière du matériau pulvérulent est réalisée dans la partie inférieure; Au cours de la classification, les particules d'un matériau pulvérulent sont distribuées d'une manière irrégulière suivant la section de la chambre de séparation. La concentration des particules mesurée dans les zones périphériques de la chambre de séparation entre l'entonnoir et l'élément hélicoïdal, sous la surface conique des entonnoirs, est d'au moins deux fois supérieure à celle dans la partie centrale de la chambre et les particules fines sont évacuées de la zone périphérique conjointement avec la fraction grossière. Ce phénomène aboutit à la "dissipation" de l'interface de séparation et, à une basse 20 efficacité de la classification. L'efficacité de séparation obtenue dans les classificateurs à air connus, appréciée d'après le critère de Eder-Mayer, ne dépasse pas 60 à 65% de la concentration débitée de matériau pu 4 kg/m3 o y = Q/Q2' Q est le rendement du classificateur pour l'alimentation de départ en kg/h, et Q2 est le débit d'air en m3/h. Il convient de noter que la nature de la répartition des particules suivant la section de la chambre de séparation est sensiblement influencée par l'aptitude des 30 particules du matériau pulvérulent à l'agrégation et par leur densité. Dans la zone périphérique, les particules fines se collent aux grosses particules et forment, avec celles-ci, des agglomérats condensés ayant une grande masse, qui se déposent et sont entraînés avec la fraction 35 grossière. La séparation des matériaux pulvérulents de grande densité nécessite des vitesses élevées du courant d'air. L'action des forces centrifuges sur les particules est alors forte et, de ce fait, la plus grande portion de particules est jetée vers la zone périphérique. La présente invention a donc pour objet un classificateur à air des matériaux pulvérulents dans lequel la chambre de séparation est équipée d'éléments qui assurent une répartition plus régulière des particules du matériau pulvérulent suivant sa section et élèvent ainsi l'efficacité de séparation du matériau pulvérulent. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un classificateur à air des matériaux pulvérulents comportant une chambre de séparation, disposée verticalement et liée à un dispositif créant, dans celle-ci, un courant ascendant d'air, suivant la hauteur de laquelle est fixé un groupe d'entonnoirs servant à évacuer le matériau pulvérulent 15 à partir de la paroi de la chambre de séparation, un élément hélicoïdal étant monté entre chaque paire d'entonnoirs pour le tourbillonnement du courant ascendant d'air, le classificateur comportant également une ouverture pratiquée dans la partie médiane suivant la hauteur de la 20 chambre de séparation pour le chargement d'un matériau pulvérulent,une ouverture pratiquée dans la partie supérieure pour l'évacuation de la fraction fine du matériau pulvérulent et une ouverture pratiquée dans la partie inférieure pour l'évacuation de la fraction gros25 sière, caractérisé, selon l'invention, en ce qu'au moins deux plaques sont montées au-dessus de chaque élément hélicoïdal et sont disposées verticalement à une distance égale l'une de l'autre suivant le périmètre de la chambre, de façon que chaque plaque s'applique par un bord contre 30 la paroi de la chambre, la largeur de chaque plaque ne dépassant pas la différence entre les rayons des ouvertures de l'entonnoir. Ce mode de réalisation du classificateur à air des matériaux pulvérulents permet de répartir d'une manière 35 plus régulière les particules du matériau suivant la section de la chambre et d'élever ainsi l'efficacité de séparation du matériau pulvérulent en fractions fine et grossière grâce au fait que les plaques, montées entre l'élément hélicoidal et l'entonnoir transfèrent de plus dans la partie périphérique de la chambre, le courant à deux phases en tourbillonsdansunmouvement en régime instable, pendant lequel une portion de particules est évacuée vers la partie centrale de la chambre. En outre, des agglomérats condensés se désagrègent en particules isolées, dont une portion est évacuée elle aussi vers la partie centrale de la chambre ce qui contribue à leur 10 répartition plus régulière suivant la section de la chambre. L'efficacité de séparation obtenue dans ce classificateur à air, appréciée d'après le critère d'Eder-Mayer, est de 10 à 15% supérieure à celle des classificateurs connus. L'invention sera mieux comprise -et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de ladescriptionexplicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec référence aux dessins limitatifs annexés 20 dans lesquels: - la figure 1 représente un classificateur à air des matériaux pulvérulents avec une vue en coupe longitudinale de la chambre de séparation, selon l'invention; - la figure 2 représente une vue isométrique à 25 arrachement partiel d'une partie de la chambre de séparation pourvue de deux antonnoirs; - la figure 3 est une coupe suivant III-III de la figure 1, à l'échelle agrandie, avec quatre plaques disposées radialement; -30 - la figure 4 est une vue en coupe transversale, d'une chambre de séparation munie de quatre plaques, disposées sous un angle par rapport à la paroi de la chambre de séparation. Le classificateur à air des matériaux pulvérulents 35 comporte une chambre de séparation 1 (figure 1) réalisée sous forme d'un tube de section ronde et montée verticalement. La chambre de séparation 1 est mise en communication avec un dispositif 2 destiné à créer, dans celle-ci, un courant ascendant d'air, avec un alimenteur 3, et avec des trémies 4, 5 pour la collecte des fractions fine et grossière du matériau pulvérulent. Le dispositif 2 pour la création du courant ascendant d'air, est un ventilateur mis en communication avec la chambre de séparation 1 à travers une conduite d'air 6, un cyclone 7, une conduite d'air 8, une ouverture 9 pratiquée dans la partie supérieure de la chambre 1. 10 L'ouverture 9 est destinée à évacuer la fraction fine du matériau pulvérulent. Le dispositif pour la création du courant ascendant d'air peut être également sous forme de compresseurs, de pompes à vide ou de souffleries. La trémie 4 pour la collecte de la fraction fine du matériau pulvérulent est montée à la partie inférieure du cyclone 7 et la trémie 5 est jointe à l'ouverture 10 à travers laquelle est évacuée la fraction grossière du matériau pulvérulent pratiquée dans la partie inférieure de la chambre de séparation 1. Une ouverture 11 est prévue dans la partie inférieure de la chambre 1 pour l'admission de l'air. La direction du mouvement de l'air est indiquée sur la figure 1 par les flèches. Une ouverture 12 est pratiquée dans la partie 25 médiane suivant la hauteur de la chambre 1 pour le chargement du matériau pulvérulent et est mise en coincidence avec la bouche de sortie de la tubulure 13 mettant en communication l'alimenteur 3 avec la chambre 1. Des entonnoirs coniques 14 sont montés sur la surface intérieure de la chambre de séparation 1 suivant sa hauteur à une certaine distance l'un de l'autre pour évacuer le matériau pulvérulent à partir de la paroi de la chambre, et sont fixés, par exemple, par soudage. La distance entre les entonnoirs voisins 14 n'est pas supé35 rieure à deux diamètres de la chambre 1 et n'est pas inférieure à un diamètre. Dans ce cas, le diamètre de la grande ouverture de l'entonnoir 14 est égal à un diamètre D de la chambre 1 et le diamètre d de la petite ouverture de l'entonnoir 14 est d'au moins 0,4 fois le diamètre D et n'est pas supérieur à 0,8 D. L'angle K entre la génératrice de l'entonnoir 14 et la paroi de la chambre 1 n'est pas supérieur à 45 . En fonction de la hauteur de la chambre 1, le nombre d'entonnoirs 14 peut varier de deux à six. Dans l'exemple décrit, on utilise trois entonnoirs 14. Un élément hélicoïdal 15, destiné au tourbillonnement du 10 courant ascendant d'air est réalisé sous forme d'un tourbillonneur à palettes, est monté entre deux entonnoirs 14 à une distance égale. Selon la variante décrite, on utilise deux éléments hélicoïdaux 15. Au moins deux plaques 16 (figures 1, 2) sont 15 montées au-dessus de chaque élément hélicoïdal 15 et disposées verticalement à une distance égale l'une par rapport à l'autre suivant le périmètre de la chambre de manière que chaque plaque s'applique par un bord à la paroi de la chambre 1. Dans l'exemple décrit, les plaques 20 16 sont réalisées sous forme d'un trapèze rectangle. Toutefois, elles peuvent avoir la forme d'un rectangle. La largeur de chaque plaque 16 ne doit pas être supérieure à la différence entre les rayons des ouvertures de l'entonnoir 14, autrement dit, la largeur de la plaque 16 25 doit être choisie de manière que son bord libre ne se dégage pas dans la section de passage de l'entonnoir 14 quelle que soit sa position. Le nombre de plaques 16, montées entre l'entonnoir 14 et l'élément hélicoidal 15 - est fonction du diamètre de la chambre de séparation 1, 30 de la vitesse de mouvement du courant, des propriétés physiques du matériau pulvérulent et est déterminé par voie expérimentale. Il est avantageux que le nombre de plaques 16 soit choisi de deux à vingt. Dans le mode décrit et représenté sur les figures 3, 4, on utilise quatre plaques 16. Ces plaques 16 peuvent être montées radialement comme on l'a représenté sur la figure 3 et aussi bien sous l'angle / (figure 4) par rapport à la paroi de la chambre 1. Dans le but de permettre de régler l'angle on a monté les plaques 16 (figure 3) de manière qu'on puisse les orienter par rapport à l'axe vertical passant par le bord s'appliquant contre la paroi de la chambre 1. A cet effet, on a prévu, dans la paroi de la chambre 1, des orifices 17, dont le nombre est conforme à celui des plaques 16, dans lesquels sont montés les axes 18. Chaque 10 axe 18 est lié à une plaque 16, par exemple, par un assemblage soudé, et à un levier 19. Ce levier 19 est destiné à l'orientation de la plaque 16 lorsqu'elle doit être placée dans une position désirée. L'angle /5 est choisi en fonction des propriétés 15 physiques du matériau pulvérulent (densité, dimensions des particules), des paramètres du courant à deux phases (vitesse, teneur en matériau pulvérulent) par voie expérimentale et est compris entre O et 45 . L'angle optimal / est un angle pour lequel la quantité maximale 20 des particules rebondissent vers la partie centrale de la chambre 1 par suite de leur collision contre la plaque 16. La direction du mouvement du courant à deux phases est indiquée sur la figure 4 d'une manière conventionnelle par les flèches "1, 11, 12". Le classificateur à air des matériaux pulvérulents fonctionne de la manière suivante. On place tout d'abord les plaques 16 (figures 2, 3, 4) à l'aide des leviers 19 dans une position requise en fonction de la vitesse du courant ascendant d'air et des 30 propriétés du matériau pulvérulent à séparer. Ensuite, on crée le courant ascendant d'air dans la chambre 1 à l'aide du dispositif 2 (figure 1) et le matériau pulvérulent, dont les particules forment avec de l'air dans la chambre 1, un courant à deux phases, commence à arriver de l'alimen35 teur 3 à travers l'ouverture 12. De grosses particules du matériau pulvérulent tombent de ce courant par gravité et sont évacuées-simultanément par l'entonnoir 14, disposé audessous de l'ouverture 12, depuis la paroi de la chambre 1 vers la partie centrale. Du fait qu'au voisinage de l'ouverture de plus petit diamètre de l'entonnoir 14, la vitesse de courant d'air est plus élevée, une portion de particules fines et de grosses particules est entraînée par le courant ascendant d'air et monte vers le haut suivant la chambre 1. De plus petites particules du matériau pulvérulent sont entraînées par le courant ascendant d'air et parvien10 nent vers l'élément hélicoïdal 15, disposé au-dessus de l'ouverture 12. L'élément hélicoïdal 15 contribue au tourbillonnement du courant à deux phases suivant la spirale indiquée par la flèche 1 (figure 4) et les particules sont réparties sous l'action des forces centri15 fuges dans la direction radiale conformément à leurs dimensions. Une portion de particules fines, qui reste dans la partie centrale de la chambre 1 (figure 1), est entraînée par le courant ascendant d'air et arrive dans l'entonnoir 14 se trouvant plus haut. De plus grosses particules et des particules plus fines qui restent sont entraînées sous l'action des forces centrifuges vers la partie périphérique de la chambre 1, vers sa paroi. A ce moment, le courant à deux phases se heurte contre les plaques 16, forme des tourbillons complémentaires, indiquées par les flèches 11 (figure 4) et 12 en contribuant davantage à une répartition plus régulière des particules dans cette partie périphérique. Les particules sont évacuées de nouveau de la partie périphérique vers la partie centrale de la chambre 1 sous 30 l'action des forces centrifuges engendrées dans les tourbillons ce qui contribue, à son tour, à une répartition régulière des particules suivant la section de la chambre 1 et, augmente ainsi l'efficacité de séparation du matériau pulvérulent. Il s'ensuit que la séparation du matériau pulvérulent en fractions fine et grossière se fait plusieurs il fois suivant la hauteur de la chambre de séparation 1 (figure 1). La fraction fine est évacuée à travers l'ouverture 9, la conduite 8, le cyclone 7 vers la trémie 4. La fraction grossière est évacuée à travers l'ouverture 10 vers la trémie 5. R E V E N D I C A T I 0 N Classificateur à air de matériaux pulvérulents du type comportant une chambre de séparation cylindrique (1) montée verticalement et liée à un dispositif (2) destiné à créer dans celle-ci un courant ascendant d'air, un groupe d'entonnoirs (14) fixé suivant la hauteur de ladite chambre pour l'évacuation du matériau pulvérulent à partir de la paroi de la chambre de séparation (1), un élément hélicoïdal (15) étant monté entre chaque paire d'enton10 noirs (14) pour le tourbillonnement du courant ascendant d'air, une ouverture (12) pratiquée dans la partie médiane suivant la hauteur de la chambre de séparation (1) pour le chargement d'un matériau pulvérulent, une ouverture (9) pratiquée dans la partie supérieure de ladite chambre, 15 pour l'évacuation de la fraction fine du matériau pulvérulent et une ouverture (10) dans la partie inférieure pour l'évacuation de la fraction grossière du matériau pulvérulent, caractérisé en ce qu'au moins deux plaques (16) sont montées au-dessus de chaque élément hélicoïdal 20 (15) et sont disposées verticalement à une distance égale l'une par rapport à l'autre suivant le périmètre de la chambre (1) de manière que chaque plaque (16) s'applique à la paroi de la chambre (1), la largeur de chaque plaque (16) ne dépassant pas alors la différence entre les 25 rayons des ouvertures de l'entonnoir (14).