Brevet FR2612617A1 — publié le 19880923

La présente invention concerne un dispositif pour déshydrater des sables, granulats ou pulvérulants particulièrement économe en énergie. Dans une application non limitative nous examinerons son emploi dans la cuisson en voie sèche ou semi-humide du gypse broyé en fines et granulats. Cet exemple étant intéressant du fait de la mauvaise conductibilité thermique du gypse. Le gypse ou S04 Ca 2H20 par déshydratation est transformé en CaSO4 1/2H20 ou semi-hydrate en lui enlevant les 3/4 de son eau d'hydratation faiblement combinée, entre 115' et 120' en voie sèche ou semi- humide, ou transformé en CaSO4 ou surcuit à plus de 350' en lui enlevant la dernière partie de son eau fortement combinée. L'ensemble de ces produits étant communéement désigné sous l'appellation de plâtre. La déshydratation du gypse est traditionnellement réalisée dans des fours rotatifs ou dans des marmites statiques possédant des mélangeurs mécaniques internes ou dans tout autre système capable de produire des calories et de les transmettre au gypse pour en évaporer l'eau d'hydratation; La montée en température du gypse s'effectuant dans une ambiance sèche ou humide. Les calories sont produites par des générateurs employant des combustibles industriels et élevant la température du gypse soit au contact direct des gaz de combustion soit par un contact indirect au travers d'échangeurs gazeux, liquides, réfractaires, métalliques ou autres. Le débit en plâtre de ces différents fours peut être soit séquenciel soit continu. Du fait des difficultés rencontrées pour transmettre les calories au gypse, les températures utilisées sont très largement supérieures aux températures théoriques de transformation et alors que 140 Calories sont nécessaires pour transformer 1 Kg de gypse en semi-hydrate c'est pratiquement 300 à 400 Calories qui sont consommées par l'ensemble de ces appareils sans compter l'énergie nécessaire aux mécaniques de mélange ainsi - 2 - qu'au dépoussiérage de l'ensemble. Les pertes sont dues aux températures élevées, du plâtre, des gaz de combustion en sortie, de la masse importante d'air traversant les fours pour évacuer la vapeur d'eau, aux radiations vers l'extérieur,le calorifugeage n'étant pas toujours possible. Le dispositif selon l'invention que nous appellerons four, permet de remédier à ces inconvénients. Il comporte une enveloppe extérieure (1) de forme non limitative par exemple cylindrique protégée par un isolant (9) à l'intérieur de laquelle sont assemblés des cônes superposés (10). Au centre de cette enveloppe l'on trouve une autre enveloppe cylindrique sur laquelle sont également assemblés des cônes superposés (7). Dans la partie supérieure de cette enveloppe qui constitue la chambre de combustion est placé un brûleur (11), auquel sont amenés, sous pression supérieure à la pression intérieure du four, combustible et air de combustion. Un allumage automatique permet de mettre le bruleur en service. A la base du four est placée une écluse rotative ou une vis d'archimède ou tout autre dispositif destiné à réaliser le soutirage du produit en fin de traitement tout en assurant l'étanchéité du système. L'assemblage des cônes (10) et (7) constitue un ensemble de chambres ou sas possédant à la partie inférieure une ouverture suffisante pour permettre le libre écoulement du produit à traiter introduit par le haut. La pesée de l'ensemble montre que, lorsque l'air de combustion s'échappe par la base de la chambre (6) et remonte à travers les sas vers l'extérieur, le niveau du produit s'etablissait sensiblement à l'horizontale dans chacun d'eux.Le gaz qui traverse sous pression le produit de bas en haut peut très bien être indépendant des gaz de combustion. Dans ce cas les gaz de combustion sont envoyés dans un échangeur qui réchauffe l'air destiné à traverser le produit (Fig 3), évitant ainsi une pollution du produit par les gaz de combustion et une combustion à grande pression dans le cas ou une grande pression est nécessaire au traitement du produit. -3- Si un soutirage est effectué à la base du four, chaque sas alimente le sas inférieur afin de rétablir le niveau. Le produit ainsi contr8ôlé dans sa descente passera dans les sas successifs même si la densité des produits du haut est supérieure à celle des produits du bas par -suite de la déshydratation. Un nombre de sas suffisant est utilisé de manière à éviter un écart de densité trop important entre deux sas successifs pour ne pas altérer la bonne marche du système. Dens la figure 2 on voit le parcours préferentiel effectué par le gaz (8) traversant un sas. Il traverse le produit (4) à déshydrater par le chemin le plus direct (2) soit parallelement à la paroi verticale. Dans cette traversée le gaz réalise un transport pneumatique vers le haut du produit. Une chambre de détente (3) dans la partie supérieure du sas permet la dépose de la matière en surface puis le gaz traverse horizontalement le sas pour accéder au sas supérieur. L'espace libéré par le transport pneumatique (2) est aussitôt comblé par l'écoulement de la matière sur le plan incliné du cône (7). Il s'établi ainsi à l'intérieur d'un sas une rotation du produit qui assure un très bon mélange et un échange calorifique parfait entre le produit et le gaz moteur, et entre le produit et les parois d'écoulement (7). Lorsque le niveau baisse dans le sas inférieur, la base du sas supérieur est alors dégagée et le niveau peut se rétablir par gravité successivement dans l'ensemble des sas. Un dispositif de soutirage de la matière traitée placé en partie inférieure du four comme une écluse rotative ou une vis d'archimède permet de régler le débit du four tout en maintenant la pression intérieure. Cette pression peut être obtenue simplement soit par la perte de charge dans la colonne du produit à déshydrater soit en fermant la partie supérieure du four par un couvercle étanche (12) équipé d'une soupape de décharge (14) et d'une écluse d'admission de gypse (13). - Un pesage de l'ensemble permet donc de maintenir le niveau du -4- produit dans les sas d'ou dans l'ensemble du four. La qualité de l 'échange thermique montre que du gypse traversant ce four en 40mn pouvait être traité à 120 pour obtenir du semi-hydrate Béta. Cette basse température est d e à l'amélioration de la conductibilité du gypse chauffé en athmosphère humide dans la partie supérieure du four et maintenue au dessus de la température de transformation pendant une grande partie du cycle. Les essais effectués dans un système ou les gaz de combustion traversent le gypse à partir de la base de la chambre de combustion et d'ouvertures pratiquées dans sa hauteur ont donnés des consommations de 150 Calories par kilo de gypse traité sans qu'il ne soit consommé aucune énergie autre que celle nécessaire à la marche du brûleur. Ce résultat très proche de la théorie est obtenu par le fait que la seule énergie s'échappant du four est contenue dans le plâtre à 120' en sortie inférieure ainsi que dans la vapeur d'eau et les gaz de combustion à 95' s'échappant en partie supérieure. Ces gaz de combustion étant en quantité minimale nécessaire, la concentration en eau est de plus de 1 kg par M3 d'air. On conçoit facilement qu'en portant la pression dans le four à environ 1 Bar effectif qu'il soit possible de porter le gypse à son point de transformation en phase humide et de produire ainsi du semi-hydrate Alpha en cycle continu. REVENDICATIONS 1./ Four vertical à débit continu destiné à la deshydratation en pression des sables, granulats ou pulvérulents en voie sèche ou humide caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe extérieure (1) protégé par un isolant (9) à l'intérieur de laquelle sont assemblé des cônes superposés (10) et au centre de cette enveloppe (1) se trouve une autre enveloppe cylindrique (6) constituant une chambre de combustion recevant à sa partie supérieure un brûleur (11) et sur laquelle sont également assemblés des cônes superposés (7), la partie inférieure de l'enveloppe (1) recevant un dispositif (5) destiné à réaliser le soutirage du produit en fin de traitement tout en assurant l'étanchéité du système. 2-/ Four selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'assemblage des cônes (7) et (10) constitue un ensemble de chambres ou sas possédant à la partie inférieure une ouverture suffisante pour permettre l'écoulement du produit à traiter introduit par le haut du four. 3-/ Four selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'air de combustion s'échappant par la base de la chambre (C) et remontant à travers les sas vers l'extérieur établissant sensiblement à l'horizontale le niveau du produit dans chacun des sas, entraine vers le haut la vapeur d'eau humidifiant les produits nouvellement introduit, améliorant ainsi leur conductibilité thermique dans le cas de produits isolants tel que le gypse. 4'/ Four selon l'ensemble des revendications précédentes caractérisé en ce que, un soutirage effectué à sa base par le dispositif (5) oblige chaque sas à alimenter le sas inférieur afin de rétablir le niveau, le produit ainsi contr8ôlé dans sa descente passant dans les sas successifs même si la densité des produits du haut est supérieure à celle des produits du bas par suite de la déshydratation, le dit dispositif de soutirage (5) permettant de régler le débit du four tout en maintenant la pression intérieure du four, la dite pression étant engendrée par la perte -6- de charge au travers de la colonne de produit. -/ Four selon l'ensemble des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque sas contenant le produit (4) à déshydrater est traversé par le gaz selon le chemin le plus direct (2) parallelement à la paroi verticale (1) ou (6) réalisant un transport pneumatique vers le haut du produit (4), une chambre de détente (3) dans la partie supérieure du sas permettant la dépose de la matière en surface, puis la traversée horizontale du sas pour acceder au sas supérieur, l'espace libéré par le transport pneumatique (2) étant aussitôt comblé par l'écoulement de la matière sur le plan incliné du cône (7), permettant ainsi à l'intérieur des sas une rotation du produit, assurant un très bon mélange et un échange calorifique parfait entre le produit et le gaz moteur et le produit et les parois d'écoulement, permettant dans le cas du traitement du gypse d'obtenir la cuisson du plâtre à 120' centigrade. 6'/ Four selon l'ensemble des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un couvercle étanche (12) equipé d'une soupape de décharge (14) et une écluse d'admission de gypse (13) permettant d'obtenir une pression suffisante afin d'assurer le traitement à 120' du gypse en athmosphère humide pour obtenir du semi-hydrate Alpha en cycle continu, la dite pression pouvant être établie selon la figure 3 par l'apport d'un gaz moteur tel que l'air extérieur réchauffé dans un échangeur figure 3, afin d'éviter une combustion en haute pression et une éventuelle pollution du produit par les fumées.