Brevet FR2721900A1 — publié le 19960105

La présente invention concerne un appareillage pour le remplissage d'un récipient de section sensiblement circulaire, par des particules solides sous forme de grains sensiblement sphériques. Le remplissage des récipients par des particules solides s'effectue très souvent par un transvasement du solide à l'aide d'une trémie et/ou d'une manche, soit manuellement, soit mécaniquement, soit encore par transfert pneumatique. 1 0 En règle générale, il est souhaitable d'introduire le maximum de produit dans un volume donné, et ceci aussi bien pour diminuer le coût du stockage que pour d'autres motifs spécifiques. comme par exemple homogénéiser ce stockage ou diminuer le volume d'air ou de gaz du conteneur. C'est ainsi que dans le cas du remplissage d'un récipient par un solide granuleux tels que des 1 5 extrudés ou des particules sensiblement sphériques dont le diamètre est de l'ordre de 2 à 4 millimètres (mm), il a été proposé l'utilisation d'un appareillage comprenant une tête de dispersion placée sous la trémie, comportant au moins un plateau, et fixée sur un arbre entraîné par un moteur le plus souvent solidaire de la trémie. Par exemple la demande de brevet GB-A-2.168.330 décrit l'utilisation d'un système de chargement comportant une trémie et une tête de dispersion comportant un seul plateau muni de secteurs en arc de cercle de rayons différents: la demande de brevet DE-A-21.703.329 présente sur la tête de dispersion trois disques de diamètres distincts tournant grâce à une vis sans fin qui assure également l'alimentation de la trémie; le brevet US-A-4.433.707 présente trois disques de diamètres décroissants, le plus grand étant à proximité de la trémie comportant des plans inclinés de distribution des solides. La demanderesse a également proposé dans la demande de brevet WO-A-90/12 746 un système ayant une tête de dispersion comportant le plus souvent au moins trois plateaux de rayons différents le plus grand étant le plus proche de la trémie le solide est guidé dans ledit système vers les divers 3 5 plateaux par des tubes sensiblement cylindriques, concentriques, empilés et coaxiaux, démontables et coulissants, le diamètre de chaque tube étant i inférieur au diamètre du tube qui le surmonte et supérieur au diamètre du tube qu'il surmonte. Les plateaux ont de préférence une forme spiralée, telle que la spirale soit de forme continue lorsque l'on passe d'un plateau au suivant. Selon une amélioration de l'appareillage décrit par la demanderesse dans la demande de brevet WO-A-90/12.746, il a été décrit dans la demande de brevet EP-A-482.991 un appareillage similaire mais comportant en dessous de la trémie un système de diaphragme permettant une meilleure régulation de 1 0 l'alimentation en particules solides de chaque plateau et une moindre interdépendance entre le débit de chargement et la vitesse de rotation de la tête de dispersion. Malgré tout, dans le cas du chargement d'un solide divisé sous forme de i 5 particules solides sous forme de grains sensiblement sphériques, ayant chacun un diamètre géniéralement inférieur à 2 millimètres, l'utilisation de l'un quelconque des appareils ou procédés cités ci-devant ne permet pas de remplir de façon homogène, complète. dense, et surtout reproductible, un récipient de section sensiblement circulaire; ceci est plus particulièrement 2 0 vrai dans le cas d'un récipient de section sensiblement circulaire dont le diamètre est généralement inférieur à I mètre et souvent compris entre centimètres et I mètre. Ainsi l'un des objets de la présente invention est de proposer un appareil 2 5 permettant en particulier de remplir de façon reproductible, dense, complète et homogène un récipient de section sensiblement circulaire avec des particules solides sous forme de grains sensiblement sphériques dont la répartition granulométrique est relativement large. 3 0 Selon la présente invention l'appareillage pour le remplissage d'un récipient de section sensiblement circulaire par des particules solides sous forme de grains sensiblement sphériques de diamètre Généralement inférieur à 2 millimètres, comporte 3 5 - une trémie d'alimentation, - une tête de dispersion, a ant un axe dc symétrie sensiblement vertical, reliée à un moyen permettant sa mise en rotation et comportant au moins 2 plateaux, sensiblement horizontaux, sensiblement parallèles entre eux et sensiblement coaxiaux, disposés les uns au-dessous des autres et dont l'aire balayée au cours de la rotation va en diminuant depuis le plateau supérieur jusqu'au plateau inférieur, la distance entre le bord et l'axe pouvant varier pour un même plateau, chaque plateau, à l'exception du plateau inférieur, comportant en son centre une ouverture sensiblement circulaire permettant l'écoulement d'au moins une partie des particules solides, par gravité, vers le plateau situé immédiatement au-dessous, - à la sortie de la trémie, au-dessus du plateau supérieur, un moyen de répartition des particules solides sur les divers plateaux de la tête de dispersion, ledit moyen comportant au-dessus de chaque plateau au moins un 1 5 trou d'aire choisie de manière à permettre le passage d'une quantité de particules solides déterminée; ledit appareillage étant caractérisé en ce que 2 0 - chaque plateau comporte au moins un élément, dit élément déflecteur, de préférence sensiblement plan et vertical, ledit élément, à l'exception du (ou des) élément(s) situé(s) sur le plateau supérieur, reliant chaque plateau au plateau immédiatement au-dessus, et en ce que I'aire totale du (ou des) trou(s) permettant l'alimentation en particules solides d'un plateau déterminé est proportionnelle à l'aire balayée par ledit plateau au cours de sa rotation, le facteur de proportionnalité défini comme étant le rapport entre l'aire totale du (ou des) trou(s) permettant l'alimentation en particules solides d'un plateau déterminé et l'aire balayée 3 0 par ledit plateau au cours de sa rotation, étant, pour un solide déterminé (nature, forme et taille des grains...) le même pour tous les plateaux dudit appareillage. Au sens de la présente description on désigne par le terme élément 3 5 déflecteur un élément ou moyen permettant de favoriser la dispersion des particules solides vers l'extérieur du plateau sous l'action de la force centrifuge due à la rotation dudit plateau et ayant également un rôle (ou fonction) de liaison entre les plateaux successifs, ladite liaison permettant la mise en rotation de l'ensemble des plateaux à partir du plateau inférieur lui- même relié à l'axe de la tète de dispersion. Selon une forme de réalisation préférée chaque élément déflecteur est sensiblement plan et vertical. Dans une forme de réalisation particulière. telle que par exemple celle schématisée sur la figure 1, chaque plateau occulte ou recouvre au moins une partie du plateau situé immédiatement au- dessous. La forme des plateaux n'est habituellement pas critique, cependant on utilise le plus souvent des plateaux circulaires (figure 3) ou comportant une partie circulaire prolongée par une ou plusieurs partie(s) polygonale(s) (ayant par exemple la forme schématisée sur la figure 2) ou encore des plateaux de forme elliptique (figure 4). Selon une forme particulière de réalisation de l'invention le plateau inférieur est de préférence un plateau comportant une partie circulaire prolongée par au moins une partie polygonale et de préférence par plusieurs parties polygonales. Ledit plateau comporte de préférence au moins un élément déflecteur relié à l'axe de la tête de dispersion et s'étendant au moins jusqu'au bord externe du plateau. Le plus souvent chaque partie polygonale ou au moins l'une d'entre elles comporte au moins un côté dont le prolongement coupe l'axe de la tête 2 5 de dispersion et le plateau inférieur comporte au moins 2 éléments déflecteurs reliés à l'axe de la tète de dispersion. l'un au moins d'entre eux s'étendant au moins jusqu'au bord externe de la partie polygonale le long de l'un des côtés dont le prolongement coupe l'axe de la tête de dispersion. 3 0 Selon une forme de réalisation fréquente le plateau inférieur comporte une partie circulaire pleine prolongée par au moins trois parties de forme polygonale ayant chacune au moins un côté dont le prolongement coupe l'axe de la tête de dispersion et au moins 3 éléments déflecteurs reliés à l'axe de la tête de dispersion et s'étendant chacun au moins jusqu'au bord externe 3 5 de la partie polygonale le long de l'un des côtés dont le prolongement coupe l'axe de la tête de dispersion. Dans un mode de réalisation préeféré de l'invention, chaque élément déflecteur situé sur un plateau s'étend depuis le bord interne dudit plateau jusqu'au bord externe dudit plateau. Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention indépendant ou non du mode de réalisation précédent, chaque élément déflecteur situé sur un plateau autre que le plateau supérieur s'étend depuis le bord interne dudit plateau jusqu'au bord interne du plateau situé immédiatement au-dessus, reliant ainsi ledit plateau au plateau situé immédiatement au-dessus. Chaque élément déflecteur situé sur le plateau supérieur a une hauteur au moins égale au diamètre des grains de solide et de préférence largement supérieure tout en étant inférieure à la distance entre ledit plateau et le moyen de répartition du solide situé à la sortie de la trémie. Souvent l'appareillage selon l'invention comporte une tête de dispersion ayant au moins trois plateaux dont l'un au moins, à l'exception du plateau inférieur, a une forme sensiblcment elliptique. 2 0 Dans la plupart des réalisations selon la présente invention, le trou alimentant le plateau inférieur a la forme d'une couronne circulaire autour de l'axe de la tête de dispersion et le nombre de plateaux de la tête de dispersion est fonction de la surface de la section du récipient à remplir. 2 5 Habituellement l'aire totale des trous alimentant un plateau est comprise entre I et 60 %c et de préfé'rence entre 10 et 50 %C de l'aire balayée par la rotation dudit plateau. L'appareillage selon la présente invention est concçu pour le remplissage 3 0 d'un récipient sensiblement cylindrique par des particules solides sous forme de grains sensiblement sphériques de diamètre généralement inférieur à 2 millimètres, de préférence compris entre 10 micromètres et 1,5 millimètre et de manière encore plus préférée entre 30 micromètres et 0.8 millimètre. Cet appareillage démontre tout son intérêt pour le remplissage d'un récipient 3 5 de section sensiblement circulaire de diamètre compris entre 0,5 centimètre et 5 mètres, de préférence entre 0.5 centimètre et 2 mètres, dans le cas o les particules solides utilisées ont une répartition granulométrique relativement large. Les figures annexées. sur lesquelles les organes similaires sont désignés par les mêmes chiffres et lettres de référence, illustrent l'invention sans en limiter la portée. Dans la forme de réalisation schématisée sur la figure 1 la tête de dispersion comporte 3 plateaux (A, B, C) de formes différentes. Le plateau inférieur (A> (schématisé sur la figure 2) comporte une partie circulaire prolongée par trois parties de forme polygonale. Le plateau I 0 intermédiaire (B) est sensiblement circulaire (figure 3) et le plateau supérieur (C) (schématisé sur la figure 4) a une forme sensiblement elliptique. Selon cette réalisation le plateau inférieur comporte 6 éléments déflecteurs (4) (ailettes sensiblement planes), chaque élément déflecteur étant dirigé vers l'une des pointes des parties polygonales et 3 d'entre eux i 5 étant le long d'un côté du pol\.gone. Le plateau intermédiaire sensiblement circulaire comporte 6 éléments déflecteurs (ailettes sensiblement planes). Le plateau supérieur de forme elliptique comporte 12 éléments déflecteurs ayant une hauteur au moins égale au diamètre des grains de solide et de préférence largement supérieure tout en étant inférieure à la distance entre ledit plateau et le moyen de répartition (R) du solide situé à la sortie de la trémie (TR). Les éléments déflecteurs s'étendent de préférence depuis l'axe de la tête de dispersion jusqu'à la périphécrie du plateau sur lequel ils se trouvent. Le moyen de répartition (R) est une grille qui comporte une série de trous (5) disposés symétriquement autour de l'axe de la tête de dispersion (TD) selon des circonférences dont le diamètre est choisi de manière à ce que les trous puissent alimenter chaque plateau à l'exception du plateau inférieur; le plateau inférieur est alimenté par une couronne autour de l'axe (TD) de tête de dispersion. Exemple On utilise un appareillage identique à celui schématisé sur la figure I comportant 3 plateaux tels que ceux schématisés sur les figures 2 à 4. Cet appareillage comporte un moteur solidaire de la trémie, un arbre vertical (de 3 5 0,6 cm de diamètre) entraîné par le moteur solidaire du plateau inférieur. La grille de répartition comporte en son centre un passage circulaire de 1 cm de diamètre permettant l'alimentatiion len particules solides du plateau (A), 5 trous de 0,5 cm de diamètre répartis symétriquement sur une circonférence au-dessus du plateau (B) permettant son alimentation en particules solides et 9 trous de 0.5 cm de diamètre répartis symétriquement sur une circonférence au-dessus du plateau (C) permettant son alimentation en particules solides. Cet appareillage est utilisé pour remplir un réacteur ayant une section circulaire dont le diamètre est de 60 cm. Le remplissage est effectué à l'aide d'un solide granulaire composé de particules solides dont la répartition granulométrique exprimée en pourcentage en poids de solide (axe des y) 1 0 d'une taille de grain (diamètre des grains: axe des x) donnée par rapport au poids total utilisé est schématisé sur la figure 5. Le réacteur est rempli sur une hauteur de I mètre. Deux essais ont été effectués et on a mesuré la quantité de solide employé et la perte de charge. Le chargement à l'aide de l'appareil selon l'invention a permis l'introduction de 12 % en poids de solide i 5 supplémentaire par rapport à un chargement effectué à la manche et le perte de charge a été multipliée sensiblement par 2. Sur la figure 6 les courbes I et 2 donnent la perte de charge (axe des y; exprimée en Pascal par mètre) obtenue en fonction de la vitesse liquide en fût vide (axe des x; exprimée en centimètre par seconde) dans le cas du réacteur rempli à l'aide 2 0 de l'appareil selon l'invention pour la courbe I et dans le cas du réacteur rempli à la manche pour la courbe 2. REVENDICATIONS 1 - Appareillage. pour le remplissage d'un récipient de section sensiblement circulaire par des particules solides sous forme de grains sensiblement sphériques de diamètre inférieur à 2 millimètres, comportant - une trémie d'alimentation, - une tête de dispersion. ayant un axe de symétrie sensiblement vertical, reliée à un moyen permettant sa mise en rotation et comportant au moins 2 plateaux, sensiblement horizontaux, sensiblement parallèles entre eux et sensiblement coaxiaux, disposés les uns au-dessous des autres et dont l'aire balayée au cours de la rotation va en diminuant depuis le plateau supérieur jusqu'au plateau inférieur, la distance entre le bord et l'axe pouvant varier i 5 pour un même plateau. chaque plateau. à l'exception du plateau inférieur, comportant en son centre une ouverture sensiblement circulaire permettant l'écoulement d'au moins une partie des particules solides, par gravité, vers le plateau situé immédiatement au-dessous. 2 0 - à la sortie de la trémie. au-dessus du plateau supérieur, un moyen de répartition du solide sur les divers plateaux de la tête de dispersion. ledit moyen comportant au-dessus de chaque plateau au moins un trou d'aire choisie de manière à permettre le passage d'une quantité de particules solides déterminée ledit appareillage étant caractéerisé en ce que chaque plateau comporte au moins un élément, dit élément déflecteur. ledit élément. à l'exception du (ou des) élément(s) situé(s) sur le plateau 3 0 supérieur. reliant chaque plateau au plateau situé immédiatement au-dessus, et en ce que - l'aire totale du (ou des) trou(s) permettant l'alimentation en particules solides d'un plateau déterminé est proportionnelle à l'aire balayée par ledit 3 5 plateau au cours de sa rotation, le facteur de proportionnalité défini comme étant le rapport entre l'aire totale du (ou des) trou(s) permettant l'alimentation cn particules solides d'un plateau déterminé et l'aire balayée par ledit plateau au cours de sa rotation, étant, pour un solide déterminé (nature, forme et taille des grains...) le même pour tous les plateaux dudit appareillage. 2 - Appareillage selon la revendication I dans lequel chaque élément déflecteur est sensiblement plan et vertical. 3 - Appareillage selon la revendication I ou 2 dans lequel le plateau inférieur 1 0 comporte une partie circulaire pleine prolongée par au moins une partie polygonale et au moins un élément déflecteur relié à l'axe de la tête de dispersion et s'étendant au moins jusqu'au bord externe dudit plateau. 4 - Appareillage selon l'une des revendications I à 3 dans lequel le plateau i 5 inférieur comporte une partie circulaire pleine prolongée par au moins une partie polygonale dont le prolongement de l'un au moins des côtés coupe l'axe de la tête de dispersion et au moins 2 éléments déflecteurs reliés à l'axe de la tête de dispersion. l'un au moins d'entre eux s'étendant au moins jusqu'au bord externe de la partie polygonale le long de l'un des côtés dont le 2 0 prolongement coupe l'axe de la tête de dispersion. - Appareillage selon l'une dcs rcvendications 1 à 4 dans lequel le plateau inférieur comporte une partie circulaire pleine prolongée par au moins trois parties de forme polygonales avant chacune au moins un côté dont le 2 5 prolongement coupe l'axe de la tête de dispersion et au moins 3 éléments déflecteurs reliés à l'axe de la tête de dispersion et s'étendant chacun au moins jusqu'au bord externe de la partie polygonale le long de l'un des côtés dont le prolongement coupe l'axe de la tête de dispersion. 3 0 6 - Appareillage selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel chaque élément déflecteur situé sur un plateau autre que le plateau supérieur s'étend depuis le bord interne dudit plateau au moins jusqu'au niveau du bord interne du plateau immédialement au-dessus. I () 7 - Appareillage selon l'une des rc\,ndications I à 6 pour le remplissage d'un récipient de section sensiblement cylindrique par des particules solides sous forme de grains sensiblcment sphériques de diamètre compris entre micromètres et 1,5 millimètre. 8 - Appareillage selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel la tête de dispersion comporte au moins trois plateaux dont l'un au moins, à l'exception du plateau inférieur, a une forme sensiblement elliptique. 1 0 9 - Appareillage selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel le trou alimentant le plateau inférieur a la forme d'une couronne circulaire autour de l'axe de la tête de dispersion. - Appareillage selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel l'aire totale 1 5 des trous alimentant un plateau est d'environ 1 à environ 60 % et de préférence d'environ 10 à environ 50 %7c de l'aire dudit plateau.