Brevet FR2772641A1 — publié le 19990625

La présente invention concerne un réacteur mélangeur tournant complétement immergé dans une solution adaptée. Le corps du réacteur est cylindrique et son axe est horizontal, ce principe horizontal est connu. La rotation du cylindre provoque 1'homogénéisation de la matiére et celle ci est facilitée par des profils de retournement. Dans la présente invention les profils, solidaires du cylindre, sont en forme d'hélice au pas approprié de maniére à faciliter 1'avancement de la matiére. Pour certaines applications les profils sont actionnables depuis 1'extérieur du cylindre et la cuve par l'intermédiaire d'un dispositif à cames ou un systéme analogue de maniére à pouvoir changer l'inclinaison des profils. La matiére destinée à être traitée est introduite par un des tubes faisant axe de soutien du cylindre réacteur. La sortie de matiére traitée s'effectue par le deuxiéme tube, opposé faisant également office d'axe de soutien du réacteur. Les tubes-axes sont dimensionnées en épaisseur de manière à assurer le supportage du cylindre par des paliers solidaires de la cuve entourant le réacteur. En position arrétée en rotation, le réacteur mélangeur présente les tubes d'entrée et sortie de matiére en situation plongeante verticale dans le réacteur et une vanne dite "cassecroute"(ou plusieurs) dans 1'axe du cylindre en position haute. Cette ou ces vannes "casse-croute" permettent I'échappement des gaz produits par la matiére sous le niveau du liquide contenu dans la cuve entourant le réacteur. Les vannes "casse - croute" sont commandées par un liquide pilote amené par un tube au vérin de commande des vannes. Ce tube parvient au vérin par un cheminement dans le réacteur depuis 1'axe du tube d'entrée de matiére et concentriquement à ce tube matiére. Le tube d' échappement du liquide pilote suit un chemin analogue et s'échappe concentriquement au tube de sortie de la matiére, dans 1'axe opposé. La position d'arrêt du réacteur dans la position indiquée ci-dessus est facilitée par un détecteur du genre dit de proximité, de modéle approprié, donc 1'élément repére est fixé sur la périphérie du réacteur et la partie détectrice est fixée sur la cuve. La cuve contenant le liquide en solution connue permet de sustenter le réacteur et d'équilibrer partiellement le poids du mobile. La solution choisie permet un prétraitement ou traitement du gaz s'échappant du réacteur en position haute.Par exemple de retenir 1'hydrogéne sulfureux contenu dans le méthane d'une digestion de matiéres organiques. La cuve est coiffée par un couvercle étanche en matériaux souples de qualité et résistance adaptée aux gaz de la réaction.Ce couvercle permet de circonscrire entre le plan liquide et la membrane-couvercle un réservoir pour le ou les gaz produits. Le gaz s' échappe par une valve fixée sur la membrane ou sur la cuve vers la conduite d' utilisation. En variante la membrane couvercle peut être remplacée par un dôme rigide en matériaux adaptés aux gaz de la réaction avec ou non une contre pression exercée par les gaz ou un dispositif auxiliaire. Les paliers de supportage des tubes d' entrée et sortie de réacteur et du réacteur sont solidaires de la cuve et placés aprés les joints d'étanchéité de cuve. Un plan de joint médian classique permet la sortie du réacteur de la cuve par démontage de la partie haute de la cuve. Dans une autre solution il sera utilisé un découplage des flasques du réacteur. Les paliers indiqués ci-dessus du réacteur reposent sur des blocs de contraintes piézoélectriques chargés de transmettrent les charges différen -tielles variables à une armoire intégratrice de maniére à connaitre la charge de matiére dans le réacteur. Cette mesure est effectuée pendant I' arret de la rotation du réacteur. Une des extrémités ou les deux, suivant puissance nécessaire, des tubes d' entrée ou sortie de matiére du réacteur reçoit la ou les poulies d'entrai -nement en rotation du réacteur à 1'extérieur de la cuve. Suivant calcul il est quelquefois placé un support, aprés la poulie d'entrainement, équipé d'un palier auxiliaire équipé ou non d'une jauge de contrainte. L'étanchéité des deux tubes matiére entre tubes et extrémité fixes est assuré par l'intermédiaire de garnitures mécaniques doubles à étanchéité par couple de frottement genre grain au chrome dur sur céramique et à étanchéité statique des grains par élastoméres appropriés. Dans I'axe des extrémités fermées des tubes d'alimentation et extraction de la matiére les tubes d'entrée et d'échappement du liquide pilote traversent les extrémités fermées par l'intermédiaire de garnitures mécani - -ques identiques au principe des garnitures décrites ci dessus pour les tubes matière. De cette maniére les pièces d'extrémités liées aux tubes de service matiére ou liquide pilote sont fixes dans l'espace alors que les tubes de liaison au réacteur sont en rotation tout en étant étanches. Pour assurer une étanchéité compléte, une contre pression est maintenue entre les couples de grains frottants de chaque boite à garnitures par I'amenée d'eau sous pression ou un autre liquide adapté pourvu que la pression du liquide soit toujours supérieur d'au moins un bar aux pressions de la matiére ou du liquide pilote dans les tubes à protéger. La cuve est équipée de piquages permettant par un circuit extérieur à la cuve de traiter les gaz parasites piégés dans la suspension du liquide de la cuve et au besoin d'évacuer les gaz combustibles sur une torchére ou et les gaz incombustibles vers des solutions de traitements adaptés. Le méme circuit retourne à la cuve à travers un réchauffeur permettant s'il y à lieu de réchauffer par conduction le corps du réacteur. La matiére à traitée provenant d'un stock tampon est introduite dans le réacteur par l'intermédiaire d'une pompe adaptée à la matière. Une vanne permet à la matiére d'accéder au tube d'introduction puis au réacteur. La mise en service de la pompe et 1'ouverture de la vanne sont conditionnées par la détection du détecteur de proximité et 1'angle de fonctionnement autorisé. Une vanne permet à la matiére de sortir du tube de sortie puis d' être aspirée par la pompe de reprise. La mise en service de la pompe et I' ouverture de la vanne de sortie sont aussi conditionnées par la position de détection en proximité. Un bloc automate permet la régulation des systémes. L'ensemble de l'installation est complétée des pompes utiles au dispositif, des appareils de mesures nécessaire au fonctionnement et la régulation des flux. Le niveau du liquide de la cuve ayant une action sur les mesures différentielles est maintenu constant. Dans les dispositions à réacteur long il peut être placé dans la cuve un ou plusieurs berceaux de soutien du réacteur qui en cas de flexion ou d'affaissement d'un palier permet d'éviter la détérioration du réacteur. Les berceaux sont équipés de rouleaux de centrage étanches. Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 represente, I' ensemble du principe du réacteur et des matériels périphériques. La figure 2 représente en coupe 1' ensemble du réacteur, de la cuve, des paliers et de la cuve. La figure 3 représente en coupe la zone des paliers,garnitures mécaniques et entrainement en rotation, nécessaire à la compréhension des systémes. En référence à ces dessins, le dispositif comporte un réacteur cylindrique (1), équipé de ses flasques (2) démontables ou non, équipé de ses tubes coudés renforcés d'entrée matiére (3) et sortie matiére (4), de ses vannes d'échappement des gaz (22), des tubes de liquide pilote (22a) et (22b) , et des profils de retournement en hélice (34). Le réacteur cylindrique est immergé dans la cuve (5),remplie de liquide jusqu'au niveau (7). En partie haute la cuve est fermée étanche par une membrane souple imperméable aux gaz extraits (6).Cette membrane est munie d'une valve de controle (42) et de sortie des gaz vers I' utilisation. La cuve (5) est équipée d'un détecteur de proximité(27) destiné à repérer la position en rotation du réacteur et cette position permet par 1'armoire d' automatisme (28) de commander les pompes (14) et (15) et les vannes repéres (16),(23),(19), (18) et (22). La cuve (5) supporte les paliers (8) de soutien du réacteur, eux - même protégés par les bagues à lèves doubles (8a) d'étanchéité. Les paliers (8) reposent sur les jauges de contrainte piézoélectriques (10) qui transmettent les informations de contraintes à la calculatrice (11) .Ceci permet en position d'arret en rotation de connaitre l'état de charge du réacteur par mesures différentielles. Les tubes d'entrée matiére (3) et sortie matiére (4) du réacteur solidaires du réacteur (1) servent d'axe de rotation horizontal et sont soutenus par les paliers (8) solidaires de la cuve (5). En sortie de cuve le tube d' entrée matiére reçoit la poulie d' entrainement (9) en rotation du réacteur. Selon besoin de puissance, il peut être placé une deuxiéme poulie d'entrainement solidaire du tube de sortie matière. Par ces dispositions les mécanismes de rotation et de commande du réacteur sont facilement accessibles. De maniére à rendre immobiles les piéces d' extrémités d'alimentation et de sortie (13) du réacteur ainsi que les piéces d'alimentation et de purge des conduits du liquide pilote des vannes gaz (22), les liaisons étanches sont assurées par des boites à garnitures mécaniques doubles repérées (12) pour la liaison des tubes (3) et (4) avec les boites d'extrémité (13) et repéres (25) pour la liaison en liquide pilote. Ces dispositifs à titre d'exemple sont représentés plus précisément sur la figure (313). A titre d'exemple il est dénombré les piéces principales qui constitue l'ensemble de la boite à garnitures (25) coté entrainement moteur. Mais l'on remarquera que dans leur principe les quatre boites (25) et (12) sont identiques. La boite à garnitures (25) ,par exemple, reçoit les grains fixes(39) et (39a) emboités dans des logements de la boite à garnitures par l'intermédiaire de joints élastoméres,non représentés sur les figures.Un jeu est ménagé au passage du tube. Face aux grains fixes deux grains mobiles (40) et (40a) solidaires du tube et pouvant coulisser sensiblement sur ce tube sont maintenus en pression contre les grains fixes par un dispositif de centrage à ressorts (41) solidaire du tube.L'ensemble des piéces (40) (41) et (40a) tournent donc en méme temps que le tube. Les grains en contact ont leur face de frottement glacées, rodées avant montage. L'étanchéité des grains mobiles (40) et (40a) sur le tube est assurée par des joints toriques,non représentés, installés dans des gorges des grains face au tube. La boite à garniture (25) reçoit une arrivée d'eau sous pression en périphérie des grains d'étanchéité provenant de la pompe (26). Cette pression d'eau permet d'une part d'assurer la pression entre grain fixe et grain mobile et d'autre part de disposer d'un fluide de barrage dans l'espace entre couple des grains .Ce qui permet de main -tenir l'ensemble de la boite à garnitures en bon état de propreté. Coté entrainement moteur la boite à garnitures (12) est solidaire d' un support (37).11 en est de méme pour la boite d'extrémité (13).Coté opposé à 1'entrainement moteur la boite à garniture (25) et la boite d extrémité (13) sont solidaires de la cuve (5). L'amené matiére depuis le stock tampon (17) est assurée par une pompe (14) commandée par l'armoire automate (28) à travers la vanne commandée (16) vers la piéce fixe d' extrémité (13) et par le tube (3) vers le corps du réacteur. La matiére sort du réacteur par le tube (4) vers la boite d'extré -mité (13) à travers la pompe d'extraction (15) commandée par l'automate (28) à travers la vanne commandée (18) ou pour recyclage à travers la vanne commandée (19) vers le volume tampon (17). L'ensemble du dispositif est complété par les auxiliaires périphériques suivants: -Un circuit de traitement et de réchauffage du liquide de la cuve (5) et comprenant une tuyauterie d' aspiration en bas de la cuve (5) de la pompe (29) celle - ci refoulant vers un dispositif (30) de traitements des effluents gazeux en suspension dans le liquide spécialisé. Puis une pompe (32) aspire au dispositif (30) pour refouler le liquide traité vers un réchauffeur (33) puis introduire le liquide en point haut de la cuve (5). -Un échappement (31) des gaz à traiter en partie haute de la tour (30). Ces gaz pouvant être dirigés vers une torchére ou un dispositif spécifique. - Un dispositif de controle de niveau liquide en cuve (5), non représenté. -Des controles thermométriques en cuve (5) et en alimentation (13), ,non représentés. -Un ou des berceaux de sécurité (35) en cuve (5) disposant de rouleaux (36) de soutien du réacteur pour les corps spécifiquement long. -Une vanne commandée (23) permettant l'arrivée du fluide pilote à la vanne (22).Une sortie (14) de la purge de fluide pîlote. -Eventuellement, suivant calcul : un palier supplémentaire auxiliaire (38) sur le support (37) et au besoin une jauge de contrainte pour ce palier (non représentée). REVENDICATIONS 1/Dispositif réacteur tournant à axe horizontal totalement immergé dans une cuve (5) et permettant le traitement des matières en réaction. La matiére se déplaçant dans le cylindre (1) 1par I' action de pales (34) en forme d'hélices fixes ou orientables par une commande extérieure. La cuve du réacteur est coiffée en partie haute par un volume gazeux fermé par une membrane étanche aux gaz (6) ou par un dome rigide. Le gaz s'échappant par une valve (42) fixée sur la membrane ou dome. 2/Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le liquide de la cuve est une solution traitante des gaz parasites s'échappant du réacteur avec le ou les gaz utilisables. 3/Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les tubes d'amenée matière (3) et sortie mat'ére (4) font fonction d'axe du réacteur (1). 4/ Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que les extrémités fixes de chargement ou déchargement matiére(1 3) sont solida- -risées étanches aux tube (3) et (4) par des garnitures mécaniques. 51 Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que les extrémités fixes de fluide pilote (23) et (14) sont solidarisées étanches aux tubes de liquide pilote de la vanne de gaz (22) par des garnitures mécaniques. 6/Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les opérations de charge et extraction de matières s'effectuent sur arret en position établie et programmée du réacteur par lecteur de proximité (27). Et que l'ouverture de la vanne de gaz (22) est pilotée depuis I' extérieLir. 7/ Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que les paliers (8) du réacteur permettent la pesée différentielle du réacteur par les jauges de contrainte (10) et l'armoire intégratrice (11).