Brevet FR2858250A1 — publié le 20050204

La présente invention concerne un dispositif mélangeur pour matières, notamment constituées de déchets et solides divers divisés, applicable particulièrement à la mise en oeuvre de processus, tels que la transformation de 5 solides divisés, la fabrication de matériaux de type compost, la fermentation aérobie, ou anaérobie, le séchage etc.... Elle a également pour objet un procédé de mise en ouvre d'un tel dispositif. On sait que dans de nombreux processus industriels et 10 notamment dans le domaine du génie chimique, les échanges et transferts divers sont fortement améliorés par la mise en oeuvre au sein de réacteurs de systèmes capables de mélanger ou d'agiter la matière en réaction. Dans ces réacteurs on fait souvent appel à des agitateurs à 15 palettes. Cependant lorsque la matière que l'on souhaite soumettre à agitation comprend une partie importante de phases solides, ces moyens d'agitation se révèlent inappropriés, notamment en raison des effets hydrodynamiques qui restent limités aux environs de l'agitateur et de l'importance du couple nécessaire pour mettre en mouvement cette phase solide. On a également proposé de monter le réacteur sur un axe horizontal ou incliné, et d'assurer une rotation de 25 celui-ci autour de cet axe. De tels dispositifs restent cependant d'une mise en oeuvre lourde et donc onéreuse, et rendent délicate la connexion avec des organes extérieurs. De plus, ils sont difficilement utilisables dans le cas de mélanges portant sur des quantités importantes de matière. 30 Lorsque la matière à mélanger est constituée de différentes phases solides, on sait qu'en raison notamment de la gravité, la matière se tasse dans le fond du réacteur, si bien que l'homogénéité de la phase solide est difficile à assurer et qu'il s'ensuit la création de zones à l'intérieur de ces réacteurs qui évoluent chacune à leur 5 rythme propre, produisant finalement des lots de matière différemment transformés. On sait par ailleurs que, lors de la transformation de solides divisés, il est fréquent que la matière comporte des agrégats soit existant à l'origine soit provenant d'une 10 formation progressive, soit sous l'effet de réactions chimiques ou biochimiques qui libèrent de nouvelles substances, soit du fait de l'ajout d'une phase liquide visant à favoriser ou à provoquer les réactions recherchées. Briser de tels agrégats est une opération 15 difficile. On a proposé divers systèmes applicables au traitement des matières solides divisées comprenant également des phases liquides, voire gazeuses, et comportant des agrégats de matières. On a ainsi proposé d'extraire la matière solide du réacteur, à l'aide par exemple de dispositifs à godets, de pelles ou de vis sans fin, de retourner ensuite cette matière afin de la fragmenter par des moyens appropriés, pour la recharger ensuite dans le réacteur. Ce type de 25 manipulation c'est avéré très lourd de mise en oeuvre sans, de plus, assurer une véritable homogénéisation de la matière. On a également proposé des dispositifs de malaxage dits contre rotatifs qui sont essentiellement 30 constitués de deux organes de mélange coaxiaux disposés dans un réacteur cylindrique d'axe vertical, à savoir un organe de raclage disposé en périphérie du réacteur et un organe central constitué de trois hélices superposées, ces deux organes étant affectés de sens de rotation opposés de façon à soumettre la matière à mélanger à un effort de 5 cisaillement permettant de briser les agrégats. Un tel dispositif est cependant complexe, si bien qu'il est lourd à gérer aussi bien sur le plan des investissements que sur celui du fonctionnement. La présente invention a pour but de proposer un 10 dispositif mélangeur qui assure non seulement une distribution régulière de la matière mais qui permette de plus de briser les agrégats de celle-ci. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif mélangeur pour matières, notamment constituées 15 de déchets solides divers divisés, dans un silo vertical, caractérisé en ce qu'il comporte: - une zone centrale de travail s'étendant sur toute la hauteur du silo et une zone périphérique, - des moyens distribués verticalement à différents 20 niveaux successifs de la zone de travail, sur toute la hauteur du silo, aptes à soulever la matière à partir de chacun des niveaux de la zone de travail et à la libérer, - des moyens aptes à amener la matière de la partie supérieure de la zone périphérique à la partie centrale 25 inférieure du silo. Le silo et la zone de travail pourront avoir la forme d'un cylindre, la zone de travail étant coaxiale au silo. Les moyens souleveurs pourront être constitués d'un arbre vertical se confondant avec l'axe du silo, qui sera animé 30 d'un mouvement de rotation, et qui sera pourvu, à chacun desdits niveaux, d'au moins une palette dont le rayon définira celui de la zone de travail et qui présentera un angle d'incidence par rapport au plan de la section droite du silo, cette palette étant inclinée du bas vers le haut 5 et du côté vers lequel l'amène le mouvement de rotation vers l'opposé de celui-ci. Cet angle d'incidence pourra éventuellement être ajustable. La vitesse de rotation de l'arbre sera relativement faible, à savoir de l'ordre de cinq à dix tours par minute. 10 Préférentiellement les palettes seront constituées d'éléments plans en forme de secteurs, d'angle au centre compris entre 20 et 120 et leur dimension, dans le sens radial, sera sensiblement comprise entre le cinquième et le tiers du rayon du silo. Dans un mode de mise en ouvre intéressant de l'invention l'arbre sera pourvu d'une seule palette par niveau et les palettes de deux niveaux successifs seront décalées angulairement l'une par rapport à l'autre d'un angle d'environ 90 . Les moyens aptes à amener la matière des différents niveaux situés en périphérie du silo vers la partie centrale inférieure de celui-ci pourront être de type statique et seront alors notamment constitués d'un fond de forme tronconique. Ces moyens pourront également être de 25 type dynamique et être alors constitués par exemple d'éléments racleurs solidaires de l'arbre rotatif qui seront appliqués sur la paroi interne de la base du silo. Le silo pourra comporter des moyens de chargement par sa partie supérieure, constitués par exemple par une 30 trappe, et/ou par sa partie inférieure et seront alors 2858250 constitués par exemple par une vis sans fin. Cette vis sans fin présentant l'avantage, si l'on inverse son sens de rotation, de faire également office de moyens de déchargement. Le silo pourra être utilisé en tant que réacteur afin d'y mettre en oeuvre un processus de traitement physique et/ou chimique, tel que par exemple un processus de fabrication de compost, et comportera alors à cet effet des moyens d'alimentation et/ou d'extraction de fluides ainsi 10 que des moyens permettant d'assurer le chauffage de son contenu. Il pourra alors comporter des moyens d'isolation thermique à l'égard de l'extérieur. La présente invention a également pour objet un procédé pour assurer le mélange de matières notamment 15 constituées de déchets solides divers divisés, dans un silo vertical, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à: - soulever la matière à partir de différents niveaux successifs d'une zone centrale du silo, et à la libérer, - amener la matière de la partie supérieure de la zone périphérique du silo à la partie centrale inférieure de celui-ci. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, des formes d'exécution de la présente invention, en 25 référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue schématique en coupe axiale et verticale d'un dispositif mélangeur suivant la présente invention. 6 2858250 La figure 2 est une vue en plan verticale d'un arbre équipé d'une palette utilisée dans le mode de mise en oeuvre de l'invention représentée à la figure 1. La figure 3 est une vue de face de la palette représentée sur la figure 2. La figure 4 est une vue en plan de la palette représentée sur les figures 2 et 3. Dans le mode de mise en oeuvre de l'invention représenté sur les figures, le dispositif mélangeur est 10 constitué d'un réacteur cylindrique 1 de section droite circulaire et de rayon R, qui se termine à sa base par une partie tronconique la. Le réacteur 1 est traversé axialement par un arbre 3, qui repose à sa base sur un palier 4 et est solidaire à son 15 extrémité supérieure d'un moteur 5 fixé dans la paroi supérieure 7 du réacteur 1 et qui assure son entraînement en rotation à une faible vitesse, préférentiellement comprise entre 5 et 10 tours par minute. L'arbre 3 est pourvu de palettes 6 qui sont disposées 20 de proche en proche sur toute sa hauteur sur différents niveaux, qui sont espacés les uns des autres d'une distance d sensiblement égale à environ 1/5 du rayon R du réacteur 1. Dans le mode de mise en oeuvre représenté sur la figure 1 le réacteur est ainsi séparé en vingt et un niveaux nj, n2, 25 n3... n21 auxquels correspondent les palettes 6 associées. L'arbre 3 est pourvu d'une seule palette 6 par niveau et les palettes de deux niveaux successifs sont décalées angulairement l'un par rapport à l'autre d'un angle d'environ 90 . 7 2858250 Ces palettes 6, dont l'une est représentée en plan sur la figure 4, sont sensiblement en forme de secteur dont l'angle au centre 6 peut être compris entre 20 et 120 et préférentiellement entre 80 et 120 et ont un rayon r 5 préférablement compris entre le cinquième et le tiers du rayon R du réacteur 1. Les palettes 6 sont pourvues d'une certaine incidence, c'est-à-dire qu'elles sont inclinées d'un angle a pouvant être compris entre environ 10 et 35 par rapport à la section droite S du réacteur. Les palettes 6 sont solidarisées de l'arbre 3 par l'intermédiaire d'éléments de fixation qui sont constitués d'un socle 12 soudé sur l'arbre 3 et d'une coiffe 14 qui vient recouvrir celui-ci et sur laquelle chaque palette 6 est soudée. La fixation de la coiffe 14 sur le socle 12 est 15 assurée par deux vis 16 qui traversent deux trous 18 en arc de cercle de la coiffe 14, pour se visser dans le socle 12, ce qui permet d'ajuster l'angle d'incidence a. Les palettes 6 sont inclinées du bas vers le haut et du côté vers lequel les amène le mouvement de rotation D, 20 vers l'opposé de celui-ci (ainsi que représenté sur la figure 3) si bien que, lors de cette rotation, la matière est soulevée par les palettes, glisse sur celles-ci, pour retomber dès qu'elle dépasse leur arête supérieure 6a. Il en résulte un double effet. Un premier effet est la désagrégation des agrégats de matière qui existent d'origine ou qui ont tendance à se former suite à la compression de cette matière ou aux diverses réactions susceptibles de se créer à l'intérieur du réacteur. Un second effet est la remontée de la matière 30 dans la zone de travail du silo. 8 2858250 En effet, au cours de leur rotation dans la matière, les palettes créent un sillage formant un volume vide de matière, qui commence à se combler dès après leur passage, par de la matière qui provient en partie de la zone 5 périphérique, si bien que la matière soulevée par les palettes et qui retombe dans le sillage de celles-ci vient alors se superposer à la matière provenant de la zone périphérique d'où une élévation progressive de cette matière dans la zone de travail. Dans le même temps la 10 matière de la zone supérieure du silo retombe, par la zone périphérique, vers la base de celui-ci. On crée ainsi une sorte de mouvement de convexion. Le silo peut être alimenté en matières par une trappe 9 prévue dans sa paroi supérieure 7 et/ou par sa base la au 15 moyen d'un système à vis sans fin 11. Cette dernière est entraînée en rotation par un moteur 13 et est alimentée en matières à mélanger par une trémie 15. L'extraction de la matière après son mélange, et éventuellement son traitement, peut être assurée par la base du réacteur 1 au 20 moyen d'une trappe d'évacuation 17. Cette extraction peut également être effectuée par le système à vis sans fin 11 par une simple inversion de son sens de rotation. Le fond la du réacteur 1 peut comporter un racloir, qui est représenté en traits pointillés sur la figure 1, et 25 qui est destiné à éviter que la matière n'adhère de façon durable au fond du réacteur 1 et s'y entasse, perturbant ainsi la bonne circulation de la matière dans la zone périphérique du réacteur. Ce racloir est constitué de deux bras 19 solidaires de l'arbre 3 qui, lorsque celui-ci est 30 en rotation, repoussent la matière de la périphérie vers le centre du réacteur 1. 9 2858250 La base la du réacteur 1 peut comporter une grille destinée à permettre l'écoulement de liquides. Il peut également comporter des moyens 20 d'alimentation en gaz, notamment de l'air, par exemple en légère surpression 5 auxquels est associé, dans la paroi supérieure 7 du silo, un orifice 22 d'évacuation permettant de créer à l'intérieur de celui-ci une circulation de ce gaz. Après avoir mis en rotation l'arbre 3 on procède au chargement du réacteur 1 à partir de la trappe supérieure 10 9, cette mise en rotation préalable des palettes 6 évite ainsi tout tassement de la matière. Lorsque le réacteur est utilisé, en plus de sa fonction de mélange de matière, pour réaliser un certain processus de traitement, par exemple pour réaliser du compost à partir de matières constituées 15 notamment de déchets verts, de déchets alimentaires, de déjections animales, de déchets de bois etc... on peut injecter dans celui-ci des liquides, des gaz, et même des solides. On peut notamment, dans le cas de réalisation de compost, injecter à partir du dispositif à vis sans fin 11 20 des déchets verts, de la paille, etc... à la base même du réacteur c'est-à- dire là où les boues sont davantage liquides, ce qui permet encore d'assurer une meilleure homogénéisation de la matière. Ainsi donc suivant l'invention, le mouvement de 25 rotation des palettes 6 s'effectuant à différents niveaux du réacteur le mouvement de convexion ainsi généré dans celui-ci provoque à la fois respectivement un mélange local de la matière et une homogénéisation de l'ensemble de celle-ci, dans la mesure où chaque grain de solide 30 divisé parcoure de façon statistique l'ensemble du réacteur. On pourrait bien entendu donner aux palettes 6, qui sont de forme plane dans le mode de mise en oeuvre précédemment décrit, des formes différentes y compris des formes en hélice de façon à éventuellement améliorer le 5 mouvement de "soulèvement" de la matière effectué par les palettes. On pourrait également suivant l'invention assurer par d'autres moyens les mouvement de la matière réalisés, dans le mode de mise en oeuvre précédemment décrit avec des 10 palettes. Le réacteur, notamment lorsqu'il assure une fonction en sus de celle de mélangeur, peut être avantageusement muni de dispositifs d'introduction de liquides ou de gaz en cours de fonctionnement. Ces dispositifs pourront être de 15 simples orifices prévus dans la paroi du réacteur, raccordés par des tuyaux à des systèmes d'alimentation en liquide ou de soufflage de gaz. Les dispositifs d'introduction de liquide ou de gaz peuvent préférablement être des distributeurs tels que des assemblages de tuyaux 20 percés, de faible diamètre, ou de plaques diffusantes percées de fins trous. Une injection, notamment de gaz, pourra être réalisée également au moyen de l'arbre 3, si celui-ci est creux. L'arbre 3 sera alors raccordé au système d'alimentation en liquide ou en gaz et sera pourvu 25 de petits orifices disposés préalablement sur toute sa hauteur de façon à permettre une diffusion du gaz ou du liquide au sein de la masse de matière. Bien évidemment, les liquides ou gaz introduits peuvent être préalablement chauffés avant leur 30 introduction, de façon à créer des échanges thermiques propices aux transformations désirées. l 2858250 Pour la mise en oeuvre de réactions à une certaine température, il pourra être intéressant de chauffer le réacteur. A cette fin, celui-ci pourra avantageusement comporter une double coque dans l'inter-espace de laquelle 5 des moyens de chauffage seront disposés. On pourra également envoyer dans cet inter-espace de l'air chaud, ou disposer dans celui-ci des résistances électriques positionnées préférentiellement contre la paroi interne. Alternativement, les moyens de chauffage peuvent être 10 installés directement dans le silo. 12 2858250 REVENDICATIONS 1. Dispositif mélangeur pour matières, notamment constituées de déchets solides divers divisés, dans un silo (1) vertical, caractérisé en ce qu'il comporte: - une zone centrale de travail s'étendant sur toute la hauteur du silo (1) et une zone périphérique, - des moyens (6) distribués verticalement à différents niveaux successifs (ni, n2, n3... n2l) de la zone de travail, 10 sur toute la hauteur du silo (1), aptes à soulever la matière à partir de chacun des niveaux de la zone de travail et à la libérer, - des moyens (la,19) aptes à amener la matière de la partie supérieure de la zone périphérique à la partie 15 centrale inférieure du silo (1). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le silo (1) est en forme de cylindre, et la zone de travail à également la forme d'un cylindre coaxial au silo, les moyens souleveurs sont constitués d'un arbre 20 vertical (3) qui se confond avec l'axe du silo (1), qui est animé d'un mouvement de rotation, et qui est pourvu, à chacun desdits niveaux, d'au moins une palette (6) dont le rayon (r) définit celui de la zone de travail et qui présente un angle d'incidence (a) par rapport au plan de 25 la section droite (S) du silo, cette palette (6) étant inclinée du bas vers le haut et du côté vers lequel l'amène le mouvement de rotation vers l'opposé de celui-ci. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de l'arbre (3) est de 30 l'ordre de cinq à dix tours par minute. 13 2858250 4.- Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les palettes (6) sont constituées d'éléments plans en forme de secteurs, d'angle au centre (6) compris entre 20 et 120 . 5.- Dispositif suivant l'une des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que l'angle d'incidence (a) des palettes (6) est de type ajustable. 6.- Dispositif suivant l'une des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que la dimension, dans le sens radial, 10 d'une palette (6) est sensiblement comprise entre le cinquième et le tiers du rayon (R) du silo. 7.- Dispositif suivant l'une des revendications 2 à 6 caractérisé en ce que l'arbre (3) est pourvu d'une seule palette (6) par niveau et les palettes (6) de deux niveaux 15 successifs sont décalées angulairement l'une par rapport à l'autre d'un angle d'environ 90 . 8.- Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens aptes à amener la matière de la partie supérieure de la zone périphérique 20 à la partie centrale inférieure du silo (1) sont de type statique et sont constitués d'un fond (la) de forme tronconique. 9.- Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les moyens aptes à amener la matière 25 de la partie supérieure de la zone périphérique à la partie centrale inférieure du silo (1) sont de type dynamique et sont constitués d'éléments racleurs (19) solidaires de l'arbre rotatif (3), qui sont appliqués sur la paroi interne de la base (la) du silo (1). 14 2858250 10.- Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le silo (1) comporte des moyens de chargement (9) par sa partie supérieure. 11.- Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5 9 caractérisé en ce que le silo (1) comporte des moyens de chargement par sa partie inférieure, constitués notamment d'une vis sans fin (11). 12.- Dispositif suivant la revendication 11 caractérisé en ce que les moyens de chargement peuvent 10 également faire office de moyens de déchargement. 13.- Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le silo (1) est pourvu de moyens d'isolation thermique à l'égard de l'extérieur. 14.- Dispositif suivant la revendication 13 15 caractérisé en ce que le silo (1) est pourvu de moyens de chauffage. 15.- Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le silo (1) comporte des moyens d'introduction (20) et/ou d'extraction de fluides. 16.- Procédé pour assurer le mélange de matières notamment constituées de déchets solides divers divisés, dans un silo (1) vertical, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à: - soulever la matière à partir de différents niveaux 25 successifs (ni, n2, n3... n21) d'une zone centrale du silo (1), et à la libérer, - amener la matière de la partie supérieure de la zone périphérique du silo à la partie centrale inférieure de celui-ci. 17.- Procédé suivant la revendication 16 caractérisé en ce que l'on utilise le silo en tant que réacteur (1) afin d'y mettre en oeuvre au moins un processus de traitement physique et/ou chimique. 18.- Procédé suivant la revendication 17 caractérisé en ce que le processus est un processus de fabrication de compost.