FR 2133576 A1 19721201 FR 7208478 A 19720310 08478 2133576 1 L'invention se rapporte à des silos pour l'emmagasinage de matières pulvérulentes en vrac; ces silos comportent des éléments à parois convergentes ou trémies,.dont les sorties sont conçues de manière à permettre un écoulement à débit élevé et constant. La 5 matière chargée dans les silos peut être sous forme de particules solides variées comprenant des poudres sèches et des agrégats. La dimension des particules des agrégats peut être uniforme ou comprise entre de plus ou moins grandes tolérances. Les poudres employées dans l'industrie, les minerais pulvérisés et les mélan-10 ges minéraux en sont des exemples. Les.silos de l'invention doivent permettre l'emmagasinage et l'écoulement des solides pulvérulents ou des boues provenant de ces solides sous un débit constant et régulé en vue d'opérations industrielles. Ces dernières demandent principalement entre 15 autres exigences, un débit de sortie précis de la trémie. Pour être efficace, un ensemble d'emmagasinage doit contenir un volume connu de solide pulvérulent et pouvoir être déchargé en temps voulu, avec une dégradation minimum de la matière et une densité du mélange aussi uniforme que possible. On peut utiliser pour les 20 opérations ultérieures un ou plusieurs appareils de types très divers, par exemple des réacteurs à lits de mise en contact, des presses laminage ou de briquettage destinés aux solides en vrac, et des machines d'ensachage, de remplissage et d'emballage très diverses actuellement utilisées dans l'industrie. 25 Sous certaines conditions et pour certains types de solides pulvérulents, il est fréquent que les silos- du type le plus répandu ne répondent pas aux exigences mentionnées ci-dessus. Ils présentent les inconvénients suivants : 1) "Absence d'écoulement"tune arche ou voûte stable, ou gale-30 rie, se forme dans le solide pulvérulent et l'écoulement cesse. 2) " Ecoulement inégal": des voûtes ou galeries momentanées se forment et s'effondrent plus ou moins complètement, à intervalles irréguliers, causant des variations de débit. 3) " Volatilisation": en cas d'écoulement inégal des poudres 35 les particules tombant d'une voûte ou galerie se gazéifient et prennent les propriétés d'un fluide (fluidisation) d'où une perte de la régulation du débit de l'écoulement. 4) " Vidange incomplète" : une grande partie des solides pul^ vérulents restent en position fixe autour d'une galerie au lieu 40 de s'écouler. 5) " Désagrégation": les différents constituants d'un agrégat se dispersent à la sortie de la trémie^ 6) " Dégradation" : pourrissement, agglutination, oxydation et 72 08478 2 2133576 attrition peuvent survenir en cas d'emmagasinage prolongé de certains solides pulvérulents. La dégradation provient généralement du fait que la matière 'chargée la première dans le silo n'est pas la première à être évacuée. Dans certains silos, la matière 5 située dans la partie inférieure n'est déchargée qu'en fin de vidange complète du silo. 7) " Contrôle au niveau erronné "idans les silos sujets à la formation de galeries, il n'est, pas possible d'évaluer avec précision la quantité de solide pulvérulent du silo en 10 observant le niveau de la surface. Un brassage manuel du contenu du silo, une agitation ou de fortes vibrations appliquées à la "trémie , une injection de gaz par l'axe de cette trémie ou par des plaques poreuses disposées sur ses parois, et la mise en place à sa sortie de vannes rotati-15 ves ou "sas pneumatiques" sont les opérations tentées jusqu'à présent pour éliminer ces inconvénients. En pratique, elles ne réussissent pas complètement. Pour certaines installations équipées de silos présentant au moins un de ces défauts, leur remplacement en vue d'améliorer l'écoulement, par des silos de conception nou-20 velle peut être d'un prix prohibitif, surtout dans le cas d'un emmagasinage et d'une alimentation d'une quantité limitée d'une matière de type donné. Jusqu'alors, il fallait recourir dans ce cas aux opérations décrites ci-dessus pour obtenir l'écoulement. La nouvelle trémie en gradins de l'invention, équipée d'un 25 dispositif d'injection de fluide périphérique, réduit la nécessité d'avoir recours aux mesures décrites ci-déssus ou de remplacer des silos entiers. Ce nouveau procédé permet de très grands débits surtout pour les matières fines ou les poudres telles que l'argile la farine et divers minerais et agrégats. J0 Les silos de l'invention permettent un "écoulement massique" du solide pulvérulent par la sortie de la trémie. Lors d'un.tel écoulement, toutes les parties du solide pulvérulent sont en mouvement, ce qui n'est pas le cas pour 1 "'écoulement en entonnoir" caractérisant la plupart des silos actuels . Dans ce dernier type 35 d'écoulement, la matière se dirige vers la sortie par un entonnoir qui se rétrécie vers la bouche d'alimentation ou la grille. Le passage est de section circulaire et entouré de matière immobile. Lors de l'écoulement, le niveau de la matière descend et les couches supérieures de matière immobile se détachent et glissent dans- bad original copy 72 08478 3 2133576 l'entonnoir. Un écoulement de ce type est reconnu comme largement responsable des mauvaises conditions d'écoulement décrites précédemment . Selon l'invention, des éléments de trémie étages, dont les 5 parois ont une pente et une surface définies suivant les propriétés du solide pulvérulent, permettent de remplacer l'écoulement en entonnoir par l'écoulement massique. Par exemple, si, dans une trémie existante, l'insuffisance d'inclinaison des parois ou le trop grand débit demandé rendent impossible l'écoulèment mas-10 sique, la mise en oeuvre d'éléments étagés conjointement avec une injection de fluide permet cet écoulement et augmente le débit Dans d'autres cas, ce procédé permet de réduire la bouche de sortie équipant les silos de type nouveau ou antérieur pour la faire cadrer sur un espace donné ou pour des raisons d'économie de cons-15 truction, sans atteinte aux propriétés de l'écoulement massique à grand débit. Une des difficultés pour établir et maintenir un écoulement 'régulier est dûe à la faible pression existant dans les espaces interstitiels des particules solides aux alentours de la zone 20 de sortie de la trémie. Ceci est particulièrement évident dans le cas des poudres. Quand il est versé en haut du silo, le solide pulvérulent n'est pas tassé et les espaces interstitiels sont relativement grands. En descendant dans le silo, il se tasse de plus en plus, à cause du poids de matière le recouvrant, donc les espa-25 ces interstitiels diminuent et augmentent par conséquent la pression interstitielle qui devient supérieure à la pression ambiante. De i'air s'échappe et remonte le long du silo. La pression interstitielle s'équilibre en principe vers le fond de la partie verticale du canal. Après avoir atteint la partie en trémie, le phéno-30 mène inverse se produit, les espaces interstitiels augmentant au fur et à mesure que le solide pulvérulent s'approche de la sortie. La pression interstitielle diminue et descend nettement au-dessous de la pression ambiante à l'approche de la sortie,avant de lui redevenir égale à l'endroit mêms de la sortie. 35 Le fort gradient de pression gazeuse dans le sens vertical provoque la retenue du flux du solide et modifie malencontreusement le débit d'écoulement des -poudres par gravité. Pour éliminer ces effets, la zone critique de la trémie de BAD ORl&NAL 72 08478 4 2133576 l'invention comporte des éléments étages qui délimitent des espaces périphériques annulaires ' pai" lesquels un fluide est injecté dans la masse solide pulvérulente,'sous une pression et en quantité telles que la pression interstitielle augmente et accroît ainsi 5 le débit d'écoulement en le régularisant. La quantité de fi.;ide injecté doit être suffisante pour la réalisation de l'opération de mandée, mais est liuitée dans le cas des poudres, afin de r.- pas les rendre fluides et de perdre de ce fait le contrôle de leur écoulement. 10 L'invention sera décrite plus en détail en regard des des sins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs. Sur ces dessins : la figure 1 est une coupe transversale d'un silo de section rectangulaire à trémie étagée équipée d'un dispositif d'injection 15 d'air; la figure 2 est une coupe longitudinale suivant la lirne 2-2 de la figure "1; la figure 3 est une coupe axiale d'une trémie, illustrant une première forme des couronnes coniques d'injection d'air; 20 la figure 4 est une coupe axiale illustrant une deuxième forme de ces couronnes; et la figure 5 est une coupe partielle axiale d'une variante du mode de réalisation de la figure 4. Un silo 12, illustré sur les figures 1 et 2, comprend ".ine 25 partie supérieure droite 14 et une trémie 16. La hauteur de la partie 14 est libre en pratique, bien qu'elle soit illustrée sous une"forme raccourcie par rapport à la trémie. La trémie 16 comprend plusieurs éléments 18,20 et 22 c^nt les parois inclinées sont approximativement parallèles et reliées 30 les unes aux autres et à la partie supérieure, à leurs extrémités par des rebords 24, 26 et 28.-Les éléments 18,20 et 22 convergent intérieurement en direction d'une sortie étroite 30, de forr.; rectangulaire. Cette sortie est placée au-dessus d'un chargeur -mécanique 32, illustré dans ce cas sous la forme d'une bande 35 sans "fin 34 tournant autour de rouleaux 36 et 38. Dans les silos à écoulement massique de ce type, la trémie et le chargeur l'arment un tout et ce dernier est adapté pour évacuer le solide pulvérulent de la zone de sortie de la trémie. D'autres chargeurs -BÀD ORIGINAL 72 08478 s 2133576 connus, par exemple à aubes rotatives, à vis coniques,"à vis à pas variable, etc.; conviennent également,D.ans chacun de ces cas, la fonction du chargeur est l'évacuation de la zone de la sortie 30 de la trémie. Au cours de la description suivante, le terme 5 "chargeur" désignera toutes les formes convenant à la réalisation de cette opération. Un obtur.ateur peut aussi remplacer le chargeur. Des conduites de fluide 40, 42 et 44 sont branchées de manière convenable sur des orifices d'injection 46, 48 et 50 pla-10 ces respectivement sur les rebords 24, 26 et 28 et aux emplacements convenables. Dans les conditions normales, c'est-à-dire, lorsque le niveau de solide pulvérulent se trouve dans la partie supérieure 14, des espaces vides périphériques, situés dans les régions des orifices 46, 48 et 50 permettent au fluide injecté 15 par ces orifices d'entrer'en contact sur toute la périphérie de la trémie avec le solide pulvérulent. Le fluide est injecté sous pression ambiante ou supérieure, de valeur prédéterminée et suffisante pour permettre l'écoulement massique régulier du solide pulvérulent. La matière solide pulvérulente et sèche, versée dans 20 le haut du silo est de ce fait mélangée efficacement avec le fluide qui tend à occuper et à augmenter les espaces interstitiels des particules dans la zone de convergence, accroissant ainsi le volume de. dix à trente pour cent. En fait, la matière versée en haut du silo est généralement de la poudre sèche ou un agrégat. 25 Dans certains cas, de l'air ou un auti'e gaz ou mélange gazeux est injecté par les orifices 46,48 et 50 de manière à empêcher la réduction des espaces interstitiels et à permettre ainsi un. écoulement plus important et plus régulier.- Dans d'autres cas, un liquide injecté par un ou plusieurs des orifices transforme la 30 matière sèche en boue. Dans ce cas, le chargeur 32 doit être remplacé par un bac à boue. Les boues ainsi obtenues sont de composition très uniforme et le problème courant d'agglomération disparaît. Ce problème fréquemment posé en pratique, est caractérisé par l'écoulement d'un mélange de solide et de liquide très 35 , dense, suivi d'un liquide clair. La section horizontale de la paroi de la partie supérieure 14 et des parois des éléments 18,20 et 22 de la trémie 16 peut être de forme différente de celle, rectangulaire, illustrée sur ,-"s r'A'f" BAD ORIGINAL 72 08478 « 2133576 les figures 1 et 2. Par exemple, elle peut être de forme carrce, en losange, ovale ou circulaire. De plus, la forme de la partie supérieure 14 peut différer de celle de la trémie 16. Dans certains cas, les angles aigus sont à éviter dans la trémie. Dans chacun 5 de ces cas, la structure est telle que les parois des éléments 18,20 et 22 convergent intérieurement et délimitent des zones porijchcriq-.es do contact entre fluide et solide dans la région des orifices d'injection 46,48 et 50 sans aucune protubérance dans la trémie. 10 Selon l'invention, l'écoulement massique de la matière solide exige que les parois convergentes des éléments 18, 20 et 22 aient une certaine inclinaison et une surface suffisamment lisse. Le mode d'écoulement,qu'il soit en courant ou en masse, d'un silo dépend dLabord de la forme de la section horizontale • 15 de la trémie, de l'angle de frottement cinématique entre la matière pulvérulente emmagasinée et les parois des éléments de la trémie, et aussi des angles d'inclinaison des parois de la trémie sur la verticale. Des mesures ont montré que pour un angle de va-leur donnée, il existe un angle de frottement particulier qui, 20 pour des valeurs inférieures conduit à un écoulement en masse ' et pour des valeurs supérieures à un écoulement en canaux; c'est ainsi que pour une diminution de l'angle d'inclinaison des parois de la tréaie au-dessous de la valeur particulière mentionnée ci-dessus, l'angle de'frottement augmente, éloignant la con-25 dition d'écoulement en masse de la condition d'écoulement en-canaux. Cette relation fonctionnelle dépend évidemment de la nature de la matière solide, des formes et des dimensions des particules, ces critères influant sur l'angle de frottement. La dimension de la sortie 30 de la trémie doit être supé-30 rieure à la dimension critique au-dessous de laquelle les particules solides peuvent former un dôme interrompant l'écoulement. Des procédés expérimentaux classiques dans ce domaine déterminent cette dimension critique. Dans certains cas, un silo de construction simplifiée pré-sente les mêmes avantages. Les éléments 20 et 22 sont alors éliminés et l'élément 18 est prolongé, suivant l'angle illustré jusqu'à la sortie 30 de la trémie. Des améliorations suivant l'invention, peuvent être apportées à la structure même du silo (voir figures 1 et 2) ou par * ■ f 1. - bad oriqwal .. copy^ 72 08478 ? ' 2133576 l'apport d'éléments dans des silos.existants (voir figures 3 et 4). Une trémie 52 comprenant une sortie 53 est illustrée sur la figure 3- Des éléments 54 et 56 sont encastrés dans cette trémie et supportés par leurs bords. Si la forme de la trémie 5 est en tronc de cône, les éléments 54 et 56 le sont également, sous des angles pente plus grande, et délimitent ainsi une structure étagée comportant des espaces vides 58 et 60 de forme annulaire. Des conduits d'injection de fluide 62 et 64 sont reliés à ces espaces par des orifices convenables de la trémie 52. 10 De la même manière que dans le cas illustré sur les figures 1 et 2, le solide pulvérulent en mouvement s'écoule sans remplir les espaces 58 et 60, maintenant ainsi une zône annulaire de contact entre le fluide injecté, liquide ou gazeux, et lui-même. La surface des éléments 54 et 56 peut être de finition différente 15 de celle de la trémie 52. De même, les angles de pente des éléments peuvent être de valeur égale, comme illustré, ou bien peuvent croître ou décroître de la sortie 53 vers le haut de la tré- 1 mie 52. La forme de la trémie 52 et des éléments 54 et 56 peut 20 différer de celle d'un tronc de cône. Par exemple, leur section peut être circulaire, ovale, rectangulaire, carrée eu de forme différente de celle de l'exemple des figures 1 et 2. Un seul élément 54 peut suffire dans certains cas. Une variante de l'invention, illustrée sur la figure 4, 25 comprend un ensemble 66 d'éléments destiné à être logé dans un silo équipé d'une trémie JO et existant antérieurement. L'ensemble 66 est formé de plusieurs'éléments J2, 74,76 et 78 s'adaptant les uns sur les autres et convergeant vers là sortie 80 de la trémie 70. 30 Dans cette réalisation, les éléments 74, j6 et j8 sont en forme de cône dont l'angle décroît d'un élément à l'autre et de haut en bas, délimitant ainsi des espaces vides 82 et 84, annulaires ou périphériques. Un espace annulaire 86 est délimité entre les éléments 72 et 74 par un rebord vertical 88 de l'élément 35 74 sur lequel vient s'ajuster l'élément 72„ Le rebord permet aussi la fixation de montants verticaux 90 qui, par appui sur la paroi inférieure de la trémie 70, supportent l'ensemble 66, alors que dans le cas illustré sur la figure 3, les éléments 54 et 56 i.COPy BAD ORIGINAL 72 08478 8 2133576 prennent appui sur la trémie 52 par leurs bords supérieurs. Des conduits d'injection de fluide 92, 94, et 96 communiquent respectivement avec les espaces périphériques 86, 82 et 84, créant ainsi des zones de contact entre le solide pulvérulent 5 et le fluide, gazeux ou liquide, de la même manière que celle décrite en regard des figures 1 à 3. La forme de la section horizontale des différents éléments de l'ensemble 66 peut varier, ainsi qu'il a été mentionné ci-dessus en référence aux figures 1 à 3. La matière pulvérulente 10 est chargée dans l'élément 72 -et l'ensemble 66 produit un écoulement en masse. Le silo 68 et la trémie 70 sont remplis généralement de solide pulvérulent dont une partie tombe entre la trémie 70 et l'ensemble 66 et reste en place jusqu'à la fin des opérations de chargement et jusqu'à ce que l'ensemble 66 soit dé-15 monté de la trémie. Quoique les dimensions latérales de l'ensemble 66 soient inférieures à celles de la trémie 70, l'écoulement est généralement accru du fait que l'injection de fluide dans les espaces interstitiels provoque un écoulement en masse. La variante illustrée sur la figure 5 est de construction 20 semblable à celle illustrée sur la figure 4, hormis que l'élément 78 est remplacé par un élément 78a dont l'extrémité inférieure est située au-dessus de la sortie de la trémie et crée ainsi une lacune circulaire qui permet de décharger la matière pulvérulente de la trémie. 25 Les trémies à structures étagées décrites ci-dessus améliorent sensiblement un grand nombre d'opérations. Dans les silos à écoulement en entonnoir ou canaux, quand les produits chargés chronologiquement les premiers ne sont pas les premiers à être déchargés, ils peuvent se dégrader du fait 30 de leur emmagasinage prolongé. L'écoulement en canaux est la cause de formation de galeries ou de la volatilisation des poudres, cette dernière étant dûe à leur gazéifaction. L'écoulement massique ou en masse, provoqué par la disposition de l'invention est caractérisé par le fait que les produits chargés les premiers sont 35 évacuées les premiers, que les poudres sont dégazées au fur et à mesure qu'elles descendent vers la trémie et qu'elles ne se volatilisent pas tant qu'un niveau, minimum de solide pulvérulent est maintenu dans la trémie. Tout ceci est réalisé sans verrou pneumatique. L'écoulement est uniforme et aisément régulé; la densité 72 08478 9 2133576 d'alimentation est constante et indépendante de la quantité de solide pulvérulent contenue dans le silo. Une réalisation selon l'invention peut prendre la forme d'un dispositif additionnel d'écoulement de silo constitué par une petite trémie d'alimentation par écoulement en masse, installée sous un silo à écoulement en canaux. La trémie à écoulement en niasse sert à augmenter les dimensions du canal d'écoulement afin d'éliminer les risques de formation de galeries, d'assurer le dégazage et l'écoulement régulier et de réduire les effets de séparation à un niveau acceptable. Elle sert à l'emmagasinage de grandes quantités de solides pulvérulents ne se dégradant pas, tels que les minerais. Dans ce cas, un indicateur de niveau bas peut être placé à l'intérieur de la trémie. Cn peut disposer,si on le désire, plusieurs trémies d'alimentation à écoulement en masse sous un silo ou un grand magasin à écoulement en canaux. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. 72 08478 io 2133576 BEVEgniCATIOIïS 1 - Silo à solide pulvérulent, caractérise par des éléments comportant chacun une paroi ' périphérique fermée dont la surface I-intérieure est orientés, vers le bas, la surface intérieure de l'un 5 au moins de ces éléments étant inclinée, les éléments étant dis- j. j posés les uns au-dessus des autres directement et formant un j espace périphérique ouvert vers l'intérieur de la trcnie, et j par un.dispositif d'injection dans ledit espace. 2 - Silo selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un 10 desdits éléments a une surface intérieure verticale et en ce que plusieurs de ces éléments ont une surface intérieure inclinée. . .. j 3 - Silo selon la revendication 1, caractérisé en ce que j les angles d'inclinaison et de frottement desdites surfaces 15 inclinées conditionnent l'écoulement en masse du solide pulvérulent . 4 - Silo selon la revendication 2, caractérisé par le fait que^lès angles d'inclinaison des surfaces intérieures des éléments diffèrent les unes des autres et par exemple décroissent 20 de l'élément le plus élevé vers l'élément situé le plus bas. 5 - Silo à trémie comportant une sortie, caractérisé par une structure rapportée comprenant un élément monté dans ledit silo et comportant une paroi périphérique de surface inclinée vers l'intérieur et dont l'extrémité inférieure, située à l'in- 25 térieur de la paroi de ladite trémie délimite un espace périphérique débouchant à l'intérieur de ladite structure,et par un dispositif d'injection de fluide dans cet espace. 6 - Silo selon la revendication 5> caractérisé en ce que la structure comprend plusieurs éléments montés chacun dans ledit 30 silo et dont la surface de la paroi périphérique fermée est inclinée vers l'intérieur, les éléments étant disposés directement les uns au-dessus des autres et délimitant ainsi un espace périphérique débouchant à l'intérieur de la structure, et par un dispositif d'injection de fluide dans ledit espace. 35 7 ~ Silo selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce' que ledit ou lesdits éléments prennent appui contre la paroi de la trémie. bad original c0p^j 72 08470 " 2133576 8 - Silo selon la revendication 6, caractérisé par le fait que chaque élément est enj-contact avec l'élément situé en dessous de lui et que. l'élément situé le plus bas est en contact avec la trémie. . 9 - Silo selon la revendication 5> caractérisé en ce que l'extrémité inférieure de l'élément est située au-dessus de la sortie de la trémie de manière à créer un intervalle pour l'évacuation de la matière placée entre la structure et la trémie. 10 - Silo selon la revendication 5» caractérisé en ce qu'il comporte des supports fixés à l'élément et prenant appui sur la trémie. 11 - Silo selon la revendication 6, caractérise par le fait que les angles d'inclinaison et de frottement des surfaces intérieures des éléments déterminent une condition pour l'écoulement en masse du solide pulvérulent. 12 - Silo selon l'une des revendications 1 et 5> caractérisé en ce que le fluide est gazeux ou liquide. ~~ pftD ORIGINAL