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PROCEDE ET APPAREIL POUR LA MANUTENTION DE MATIERES PULVERULENTES.
La présente invention se rapporte, d'une manière générale, à la manutention de matières solides finement divisées et' spécialement à la tech- nique de l'écoulement contrôlé de telles matières solides d'un niveau élevé à un niveau plus bas. L'invention se rapporte plus spécialement aux métho- des et moyens pour produire l'écoulement contrôlé de telles'matières solides pour réaliser l'alimentation ou la décharge de récipients de n'importe quel genre, tels que des réactors ou vases de réaction fermés, des réservoirs d'emmagasinage, des conduites transporteuses de matières solides, et analo- gues.
Dans la manutention de matières solides finement divisées, on cherche souvent à utiliser la tendance qu'ont ces matièreà s'écouler par gravité d'un niveau élevé à un niveau plus bas. Dans les cas de ce genre, il est courant de réaliser l'écoulement de ces matières solides vers le bas à travers un tube généralement vertical., en réglant la vitesse d'é- coulement par l'emploi de moyens mécaniques imposant une restriction à l'écoulement, tel que des soupapes à tiroir, des soupapes coniques, des trans- porteurs à vis et analogues, montés dans le tube ou attachés à celui-ci.
Bien que ces dispositifs connus puissent être appliqués avec suc- cès pour contrôler la vitesse d'écoulement de matières solides, ils sont tou- tefois peu prisés pour diverses raisons, parmi lesquelles on peut citer les fais élevés d'installation et d'exploitation, En outre, ces disposi- tifs s'obstruent facilement et ne sont que difficilement accessibles pour le nettoyage, par ailleurs, puisque ces dispositifs sont de construction mécanique et comportent des organes en mouvement, ils sont sujets à une for- te érosion, spécialement lorsqu'ils sont utilisés pour la manutention de ma- tières solides chaudes, et ils exigent, par-conséquent, de fréquentes répa- rations et remplacements,
un autre inconvénient de ces dispositifs connus réside dans leur manque de sécurité.pour éviter les fuites indésirables de gaz à travers le tube et ils ne donnent donc pas satisfaction pour l'amenée de matières solides finement divisées dans, ou leur évacuation de récipients
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fermes ou mis sous pression. De plus, ces dispositifs connus ne comportent pas de moyens pour minimiser les pertes de poussière pendant les opérations de transport des matières solides.
En outre, lorsqu'on désire réaliser l'écoulement de matières so- lides depuis une alimentation unique;, séparément vers plusieurs récipients ouvers un récipient unique, en plusieurs points différents de celui-ci, les méthodes et moyens appliqués précédemment exigent la prévision d'un or- gane séparéde contrôle de l'écoulement pour chaque récipient ou chaque point séparé dans lequel on désire produire l'écoulement desdites matières solides, de sorte que les dispositifs connus ne trouvent que des applica- tions limitées.
Un objet de l'invention est la prévision de méthodes et de moyens peu coûteux et sûrs pour réaliser l'écoulement contrôlé de matières solides finiment divisées à travers un tube généralement verticale depuis un niveau élevé vers un niveau plus bas, en utilisant la tendance qu'ont de tels solides à s'écouler par gravité entre ces deux niveaux. ces mé- thodes et moyens seront de conception et de fonctionnement simples, ne comprendront pas d'organes mobiles et fourniront néanmoins des dispositifs de contrôle de l'écculement de matières solides, qui auront une longue du- rée de service, même s'ils sont employés pour contrôler l'écoulement de ma- tières solides chaudes.
Un autre objet de l'invention est la prévision de méthodes et moyens pour réaliser l'écoulement contrôlé de matières solides finement divisées à travers un tube généralement vertical, dans ou hors de l'espace délimité par des récipients, en minimisant les fuites de gaz à travers ce tube vers ou hors de ces récipients.
Encore un autre objet de l'invention est la prévision de méthodes et moyens pour réaliser l'écoulement contrôlé de matières solides finement divisées, depuis une alimentation unique de ces matières, séparément dans différents récipients ou dans un récipient unique, en des points différents de celui-ci, sans exiger l'emploi d'un dis- positif séparé de contrôle de l'écoulement pour chaque récipient ou chacun desdits points, et sans exiger à cet effet l'emploi de dispositifs de con- trôle de l'écoulement, agencés à l'extérje r Gu récipient contenant les matières solides.
L'invention est basée sur l'idée fondamentale selon laquelle, lorsqu'une masse de matières solides finement divisées, s'étendant en hau- teur,vient à reposer sur une surface de support des matières solides, cel- les-ci s'appuieront normalement sur cette surface en formant un talus na- turel au repos, à condition que la surface de support soit assez grande pour contenir l'angle d'éboulement ou angle naturel de repos, tandis que si l'angle de repos du talus est dérangé dans une mesure suffisante par un courant de gaz de mise en mouvement, appelé gaz moteur, les matières soli- des au repos seront ameublies et s'écouleront par gravité par-dessus le bord de la surface de support des matières solides.
Dans ces conditions, la vitesse à laquelle ces matières solides s'écoulent de la surface de support est contrôlée par le réglage de la quantité de gaz moteur utilisée pour déranger l'angle naturel de repos desdites matières.
D'une manière générale la présente invention propose d'utiliser la tendance à s'écouler par gravité qu'ont les matières solides finement divisées, pour réaliser l'écoulement contrôlé de ces matières depuis une alimentation unique de celles-ci, et elle préconise d'accomplir cela en formant une masse de telles matières solides, s'étendant verticalement et pourvue d'une sortie de décharge dirigée latéralement, une surface de sup- port de ces matières solides s'étendant de cette sortie jusque dans la mas- se de matières solides, ladite surface de support ayant une superficie suf- fisante pour contenir l'angle du talus naturel des matières solides lors- qu'elles se trouvent normalement au repos sur ladite surface.
un courant de gaz moteur ou de mise en mouvement desmatières solides est projeté à travers la masse de matières solides, de façon à s'échapper par la sortie dirigée latéralement, le volume de ce courant de gaz qui s'échappe étant tel que sa vitesse à travers la sortie soit suffisante pour remuer les ma-
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tières solides au repos et les déviers à travers la sortie de façon à s'écou- ler de celle-ci, et la vitesse de l'écoulement des matières solides de la' sortie est contrôlée en réglant la quantité de gaz projeté qui s'échappe par la sortie..
Une importante particularité de l'invention réside dans le fait que la masse de matières solides dont provient le courant de solides est une masse compacte de matières solides reposant plus ou moins statiquement dans son récipient et doit être distinguée d'une masse fluidifiée de matières so- lides, telle qu'elle sera décrite ci-après. Une autre particularité réside dans le fait que le courant de gaz de mise en mouvement des solides, qui est projeté à travers les solides, a une très faible vitesse de masse, dont l'é- nergie peut être juste suffisante pour ébranler les solides au repos et les obliger à s'écouler de la sortie à la vitesse désirée.
Encore une autre particularité de l'invention réside dans la pré- vision d'un appareil échangeur de chaleur pour utiliser d'une manière unifor- me et efficace la chaleur sensible de particules solides finement divisées se trouvant en suspension dans le gaz. cet échangeur de chaleur convient au traitement de solides en suspension provenant d'une source appropriée quelconque, mais est particulièrement apte au traitement de solides en sus- pension à forte concentration.
Il est connu de faire passer des particules solides chaudes en suspension, de bas en haut à travers des tubes échangeurs de chaleur géné- ralement verticaux et de récupérer ainsi leur chaleur sensible, Les con- centrations de solides pouvant être admises dans ces appareils connus sont toutefois limitées à une faible valeur s'il faut maintenir une vitesse uniforme de passage des solides à travers l'échangeur, cela est dû au dérangement de l'équilibre de la suspension gaz-solides entrant dans l'ap- pareil, qui résulte du refroidissement des gaz et des solides ayant lieu dans l'appareil et provoquant une recirculation interne ou rétro-mélange de solides dans l'échangeur de chaleur proprement dit.
Cette recirculation interne des solides a manifestement pour effet :
1) de diminuer momentanément la vitesse à laquelle les solides sont déchargés de l'échangeur, jusqu'à une vitesse inférieure à celle à laquelle les solides sont initialement amenés dans l'appareil, cela est dû au fait que certains solides sont retenus dans 1-'échangeur pour la recir- culation dans celui-ci;
2) d'augmenter anormalement la concentration de solides dans l'é- changeur de chaleur pendant la période de vitesses de décharge réduites;
3) d'augmenter alors la décharge de solides jusqu'à une vitesse correspondant à la concentration de solides anormalement accrue;
et puisque la vitesse de décharge des solides aux concentrations anormale- ment élevées est beaucoup plus grande que la vitesse initiale d'alimenta- tion des solides, la concentration des solides à l'intérieur de l'échan- geur de chaleur décroit depuis une valeur anormalement élevée jusqu'à une valeur plus basse.
Le résultat final de ce phénomène est une vitesse cyclique de pas- sage des solides à travers l'échangeur, qui varie d'une vitesse plus faible que la vitesse d'alimentatiomn initiale jusqu'à une vitesse considérablement plus grande que celle-ci. La vitesse cyclique de passage des solides pro- voque des fluctuations dans l'opération d'échange thermique. En outre, un échangeur de chaleur à fonctionnement cyclique ne peut pàs être utilisé comme source sûre de solides refroidis en vue de leur emploi pour la re- mise en circulation comme moyen de réglage de la température.
La perturbation cyclique décrite ci-dessus devient de plus en plus gênante à mesure que la grandeur des particules solides dans la sus- pension d'alimentation diminue et/ou que la concentration de solides dans l'alimentation est augmentée, ce qui constitue un sérieux inconvénient puisqu'il est toujours désirable de maintenir des concentrations élevées
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de fines particuless solides à l'intérieur de la chambre d'échange thermique, afin d'augmenter l'efficacité du processus de transmission de-chaleur.
Il a maintenant été découvert que cette perturbation cyclique peut être évitée à l'intérieur d'une chambre verticale d'échange thermique, de sorte qu'il est possible d'enlever des solides refroidis du système d'é- change thermique, à une vitesse uniforme qui est sensiblement égale à la vi- tesse à laquelle ces solides sont initialement amenés à la chambre d'échan- ge thermique, notamment en prévoyant une zone de stabilisation de températu- re sensiblement uniforme qui est située directement au-dessus de-la cham- bre thermique et qui communique avec celle-ci, De cette façon, on exerce un effet amortisseur sur la suspension dans la chambre d'échange thermique, grâce au fait que, dans la zone de stabilisation, les vitesses des gaz se stabilisent manifestement et la recirculation interne des solides diminue,
avec le résultat que la concentration anormalement élevée des solides dé- croît jusqu'à une valeur plus faible telle que la vitesse à laquelle les so- lides sont déchargés de la zone de stabilisation se stabilise à une vitesse sensiblement égale à la vitesseà laquelle ces solides entrent initialement dans la chambre d'échange thermique. De ce fait, le fonctionnement de l'é- changeur de chaleur devient, dans son ensemble, plus efficace et plus unifor- me, puisque la vitesse de passage des solides est maintenue sensiblement uni- forme et que la quantité de chaleur récupérée par unité de temps sera uniforme et pourra etre déterminée d'avance pour toute vitesse donnée d'ali- mentation des solides dans l'échangeur de chaleur.
En outre, on peut main- tenir constamment des concentrations élevées de particules solides fines dans l'échangeur de chaleur, en augmentant ainsi l'efficacité de la transmission de chaleur totale,
Conformément à cette particularité de l'invention, la zone de stabilisation située au-dessus de l'échangeur de chaleur proprement dit est une zone verticale isothermique, où il n'existe plus de gradient de température de la paroi jusqu'au centre et dans laquelle les effets de re- circulation interne diminuent graduellement tandis que la concentration dé- croît jusqu'à une densité qui est en équilibre avec la vitesse initiale d'a- limentation des solides,
A titre démonstratif, certains modes de réalisation de l'inven- tion seront décrits ci-après avec référence aux dessins annexés.
Etant donné que la Fig 3 montre une réalisation comportant un réactor ou vase de réaction de matières solides fluidifiées, il sera utile d'exposer sommairement la nature et le fonctionnement de réactors de ce genre utilisés pour effectuer des opérations de fluidification de matiè- res solides.
Dans la technique de fluidification des solides pour le traite- ment de matières solides finement divisées, un lit de ces matières solides est en général maintenu à l'état d'une suspension homogène et dense, se trouvant en mouvement, se comportant comme un liquide turbulent et présen- tant un niveau fluide. Cela est obtenu en faisant passer à travers le lit un courant ascensionnel de gaz à une vitesse suffisante pour augmenter con- sidérablement la hauteur du lit et maintenir ses particules en suspension turbulente dans le courant de gaz ascensionnel, mais cependant à une vites- se insuffisante pour que les gaz puissent entraîner une quantité apprécia- ble de particules solides et les enlever ainsi du réactor.
Dans de telles conditions, le lit est appelé un lit fluidifié, Le niveau fluide de ce lit fluidifié est maintenu par l'emploi d'un dispositif de décharge des solides, de sorte qu'à mesure qu'on introduit plus de particules solides dans le lit, l'augmentation de hauteur du lit qui en résulte produit la décharge d'autres particules de ce lit.
Grâce à la turbulence des lits fluidifiés, l'échange thermique par et entre les particules formant ces lits ést presque instantané, de sor- te que si deux charges de particules ayant des températures différentes sont mélangées dans un lit fluidifié,le mélange qui en résulte prendra presque instantanément une température intermédiaire entre les températures des deux dites charges.
En outre, cet échange thermique rapide crée une température
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pratiquement uniforme dans toute l'étendue du lit,
Dans les dessins annexés : la Fig. 1 illustre les détails de l'idée fondamentale de l'in- vention; la Fig. 2 montre les détails d'une variante de l'invention;
la Fig. 3 montre une réalisation de l'invention en combinaison avec un réactor pour matières solides fluidifiées, coopérant avec une installation extérieure de dépoussiérage, ainsi qu'un dispositif extérieur pour le chargement de l'échangeur de chaleur, et la Fig. 4 montre un échangeur de chaleur disposé verticalement, convenant spécialement pour recevoir et utiliser efficacement des concen- trations élevées de particules solides entraînées par du gaz. la Fig. 1 illustre l'idée fondamentale de la présente inven- 'tion. Cette figure montre une partie d'une chambre 437 contenant des matières solides. Une sortie 438 supportant des solides et s'étendant la- téralement, est prévue pour supporter des solides et pour les guider de fa- çon à s'écouler par l'orifice de sortie 430 lorsque des conditions appro- priées existent dans la chambre.
En Fig. 1, la sortie 438 est un conduit de forme générale cylindrique. Des matières solides finement divisées in- troduites dans la chambre 437 forment dans celle-ci une masse dense de par- ticules solides 440. Dans des conditions normales - c'est-à-dire sans que du gaz moteur ou de mise en mouvement ne s'écoule par la sortie 438 - les particules solides de la masse 440 reposent sur la surface inférieure de la sortie 438 suivant un talus naturel au repos. Lorsque du gaz moteur est toutefois conduit à travers la masse de solides pour s'échapper par l'ouver - ture libre 430 de la sortie 438, ledit talus au repos est détruit et les solides sont délogés de façon qu'ils s'écoulent par la sortie.
La Fig. 1 montre 'des solides qui s'écoulent de la sortie et le passage de gaz moteur à travers la masse de solides est indiqué par des flèches. La sortie 438 doit avoir une longueur suffisante e être conformée de telle façon qu'elle contiendra le talus naturel au repos que formera la masse de matières soli- des lorsqu'on ne fait pas passer de gaz moteur à travers cette masse. la Fig. 2 montre les détails d'un dispositif de décharge tel que 35 ou 135 de la Fig. 3. Dans la Fi;, 2, une colon¯ne ou un tuyau verti- cal 537 est prévu pour recevoir des matières solides finement divisées, à traversson extrémité supérieure 547, une tubulure 538 supportant les so- lides, qui s'étend latéralement et présente une extrémité ouverte 530, est attachée à l'extrémité inférieure du -tuyau 537.
Un conduit 539, muni d'une valve 539a, pénètre dans le tuyau 537 à un niveau intermédiaire situé à une distance appréciable au-dessus de l'extrémité ouverte 530. Lorsque des so- lides sont introduits dans le tuyau vertical 537 par son extrémité ouverte 547 , ils forment dans celui-ci une colonne dense de matières solides 540.
A mesure que cette colonne de solides s'accumule, elle forme une colonne primaire de solides PC de hauteur pratiquement constante et s'étendant de- puis le fond de la tubulure 538 jusqu'à un niveau situé dans la région où le conduit 539 pénètre dans le tuyau 537. Cette colonne primaire pc de hau- teur constante forme un joint permanent contre les gaz pour empêcher des fuites indésirables de gaz à travers le tuyau 537. Le niveau supérieur de la colonne primaire PC se trouvera en général un peu au-dessus du ni- veau du conduit 539 et en aucun cas le niveau supérieur de la colonne'primai- re PC ne se trouvera au-dessous du niveau du conduit 539.
En supposant que le gaz moteur soit amené à une vitesse déter- minée par le conduit 539, les solides entrant dans le tuyau 537 formeront, après avoir d'abord formé la colonne primaire à hauteur constante pC, une colonne secondaire SC de hauteur variable s'étendant au-dessus du point d'en- trée du gaz. Lorsque la colonne secondaire SC atteint une hauteur suffisan- te pour offrir à l'écoulement du gaz moteur vers le haut une résistance plus grande que celle offerte par la colonne primaire pc à l'écoulement du gaz moteur vers le bas, une partie du gaz sera déviée vers le bas depuis son
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point d'entrée et descendra à travers le tuyau 537 pour s'échapper par l'extré- mité ouverte 530 de la tubulure 538.
En sortant par cette extrémité ouverte 530, ce gaz détruit l'angle normal du talus de solides au repos, en délogeant ainsi les solides et en provoquant leur écoulement par l'extrémité ouverte 530.
La vitesse à laquelle les solides s'écoulent de l'ouverture ouver- te 530 dépend de la quantité de gaz moteur déviée vers le bas à travers le tuyau 537, et la quantité de gaz ainsi déviée dépend, à son tour, de la hauteur de la colonne secondaire SC. La hauteur de la colonne secondaire varie en fonction de la vitesse d'introduction des solides dans le tuyau 537. Ainsi, lorsque la vitesse d'alimentation des solides augmente, à la fois la hauteur de la colonne secondaire SC et la quantité de gaz déviée vers le bas à travers le tuyau ver- tical augnentent, ce qui se traduit par une augmentation de la vitesse de dé- charge des solides par l'ouverture 530.
Dans cette forme de réalisation de --- l'invention, la vitesse à laquelle les solides sont déchargés par l'ouverture 530 est donc,contrôlée en réglant la vitesse à laquelle les solides sont intro- duits dans le tuyau 537. Dans le cas où l'alimentation de solides est arrêtée la décharge de solides par l'ouverture 530 continuera à une vitesse réduite jusqu'à ce que la colonne secondaire SC soit descendue pour former la colonne primaire PC.
A ce moment, tout le gaz moteur amené s'écoulera vers le haut à travers le tuyau vertical et la colonne primaire PC restera stationnaire dans le tuyau vertical et se trouvera au repos dans la tubulure 538 de support des solides, assurant ainsi un joint contre les gaz à l'intérieur dudit tuyau, bien que l'écoulement de solides de celui-ci ait cessé,
Dans la Fig. 2, la quantité totale de gaz moteur amenée est figurée par quatre flèches et l'on constate que la colonne secondaire SC a une hauteur suffisante pour qu'approximativement la moitié de cette quantité totale de gaz soit déviée vers le bas à travers le tuyau vertical.
Dans la Fig. 3, le réactor ou vase de réaction R comprend un corps cylindrique 11 muni d'une paroi extérieure métallique 12 et d'un revêtement 13 en matière réfractaire. Le réactor comprend un couvercle 14 et un fond conique 15 qui est pourvu d'un obturateur 16 permettant le nettoyage, une plaque de contraction 17 munie d'ouvertures 18 est agencée dans le fond du réactor et s'étend sur toute la section transversale de celui-ci, ladite pla- que étant destinée à supporter un lit fluidifié de matières solides 19, au- dessus duquel existe un espace libre 20. par le conduit 23 qui est pourvu d'une valve 23a, du combustible peut être amené directement au lit fluidifié 19.
De l'air de fluidification est introduit sous la plaque 17 par le con- duit 22 muni d'une valve 22a, En cas de besoin, du combustible pour la mise en marche peut être amené par le conduit 24 pourvu d'une valve 24a, pour être brûlé dans un brûleur non montré dans le dessin. Les gaz d'échappement quit- tent le réactor par le conduit 25 qui est muni d'une valve 25a, Des solides venant du dispositif d'alimentation 35 sont introduits dans le réactor par le conduit d'alimentation 30.
Le dispositif d'alimentation 35 comprend une trémie de chargement 36 dans laquelle les solides sont introduits comme indiqué par la flèche. Un tuyau généralement vertical 37 est attaché au fond de la trémie 36, lequel tuyau se termine par une partie 38 s'étendant latéralement et supportant les solides, qui relie le tuyau 37 au conduit d'alimentation 30. Ce dernier peut pénétrer dans le lit 19, comme montré dans le dessin, ou bien il peut s'arrê- ter dans l'espace libre 20, de sorte que les solides amenés tombent à travers cet espace libre dans le lit 19. Du gaz moteur est amené dans le tuyau 37 par le conduit 39 qui est muni d'une valve 39a
Les gaz sortant du réactor par le conduit 25 entrent dans l'appa- reil de dépoussiérage 45, où les solides entraînés sont séparés des gaz.
Les gaz exempts de poussières quittent l'appareil 45 par le conduit 46, tandis que les solides séparés sont évacués par la sortie 47 vers le dispositif de dé- charge 135. Celui-ci comprend un tuyau vertical 137 qui se termine par une partie 138 s'étendant latéralement et supportant les solides, qui relie le tuyau 137 au conduit de décharge 130. Du gaz moteur est amené dans le tuyau 137 par le conduit 139 et la quantité de gaz est 'réglée par la valve 139a.
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Les solides déchargés de l'appareil .dépoussiéreur 45 tombent à tra- vers la sortie 47 dans le tuyau 137 où ils forment une colonne dense de solides 140 qui est supportée par le tronçon latéral 138 et forme normalement un talus au repos dans ce tronçon. Lorsque la hauteur de cette colonne dépasse l'entrée de gaz 139, cette colonne exercera une pression sur le gaz amené, en réduisant l'écoulement de ce gaz vers le haut et en déviant une partie de celui-ci vers le bas à travers le tuyau 137 pour sortir par le tronçon latéral 138; en sor- tant de celui-ci, le gaz détruit le talus de solides au repos dans ce tronçon et provoque l'écoulement des solides dans le tuyau de décharge 130.
Lorsque l'évacuation de solides de l'appareil 45 cesse, tandis que l'amenée de gaz par le conduit 139 se poursuit, l'écoulement de solides par le tronçon latéral 138 continuera à vitesse réduite pour s'arrêter lorsque le sommet de la colon- ne 140 a atteint un niveau tel que la colonne n'exerce plus une pression suffi- sante pour dévier du gaz moteur vers le bas dans le tuyau vertical. Dans des conditions normales, lorsque l'écoulement de solides a cessé, le niveau supé- rieur de la colonne 140 se trouvera légèrement au-dessusde l'entrée de gaz 139.,et en aucun cas le niveau supérieur de la colonne 140 ne tombera au-dessous du point où le conduit d'amenée de gaz 139 entre dans le tuyau 137.
Lorsque des solides sont évacués de l'appareil dépoussiéreur 45 et qu'une colonne suffisante de matières solides 140 a été formée pour amorcer l'écoulement de solides du tronçon 138, la vitesse d'écoulement des solides de ce tronçon 138 correspondra à la vitesse à laquelle les solides sont déchargés par la sortie 47 dans le tuyau 137, et toute variation de la-vitesse à laquel- le les solides entrent dans ce tuyau 137 engendrera automatiquement une varia- tion correspondante de la vitesse à laquelle les solides sont déchargés du tronçon 138.
La présence d'une colonne de solides dans le tuyau vertical 137 empêche l'échappement de gaz de l'appareil dépoussiéreur 45 vers le bas dans le tuyau 137, et même lorsqu'il ne sè produit pas d'écoulement de solides du tronçon 138, la colonne résiduelle de solides restant dans le tuyau 137 assu- rera toujours l'étanchéité aux gaz.
Des matières solides peuvent être évacuées du lit fluidifié 19 par le conduit de décharge 247 et le dispositif de décharge 235. Ce dernier com- prend un tuyau vertical 237 à l'extrémité inférieure duquel est attaché un tron- çon de tube 238 s'étendant latéralement et reliant le tuyau 237 à un conduit de décharge finale 230. une admission de gaz moteur 239, munie d'une valve 239a, pénètre dans le dispositif de décharge à un niveau correspondant pratiquement à celui du tronçon de tube 238.
La prévision de l'entrée de gaz 239 à cet endroit permet le contrô- le manuel positif de la vitesse à laquelle les solides s'écoulent du tube 238.
En effet, les solides tombent du lit 19 dans le conduit 247 et puis dans le tuyau vertical 237, où ils forment une colonne dense de matières solides 240 qui prend normalement appui dans le tronçon 238 suivant un talus au repos.
Lorsqu'on désire provoquer un écoulement de solides du tronçon 238, on intro- duit dans celui-ci du gaz par le conduit 239; et la vitesse à laquelle les so- lides s'écoulent du tronçon 238 est contrôlée en réglant la quantité de gaz mo- teur amenée dans celui-ci.
Lorsqu'on désire enlever des solides du lit fluidifié 19 en vue de les transporter par un courant de gaz porteur vers un échangeur de chaleur ou un autre appareil de traitement, ces solides sont enlevés et puis introduits dans le système transporteur par le dispositif représenté dans la partie du dessin montrée à plus grande échelle et entourée d'un cercle, qui est désigné dans son ensemble par 335.
Ce dispositif comprend un conduit de décharge 347 allant du lit fluidifié 19 à une chambre verticale 337. celle-ci est pourvue de plusieurs sorties s'étendant latéralement 342, 343, 344 et 345 qui communi- quent avec un conduit transporteur de solides 350 qui s'étend sur toute la hau- teur de la chambre 337 et est agencé de façon à former un conduit récepteur de solides, qui est commun à toutes les sorties 342, 343, 344 et 345. Un courant ascensionnel de gaz porteur est admis dans le conduit 350 et sa vitesse est ré - glée par la valve 351,
Du gaz moteur est amené dans la chambre 337 par le con- duit 339 et ce conduit agit comme un distributeur de gaz pour amener du gaz En différents points dans la chambre 337, chacun de ces points correspondant à une des sorties. Ces points sont situés pratiquement aux mêmes nivèaux que les
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sorties. Le dessin montre une soupape principale de commande 339a, ainsi qu'u- ne série de soupapes indépendantes de commande 339b, qui permettent aussi bien le contrôle simultané que le contrôle indépendant de la vitesse d'écoulement des solides de chacune'des sorties. Les solides devant être déchargés passent du lit 19 par le conduit 347 dans la chambre 337 et forment dans celle-ci une masse dense de matières solides 340.
Cette masse s'appuie normalement sui- vant des talus au repos dans les différentes sorties. Lorsqu'on désire pro- voquer un écoulement de solides, celui-ci est amorcé en admettant du gaz mo- teur par le distributeur de gaz 339 et la vitesse à laquelle les solides sont déchargés dans le conduit 350 pour être entraînés par le courant de gaz porteur traversant celui-ci est contrôlée en réglant la vitesse à laquelle du gaz mo- teur est amené dans la chambre 337 par le conduit 339. Ce dispositif assure une adjonction accrue de solides au courant de gaz transporteur de solides et permet d'atteindre des concentrations beaucoup plus grandes de solides dans de tels courants de gaz qu'il n'est possible d'atteindre par d'autres métho- des d'addition de solides à de tels courants de gaz.
Lorsqu'on emploie l'un quelconque des dispositifs illustrés pour décharger des solides de récipients sous pression, il peut se présenter des cas où il est impossible d'empêcher la fuite de gaz du récipient vers le bas à travers la colonne de matières solides. En pareil cas, il peut être néces- saire de prévoir un tuyau d'échappement de gaz, muni d'une valve et situé à une certaine distance au-dessus du point d'entrée du gaz. un tel tuyau évacue- rait les gaz de fuite ou gaz emprisonnés indésirables et les empêcherait ainsi d'amorcer l'écoulement de solides lorsque l'amenée de gaz moteur cesse.
Un autre détail de construction non montré dans les dessins est la prévision d'une valve de nettoyage à la base des tuyaux verticaux pour per- mettre un accès facile en vue du nettoyage, Les dispositifs 35, 135, 235 et 335 de la Fig. 3 ne sont pas équivalents, mais constituent des variart es qui sont utiles dans des conditions différentes.
La Fig. 4 montre un échangeur de chaleur E convenant pour recevoir de fortes concentrations de solides dans des gaz et utiliser leur chaleur sensi- ble d'une façon uniformément efficace. Cet appareil peut par exemple être uti- lisé rationnellement en combinaison avec le dispositif 335 de la Fig. 3 ou avec tout autre dispositif transporteur de solides. Lorsqu'il est relié au disposi- tif 335, le conduit transporteur de solides 350 peut être un prolongement du con- duit 350 de la Fig. 3, tandis qu'un conduit de décharge tel que 64 peut être utilisé pour déboucher directement dans la trémie 36 de la Fig. 3 ou même di- rectement dans le conduit 37 de la Fig 3, en un point situé au-dessus du ' point d'entrée du conduit 39.
Dans un tel ensemble, l'échangeur de chaleur E est équipé pour refroidir des solides chauds qui sont déchargés du réactor R de la Fig. 3 et pour ramener dans le réactor une partie voulue de solides refroi- dis, dans le but de contrôler la température.
L'échangeur de chaleur comprend principalement la zone A qui forme la zone d'échange thermique proprement dite, et la zone B qui est la zone de stabilisation.dela suspension de matières solides et dans laquelle la concen- tration des solides en suspension diminue de façon que la vitesse à laquelle les solides sont déchargés de la zone B se trouve en équilibre avec la vitesse à laquelle les solides sont introduits dans la zone A.
La zone A comprend une chemise extérieure dans laquelle circule un réfrigérant 51 qui entoure un conduit transporteur de solides 52 dans le but d'extraire de la chaleur des solides passant par le tuyau 52. Une partie coni- que 74 est prévue à la base de la zone A et présente, à son extrémité inférieu- re, un diamètre intérieur qui est égal au diamètre intérieur du conduit 350.
Le réfrigérant est amené dans la chemise 50 par le conduit 53 et la vitesse d'alimentation est contrôlée par la valve 54. Du réfrigérant chaud ou vapori- sé est évacué de la chemise 50 par le conduit 55 et est envoyé directement vers un endroit de traitement ou d'emmagasinage, ou est éventuellement recyclé par la chemise 50. Des thermocouples sont prévus en 56, 57 et 58 pour vérifier les températures de la suspensions gaz-solides dans le conduit montant 52.
La zone B, désignée dans son ensemble par la référence 60, comprend une enveloppe extérieure 61 et un conduit intérieur 52 pour le transport de so-
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lides. Une couche isolante 62 est prévue entre la paroi extérieure 61 et le conduit transporteur 52. Le tronçon 60 est muni d'un couvercle 63 qui est agencé à une certaine distance au-dessus de la sortie du tuyau transporteur de solides 52.
Les solides chauds en suspension montent dans le conduit 52 par la zone A, ou de la chaleur sensible est enlevée, et puis par la zone B, où la suspension de solides est stabilisée et où sa concentration de matières so- lides diminue, de façon que les solides soient déchargés de l'extrémité supé- rieure du conduit 52 pour ensuite s'écouler ou être soufflés à travers le con- duit 64 (muni d'une valve en 65) et retourner vers le réactor. Si on le dési- re des solides refroidis peuvent être déchargés du système par le conduit 66 qui est pourvu d'une valve én 67.
Dans la'zone A de l'échangeur de chaleur se produit une augmenta- tion de la concentration en solides de la suspension. Théoriquement on peut admettre que cette augmentation est due au refroidissement brusque de la sus- pension de solides qui se produit le long de la périphérie du conduit transpor- teur 52 et que ce refroidissement rompt l'équilibre de la suspension montante de solides dans le gaz, en provoquant ainsi une rétro circulation interne dans la zone A du conduit 52, de sorte que la concentration de solides dans cette zone augmente considérablement par rapport à celle existant dans la suspension entrant dans l'appareil.
Lorsque cette suspension de concentration accrue mon- te dans la zone B, il se produit apparemment une opération stabilisatrice et, pour une raison ou une autre, la concentration de solides dans la suspension diminue progressivement jusqu'à un point où il existe pratiquement un équili- bre avec la vitesse à laquelle les solides sont initialement amenés dans la zone A. Gela signifie que la concentration de solides dans la suspension quit- tant l'extrémité supérieure du conduit 52 est telle que la vitesse à.laquelle les solides sont déchargés de celui-ci soit sensiblement égale à la vitesse à laquelle les solides entrent initialement dans la zone A par le conduit 350.
Le résultat final est alors que, bien qu'il existe une concentration accrue de solides dans la zone A, les solides sont cependant déchargés du sommet de la zone B à une vitesse uniforme qui est sensiblement égale à la vitesse à laquel- le les solides sont initialement amenés dans la zone A.
Ce passage uniforme de solides permet à l'opérateur de contrôler étroitement la température dans le réactor parce qu'il peut recycler vers ce- lui-ci des solides froids à une vitesse uniforme. En outre, l'extraction de chaleur de la suspension montant à travers la zone A est également uniforme et, par conséquent, la chaleur est directement utilisable sans qu'il soit né- cessaire d'effectuer des ajustements continuels afin de l'amener dans des li- mites de température prescrites.
La construction de la zone de stabilisation B doit être telle qu'il existe un espace suffisant pour permettre la réduction de la concentration de solides et pour permettre à la vitesse de décharge des solides de se mettre en équilibre avec la vitesse à laquelle les solides sont amenés initialement dans la zone A. Gela signifie que la construction de la zone B, principalement à sa longueur, variera en fonction de la finesse des solides traités, ainsi qu'en fonction de la concentration des solides dans la suspension d'alimentation ini- tiale. Il a toutefois été constaté qu'en règle générale une zone de stabilisa- tion ayant une longueur égale aux trois quarts de celle de la zone d'échange thermique fonctionnera d'une manière satisfaisante et assurera un grand .coef- ficient de sécurité de construction.
Bien qu'on ait décrit un système échangeur de chaleur comportant un seul conduit transporteur de solides, il est bien entendu que l'invention est tout aussi bien réalisable avec des conduits multiples dans la chambre d'é- change thermique ou dans la chambre de stabilisation, ou dans les deux chambres.
En outre, des matières solides peuvent être introduites dans l'échan@eur de chaleur E depuis une source appropriée quelconque capable de charger-un courant de gaz porteur de matières solides.
Exemple 1.
On a effectué des essais de laboratoire en employant un dispositif
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semblable à celui illustré dans la Fige 2 ou formé des ensembles 35 et 135 de la Fig.3, pour la manutention de solides calcaires finement divisés ayant un diamètre moyen de 100 microns. on a utilisé un tuyau montant ayant un diamètre intérieur de 2" (environ 50,8 mm) A l'extrémité inférieure du tuyau était fixé un coude standard de 2" avec réduction et un raccord ayant un diamètre intérieur de 1/2" et une longueur de 1", de façon à former un tuyau montant ayant un diamètre intérieur de 2" et une sortie décalée latéralement à son extrémité infé- rieure et ayant un diamètre intérieur de 1/211. Une entrée de gaz était prévue à une distance de 9" au-dessus de l'ouverture de décharge.
L'admission d'air était de 0,045 CFM (cubic feèt/minute : pieds cubes par minute; 1 CFM = 28,315 dm3/minute)., l'air étant à 20 C et à 1 atmosphère.
Des solides calcaires fins (grandeur moyenne de 100 microns) ont été introduits dans l'extrémité supérieure du tube montant, dans lequel on a formé une colon¯ne primaire de 9". En poursuivant l'alimentation, on a formé une colonne secondaire et les solides ont commencé à s'écouler par l'ouverture de décharge inférieure.
A une vitesse d'alimentation des solides de 213,5 livres (1 livre = 453,6 gr.) par heure, il s'est formé une colonne secondaire d'une hauteur de 1,3 pied (1 pied = 30,48 cm) et les solides s'écoulaient de l'ouverture de dé- charge à une vitesse de 213,5 livres par heure.
Lorsque la vitesse d'alimentation des solides était portée à 480 livres par heure, la colonne secondaire atteignait une hauteur de 2,15 pieds et la vitesse de décharge des solides était de 480 livres par heure.
Une nouvelle augmentation de l'alimentation de solides jusqu'à 539 livres par heure donnait lieu à la formation d'une colonne secondaire de 3,1 pieds de hauteur et la vitesse dé décharge des solides montait à 539 livres par heure.
Dans tous les cas, la colonne secondaire s'établissait à un niveeu constant lorsque l'équilibre était atteint entre la vitesse d'alimentation et la vitesse de décharge. Des variations de la vitesse d'alimentation provoquaient un ajustement automatique de la hauteur de la colonne secondaire à un nouveau niveau d'équilibre.
Les pertes de poussières étaient réduites grâce au fait que les so- lides avaient l'occasion de se déposer en passant par la phase à colonne dense.
Exemple II.
On a effectué des essais de laboratoire en employant un dispositif semblable à celui illustré par l'ensemble 235 de la Fig. 3. On a utilisé un tuyau montant ayant un diamètre intérieur de 1" et à l'extrémité inférieure duquel était fixé un raccord en T d'un diamètre intérieur de 1 1/4 il, qui s'é- tendait latéralement et présentait une extrémité fermée dans laquelle péné- trait un tube de 1/4"pour l'amenée de gaz moteur. L'extrémité ouverte du T était munie d'un court manchon de 1 1/4".
Du sable, dont les particules avaient une grandeur moyenne comprise entre 40 et -20 Tyler screen Mesh (mailles de ta- mis système Tyler), était déversé de façon continue dans l'extrémité supérieure du tuyau montant et la vitesse à laquelle le sable s'écoulait de l'extrémité libre du T était contrôlée en réglant la quantité de gaz amenée par le conduit d'alimentation de gaz. De l'air a été employé comme gaz moteur.
En travaillant dans les conditions indiquées, on a obtenu les résul- tats suivants :
EMI10.1
<tb> Gaz <SEP> moteur <SEP> en <SEP> CFM <SEP> (pieds <SEP> Vitesse <SEP> d'écoulement <SEP> des
<tb>
<tb>
<tb> cubes <SEP> par <SEP> minute) <SEP> solides,
<tb>
<tb>
<tb> (Air <SEP> à <SEP> 20 C <SEP> et <SEP> 1 <SEP> atmosphère), <SEP> en <SEP> livres <SEP> par <SEP> minute.
<tb>
<tb>
<tb>
0 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb> 0,6 <SEP> 2,1
<tb>
<tb>
<tb> 0,75 <SEP> 5,0
<tb>
<tb>
<tb> 0. <SEP> 90 <SEP> 9,3
<tb>
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EMI11.1
<tb> Gaz <SEP> moteur <SEP> en <SEP> CFM <SEP> (pieds <SEP> Vitesse <SEP> d'écoulement <SEP> des
<tb> cubes <SEP> par <SEP> minute) <SEP> solides,
<tb> (Air <SEP> à <SEP> 200 C <SEP> et <SEP> 1 <SEP> atmosphère), <SEP> en <SEP> livres <SEP> par <SEP> minute.
<tb>
<tb>
1,00 <SEP> 12,8
<tb> 1,la <SEP> 16,8
<tb> 1,25 <SEP> 26,4
<tb>
Exemple III.
Dans des essais de laboratoire, on a employé un dispositif similai- re à l'ensemble 335 de la Fig. 3,
Dans l'appareil utilisé, les dimensions de la chambre de réception des solides étaient de 4' x 3" x 2 1/2". Un conduit ayant un diamètre intérieur de 1 1/211 pour alimenter la chambre en solides finement divisés, allait d'un réactor de laboratoire à solides fluidifiés, ayant un diamètre intérieur de 4", vers la partie supérieure de ladite chambre. Huit sorties de décharge s'éten- dant latéralement étaient réparties sur un côté de la chambre et pénétraient dans celle-ci. Ces sorties avaient un diamètre intérieur de 3/8" et pénétraient latéralement'dans la chambre sur une distance de 1".
Les huit sorties étaient disposées par paires à quatre niveaux différents, dont le premier se trouvait à 2" au-dessus du fond de la chambre, et dont les autres se trouvaient plus haut, à des intervalles de 10"; Huit entrées d'air moteur pour la mise en mouve- ment des solides étaient prévues par paires sur lesdits quatre niveaux, de sor- te qu'une entrée de gaz correspondait à chaque sortie de solides et qu'il exis- tait, entre chaque sortie et son entrée de gaz correspondante, un chemin de moindre résistance à travers les solides, suivant lequel le gaz amené par l'entrée traversait les solides pour s'échapper par la sortie de solides cor- respondante. Chaque entrée de gaz était munie d'une valve d'écoulement cri- tique pour contrôler le flux de gaz moteur.
Il a été fait usage d'un tube transporteur de solides, qui a un dia- mètre intérieur de 1 1/2". Sur une longueur de 4', ce conduit présentait une section rectangulaire de 1/2 " x 3", Ce tronçon de 4' de longueur était fixé extérieurement à la chambre de réception des solides, du même côté que les sor- ties de décharge des solides, ledit tronçon étant commun à toutes les sorties, de façon à réaliser une décharge accrue de solides.
Après la longueur de la chambre de réception des solides, le con- duit reprenait sa forme originale et passait, sur une distance de 9', à tra- vers un échangeur de chaleur pourvu d'une chemise à circulation de fluide , d'un diamètre intérieur de 2", après quoi le conduit pénétrait dans l'espace libre du réactor à solides fluidifiés.
Du concentré de zinc dont les particules avaient un diamètre moyen de 67 microns, a été introduit dans le réactor et a été chauffé dans des con- ditions de fluidification. Des solides étaient déchargés dans la chambre de réception des matières solides par le conduit d'alimentation, en remplissant ainsi ladite chambre avec une masse compacte de solides. On a fait circuler de l'eau de refroidissement dans la chemise de l'échangeur de chaleur.
Un courant montant de gaz transporteur de solides a été amené au conduit transporteur de solides. Ce gaz était amené à une vitesse de 8,5 CFM (à 20 C et une pression de 1 atmosphère) et atteignait une vitesse ascensionnel- le d'environ 14 pieds par seconde dans le conduit exempt de matières solides.
Du gaz moteur pour la mise en mouvement des matières solides était amené à chaque entrée de gaz à une vitesse d'approximativement 0,06 CFM (à 20 C et une pression de 1 atmosphère) et passait par chaque sortie de solides à une vitesse linéaire d'environ 0,75 pied par seconde, cette dernière vitesse étant celle du gaz passant à travers les sorties de décharge lorsqu'il n'y a pas de solides dans celles-ci.
Dans ces conditions, on a atteint une concentration de solides de 12 livres par pied cube (environ 192 g par dm3) dans le conduit transporteur de solides. En outre, l'écoulement de solides était uniforme dans le conduit et l'on n'a pas constaté de ralentissement, ni d'écoulement intermittent.
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on a fait circuler les solides continuellement en circuit ferme, du lit fluidifié du réactor à travers un échangeur extérieur de chaleur poûr retourner ensuite dans le réactor, et l'on a atteint dans le conduit transpor- teur de solides une concentration de solides sensiblement plus grande que cel- le qui pouvait être atteinte précédemment.
Exemple IV.
Dans un essai pratique, l'invention a été appliquée pour récupérer la chaleur sensible de sable chaud.
L'appareil employé comprenait une chambre d'échange thermique com- portant un conduit intérieur pour le transport de solides ou élévateur ayant un diamètre intérieur de 2" et une longueur totale de 9 pieds. Autour de cet élévateur était prévue une chemise construite de façon à ménager un espace entre les parois de l'élévateur et les parois de la chemise. Une admission était prévue au bas de la chemise, tandis qu'une sortie d'eau était prévue à l'extré- mité supérieure de celle-ci,
Une chambre de stabilisation était agencée directement au-dessus de la chambre d'échange thermique et était raccordée à celle-ci, de telle fa- çon que l'élévateur à travers la chambre d'échange thermique et la chambre de stabilisation était un conduit pratiquement continu.
A l'intérieur de la cham- bre de stabilisation, l'élévateur avait également un diamètre de 2 pouces, tandis que sa longueur y était de 2 1/2 pieds. Une couche d'isolant entourait l'élévateur et la chambre de stabilisation, de façon à rendre la chambre pra- tiquement isothermique, de sorte qu'il ne s'y produisait pratiquement pas de transfert de chaleur. Une sortie était prévue à l'extrémité supérieure de la chambre de stabilisation pour permettre la décharge des gaz et solides refroi- dis.
Comme matière solide, on a employé du sable dont les particules a- vaient une grandeur moyenne passant par le tamis de 35 mailles (système Tyler), mais restant sur le tamis de 325 mailles (système Tyler). Ce sable a été chauf- fé et ensuite mis en suspension dans un courant ascensionnel de gaz porteur pour former une suspension gaz-solides ayant une température d'environ 824 Fahrenheit. Cette suspension a été amenée dans l'échangeur de chaleur à une vitesse telle que 928 livres de matières solides étaient introduites dans la chambre d'échange thermique, avec 37,2 livres d'air par heure. De l'eau était introduite dans la chemise d'eau à raison de 774 livres par heure, la même quantité d'eau étant évacuée de celle-ci.
L'eau avait une température d'entrée de 104 F et une température de sortie de 185.9 F.
Après que l'équilibre eut été atteint, des solides étaient déchar- gés de la chambre de stabilisation à raison de 928 livres par heure, à une tem- pérature de 545 F.
Dans ces conditions,la chaleur a été extraite de la suspension gaz- solides, par l'eau, à raison de 63.100 BTU par heure (British Thermal Unit BTU = 252 petites calories.)
En cours d'opération, la concentration réelle de solides dans l'é- lévateur vertical a été mesurée et l'on a constaté qu'elle était de 4,71 livres de matières solides par pied cube de suspension gaz-solides dans l'élévateur.
Il convient de noter la différence sensible avec une concentration d'environ 1,7 livres par pied cube de suspension, à laquelle on devait normalement s'at- tendre dans l'élévateur lorsqu'on travaille dans les conditions spécifiées, Après avoir atteint l'équilibre, le fonctionnement de l'échangeur de chaleur était uniforme. Les solides ont été déchargés de la chambre de stabilisation à une vitesse uniforme et pratiquement égale à la vitesse à laquelle ils ' étaient amenés dans la chambre d'échange thermique.
En outre, la température des solides déchargés restait uniforme, de sorte qu'ils pouvaient être direc- tement employés comme moyen de contrôle de la température en les ramenant dans un réactor à solides fluidifiés, de façon à diminuer la température dans celui- ci et à maintenir ainsi la température du réactor dans les limites voulues