WO1983001995A1 - Procede et appareil de traitement de particules solides a l'aide d'un fluide - Google Patents

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WO1983001995A1
WO1983001995A1 PCT/FR1982/000202 FR8200202W WO8301995A1 WO 1983001995 A1 WO1983001995 A1 WO 1983001995A1 FR 8200202 W FR8200202 W FR 8200202W WO 8301995 A1 WO8301995 A1 WO 8301995A1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B17/00—Machines or apparatus for drying materials in loose, plastic, or fluidised form, e.g. granules, staple fibres, with progressive movement
    • F26B17/10—Machines or apparatus for drying materials in loose, plastic, or fluidised form, e.g. granules, staple fibres, with progressive movement with movement performed by fluid currents, e.g. issuing from a nozzle, e.g. pneumatic, flash, vortex or entrainment dryers
    • F26B17/101—Machines or apparatus for drying materials in loose, plastic, or fluidised form, e.g. granules, staple fibres, with progressive movement with movement performed by fluid currents, e.g. issuing from a nozzle, e.g. pneumatic, flash, vortex or entrainment dryers the drying enclosure having the shape of one or a plurality of shafts or ducts, e.g. with substantially straight and vertical axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles

Definitions

  • the present invention relates to a process and apparatus for the treatment of solid particles using a fluid serving both to transport them and to carry out a transfer of material and / or heat between the various phases. . in the presence.
  • the invention relates in particular to design and construction improvements made to pneumatic transport drying devices and to chemical engineering reactors based on a similar principle.
  • the invention consists in treating more or less moist and more or less consistent solid particles in a tubular column, most often vertical, using one or more fluids which serve both to transport them, and to transfer material and / or heat between the various phases involved.
  • Devices of this type find numerous applications in the chemical, parachemical, biological and agro-food industries, for example. This is why the devices of the present invention will be designated several times in the description under the generic term of reactors, although they may also only be used for thermal treatment operations such as drying or more or less total pyrolysis.
  • Devices comprising a single vertical tube or several vertical tubes mounted in successive pins and used both for drying powders, fibers or any particular substances, as well as for carrying out chemical or biological reactions in heterogeneous phase by fluidization of particles -of materials such as a catalyst in one or more liquid or gaseous phases.
  • Another way of improving the contact between the phases involved consists in modifying the shape of the tube, so that one no longer has recourse to a straight cylindrical tube, but to a tube of section for example parallelipipedic formed of successive seghi ' ents assembled one on the other according to a broken line of elements of equal length forming between them obtuse equal and opposite angles.
  • a practice known in the pneumatic handling of pulverulent solids to lead to the construction of "zig-zag separators", is not suitable for conveying and placing in the presence of gas and pulverulent solid phases when the particle size distribution of the particles constituting the latter is too widely dispersed.
  • French patent n ° 76 34 846 of November 17, 1976 proposed to return to the design usual smooth tube when filling however the interior of the latter with corners or tabs suitably sized with respect to the section of the duct, the rate of ascent of the circulation fluid, the minimum rate of fluidization of the particles transported, and their slope angle, when they are heaped at rest.
  • These obstacles or baffles distributed at appreciably regular intervals inside the column forming the reactor constitute a plurality of fluidization stages in which the mixing is intense, the particles in circulation between two successive baffles traveling several times in alternately ascending and descending direction the distance between the two baffles before being transferred to the stage immediately above that in which they were previously.
  • French patent n ° 1,192,565 has recommended using a convergent / divergent injector device mounted in a drying chamber and thereby causing automatic recycling of the air and the material to be dried inside the drying chamber.
  • O tf. V V ⁇ . ' II the ent on the outer surface of the drying chamber in its upper part in order to increase the drying potential by increasing the dry temperature and decreasing the relative humidity of the drying air, while increasing the swirling of transported particles in proportion to their individual masses.
  • Such a dryer has various notable advantages, such as in particular that of allowing the transport of particles of small diameter.
  • the object of the invention is therefore to eliminate the various drawbacks of the state of the art by improving the known methods and apparatuses used for drying by pneumatic transport as well as for the execution of continuous chemical reactions in heterogeneous phase between solid and / or liquid and gaseous products.
  • the process for treating solid particles with the aid of a fluid both serving to transport them transfer of material and / or heat between the various phases present uses a fluidized mixture of solid particles suspended and in natural circulation in the fluid inside an enclosure.
  • the fluidized mixture is subjected inside said enclosure on its path to vortex movements in a plurality of cells.
  • the fluidized mixture undergoes in each cell or portion of the enclosure a vortex movement effecting a partial recir ⁇ culation of the fluidized mixture so as to increase its residence time in the treatment enclosure.
  • a supplementary flow of fluid is additionally introduced into at least one of the cells in order to provide a quantity of movement creating or increasing the vortex movement of the mixture in the cell considered.
  • internal recirculation means are provided in at least some of the cells of the enclosure and thus contribute to reducing the passage section for the fluidized mixture in certain portions. In this way, the vortex movement is further increased inside the cell.
  • the temperature, hygrometry or other physical characteristics of the additional fluid can be controlled so as to act on the conditions for the treatment of solid particles.
  • the additional fluid thus introduced can come from an external supply.
  • the additional fluid comes from the recovery of the fluid from another portion of the enclosure.
  • This recovery can be done in the same cell downstream of the introduction of the fluid. It can be done from another cell located downstream of the introduction of the fluid, which can be either the immediately adjacent cell or a cell further away in the direction of flow of the fluidized mixture.
  • the processing device of the invention allowing the implementation of the method comprises an enclosure constituted by the assembly of individualized elements that are easily superposable - sable or juxtaposable and defining a plurality of cells.
  • the enclosure is provided at its base with a fluid supply means capable of causing the sus ⁇ pension and circulation of solid particles in the form of a fluidized mixture.
  • the solid particles can be introduced into the enclosure so as to define operation in co-currents or, in a variant, operation against the current.
  • At least one of the cells of the enclosure has a return or introduction orifice connected to an introduction conduit for the additional fluid.
  • This conduit is connected to a circulating means ⁇ external fluid which may be a pump or the like and the duct may further comprise means for varying the additional fluid temperature.
  • Means for separating the fluids and the solids mixed in the cell are preferably provided in said conduit.
  • At least some cells include internal re ⁇ circulation means in the form of a hollow body disposed at least partially inside the cell in order to vary the passage section for the fluidized mixture passing through the cell.
  • the hollow body is provided with at least one portion of perforated surface and is connected to the conduit for introducing additional fluid.
  • the return orifice is advantageously provided on the wall of the cell and preferably includes a paddle grid or a filter element.
  • a continuous filter driven in translation or in rotation, either continuously, or as a function of the value of the pressure drop across the filter element.
  • Means for closing the return orifice can also be provided in the case where the implementation of the
  • the hollow body is open and has a first perforated suction surface disposed downstream of the general circulation of the fluidized mixture in the cell.
  • This first surface is mounted at the end of the largest section of a frustoconical convergent element fixed to a frustoconical diverging element, the largest section of which is surrounded by a second perforated delivery surface.
  • a closure plate closes the hollow body at its upstream end.
  • the additional fluid introduction conduit passes through the outside wall of the cell and opens into the interior of the hollow body substantially at the junction of these two frustoconical elements.
  • the hollow body is closed and made up of two substantially frustoconical elements which are identical, assembled by their large or small base of the same section with a substantially cylindrical central element.
  • the hollow body is provided with vents allowing the tangential escape of the additional fluid coming from the fluid introduction conduit which crosses the exterior wall of the cell and opens into the interior of the hollow body.
  • the hollow bodies of the different cells can be connected to each other by cylindrical connecting elements in order to improve the mechanical strength of the assembly and to promote the flow of the fluidized mixture between the wall of the enclosure and the hollow bodies thus connected. each other.
  • the above hollow body is in the form of a tab or a corner forming a baffle attached to the wall of the cell and comprising a first solid surface substantially perpendicular to the flow of the fluidized mixture causing a decrease of the passage section.
  • the hollow body has a second perforated surface inclined relative to the direction of flow.
  • the hollow body is directly connected to the conduit for introducing additional fluid.
  • the different baffles of the various cells can be fixed along the same generator or on the same side of the device. They can also be mounted in opposition on two opposite sides or on two diametrically opposite generators. Finally, the baffles can also be mounted in quadra ⁇ ture.
  • FIG. 1 shows from curves illustrating the variation of the residual humidity as a function of the length of a duct in a reactor according to the invention applied to a drying process
  • fig. 2 schematically shows the internal structure of an individual cell of an apparatus according to the present invention
  • FIGS. 9, 10 and 11 show embodiments using an assembly of cells similar to those shown ⁇ in Fig. 8; fig. 12, 13, 14, 15, 16 and 17 each time illustrate an assembly of cells similar to that which is illustrated in FIG. 8 and a cross-sectional view showing the internal arrangement of the baffles; and fig. 18 illustrates a variant of a cell that can be used in an apparatus according to the invention showing a particular baffle structure.
  • Curve A in fig. 1 shows the variation in the residual humidity of the drying air as a function of the length of the vertical tube used in the case of a dryer formed from a simple smooth tube. It can be seen that the transport and drying air quickly reaches a limit relative humidity L equal to the ratio between the solvent vapor pressure at the surface of the particles and the saturation vapor pressure of the same solvents in the transport fluid to the temperature at which the drying process is carried out. At this stage, the drying does not continue any more and the course of the two phases in the tube is no longer useful.
  • the present invention recommends for such a drying application, the use of a vertical enclosure constituted by the assembly of a plurality of cells each constituting a stage inside which the solid particles to be dried are subjected to a vortex movement which results in partial internal recirculation.
  • Curve B in fig. 1 shows, in the case of four stages referenced 1, 2, 3 and 4, the variation in the residual humidity of the transport air which it is possible to obtain.
  • an additional flow of desiccated and heated air comes from the outside of the apparatus or, possibly after recovery from another stage, into the different cells each constituting a stage. This results in the appearance discontinuities that can be seen in fig. B and obtaining a more rapid reduction in residual humidity over the entire length of the apparatus, which very significantly improves the drying process.
  • the cell 5 is constituted by a segment of cylindrical tube provided at each of its open ends with a flange 6 allowing a tight assembly using bolts not shown in the figure.
  • a hollow body 7 Inside the cell 5 is mounted a hollow body 7 provided with a first perforated suction surface 8 disposed downstream of the general circulation of the fluid mixture in the cell 5, circulation materialized by the arrows 9.
  • the apparatus constituted by the assembly of the different cells 5 being here arranged vertically, the fluidized mixture flows from the bottom upwards, the first perforated surface 8 therefore being at the top of the hollow body 7.
  • This first perforated surface 8 constituted for example by a suction grid is mounted at the extremity of larger section of a conical convergence element 10 fixed itself on a frustoconical divergent element 11 placed in the lower part of the hollow body 7..
  • the largest section of the divergent element 11 is surrounded by a second perforated delivery surface 12 which is fixed around the open end of the element 11.
  • a closure plate 13 in the form of a curved disc with directed concavity upwards is fixed to the periphery of the perforated surface 12 thus closing the hollow body 7 at its upstream end.
  • a conduit 14 allowing the introduction of an additional fluid - crosses the external wall of the cell 5 as well as the wall of the hollow body 7 and opens by means of a nozzle 15 inside said hollow body substantially at right of the junction of the two frustoconical elements 10 and 11.
  • the assembly of several identical cells 5 by the flanges 6 allows the production of a drying or heterogeneous phase reaction apparatus.
  • the solid phase can be introduced by any known means, either in the lower part of the vertical tubular enclosure in which case the process takes place in co-currents, -or in the vicinity of its upper part which results in counter-current operation. In the latter case, it may be advantageous to turn the cell over so that the cup 13 is then in the upper part of the element.
  • the fluids are extracted through an orifice located at the top of the treatment enclosure.
  • each cell 5 is supplied by the conduit 14, at the venturi formed by the two associated truncated cones 10 and 11, a flow of air dried and heated outside the apparatus. This air brought from the outside induces in the converging 10 a downward circulation illustrated by the arrows 16 which entrains part of the air used to convey the granules.
  • This air already humidified and cooled due to the isenthalpic decrease in temperature resulting from the partial absorption of the water contained in the granules, heats up and therefore expands and dries out by mixing with the air injected into the hollow body 7 by the nozzle. 15.
  • This mixture is returned through the perforated discharge surface 12 thanks to the existence of the closure plate 13, inside the cell 5 at a speed sufficient to considerably increase the turbulence of the flow. of the vein thus making more effective the contacting of air and granules inside the cell considered.
  • This swirling movement is illustrated in particular by the arrows 17.
  • the addition of an additional amount of movement by the outside air thus injected also leads to increasing the upward speed of the fluidized mixture, which facilitates the separation of the granules and the air at the first perforated return surface 8 acting as a separation grid.
  • Figs. 3 and 4 illustrate a variant of an individual cell which can be used to produce, by assembling several identical cells, a treatment device according to the invention.
  • the cell 18 also consists of a segment of cylindrical tube open at its two ends provided with flanges 19 allowing the fixing of the different cells 18 to each other by bolts.
  • the hollow body mounted inside the cell 18 is closed and is consti ⁇ killed according to FIG. 3 by two identical frustoconical elements 20 and 21 assembled by their large open base and of the same section to a cylindrical central element 22 which is provided with vents 23 shaped so as to cause a tangential exhaust illustrated by the arrows 24.
  • a conduit introduction of additional fluid 25 passes through the exterior wall of the cell 18 and opens into the hollow body slightly downstream of the central element 22, that is to say into the upper frustoconical element 20.
  • the fluid thus fed escapes tangentially through the vents 23 of the central element 22 thus increasing the vortex movement of the fluidized mixture passing from bottom to top of the cell 18.
  • the existence of the closed hollow body formed by the elements 20, 21 and 22 arranged inside the cell 18 practically over its entire height drives, as can be seen in FIG. 3, a variation of the passage section for the fluidized mixture inside the cell 18, this passage having a minimum section in line with the central element 22.
  • O temperature, hygrometry or any other physical characteristic. can be modified allows to act effectively on the conditions of the treatment process.
  • the hollow body is similar to that of FIG. 3 except that the identical frustoconical elements 26 and 27 are assembled to the cylindrical central element 28 by their small open base, their large base being closed.
  • the additional fluid supply conduit 29 opens, as for the variant of FIG. 3, slightly downstream of the central element 28 provided, with vents 23.
  • the stage of treatment is therefore defined inside each cell 18.
  • FIGs. 5 and 6 illustrate two possible modes of implementation using the assembly of several cells similar to those illustrated in FIG. 3 and comprising partial recycling means.
  • the various hollow bodies of the cells 18 are assembled together by cylindrical connecting elements 30 so as to improve the mechanical strength of the assembly and to facilitate the flow of the fluidized mixture - to The outside of the hollow bodies between the latter and the internal wall of the enclosure.
  • a return orifice 31 which can be provided with a filter element not shown and is connected to a return duct 32 provided with a suction fan 33 and a reheating 34.
  • the duct 32 may comprise an injector or a vapor recompression member.
  • the fluid thus taken up and put into circulation is introduced through the duct 25 after reheating by the element 34, into the hollow body located in the cell 18 immediately adjacent upstream of the circulation of the fluidized mixture. This fluid leaves tangentially through the vents 23.
  • EXAMPLE 2 In this example, an apparatus partially illustrated in FIG. 7 to constitute a pneumatic transport reactor comprising three superimposed elements 36, 37 and 38, the lower and upper parts of the apparatus not being shown in the figure.
  • the lower element 36 and the upper element 38 are identical and constitute cells similar to those illustrated in FIG. 4 except that the hollow bodies 39, instead of having the shape of two truncated cones joined by their small base as illustrated in FIG. 4, have a hyperboloid shape of revolution, the vents 23 being in the region of smallest section and the additional fluid supply conduits 29 opening slightly above this region in said closed hollow bodies.
  • the intermediate element 37 is
  • the hollow body 40 serves as a connecting element between the hollow bodies 39 of the lower 36 and upper 38 cells. It defines between its outer surface grooved and the inner wall of the element 37 a passage of reduced section increasing the turbulence of the mixture and allowing for example to ensure an acceleration for a particular chemical kinetics.
  • an internal diameter of the reactor 600 mm, the maximum diameter of the central connecting hollow body 40 being approximately 300 mm. It has been shown that this suitably supplied device could be perfectly suitable for partial pyrolysis of wood waste by operating continuously.
  • the cell 42 is constituted by a segment of parallelipipedic tube with interlocking capable of being secured to two adjacent cells by latches produced in the form of two frustoconical end portions 43 and 44 of inverted conicity.
  • a baffle-shaped hollow body 45 is attached to one of the walls 46 of the cell 42 in the vicinity of its lower end or upstream end.
  • the baffle 45 has a first solid surface 47 perpendicular to the flow of the fluidized mixture and defining a throttled passage section inside the cell 42.
  • the baffle 45 also has a second perforated surface 48 inclined towards the downstream direction of the flow, that is to say here upwards.
  • the inclination of the surface 48 is preferably chosen around 45 °. In general, it is advisable that the solid particles cannot remain on this inclined surface, which controls the choice of the inclination.
  • the baffle-shaped hollow body 45 is directly connected to the additional fluid introduction conduit 49 which here comprises, by way of example, a heating means 50.
  • the fluid comes from a return orifice 51 located in the end high of the same wall 46 of the cell 42 and comprising a rotary filter element 51a driven continuously by the motor 51b.
  • the return duct 52 makes it possible to direct the fluid from the orifice 51 to a centrifugal suction fan 53.
  • the fan 53 which plays the role of a fluid circulation member could be rem ⁇ placed by an injector or a pump depending on the applications.
  • the heating element 50 can be produced in the form of a heat exchanger controlled by a regulator not shown in the figure.
  • Figs. 9 and 10 show alternative embodiments of devices according to the invention constituted by the assembly of
  • each cell 42 also includes a perforated baffle 45 in its lower part and a return orifice 51 provided with a vane grate 51c in its upper part.
  • the conduit conveying the additional fluid coming from the return orifice 51 of a cell ends this time in the perforated baffle 45 of the immediately lower cell, that is to say upstream of the circulation of the mixture.
  • EXAMPLE 3 Using cells 42 as shown in fig. 8 a reactor illustrated in FIG. 11.
  • the reactor comprises six superimposed cells 42.
  • Hot drying air is introduced into the lower part of the reactor by the supply pipe 55 connected by a conical element 56 to the lower end of the first cell 42.
  • the air thus introduced makes it possible to fluidize and transport solid particles to be dried and in particular fine powdery materials such as wheat flour or semolina.
  • At the upper part of the device are arranged means for taking up the fluidized mixture.
  • the return air taken from the fifth stage 42e passes through a cyclone 57, then through a heat exchanger 58 before being reinjected into the reactor partially through the pipe 59 in the third stage 42 ⁇ and in the first stage 42a by line 60 * .
  • air taken from the sixth stage 42f is re-injected partly into the fourth stage 42b and partly into the second stage 42b after passing through a cyclone 57 and a heat exchanger 58.
  • the reactor constituted by all of the above six floors have a height of 2.5 m and a diameter of 0.6 m.
  • the dryness rate of the materials collected is comparable, due to the increase in the drying efficiency caused by the intensive recycling of the partially dehydrated carrier gas and undergoing in each cell a strong vortex movement due in part to the existence of 19 baffles arranged alternately on the opposite walls of the reactor.
  • such a device could be used in the same way to treat, for example, poor products of dry matter such as sugar pulps or drafts or brewery residues by recycling them several times in the column in the presence of steam. superheated water which dries them by saturating them almost instantaneously.
  • the same device could be used for the implementation of processes involving the treatment of two phases in the presence of a third, one of these phases being for example a liquid which is vaporized in the reactor and from which the vapors to reinject them after having recompressed them with or without intermediate desuperheating. It is then advisable to provide in recir ⁇ culation pipes suitable means for vapor recompression.
  • cells 61. 61a and 61b making it possible to assemble an apparatus according to the invention, are formed from segments of tube of circular section and comprise at their upper end a tab or corner 62 provided with a perforated surface inclined downward substantially at 45 ° and a solid surface 62a perpendicular to the flow of the mixture. At their - lower end, the cells have another tab or corner 63 provided with an inclined perforated surface oriented upwards and with a solid surface 63a perpendicular to the flow of the mixture.
  • two corners 62 and 63 therefore form a baffle com ⁇ carrying two isolated compartments. Each of these compartments is also connected to a pipe 64 which can be plugged in so as to ensure either recovery or the introduction of fluid into the different cells. The connection can be made in any way according to the requirements of the process to be implemented.
  • FIGS. 12 to 17 could be replaced by a square, rectangular or other section.
  • the branching and external circuits to the various cells 61 are connected as desired, the compartments of the adjoining corners 62, 63 can then be connected together on the same conduit or separately on two separate conduits.
  • Fig. 18 illustrates another variant of a cell 65 in which the corners 62 and 63 are replaced by circular crowns 66 ′ and 67 of triangular section with perforated surface forming a solid of revolution around the axis of the cell and arranged respectively in the upper part and in the lower part of the cell 65.
  • the ring 66 therefore has a surface 66a of conical perforated shape oriented downwards, and a solid annular surface 66b oriented perpenicularly to the main flow.
  • the crown 67 has a surface 67a of conical perforated shape facing upwards and a solid annular surface 67b oriented perpendicular to the main flow.
  • the assembly of several cells 65 makes it possible to produce an apparatus according to the invention, the external recirculation of the fluid being carried out according to the requirements of the treatment process by the pipes 68 and 69.
  • One or the other of the rings 66, 67 can therefore be used either for resumption of the fluid phase or for blowing.
  • Certain pipes 68, 69 can also be closed off for external recir ⁇ ulation between certain cells only.
  • the invention makes it possible to significantly improve the operation and the operating economy of reactors and dryers based on the principle of pneumatic transport.
  • the invention Thanks to the production of an apparatus by assembling identical individual cells, it also makes it possible to simplify the manufacture and modifications of the various processes carried out in the apparatus.

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Abstract

L'appareil est constitué par l'assemblage de plusieurs cellules identiques (42) comportant un corps creux (45) muni d'une surface perforée (48) servant à l'introduction d'un fluide supplémentaire. Le fluide supplémentaire peut provenir d'une autre cellule ou de la même cellule par un orifice grillagé (51). Ses paramètres physiques peuvent être modifiés par exemple par l'élément de chauffage (50). On obtient ainsi une amélioration sensible du traitement et en particulier du séchage dans les séchoirs basés sur le principe du transport pneumatique.

Description

Procédé et appareil de traitement de particules solides à l'aide d'un fluide.
La présente invention est relative à un procédé et appa¬ reil permettant le traitement de particules solides à l'aide d'un fluide servant à la fois à les véhiculer et à effectuer i un transfert de matière et/ou de chaleur entre les diverses phases. en présence. L'invention est en particulier relative à des perfectionnements de conception et de construction appor¬ tés aux dispositifs de séchage par transport pneumatique ainsi qu'aux réacteurs de génie chimique basés sur un principe similaire. D'une manière générale, l'invention consiste à traiter des particules solides plus ou moins humectées et plus ou moins consistantes dans une colonne tubulaire, le plus souvent verticale, à l"'àide d'un ou plusieurs fluides qui servent à la fois à les véhiculer, et à transférer de la matière et/ou de la chaleur entre les diverses phases en présence.
Des dispositif de ce type trouvent de nombreuses appli¬ cations dans le domaine des industries chimiques, parachi- miques, biologiques, et agro-alimentaires par exemple. C'est pourquoi les dispositifs de la présente invention seront, désignés à plusieurs reprises dans la description sous le terme générique de réacteurs, bien qu'ils puissent aussi n'être utilisés que pour des opérations de traitements ther¬ miques tels que le séchage ou la pyrolyse plus ou moins totale.
On connaît déjà des dispositifs comportant un tube ver¬ tical unique ou plusieurs tubes verticaux montés en épingles successives et servant aussi bien au séchage des poudres, des fibres ou de substances particulaires quelconques, qu'à la réalisation de réactions chimiques ou biologiques en phase hétérogène par fluidisation de particules -de matières telles qu'un catalyseur dans une ou plusieurs phases liquides ou gazeuses.
Dans l'un et l'autre cas, ces appareils travaillent généralement en régime de co-courants, de sorte que le temps de contact entre phases est particulièrement limité. On sait que le régime de co-courants est défavorable à un transfert satisfaisant dans le cas de réactions ou de phéno¬ mènes comme le séchage qui tendent vers un état d'équilibre entre phases en présence. En effet, dans ce cas, une des phases s'enrichit en énergie ou en matière à transférer au détriment de l'autre, et le potentiel de transfert se trouvant progressivement réduit, la vitesse du processus diminue. Le temps de mise en contact doit donc être augmenté pour obtenir un taux de conversion acceptable gui d'ailleurs ne correspond jamais à une transformation ou à un transfert complets, sauf à s'en rapprocher lorsque l'une des phases mises en présence est en très large excès par rapport à l'autre. Or, le temps de mise en contact par transport pneumatique dans un réacteur tubulaire est limité au temps de trajet commun des éléments des phases en présence' entre l'injecteur de solides et le cyclone de séparation. Il est donc très difficile pour cette raison également de laisser dans ce type de réacteur les phases en présence pendant un temps suffisamment long pour que les transferts de matière et/ou de masse s'effectuent bien, quelles que soient les quantités de mouvement mises en jeu.
Lorsqu'on veut assurer un très large excès de la phase représentée par le fluide de transport par rapport à la phase représentée par les particules transportées, on est alors amené à réaliser le processus dans un séchoir ou dans un réacteur à fluidisation. Dans un tel matériel on peut ainsi réaliser des combustions, des réactions chimiques en phase hétérogène, ou un séchage à partir de particules préexistantes dont on cherche à accroître la taille moyenne (granulation) . On verra ci-après que l'invention permet également d'accéder à ces techniques dans des conditions intéressantes.
Pour pallier les inconvénients résultant du traitement à co-courants pendant un temps trop court dans un tube recti- ligne, plusieurs perfectionnements ont déjà été proposés.
C'est ainsi que selon le brevet US 4.043.049 on sait déjà allonger le temps de contact entre la substance particulaire à traiter et son fluide de transport en constituant le réacteur par un ensemble d'éléments de colonnes parallèles formant des épingles successives, de telle manière que le flux de matières en contact circule dans ce dispositif dans des directions alternativement ascendantes et descendantes. Un tel dispositif permet de développer un meilleur transfert grâce à l'augmen¬ tation du temps de contact. Toutefois, il reste de réalisa¬ tion très coûteuse et s'il permet de se rapprocher considé¬ rablement des conditions d'équilibre imposées par la cinétique physico-chimique du processus, il ne permet pas de les dépla¬ cer dans un sens favorable aux augmentations de rendement des réactions mises en jeu.
Une autre manière d'améliorer le contact entre les phases en présence consiste à modifier la forme du tube, de telle manière que l'on n'ait plus recours à un tube cylindrique rectiligne, mais à un tube de section par exemple paralléli- pipédique formé de seghi'ents successifs assemblés les uns sur les autres selon une ligne brisée d'éléments d'égale longueur formant entre eux des angles obtus égaux et opposés. Toute¬ fois, une telle pratique, connue dans la manutention pneuma¬ tique de solides pulvérulents pour conduire à la construction de "séparateurs zig-zag", ne convient pas au convoyage et à la mise en présence de phases gazeuse et solide pulvérulente lorsque la répartition granulométrique des particules qui constituent cette dernière est trop largement dispersée.
Une telle conception conduit en effet à séparer les fines particules des grosses en raison du ralentissement de ces dernières par inertie conjuguée aux effets de chocs sur . les parois. De la sorte, l'opérateur n'est pas maître du temps de traitement de chaque classe de particules selon son diamètre moyen dans 1 'histogramme de répartition. Cela entraîne souvent des écarts dans les temps de traitement ou de réaction qui ne sont pas toujours bénéfiques aux qualités moyennes des pro¬ duits traités.
En vue de perfectionner le séparateur zig-zag et de permettre son application au séchage et à la mise en contact de produits pulvérulents avec un fluide, le brevet français n° 76 34 846 du 17 novembre 1976 a proposé d'en revenir à la conception habituelle du tube lisse en garnissant cependant l'intérieur de ce dernier de coins ou onglets convenablement dimensionnés par rapport à la section du conduit, à la vitesse d'ascension du fluide de circulation, à la vitesse minimale de fluidisation des particules transportées, et à leur angle de talus, lorsqu'elles sont mises en tas au repos.
Ces obstacles ou chicanes répartis à intervalles sensi¬ blement réguliers à l'intérieur de la colonne formant réacteur constituent une pluralité d'étages de fluidisation dans les¬ quels le brassage est intense, les particules en circulation entre deux chicanes successives parcourant plusieurs fois dans des sens alternativement ascendant et descendant la distance entre les deux chicanes avant d'être transférées dans l'étage immédiatement supérieur à celui dans lequel elles se trou¬ vaient précédemment.
On obtient ainsi tin allongement sensible du temps de transit des particules dans le réacteur, ce temps de transit étant d'autant plus uniformément dispersé que le nombre d'étages est plus grand.
L'inconvénient de cet appareil réside toutefois dans le fait que son diamètre inférieur de coupure, défini comme le diamètre minimum moyen des particules qu'il est susceptible de fluidiser, n'est pas inférieur à 2 ou 3 mm environ selon la densité réelle des matières qui les constituent, ce qui inter¬ dit de traiter dans cet appareil des particules de diamètre plus faible. En outre, ce type de réacteur ne permet d'amé¬ liorer les conditions d'obtention de 1*équilibre cinétique qu'au prix d'une forte augmentation de la consommation de fluide et d'énergie.
Pour améliorer le rendement des processus à co-courants, plus particulièrement dans les applications au séchage, le brevet français n° 1.192.565 a préconisé quant à lui d'uti¬ liser un dispositif injecteur convergent/divergent monté dans une chambre de séchage et provoquant de ce fait un recyclage automatique de l'air et de la matière à sécher à l'intérieur de la chambre de séchage.
Une injection d'air additionnel provenant d'une déri¬ vation de l'alimentation principale, est faite tangentiel-
O tf. V VÏ.'II le ent à la surface extérieure de la chambre de séchage dans sa partie haute en vue d'augmenter le potentiel de séchage par augmentation de la température sèche et diminution de l'humi¬ dité relative de l'air de séchage, tout en augmentant le tourbillonnement des particules transportées en proportion de leurs masses individuelles.
Un tel séchoir présente divers avantages notables, comme notamment celui de permettre le transport de particules de faible diamètre. Toutefois, il n'est pas possible dans ce genre de dispositif d'utiliser un nombre suffisant d'entrées de gaz additionnels pour réaliser tous les processus voulus en raison de l'augmentation sensible de débit massique qui en résulterait et qui diminuerait les temps de traitement des particules dans la colonne.
Par ailleurs, les* séchoirs de type classique qui viennent d'être décrits et les réacteurs de génie chimique pour la mise en contact de solides avec des gaz (ou des mélanges de li¬ quides et de gaz), présentent l'inconvénient d'être constitués le plus souvent d'une seule pièce de grande longueur calculée pour la mise en oeuvre d'un processus précis.
En cas d'erreur dans le dimensionnement, le matériel devient totalement inutilisable et doit être détruit et re- construit, à partir d'éléments différemment dimensionnés; si d'autre part on veut modifier le processus réalisé dans le réacteur, il en va ordinairement de même. Enfin, dans la mesure où l'atelier mettant en oeuvre de tels appareils est amené à être déplacé ou affecté à d'autres fins, ce genre de réacteur ne peut pratiquement jamais être reconstruit à partir des pièces qui l'ont constitué initialement.
L'invention a donc pour objet de supprimer les différents inconvénients de l'état de la technique en améliorant les procédés et appareils connus servant au séchage par trasnsport pneumatique aussi bien qu'à l'exécution de réactions chimi¬ ques continues en phase hétérogène entre produits solide et/ou liquide et gazeux.
Le procédé de traitement de particules solides à l'aide d'un fluide servant à la fois à les véhiculer à effectuer un transfert de matière et/ou de chaleur entre les diverses phases en présence, selon l'invention, utilise un mélange fluidise de particules solides mises en suspension et en circulation naturelle dans le fluide à l'intérieur d'une enceinte. Le mélange fluidise est soumis à l'intérieur de ladite enceinte sur son trajet à des mouvements tourbillon— naires dans une pluralité de cellules. En d'autres termes, le mélange fluidise subit dans chaque cellule ou portion de l'enceinte un mouvement tourbillonnaire effectuant une recir¬ culation partielle du mélange fluidise de nature à augmenter son temps de séjour dans l'enceinte de traitement. Selon l'invention, on introduit en outre un débit de fluide sup¬ plémentaire dans au moins l'une des cellules afin d'apporter une quantité de mouvement créant ou augmentant le mouvement tourbillonnaire du mélange dans la cellule considérée.
De préférence, des moyens de recirculation interne sont prévus dans au moins certaines des cellules de l'enceinte et contribuent ainsi à diminuer la section de passage pour le mélange fluidise dans certaines portions. De cette manière, le 'mouvement tourbillonnaire est encore augmenté à l'intérieur de la cellule. i La température, l'hygrométrie ou d'autres caractéris- tiques physiques du fluide supplémentaire peuvent être con¬ trôlées de façon à agir sur les conditions du traitement des particules solides. C'est ainsi que dans les applications au séchage, on pourra avantageusement préchauffer le fluide . supplémentaire avant de l'introduire dans les cellules de 1'appareil.
Le fluide supplémentaire ainsi introduit peut provenir d'une alimentation extérieure. Toutefois, dans un mode de réalisation préféré du procédé de l'invention, le fluide supplémentaire provient de la reprise du fluide issu d'une autre portion de l'enceinte.
Cette reprise peut se faire dans la même cellule en aval de l'introduction du fluide. Elle peut se faire à partir d'une autre cellule située en aval de l'introduction du fluide, qui peut être soit la cellule immédiatement adjacente, soit une cellule plus éloignée dans la direction de l'écoulement du mélange fluidise.
L'appareil de traitement de l'invention permettant la mise en oeuvre du procédé comprend une enceinte constituée par l'assemblage d'éléments individualisés facilement superpo- - sables ou juxtaposables et définissant une pluralité de cel¬ lules. L'enceinte est munie à sa base d'un moyen d'alimen¬ tation en fluide susceptible de provoquer la mise en sus¬ pension et en circulation des particules solides sous forme de mélange fluidise. Les particules solides peuvent être in¬ troduites dans l'enceinte de façon à définir un fonctionnement en co-courants ou, dans une variante un fonctionnement, à contre courant. Au moins l'une des cellules de l'enceinte comporte un orifice de' reprise ou d'introduction relié à un conduit d'introduction pour le fluide supplémentaire. Ce conduit est relié à un moyen de circulation^externe de fluide qui peut être une pompe ou analogue et le conduit peut en outre comporter des moyens permettant de faire varier la température du fluide supplémentaire. Des moyens de séparation des fluides et des solides mélangés dans la cellule sont de préférence prévus dans ledit conduit.
Au moins certaines cellules comportent des moyens de re¬ circulation interne sous la forme d'un corps creux disposé au moins en partie à l'intérieur de la cellule afin de faire varier la section de passage pour le mélange fluidise tra¬ versant la cellule. Le corps creux est muni d'au moins une portion de surface perforée et est connecté au conduit d'in¬ troduction de fluide supplémentaire.
L'orifice de reprise est avantageusement prévu sur la paroi de la cellule et comporte de préférence une grille à aubes ou un élément filtrant. Dans le cas d'un tel élément filtrant, on peut utiliser un filtre continu entraîné en translation ou en rotation, soit en continu, soit en fonction de la valeur de la perte de charge à travers 1'élément fil¬ trant. Des moyens d'obturation de l'orifice de reprise peuvent également être prévus dans le cas où la mise en oeuvre du
O v^ . I ?NA procédé n'exige pas une reprise du fluide à partir de toutes les cellules de l'appareil.
Dans une première variante, le corps creux est ouvert et comporte une première surface perforée d'aspiration disposée en aval de la circulation générale du mélange fluidise dans la cellule. Cette première surface est montée à l'extrémité de- plus grande section d'un élément de convergent tronconique fixé sur un élément de divergent tronconique dont la plus grande section est entourée d'une deuxième surface perforée de refoulement. Enfin, une plaque d'obturation ferme le corps creux à son extrémité amont. Le conduit d'introduction de fluide supplémentaire traverse la paroi extérieure de la cellule et débouche à l'intérieur du corps creux sensiblement au droit de la jonction de ces deux éléments tronconiques.
Dans une autre variante, le corps creux est fermé et constitué par deux éléments sensiblement tronconiques iden¬ tiques assemblés par leur grande ou leur petite base de même section à un élément central sensiblement cylindrique. Dans sa zone centrale, le corps creux est muni d'évents permettant l'échappement tangentiel du fluide supplémentaire provenant du conduit d'introduction de fluide qui traverse la paroi exté¬ rieure de la cellule et débouche à l'intérieur du corps creux
5 de préférence légèrement en aval de la zone centrale du corps creux. On obtient ainsi un effet de tourbillonnement qui provoque comme précédemment une recirculation interne par¬ tielle du mélange fluidise à l'intérieur des différentes cellules de l'enceinte.
Les corps creux des différentes cellules peuvent être reliés entre eux par des éléments cylindriques de liaison afin d'améliorer la tenue mécanique de l'ensemble et de favoriser l'écoulement du mélange fluidise entre la paroi de l'enceinte et les corps creux ainsi reliés les uns aux autres.
Dans une autre variante, le corps creux précédent se présente sous la forme d'un onglet ou d'un coin formant une chicane accolée à la paroi de la cellule et comportant une première surface pleine sensiblement perpendiculaire à l'écoulement du mélange fluidise provoquant une diminution de la section de passage. Le corps creux comporte une deuxième surface perforée inclinée par rapport à la direction de l'éco lement. Le corps creux est directement relié au conduit d'in¬ troduction de fluide supplémentaire. Les différentes chicanes des diverses cellules peuvent être fixées le long de la même génératrice ou sur le même côté de l'appareil. Elles peuv ient également être montées en opposition sur deux côtés qui se font face ou sur deux génératrices diamétralement opposées. Enfin, les chicanes peuvent également être montées en quadra¬ ture.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de la descrip¬ tion détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : la fig. 1 montre dès courbes illustrant la variation de l'humidité résiduelle en fonction de la longueur d'un conduit dans un réacteur selon l'invention appliqué à un processus de séchage; la fig. 2 montre schématiquement la structure interne d'une cellule individuelle d'un appareil selon la présente invention;
: " les fig. 3 et 4 montrent schématiquement deux variantes de cellules pouvant être utilisées dans un appareil selon l'invention utilisant un corps creux fermé disposé à l'inté¬ rieur de la cellule; les fig. 5 et 6 illustrent schématiquement deux modes de mise en oeuvre et d'assemblage de cellules analogues à celles de la fig. 3; la fig. 7 illustre un mode de mise en oeuvre utilisant des cellules analogues à celles de la fig. 4; la fig. 8 illustre une variante de cellule pouvant être utilisée dans un appareil selon l'invention dans laquelle le corps creux présente une forme de chicane partiellement per¬ forée; les fig. 9, 10 et 11 montrent des modes de mise en oeuvre utilisant un assemblage de cellules analogues à celles illus¬ trées sur la fig. 8; les fig. 12, 13, 14, 15, 16 et 17 illustrent chaque fois respectivement un assemblage de cellules s'apparentant à celle qui est illustrée sur la fig. 8 et une vue en coupe transver¬ sale montrant la disposition interne des chicanes; et la fig. 18 illustre une variante de cellule pouvant être utilisée dans un appareil selon l'invention montrant une structure particulière de chicane.
A titre d'exemple purement illustratif et nullement limitatif de la portée de l'invention, on expliquera le fonc¬ tionnement de certaines des variantes illustrées dans le cadre d'une application au séchage de particules solides. Lorsqu'on véhicule des particules solides à sécher dans un tube vertical en utilisant de l'air chaud, la quantité de particules trans¬ portées par kilogramme de fluide est souvent importante. La courbe A de la fig. 1 montre la variation de l'humidité rési¬ duelle de l'air de séchage fonction de la longueur du tube vertical utilisé dans le cas d'un séchoir formé d'un simple tube lisse. On voit que l'air de transport et de séchage atteint rapidement une humidité relative limite L égale au rapport entre la tension de vapeur de solvant à la surface des particules et la tension de vapeur saturante des mêmes sol¬ vants dans le fluide de transport à la température à laquelle le processus de séchage est conduit. A ce stade, le séchage ne se poursuit plus et le parcours des deux phases dans le tube n'a plus d'utilité.
La présente invention préconise pour une telle appli¬ cation de séchage, l'utilisation d'une enceinte verticale constituée par l'assemblage d'une pluralité de cellules cons¬ tituant chacune un étage à l'intérieur duquel les particules solides à sécher sont soumises à un mouvement tourbillonnaire qui entraîne une recirculation interne partielle. La courbe B de la fig. 1 montre, dans le cas de quatre étages référencés 1, 2, 3 et 4 la variation de l'humidité résiduelle de l'air de transport qu'il est possible d'obtenir. Selon l'invention on a introduit dans les différentes cellules constituant chacune un étage, un débit supplémentaire d'air desséché et chauffé provenant de l'extérieur de l'appareil ou éventuellement après reprise à partir d'un autre étage. Il en résulte l'apparition des discontinuités que l'on peut voir sur la fig. B et l'obten tion d'une diminution plus rapide de l'humidité résiduelle sur toute la longueur de l'appareil, qui améliore très sensible¬ ment le processus de séchage.
Telle qu'elle est illustrée sur la fig. 2, la cellule 5 est constituée par un segment de tube cylindrique muni à chacune de ses extrémités ouvertes d'une bride 6 permettant un assemblage étanche à l'aide de boulons non représentés sur la figure. A l'intérieur de la cellule 5 se trouve monté un corps creux 7 muni d'une première surface perforée d'aspiration 8 disposée en aval de la circulation générale du mélange flui¬ dise dans la cellule 5, circulation matérialisée par les flèches 9. On notera que l'appareil constitué par l'assemblage des diffférentes cellules 5 étant ici disposé verticalement, le mélange fluidise s'écoule depuis le bas vers le haut, la première surface perforée 8 se trouvant donc à la partie haute du corps creux 7. Cette première surface perforée 8 constituée par exemple par une grille d'aspiration est montée à l'extré¬ mité de plus grande section d'un élément de convergence tron¬ conique 10 fixé lui-même sur un élément de divergent tronco¬ nique 11 placé dans la partie basse du corps creux 7..La plus grande section de l'élément de divergent 11 est entourée par une deuxième surface perforée de refoulement 12 qui est fixée autour de l'extrémité ouverte de l'élément 11. Dne plaque d'obturation 13 en forme de disque galbé à concavité dirigée vers le haut est fixée à la périphérie de la surface perforée 12 fermant ainsi le corps creux 7 à son extrémité amont. Un conduit 14 permettant l'introduction d'un fluide supplémen- - taire traverse la paroi extérieure de la cellule 5 ainsi que la paroi du corps creux 7 et débouche au moyen d'une buse 15 à l'intérieur dudit corps creux sensiblement au droit de la jonction des deux éléments tronconiques 10 et 11.
L'assemblage de plusieurs cellules 5 identiques par les brides 6 permet la réalisation d'un appareil de séchage ou de réaction en phase hétérogène. La phase solide peut être in¬ troduite par tout moyen connu soit dans la partie basse de l'enceinte tubulaire verticale auquel cas le processus se déroule à co-courants, -soit au voisinage de sa partie haute ce qui entraîne un fonctionnement à contre-courant. Il peut être avantageux dans ce dernier cas, de retourner la cellule de telle manière que la coupelle 13 se trouve alors dans la partie supérieure de l'élément. L'extraction des fluides se fait par un orifice disposé à la partie supérieure de l'en-- ceinte de traitement.
EXEMPLE 1
On assemble quatre cellules 5 telles que représentées sur la fig. 2 en vue de procéder au séchage de granulés au moyen d'air chaud de façon à obtenir la courbe B de la fig. 1-. Dans ce but on apporte dans chaque cellule 5 par le conduit 14, au niveau du venturi formé par les deux troncs de cône associés 10 et 11 un débit d'air desséché et chauffé à l'extérieur de l'appareil. Cet air apporté de l'extérieur induit dans le convergent 10 une circulation descendante illustrée par les flèches 16 qui entraîne une partie de l'air servant à véhi¬ culer les granulés. Cet air déjà humidifié et refroidi en raison de la diminution isenthalpe de température résultant de l'absorption partielle de l'eau contenue dans les granulés se réchauffe et donc se dilate et se dessèche par mélange avec ϋair injecté dans le corps creux 7 par la buse 15. Ce mélange est renvoyé à travers la surface perforée de refoulement 12 grâce à l'existence de la plaque d'obturation 13, à l'inté¬ rieur de la cellule 5 à une vitesse suffisante pour augmenter considérablement la turbulence de l'écoulement de la veine rendant ainsi plus efficace la mise en contact de l'air et des granulés à l'intérieur de la cellule considérée. Ce mouvement tourbillonnaire est illustré en particulier par les flèches 17. L'apport d'une quantité de mouvement supplémentaire par l'air extérieur ainsi injecté conduit également à augmenter la vitesse ascensionnelle du mélange fluidifié ce qui facilite la séparation des granulés et de l'air au niveau de la première surface perforée de reprise 8 jouant le rôle de grille de séparation.
La superposition de quatre cellules identiques telle que la cellule 5 permet de constituer un séchoir complet dont la courbe B de la fig. 1 montre qu'il conduit à un séchage plus rapide sur une hauteur de colonne plus faible qu'un simple tube lisse (courbe A sur la fig. 1} .
Les fig. 3 et 4 illustrent une variante de cellule indi¬ viduelle pouvant être utilisée pour réaliser par assemblage de plusieurs cellules identiques, un appareil de traitement selon l'invention. Dans ces deux variantes où les éléments analogues portent les mêmes références, la cellule 18 est également constituée d'un segment de tube cylindrique ouvert à ses deux extrémités muni de brides 19 permettant la fixation des diffé¬ rentes cellules 18 entre elles par des boulons. Le corps creux monté à l'intérieur de la cellule 18 est fermé et est consti¬ tué selon la fig. 3 par deux éléments tronconiques identiques 20 et 21 assemblés par leur grande base ouverte et de même section à un élément central cylindrique 22 lequel est muni d'évents 23 conformés de façon à entraîner un échappement tangentiel illustré par les flèches 24. Un conduit d'intro¬ duction de fluide supplémentaire 25 traverse la paroi exté¬ rieure de la cellule 18 et débouche à l'intérieur du corps creux légèrement en aval de l'élément central 22 c'est-à-dire dans l'élément tronconique supérieur 20. Le fluide ainsi alimenté s'échappe tangentiellement par les évents 23 de l'élément central 22 augmentant ainsi le mouvement tourbil¬ lonnaire du mélange fluidise traversant de bas en haut la cellule 18. L'existence du corps creux fermé constitué par les éléments 20, 21 et 22 disposés à l'intérieur de la cellule 18 pratiquement sur toute sa hauteur entraîne, comme on peut le voir sur la fig. 3, une variation de la section de passage pour le mélange fluidise à l'intérieur de la cellule 18, ce passage présentant une section minimale au droit de l'élément central 22. Lorsque plusieurs cellules identiques telles que la cellule 18 sont assemblées, deux cellules adjacentes défi¬ nissent donc un étage à l'intérieur duquel les particules solides à traiter subissent une recirculation interne par¬ tielle en raison d'une part de la variation de la section de passage et d'autre part de l'adjonction de la quantité de mouvement due à l'introduction de fluide supplémentaire. Par ailleurs, l'adjonction de ce fluide supplémentaire dont la
O température, l'hygrométrie ou tout autre caractéristique physique.pe ent être modifiées permet d'agir efficacement sur les conditions du procédé de traitement.
Dans la variante représentée sur la fig. 4, le corps creux est analogue à celui de la fig. 3 à cette différence près que les éléments tronconiques identiques 26 et 27 sont- assemblés à l'élément central cylindrique 28 par leur petite base ouverte, leur grande base étant fermée. Le conduit d'ali¬ mentation en fluide supplémentaire 29 débouche, comme pour la variante de la fig. 3, légèrement en aval de l'élément central 28 muni, des ëvents 23. Dans cette variante, l'étage de traite¬ ment est donc défini à l'intérieur même de chaque cellule 18.
Le fluide supplémentaire peut provenir de l'extérieur de l'appareil. Dans un mode de réalisation préféré cependant, le fluide supplémentaire provient d'un recyclage partiel du fluide se trouvant dans l'appareil. Les fig. 5 et 6 illustrent deux modes de mise en oeuvre possibles utilisant l'assemblage de plusieurs cellules analogues à celles illustrées sur la fig. 3 et comportant des moyens de recyclage partiel. Selon ces modes de mise en oeuvre, les différents corps creux des cellules 18 sont assemblés entre eux par des éléments cylin¬ driques de liaison 30 de façon à améliorer la tenue mécanique de l'ensemble et à faciliter l'écoulement du mélange fluidise - à 1'extérieur des corps creux entre ces derniers et la paroi interne de l'enceinte. Dans la partie haute de chaque cellule 18 se trouve un orifice de reprise 31 qui peut être muni d'un élément filtrant non représenté et est relié à un conduit de reprise 32 muni d'un ventilateur d'aspiration 33 et d'un élément de réchauffage 34. En variante, le conduit 32 peut comporter un injecteur ou un organe de recompression de vapeur Le fluide ainsi repris et mis en circulation est introduit par le conduit 25 après réchauffage par l'élément 34, dans le corps creux se trouvant dans la cellule 18 immédiatement adjacente en amont de la circulation du mélange fluidise. Ce fluide sort tangentiellement par les évents 23.
Dans la variante illustrée sur la fig. 6 où les éléments analogues portent les mêmes références, seuls les orifices de reprise 31 de certaines cellules sont utilisés de sorte que le fluide supplémentaire injecté dans certaines des cellules 18 provient de cellules placées en aval de la circulation du mélange fluidise et non adjacentes. Les orifices 31 des autres cellules sont alors convenablement obturés. Certaines cellules peuvent ne pas comporter de moyens d'introduction de fluide supplémentaire leur corps creux étant alors totalement fermé comme illustré par le corps creux 35.
EXEMPLE 2 Dans cet exemple on utilise un appareil partiellement illustré sur la fig. 7 pour constituer un réacteur à transport pneumatique comportant trois éléments superposés 36, 37 et 38, les parties basses et hautes de l'appareil n'étant pas repré¬ sentées sur la figure. L'élément inférieur 36 et l'élément supérieur 38 sont identiques et constituent des cellules analogues à celles illustrées sur la fig. 4 à cette différence près que les corps creux 39, au lieu d'avoir la forme de deux troncs de cône accolés par leur petite base comme illustré sur la fig. 4, présentent une forme d'hyperboloïde de révolution, les ëvents 23 se trouvant dans la zone de plus faible section et les conduits d'alimentation en fluide supplémentaire 29 débouchant légèrement au-dessus de cette zone dans lesdits corps creux fermés. Dans l'élément intermédiaire 37 se trouve
5 monté un corps creux fermé 40 de forme générale cylindrique muni sur sa périphérie extérieure de cannelures hélicoïdales 41. Le corps creux 40 sert d'élément de liaison entre les corps creux 39 des cellules inférieure 36 et supérieure 38. Il définit entre sa surface extérieure cannelée et la paroi interne de l'élément 37 un passage de section réduite aug¬ mentant la turbulence du mélange et permettant par exemple d'assurer une accélération en vue d'une cinétique chimique particulière. A titre d'exemple, on a pu utiliser un diamètre interne du réacteur de 600 mm, le diamètre maximal du corps creux central de liaison 40 étant de 300 mm environ. On a pu montrer que ce dispositif convenablement alimenté pouvait parfaitement convenir à la pyrolyse partielle de déchets de bois en opérant en continu.
Dans le mode de réalisation illustré sur la fig. 8, la cellule 42 est constituée par un segment de tube paralléli- pipédique à emboîtement susceptible d'être solidarisé avec deux cellules adjacentes par des grenouillères réalisées sous la forme de deux portions tronconiques d'extrémité 43 et 44 de conicité inversée. Dn corps creux en forme de chicane 45 est accolé à l'une des parois 46 de la cellule 42 au voisinage de son extrémité basse ou extrémité amont. La chicane 45 comporte une première surface pleine 47 perpendiculaire à l'écoulement du mélange fluidise et définissant une section de passage étranglée à l'intérieur de la cellule 42. La chicane 45 com¬ porte également une deuxième surface 48 perforée inclinée vers la direction aval de l'écoulement, c'est-à-dire ici vers le haut. L'inclinaison de la surface 48 est de préférence choisie aux alentours de 45°. D'une manière générale, il convient que les particules solides ne puissent pas rester sur cette sur¬ face inclinée ce qui commande le choix de l'inclinaison.
Le corps creux en forme de chicane 45 est directement relié au conduit d'introduction de fluide supplémentaire 49 qui comporte ici à titre d'exemple un moyen de chauffage 50. Le fluide .provient d'un orifice de reprise 51 situé dans l'extrémité haute de la même paroi 46 de la cellule 42 et comportant un élément rotatif filtrant 51a entraîné en continu par le moteur 51b. Le conduit de reprise 52 permet de diriger le fluide de l'orifice 51 jusqu'à un ventilateur d'aspiration centrifuge 53. Il va de soi que le ventilateur 53 qui joue le rôle d'un organe de circulation du fluide pourrait être rem¬ placé par un injecteur ou une pompe selon les applications. L'élément de chauffage 50 peut être réalisé sous la forme d'un échangeur de chaleur commandé par un régulateur non représenté sur la figure.
L'adjonction de fluide supplémentaire par la surface perforée 48 de la chicane 45 permet d'augmenter le mouvement tourbillonnaire illustré par la flèche 54 à l'intérieur de la cellule 42 et en outre de modifier les conditions du traite¬ ment par l'introduction d'un débit supplémentaire de fluide dont la température ou d'autres caractéristiques physiques peuvent être modifiées.
Les fig. 9 et 10 montrent des variantes de mise en oeuvre d'appareils selon l'invention constitués par l'assemblage de
_D'.-~T. plusieurs cellules analogues à la cellule 42 illustrée sur la fig. 8 dans lesquelles les orifices de reprise 51 sont équipé de grilles à aubes 51c. Dans le mode de réalisation de la fig 9, la reprise de fluide et l'introduction de fluide supplé¬ mentaire ne se fait plus comme sur la fig. 8 à l'intérieur d'une même cellule 42 mais au contraire entre deux cellules, immédiatement adjacentes. Dans ces conditions, comme on peut le voir sur la fig. 9 chaque cellule 42 comporte également un chicane perforée 45 dans sa partie basse et un orifice de reprise 51 muni d'une grille à aube 51c dans sa partie haute. Toutefois, le conduit véhiculant le fluide supplémentaire provenant de l'orifice de reprise 51 d'une cellule aboutit cette fois dans la chicane perforée 45 de la cellule immé¬ diatement inférieure c'est-à-dire en amont de la circulation du mélange. On notera *ën outre que le montage des cellules 42 se fait de façon que les chicanes successives 45 soient dis¬ posées sur les faces opposées de l'enceinte de l'appareil. Comme on peut le voir en effet sur la fig. 9, les différentes chicanes 45 sont placées alternativement sur la paroi droite et sur la paroi gauche de ladite enceinte.-
Dans la variante de la fig. 10 on utilise le même assem¬ blage de cellules 42. Toutefois, la reprise du fluide supplé¬ mentaire se fait par l'orifice 51 de l'une des cellules 42 et l'introduction de ce fluide est réalisée non plus dans la cellule 42 immédiatement inférieure mais dans une autre cel¬ lule 42 se trouvant en amont de la circulation du mélange fluidise. Dans ces conditions, les orifices des chicanes 45 des cellules 42 qui ne comportent pas d'introduction de fluide supplémentaire sont convenablement obturés. Il en est de même des orifices de reprise 51 qui ne sont pas utilisés.
Sur les fig. 9 et 10, on n'a pas représenté de moyens de réchauf age du fluide supplémentaire mais, on comprendra que de tels moyens pourraient parfaitement être prévus si cela était nécessaire.
EXEMPLE 3 On a constitué à l'aide de cellules 42 telles qu'illus¬ trées sur la fig. 8 un réacteur illustré sur la fig. 11. Le réacteur comporte six cellules 42 superposées. De l'air chaud de séchage est introduit à la partie basse.du réacteur par la canalisation d'alimentation 55 reliée par un élément conique 56 à l'extrémité inférieure de la première cellule 42. L'air ainsi introduit permet de fluidiser et de transporter des particules solides à sécher et en particulier-des matières - pulvérulentes fines telles que de la farine de froment ou des semoules. A la partie supérieure de l'appareil se trouvent disposés des moyens de reprise du mélange fluidise.
Dans le mode de mise en oeuvre de la fig. 11, l'air de reprise prélevé dans le cinquième étage 42e passe dans un cyclone 57, puis dans un echangeur de chaleur 58 avant d'être réinjecté dans le réacteur partiellement par la canalisation 59 dans le troisième étage 42σ et dans le premier étage 42a par la canalisation 60*.' De la même manière, de l'air prélevé dans le sixième étage 42f est réinjecté pour partie au qua¬ trième étage 42b et pour partie au deuxième étage 42b après avoir traversé un cyclone 57 et un echangeur de chaleur 58. Le réacteur constitué en tout des six étages précités présente une hauteur de 2,5 m et un diamètre de 0,6 m.
On a constaté de la sorte qu'après avoir convenablement dépoussiéré l'air repris aux étages 42f et 42e en le faisant passer au travers des cyclones 57 avant de le réchauffer dans les échangeurs 58, on pouvait facilement fluidiser et sécher des matières pulvérulentes fines telles que de la farine de froment ou des semoules. L'expérience montre par ailleurs que sans cette recirculation d'air conforme à l'invention, le même réacteur ne pourrait fonctionner correctement plus de quelques minutes. On constate en outre, qu'il n'y a pas de différence significative de granulomêtrie entre les matières pulvéru¬ lentes recueillies séparément sur les deux cyclones 57 en raison de l'augmentation du débit masse du gaz porteur. Par ailleurs, le taux de siccité des matières recueillies est comparable, en raison de l'augmentation de l'efficacité du séchage provoquée par le recyclage intensif du gaz porteur partiellement déshydraté et subissant dans chaque cellule un fort mouvement tourbillonnaire du en partie à l'existence des 19 chicanes disposées alternativement sur les parois opposées du réacteur.
Bien entendu, un tel dispositif pourrait être utilisé de la même façon pour traiter par exemple des produits pauvres e matière sèche tels que les pulpes de sucrerie ou les drêches ou résidus de brasserie en les recyclant plusieurs fois dans ι la colonne en présence de vapeur d'eau surchauffée qui les sèche en se saturant de manière quasiment instantanée.
Le même appareil pourrait être utilisé pour la mise en oeuvre de procédés impliquant le traitement de deux phases en présence d'une troisième, l'une de ces phases étant par exemple un liquide que l'on vaporise dans le réacteur et dont on récupère les vapeurs pour les réinjecter après les avoir recomprimées avec ou sans désurchauffe intermédiaire. Il convient alors de prévoir dans les canalisations de recir¬ culation des moyens convenables de recompression de vapeur.
Dans le mode de réalisation illustré sur les fig. 12 à 1 les cellules 61,. 61a et 61b permettant de réaliser par assem¬ blage un appareil selon l'invention, sont formées de segments de tube de section circulaire et comportent à leur extrémité supérieure un onglet ou coin 62 muni d'une surface perforée inclinée vers le bas sensiblement à 45° et d'une surface pleine 62a perpendiculaire à l'écoulement du mélange. A leur - extrémité inférieure, les cellules comportent un autre onglet ou coin 63 muni d'une surface perforée inclinée orientée vers le haut et d'une surface 63a pleine perpendiculaire à l'écou¬ lement du mélange. Lors de l'assemblage des différentes cel¬ lules 61, deux coins 62 et 63 forment donc une chicane com¬ portant deux compartiments isolés. Chacun de ces compartiment est en outre relié à une canalisation 64 qui peut être bran¬ chée de façon à assurer soit la reprise soit l'introduction d fluide dans les différentes cellules. Le .branchement peut se faire de manière quelconque selon les exigences du procédé à mettre en oeuvre.
Sur les fig. 12 et 13, tous les coins 62 et 63 sont fixé le long de la même génératrice du tube formant les cellules 61. Dans le mode de réalisation des fig. 14 et 15, les coins 62 et 63 sont montés en opposition sur deux génératrices diamétralement opposées et sur les fig. 16 et 17, les coins 62 et 63 sont montés en quadrature c'est-à-dire décalés de 90° les uns par rapport aux autres.
On comprendra bien entendu, que la section circulaire illustrée sur les fig. 12 à 17 pourrait être remplacée par une i section carrée, rectangulaire ou autre.
Le branchement des dérivations et circuits extérieurs aux différentes cellules 61 se fait comme on le désire, les les compartiments des coins accolés 62, 63 pouvant alors être branchés ensemble sur le même conduit ou séparément sur deux conduits distincts.
La fig. 18 illustre une autre variante d'une cellule 65 dans laquelle les coins 62 et 63 sont remplacés par des cou¬ ronnes circulaires 66 'et 67 de section triangulaire à surface perforée formant un solide de révolution autour de l'axe de la cellule et disposés respectivement dans la partie haute et dans la partie basse de la cellule 65. La couronne 66 présente donc une surface 66a de forme conique perforée orientée vers le bas, et une surface pleine 66b annulaire orientée perpen¬ diculairement à l'écoulement principal. De la même manière, la couronne 67 présente une surface 67a de forme conique perforée orientée vers le haut et une surface pleine annulaire 67b orientée perpendiculairement à l'écoulement principal.
L'assemblage de plusieurs cellules 65 permet de réaliser un appareil selon l'invention, la recirculation extérieure du fluide se faisant selon les exigences du procédé de traitement par les canalisations 68 et 69. L'une ou l'autre des couronnes 66, 67 peut donc servir indifféremment à la reprise de la phase fluide ou au soufflage. Certaines canalisations 68, 69 peuvent également être obturées en vue d'une recirσulation extérieure entre certaines cellules uniquement.
L'invention permet d'améliorer sensiblement le fonction¬ nement et l'économie d'exploitation des réacteurs et séchoirs basés sur le principe du transport pneumatique. L'invention permet également grâce à la réalisation d'un appareil par assemblage de cellules individuelles identiques de simplifier la fabrication et les modifications des différents processus réalisés dans l'appareil.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement de particules solides à l'aide d'un fluide servant à la fois à les véhiculer et à effectuer un transfert de matière et/ou de chaleur entre les diverses phases en présence, dans lequel le mélange fluidise des parti¬ cules solides mises en suspension et en circulation naturelle dans le fluide à l'intérieur d'une enceinte est soumis sur son trajet à des mouvements tourbillonnaires dans une pluralité de cellules de l'enceinte, caractérisé par le fait qu'on intro¬ duit un débit de fluide supplémentaire provenant soit d'une alimentation extérieure, soit de la reprise du fluide issu d'une autre position de l'enceinte, dans au moins l'une des cellules afin d'apporter une quantité de mouvement créant ou augmentant le mouvement tourbillonnaire du mélange dans ladite cellule.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des moyens de recirculation interne sont prévus dans au moins certaines des cellules pour diminuer la section de passage pour le mélange à l'intérieur de l'enceinte et aug¬ menter le mouvement tourbillonnaire dans les portions de ladite enceinte se- situant entre les sections rétrécies.
- 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé pa le fait que les caractéristiques physiques du fluide supplé- , entaire sont différentes de celles du fluide circulant dans ladite cellule.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications pré¬ cédentes, caractérisé par le fait que le fluide supplémentaire provient de la reprise d'une partie du fluide issu d'une autre portion de l'enceinte.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le fluide supplémentaire provient d'une zone de la même cellule située en aval par rapport à la circulation du mélange fluidise.
6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le fluide supplémentaire provient d'une autre cellul située en aval dans le sens de la circulation du mélange fluidise.
-O P
7. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le fluide supplémentaire provient de la cellule immédiatement adjacente située en aval selon le sens de cir¬ culation du mélange fluidise.
8. Appareil de traitement de particules solides à l'aide d'un fluide servant à la fois à les véhiculer et à effectuer i un transfert de matière et/ou de chaleur entre les diverses phases en présence, comprenant une enceinte munie à sa base d'un moyen d'alimentation en fluide susceptible de provoquer la mise en suspension et en circulation des particules solide sous forme de mélange fluidise, ladite enceonte étant constit par l'assemblage d'une pluralité de cellules, caractérisé par le fait qu'au moins l'une des cellules comporte un conduit d'introduction pour un fluide supplémentaire muni d'un moyen de circulation de fluide provenant soit d'une alimentation extérieure différente du moyen d'alimentation précité, soit d la reprise du fluide issu d'une autre portion de l'enceinte; ledit conduit comportant en outre éventuellement un moyen permettant de faire varier les caractéristiques physiques du fluide supplémentaire.
9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'au moins l'une des cellules comprend un conduit de reprise d'une partie du fluide relié au conduit d'introductio
- de fluide supplémentaire précité et muni d'un moyen pour séparer les solides et les fluides mélangés.
10. Appareil selon les revendications 8 ou 9, caractéris par le fait qu'au moins certaines cellules comportent des moyens de recirculation interne diminuant la section de pas¬ sage pour le mélange fluidise au droit desdits moyens.
11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé par le fait que les moyens de recirculation interne comprennent u corps creux disposé au moins en partie à -l'intérieur de la cellule afin de faire varier la section de passage pour le mélange fluidise traversant la cellule, ledit corps creux étant muni d'une portion de surface perforée et pouvant être connecté à un conduit d'introduction ou de reprise de fluide supplémentaire.
12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le corps creux (7) comporte une première surface perforée d'aspiration (8) disposée en aval de la circulation générale du mélange fluidise dans la cellule (5) , la première surface (8) étant montée à l'extrémité de plus grande section d'un élément de convergent tronconique (10) fixé sur un élé¬ ment de divergent tronconique (11) dont la plus grande section est entourée d'une deuxième surface perforée de refoulement (12), une plaque d'obturation (13) fermant le corps creux (7) à son extrémité amont et le conduit d'introduction de fluide supplémentaire (14) traversant la paroi extérieure de la cellule (5) et débouchant à l'intérieur du corps creux (7) sensiblement au droit de la jonction de ces deux éléments tronconiques (10, 11) .
13. Appareil selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le corps creux est fermé et constitué par deux éléments identiques sensiblement tronconiques (20, 21; 26, 27) assemblés par leur grande ou petite base de même section à un élément central sensiblement cylindrique (22, 28) muni d'évent (23) à échappement tangentiel, le conduit d'introduction de fluide supplémentaire (25, 29) traversant la paroi extérieure de la cellule (18) et débouchant à l'intérieur du corps creux légèrement en aval de l'élément cylindrique (22, 28).
14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé par le fait que les corps creux des différentes cellules (18) sont reliés entre eux par des éléments- cylindriques de liaison (30, 40).
15. Appareil selon la revendication 14, caractérisé par le fait que les éléments sensiblement tronconiques sont assem¬ blés par leur petite base et que les éléments cylindriques de liaison (40) définissent, dans une section de liaison montée entre deux cellules adjacentes (36, 38), un passage de section réduite entraînant une accélération du mélange fluidise.
16. Appareil selon la revendication 15, caractérisé par le fait que la surface extérieure de l'élément cylindrique de liaison (40) est munie de cannelures hélicoïdales (41) .
Figure imgf000027_0001
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