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" PROCEDES ET APPAREILS PERFECTIONNES POUR LE TRAITEMENT
DES MATIERES SOLIDES PAR DES GAZ "
Dans le traitement d'une matière solide par des gaz, que le résultat envisagé soit un échange de chaleur, la réalisation de réactions chimiques ou tout autre résultat, par exemple l'épuration des gaz par l'élimination des substances qu'ils entraînent , les gaz sont souvent contraints à traverser une couche poreuse de la matière reposant sous l'influence de la pesanteur sur une grille ou autre surface de support perforée. Dans les procédés de ce genre on éprouve souvent des difficultés lorsque la matière doit être transportée vers l'avant pendant ou après sa pénétration par les gaz.
Les grilles mobiles dont on se sert fréquemment entraînent une installation coûteuse de poids élevé et sujette à une usure considérable, surtout si les matières sont traitées par des gaz à une température très élevée.
Un inconvénient particulier réside dans le fait qu'une moitié seulement de la grille mobile est employée à tout
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instant , l'autre moitié décrivant son chemin de retour sans être utilisée. La présente invention a pour objet de perfectionner le traitement de matières solides qui sont étalées sous forme de couches et traversées par des gaz.
Suivant la présente invention , on charge la matière à l'état granulaire fin sous forme d'une couche sur la surface d'une grille ou d'un organe analogue à un tamis , surface de laquelle une partie au moins de la matière tendrait à tomber sous l'action de la pesanteur et l'on contrecarre cette tendance en donnant au gaz qui traverse la matièrne différence de pression suffisante, entre les deux côtés de la grille, pour que la matière soit maintenue sur la grille ou organe analogue par l'effet de cette différence de pression. On constate que si la grosseur du grain de la matière traitée est celle qui convient, il devient possible de retenir sur la surface une couche de matière suffisamment épaisse par la seule action du courant de gaz.
Si la surface de support est employée comme grille mobile, non seulement le côté supérieur de la grille peut être employé pour recevoir une couche de la matière, mais le côté de retour inférieur de la grille peut aussi être utilisé à cet effet, de sorte qu'on tire un meilleur parti de la surface de la grille.
Ceci conduit en outre à diverses possibilités avantageuses en ce qui concerne l'opération consistant à détacher la matière traitée de la surface, étant donné que, dans la zone où la matière n'est retenue que par l'action d'aspiration du courant de gaz, il suffit de détruire cet effet
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d&aspiration en un certain point pour que la matière tombe de la surface de la grille.
Il est toutefois particulièrement important, dans la mise en pratique de l'invention, de ne pas être limité à l'application de grilles mobiles ou de structures similaires de construction usuelle et de pouvoir au contraire d'une part employer un corps rotatif de forme quelconque, par exemple cylindrique ou conique, pour constituer le support de la couche de matière à traiter et d'autre part recouvrir d'une telle couche la surface entière d'un corps de ce genre à l'exception du point de décharge.
La décharge de la matière par le corps rotatif peut avoir'lieu soit en interrompant le courant d'air en des points auxquels la pesanteur cesse d'agir , ce qui provoque la chute de la matière à l'écart du corps, soit en projetant la matière à l'écart dudit corps par de l'air sous pression.
Pour retenir la matière sur un support perforé il est nécessaire que cette matière ne soit pas sous forme de trop gros blocs, morceaux ou nodules et qu'elle soit au contraire sous forme de granules fins. L'échange de chaleur ou autre action qui a lieu entre le gaz et la matière est d'autant plus complet que le grain est plus petit,:Il faut par conséquent réduire la grosseur du grain dans une mesure aussi grande que cela est compatible avec la consommation d'énergie qui est nécessaire pour faire passer l'air ou autres gaz à travers la matière.
Dans un grand nombre de cas , une grosseur-de grain d'un millimètre environ est recommandable . Dans d'autres cas, des grains de la grosseur d'un pois ou noisette ou des
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mélanges de crains de différentes grosseurs peuvent être plus avantageux.
L'invention est en particulier avantageusement applicable à une installation de four rotatif en vue de tirer parti des grandes quantités de chaleur que contiennent les gaz quittant le four. Comme ces gaz entraînent aussi une grande quantité de poussières, il est particu- lièrement important de réduire la grosseur de grain de la couche de matière à une valeur très faible, afin que la couche ait non seulement pour effet d'absorber la chaleur retirée du four par les gaz, mais qu'elle se comporte en même temps à la façon d'un filtre propre à ac;ir sur les gaz pou.r diminuer sensiblement la quantité de poussières qu'ils entraînent.
A cet effet, il est avantageux de préparer les matières brutes destinées au four de la manière' suivante.
On constate qu' il est particulièrement avantageux de donner à la matière brute une forme granulaire en la soumettant à un traitement mécanique avec une quantité d'eau., insuf- fisante pour la transformer en une bouillie , dans un broyeur ou dans un tambour contenant des corps broyeurs ou tout autre appareil de mélange ou de pulvérisation similaire dans lequel les particules de poudre sont amenées à adhérer les unes aux autres pour constituer de petits morceaux.
La forme et la grosseur de ces morceaux ne sont pas constantes , mais il en résulte une couche sensiblement uniforme qui, lorsqu'elle est attirée contre une surface de tamis, conserve une épaisseur approximativement constante et laisse aussi passer les gaz d'une façon extrêmement uniforme à travers toutes ses parties, de sorte que la masse granulaire
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dont la couche est composée subit dans toutes ses parties un traitement thermique extrêmement uniforme , pendant que, simultanément, les gaz quittant le four rotatif déposent les poussières qu'ils entraînent sur la couche et, en même temps, chauffent la matière et quelquefois la calcinent. La matière préparée de cette manière peut être séchée , si on le désire, avant d'être chargée sur la grille ou organe analogue.
Pour mieux faire comprendre l'invention et faci- liter sa mise en pratique on décrira maintenant à titre d'exemples plusieurs modes de réalisation d'appareils établis suivant l'invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
Fig. 1 et 2 sont respectivement une coupe lon- gitudinale et une coupe transversale d'un deces appareils.
Fig. 3 et 4 sont deux vues analogues d'une autre construction d'appareil.
Fig. 5 , 6 et 7 sont des coupes longitudinales de trois autres modes de réalisation.
On se référera d'abord aux fig.1 et 2. La grille sur laquelle la matière est traitée reçoit la forme d'un tambour cylindrique rotatif 1 comportant une paroi perforée portée par un arbre 2 et montée dans une boite fixe 3 .
La matière qui doit être traitée sur la grille est distri- @ buée par une goulotte 4 et étalée sous forme d'une couche d'épaisseur convenable sur la surface de cette grille.
Pendant la rotation de la grille, la couche de matière est maintenue sur la surface de cette grille, malgré l'ac- tion de la pesanteur , par la différence des pressions de l'air qui se trouve à l'extérieur et à l'intérieur de la grille cylindrique 1 , cet air étant contraint à pénétrer
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à l'intérieur du cylindre par refoulement ou aspiration.
L'air est admis par une ouverture ¯5 de la boîte ± et s'échappe par un tuyau 6 . En 7 , la grille est recouverte intérieurement par une calotte qui communique avec l'atmosphère par un tuyau $ . La calotte 1 protège la matière contre les gaz traversant la couche, de sorte que la différence de pression qui maintient la matière est annulée en ce point , ce qui a comme résultat que la matière tombe de la grille sous l'influence de la pesanteur et peut être évacuée par un dispositif automatique
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1JA1tel que, par exemple 3-'obturotcur à oontrepoidn 9 indiquée dans la fig, g .
Si la matière doit être complètement enle- vée de la grillé, on peut introduire de l'air comprimé par le tuyau $ ,
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/et '.¯\ On remarquera que les points d'alimentation/de décharge de la matière sont très rapprochés sur la grille, de sorte que la matière est maintenue sur la grille pendant un temps relativement long.
Dans la construction des fige 3 et 4 , la couche de matière est appliquée à l'intérieur de la grille cylindrique 1 au lieu d'être appliquée à l'extérieur. Dans ce cas , le courant d'air se meut dans le sens opposé , c'est-
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*\ à-dire de l'intérieur vers l'extérieur de la grille. Deux vis d'Archimède 10 et 11 sont prévues respectivement pour amener la matière sur la grille/pour l'évacuer. Du reste l'appareil est analogue à celui décrit au sujet des fig. 1 et 2.
Dans l'appareil de fig. 5 la disposition de grille représentée dans les fig. 1 et 2 est incorporée sous forme d'un appareil d'alimentation et de réchauffage à un four
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jç > , t:f tatif 1i de telle manière que les gaz du four traversent la matière reposant sur la grille et ont pour effet de la réchauffer et quelquefois même de la calciner partiellement ou entièrement. La matière est introduite
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- . aans le four par une goulotte 13 , 1am9±tioE ou toute Cv.ü.d4o -n. '' calcination supplémentaire qui peu@@être nécessaires ayant lieu dans le four.
Dans les appareils des fig. 6 et 7 , les grilles rotatives sont construites directement dans les extrémités d'admission des fours rotatifs 12 . Dans la fig. 6 ,la matière est chargée à l'extérieur de la grille, tandis qu'elle est chargée à l'intérieur dans la fig. 7.
Toutefois, comme la vitesse de rotation qui convient le mieux pour transmettre la chaleur à la matière reposant sur la grille n'est pas toujours égale à la vitesse de rotation du four rotatif , on peut diviser ce dernier en deux parties rotatives séparées, c'est-àdire en une partie d'admission supérieure contenant la grille de réchauffage et en une partie inférieure, ces deux parties pouvant être disposées soit avec leurs axes en coïncidence , soit avec leurs axes de rotation relativement déplacés. Dans le premier cas,la disposition peut être analogue à celle de fig. 6 avec cette différence que le tube de four serait divisé en deux parties rotatives distinctes, la grille étant reliée à la partie d'admission du four avec laquelle elle tourne.
Cette disposition est particulièrement avantageuse dans certains cas si la grille tourne plus rapidement que le four, étant donné que, après que la matière a quitté la grille, elle est soumise à un mouvement particulièrement animé
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dans la partie du four reliée à la grille. Il en résulte 1 0 que la transmission de la chaleur des gaz yr4 à la matière est particulièrement bonne précisément en ce point où s'effectue une partie importante de l'échange de chaleur, savoir la calcination.
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"PERFECTED PROCESSES AND APPARATUS FOR THE TREATMENT
MATERIALS SOLID BY GAS "
In the treatment of a solid material with gases, whether the envisaged result is an exchange of heat, the carrying out of chemical reactions or any other result, for example the purification of gases by the elimination of the substances which they entail, the gases are often forced to pass through a porous layer of the material resting under the influence of gravity on a grid or other perforated support surface. In such processes, difficulties are often encountered when the material is to be transported forward during or after its penetration by the gases.
Frequently used movable screens result in an expensive installation which is heavy in weight and subject to considerable wear, especially if the materials are gas treated at a very high temperature.
A particular disadvantage is that only half of the movable grid is used at all
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instant, the other half making its way back unused. The object of the present invention is to improve the treatment of solids which are spread in the form of layers and traversed by gases.
In accordance with the present invention, the material in a fine granular state is charged as a layer on the surface of a grid or sieve-like member, the surface of which at least part of the material would tend to. fall under the action of gravity and this tendency is counteracted by giving the gas passing through the material a sufficient pressure difference between the two sides of the grid so that the material is maintained on the grid or the like by the effect of this pressure difference. It is found that if the grain size of the material treated is the appropriate one, it becomes possible to retain on the surface a sufficiently thick layer of material by the sole action of the gas stream.
If the support surface is used as a movable grid, not only can the upper side of the grid be used to receive a layer of the material, but the lower return side of the grid can also be used for this purpose, so that 'we make better use of the grid surface.
This further leads to various advantageous possibilities with regard to the operation of detaching the treated material from the surface, since in the area where the material is retained only by the suction action of the stream of gas, just destroy this effect
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suction point at a certain point so that the material falls off the surface of the grid.
It is however particularly important, in the practice of the invention, not to be limited to the application of movable grids or similar structures of usual construction and to be able, on the contrary, on the one hand, to use a rotating body of the form any, for example cylindrical or conical, to constitute the support of the layer of material to be treated and on the other hand to cover with such a layer the entire surface of a body of this kind except for the point of discharge.
The discharge of matter by the rotating body can take place either by interrupting the air flow at points at which gravity ceases to act, causing the matter to fall away from the body, or by throwing the material away from said body by pressurized air.
In order to retain the material on a perforated support it is necessary that this material is not in the form of too large blocks, pieces or nodules and that it is, on the contrary, in the form of fine granules. The exchange of heat or other action which takes place between the gas and the material is all the more complete as the grain is smaller,: It is therefore necessary to reduce the size of the grain to an extent as large as is compatible with the energy consumption that is required to pass air or other gases through matter.
In many cases, a grain size of about one millimeter is advisable. In other cases, grains the size of a pea or hazelnut or
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mixtures of fries of different sizes may be more beneficial.
The invention is in particular advantageously applicable to a rotary kiln installation with a view to taking advantage of the large quantities of heat contained in the gases leaving the kiln. As these gases also entrain a large amount of dust, it is particularly important to reduce the grain size of the material layer to a very small value, so that the layer not only has the effect of absorbing the heat removed from the material. furnace by the gases, but that it behaves at the same time as a clean filter to ac; ir on the gases pou.r significantly reduce the amount of dust they cause.
For this purpose, it is advantageous to prepare the raw materials for the furnace in the following manner.
It is found that it is particularly advantageous to give the raw material a granular form by subjecting it to mechanical treatment with a quantity of water insufficient to transform it into a slurry, in a grinder or in a container drum. grinding bodies or other similar mixing or spraying apparatus in which the powder particles are made to adhere to each other to form small pieces.
The shape and size of these pieces are not constant, but a substantially uniform layer results which, when drawn against a sieve surface, maintains an approximately constant thickness and also allows gases to pass extremely uniform through all its parts, so that the granular mass
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of which the layer is composed undergoes in all its parts an extremely uniform heat treatment, while, simultaneously, the gases leaving the rotary kiln deposit the dust which they entrain on the layer and, at the same time, heat the material and sometimes calcine it . Material prepared in this way can be dried, if desired, before being loaded onto the grid or the like.
In order to better understand the invention and to facilitate its practice, several embodiments of apparatuses established according to the invention will now be described by way of example, with reference to the accompanying drawings in which:
Fig. 1 and 2 are respectively a longitudinal section and a cross section of one of these devices.
Fig. 3 and 4 are two analogous views of another construction of the apparatus.
Fig. 5, 6 and 7 are longitudinal sections of three other embodiments.
Reference will first be made to FIGS. 1 and 2. The grid on which the material is treated is in the form of a rotating cylindrical drum 1 comprising a perforated wall carried by a shaft 2 and mounted in a fixed box 3.
The material to be processed on the grid is distributed through a chute 4 and spread in the form of a layer of suitable thickness on the surface of this grid.
During the rotation of the grid, the layer of material is maintained on the surface of this grid, in spite of the action of gravity, by the difference in the pressures of the air which is outside and on the inside the cylindrical grid 1, this air being forced to penetrate
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inside the cylinder by delivery or suction.
The air is admitted through an opening ¯5 of the box ± and escapes through a pipe 6. At 7, the grid is covered internally by a cap which communicates with the atmosphere by a pipe $. The cap 1 protects the material against gases passing through the layer, so that the pressure difference which holds the material is canceled out at this point, which results in the material falling from the grid under the influence of gravity and can be evacuated by an automatic device
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1JA1 such as, for example 3-'obturotcur to oontrepoidn 9 indicated in fig, g.
If the material has to be completely removed from the grate, compressed air can be introduced through pipe $,
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/ and '.¯ \ Note that the feed / discharge points of the material are very close together on the grid, so that the material is held on the grid for a relatively long time.
In the construction of figs 3 and 4, the material layer is applied inside the cylindrical grid 1 instead of being applied to the outside. In this case, the air current moves in the opposite direction, that is
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* \ ie from the inside to the outside of the grid. Two Archimedes screws 10 and 11 are respectively provided to bring the material onto the grid / to evacuate it. Moreover, the apparatus is similar to that described with regard to FIGS. 1 and 2.
In the apparatus of fig. 5 the grid arrangement shown in FIGS. 1 and 2 is incorporated as a feeding and heating device to an oven
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jç>, t: f tatif 1i in such a way that the gases from the furnace pass through the material resting on the grate and have the effect of reheating it and sometimes even of partially or entirely calcining it. The material is introduced
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-. in the oven through a chute 13, 1 am9nitetioE or any Cv.ü.d4o -n. Additional calcination which may be required taking place in the furnace.
In the devices of FIGS. 6 and 7, the rotary grates are built directly into the inlet ends of the rotary kilns 12. In fig. 6, the material is loaded outside the grid, while it is loaded inside in fig. 7.
However, since the speed of rotation which is most suitable for transmitting heat to the material resting on the grate is not always equal to the speed of rotation of the rotary kiln, the latter can be divided into two separate rotary parts. that is to say in an upper intake part containing the heating grid and in a lower part, these two parts being able to be arranged either with their axes in coincidence, or with their relatively displaced axes of rotation. In the first case, the arrangement may be similar to that of FIG. 6 with this difference that the furnace tube would be divided into two distinct rotating parts, the grid being connected to the inlet part of the furnace with which it rotates.
This arrangement is particularly advantageous in certain cases if the grid rotates faster than the oven, given that, after the material has left the grid, it is subjected to a particularly lively movement.
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in the part of the oven connected to the grid. As a result, the heat transfer from the yr4 gases to the material is particularly good precisely at this point where a significant part of the heat exchange takes place, namely the calcination.