Procédé pour mélanger une matière pulvérulente fluidifiable
et appareil pour sa mise en oeuvre La présente invention n a pour objet un procédé pour mélanger une matière pulvérulente fluidifiable.
Elle a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé.
On connaît un procédé et un appareil pour mélanger des matières pulvérulentes sèches par une aération intermittente des divers secteurs d'un silo ou d'un autre récipient d'emmagasinage, l'aération étant différente selon les secteurs et obtenue par introduction d'un gaz dans la matière à travers le plancher du récipient, perméable au gaz. Une telle aération produit une circulation de la matière dans le récipient qui facilite considérablement le mélange de la matière.
Avec certaines matières, par exemple certains mélanges de matières premières destinés à la pro du tion du ciment hydraulique, on a trouvé que l'aération de divers secteurs de la matière par introduction d'un gaz en quantités différentes à travers les différentes sections du plancher, bien qu'ordinairement avantageuse, crée une condition indésirable dans la partie centrale du récipient. Lors de l'aération, il se produit un phénomène connu sous le nom d' effet de paroi , qui consiste en l'émigration du gaz d'aération vers la zone de moindre résistanoe à l'écoulement qui existe le long des parois du silo, privant ainsi la surface centrale du courant de gaz et permettant la formation d'une zone de matière stagnante au centre du récipient où la matière est insuf- fisamment aérée.
L'état stagnant de la matière dans le centre du silo est aggravé par la force qu'exerce, contre la zone stagnante, la matière se déplaçant vers le bas en circulation dans le silo. Cette matière se déplaçant vers le bas comprime la matière stagnante dans la zone centrale en polissant sa surface, le frottement créant une résistance dans la circulation qui réduit l'efficacité du mélange.
Ce problème n'a reçu jusqu'ici aucune solution.
Le procédé que comprend la présente invention pour mélanger une matière pulvérulente fluidifiable dans un récipient comprenant des unités d'aération disposées en secteurs dans son fond et formant un plancher pour le récipient, des moyens pour envoyer un gaz aux unités d'aération indépendamment dans chaque secteur et le faire passer de bas en haut à travers la matière pulvérulente surmontant chaque secteur, une sortie pour la matière débouchant audessus du plancher dans une zone où une masse de la matière pulvérulente à mélanger est maintenue, le gaz étant distribué à travers l'un au moins des secteurs à un débit suffisant pour fluidifier la matière dans ce secteur tandis qu'il est distribué simultanément dans les autres secteurs à un débit suffisant pour aérer la matière dans.
ces secteurs mais non la fluidifier, de manière que la matière dans le secteur où la fluidification se produit s'écoule à partir de la région supérieure de ce secteur vers les régions supérieures des secteurs où la matière n'est pas fluidifiée et que la matière plus dense dans les secteurs où elle n'est pas fluidifiée s'écoule dans la région inférieure du secteur où la matière est fluidifiée, est caractérisé en ce qu'on distribue le gaz de bas en haut à travers la matière par les unités d'aération disposées dans la partie centrale du récipient à un débit supérieur à celui du gaz distribué simultanément par les unités d'aération qui ne sont pas disposées dans ladite partie centrale et dans ledit secteur où l'on produit la fluidification,
pour faciliter Fécoulement de la matière dans ladite partie centrale en direction de la région inférieure du secteur où l'on produit la fluidification, et créer une circulation de la matière vers le bas dans lesdits autres secteurs.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple,
une forme d'exécution et une variante de l'appareil
que comprend également l'invention, des diagram
mes explicatifs et un appareil connu.
La fig. 1 est une coupe de cette forme d'exécu
tion par un plan horizontal.
La fig. 2 est une coupe partielle selon 2-2 de la
fig. 1.
La fig. 3 est une coupe selon 3-3 de la fig. 1.
La fig. 4 est un diagramme explicatif relatif à
cette forme d'exécution.
La fig. 5 est une coupe de la variante par un
plan horizontal.
La fig. 6 est une coupe selon 6-6 de la fig. 5.
La fig. 7 est un diagramme explicatif relatif à
cette variante.
La fig. 8 est une coupe semblable à la fig. 3
d'un appareil connu.
La fig. 9 est un diagramme explicatif relatif à
cet appareil connu.
La forme d'exécution représentée aux fig. 1 à 3
comprend un silo 1, par exemple un grand silo exté
rieur pour matières premières du ciment, comprenant
une paroi circulaire 2 fermée par un fond 3 et pré
sentant une décharge 4 qui communique avec un
conduit de décharge 5. La surface supérieure du fond
3 comprend plusieurs unités d'aération 6 réparties
pratiquement sur toute la surface du fond et formant
un plancher d'aération pratiquement plan et légère
ment en pente en direction de la décharge 4 pour
faciliter le retrait du contenu du silo. Les unités d'aé
ration 6 comprennent chacune un milieu perméable
aux gaz, par exemple des pierres d'aération, fermant
la région supérieure de l'unité au-dessus d'une cham
bre recevant de l'air.
Plusieurs tuyaux 9 s'étendent individuellement
entre les rangées adjacentes des unités 6 dans une
direction sensiblement perpendiculaire à une ligne
diamétrale 10 et se terminant près de cette ligne. Le
plancher d'aération est constitué par plusieurs sec
teurs A, B, C et D le long de la ligne 10 et d'une
seconde ligne diamétrale perpendiculaire à la pre
mière et coupant la décharge 4. Les secteurs A, B,
C et D reçoivent de l'air par des conduits principaux
individuels 11, 12, 13 et 14, respectivement, qui
communiquent avec les tuyaux 9 respectifs et
envoient de l'air dans les unités 6 à travers des
tuyaux d'alimentation individuels 15.
Les conduits principaux 11, 12, 13 et 14 sont
alimentés en air comprimé (ou un autre gaz) par une
ou plusieurs sources non représentées et par un dis
positif de réglage mis en fonction pour envoyer de
l'air à l'un des secteurs à une vitesse suffisante pour
produire la fluidification de la matière surmontant ce
secteur et pour envoyer en même temps de l'air aux
autres secteurs à une vitesse suffisante seulement
pour produire une légère aération de la matière sur
montant ces secteurs. Ce dispositif peut être utilisé aussi pour faire passer l'alimentation de l'air de fluidification d'un secteur à l'autre dans un ordre déterminé, toujours avec une alimentation simultanée d'air d'aération aux autres secteurs.
Celles des unités d'aération 6 qui se trouvent placées dans une zone centrale symétrique concentrique au silo et définie par un cercle d'un rayon compris entre le tiers et la moitié du rayon du silo ou par une surface comprise entre un neuvième et un quart de la surface du silo, comprennent un tuyau d'alimentation secondaire 15a. Ces unités sont désignées par la référence 6a et sont ombrées à la fig. 1 pour les distinguer des autres unités 6. Un rapport exact des rayons ou des surfaces respectifs de la zone centrale et du silo ne peut être donné par suite des différences que présentent les diamètres des divers silos et les dimensions des unités d'aération. Les tuyaux secondaires 15a doublent approximativement le débit de l'air vers et à travers les unités d'aération correspondantes et dans la matière placée au-dessus de ces unités.
Bien qu'on puisse utiliser une construction différente avec des avantages équivalents, l'emploi de tuyaux secondaires permet une standardisation des composantes et une simplification de la construction.
Les tuyaux 15 et 15a alimentant t les unités 6a intérieures du secteur B fournissent approximativement deux fois le débit d'air requis pour la fluidification, cet air passant dans la matière qui surmonte la partie centrale de oe secteur, et les unités d'aération semblables des secteurs A, C, et D fournissent approximativement deux fois le débit d'air requis pour une légère aération de la matière qui surmonte les parties centrales de chacun de ces secteurs.
Les courants d'air respectifs sont représentés schématiquement à la fig. 4. Dans cette figure, les hauteurs relatives des colonnes 16, 17, 18 et 19 expriment la relation entre les débits et les surfaces des courants d'air dans les différentes zones du silo représenté à la fig. 3. La colonne 16 représente le débit et la surface du courant d'air délivré à travers les unités périphériques du secteur B, et la colonne 17 représente la surface et le débit de l'écoulement d'air à travers les unités centrales du secteur B assuré par les doubles tuyaux 15 et 15a. De même, les colonnes 18 et 19 représentent la surface et le débit de l'écoulement d'air à travers les unités périphériques et à travers les unités centrales à doubles tuyaux, respectivement, dans le secteur A.
Lors du fonctionnement, quand le secteur B est actif et reçoit l'air de fluidification comme représenté aux fig. 3 et 4, de l'air, dont la pression et le débit permettent d'assurer la fluidification de la matière surmontant le secteur B, est alimenté par la conduite principale 12, les tuyauteries 9, les tuyaux d'alimentation 15 et, pour les unités 6a adjacentes au centre du silo, les tuyaux d'alimentation 15a. Simultanément, de l'air, dont la pression et le débit permettent d'assurer une légère aération de la matière surmontant les autres secteurs inactifs A, C et D et de détendre légèrement cette matière, est alimenté par les conduits principaux 11, 13 et 14, respectivement, pour produire une décharge d'air semblable à travers les unités d'aération et dans la matière qui les surmonte.
Les pressions et les débits optima pour la fluidification et pour l'aération sont déterminés de préférence par expérience à partir d'échantillons de la matière à traiter, comme il est connu.
L'air de fluidification passant à travers les unités périphériques séparées 6 du secteur B, qui reçoivent l'air des seuls tuyaux 15, traverse toute la hauteur de la colonne de matière, fluidifiant la masse et la réduisant par un frottement des particules les unes contre les autres, de manière que la matière disposée en haut soit soulevée par la dilatation de la colonne audessus de la surface supérieure des secteurs inactifs
A, C et D. En même temps, l'air assurant une légère aération passant à travers les unités 6 des secteurs A,
C et D, alimentés par les seuls tuyaux 15, traverse et détend légèrement la matière surmontant ces secteurs et, dans certains cas, la soulève à un niveau qui n'est pas très supérieur à celui de la surface des unités d'aération 6.
La détente de la matière dans les secteurs inactifs doit simplement rendre la matière située dans la région inférieure suffisamment mobile pour l'envoyer dans la région inférieure du secteur actif sous l'action de la force exercée par la colonne de matière surmontant ces secteurs.
Quand les caractéristiques de la matière sont telles qu'une fois la matière fluidifiée elle retient suffisamment d'air emprisonné pour conserver une mobilité suffisante pour circuler dans la zone centrale la plus dense, la légère aération des secteurs non fluidifiés peut sembler inutile. Toutefois, une commande plus précise du processus est obtenue si l'on assure une légère aération dans ces secteurs, et même s'il était possible de supprimer l'aération des secteurs inactifs, il est préférable d'assurer un écoulement d'air suffisant dans ces secteurs pour éviter une obstruction des surfaces des unités d'aération.
Quand la matière plus dense dans la région inférieure des secteurs inactifs pipasse dans le secteur actif, et quand la matière dilatée à la partie supérieure de la colonne fluidifiée, au-dessus du secteur actif B, s'écoule par-dessus le sommet des colonnes plus denses, une circulation de base s'établit et gagne sensiblement tout le silo, au moins le long d'une ligne transversale disposée diamétralement à travers le centre du secteur actif.
Les différents tuyaux peuvent être alimentés par une source d'air sous pression et comprendre des soupapes réglées par un dispositif pouvant être actionné de manière à communiquer au courant d'air dans l'un des secteurs une vitesse plus grande que celles communiquées aux courants d'air dans les autres secteurs. La plus grande vitesse d'écoulement de l'air dans un seul secteur est suffisante pour fluidifier la matière présente dans ce secteur, c'est-à-dire la rendre coulante pour qu'elle puisse se dilater et se soulever entre la paroi adjacente du silo et les colonnes contiguës des autres secteurs. Ces autres secteurs sont alimentés avec une quantité d'air qui suffit seulement à aérer légèrement la matière afin de donner à cette matière un léger mouvement.
La matière surmontant le secteur actif s'écoule sur la surface supérieure de la matière surmontant les autres secteurs inactifs, tandis que la matière plus dense provenant des régions inférieures des secteurs inactifs et de la surface séparant les zones dilatées des zones plus denses peut s'écouler dans la zone fluidifiée, créant ainsi une circulation dans le silo.
Par intervalles, l'air assurant cette fluidification est envoyé à un autre secteur, tandis que le secteur précédemment fluidifié est alimenté avec un courant d'air à moindre vitesse destiné seulement à l'aération.
Chaque secteur est ainsi actif > pendant une cer- taine période d'un cycle. Le mélange complet de la matière peut être obtenu après un cycle ou peut nécessiter plusieurs cycles, selon les caractéristiques de la matière particulière et suivant l'homogénéité initiale et l'homogénéité finale requise.
Dans chaque secteur, plusieurs unités d'aération adjacentes au centre du silo sont alimentées avec un excès d'air par rapport aux unités restantes du secteur, de manière que la matière dans la zone centrale du silo au dessus des secteurs inactifs prenne une densité inférieure à la densité de la matière dans la zone extérieure au-dessus des dits secteurs inactifs, mais supérieure à la densité de la matière dans le secteur actif.
La variante représentée aux fig. 5 et 6 est particulièrement avantageuse pour des récipients d'une capacité relativement limitée. Un récipient 21, de section carrée, comprend des parois latérales 22 fermées par un fond 23. Le récipient oomporte une décharge 24 qui communique avec un conduit de décharge 25. La surface supérieure du fond 23 comprend des unités d'aération 26 disposées de manière à couvrir sensiblemenYt toute la surface du fond 23 et à former un plancher d'aération sensiblement plan, légèrement incliné vers la décharge 24 pour faciliter le retrait du contenu du récipient.
Une unité d'aération carrée 27, centrale, qui représente environ un neuvième à un quart de la surface du plancher d'aération, est disposée à égale distance des parois 22 et comprend une chambre 28 au-dessous d'elle qui reçoit de l'air d'un tuyau d'entrée 29. Les autres surfaces périphériques du plancher d'aération constituent quatre unités d'aération 31, 32, 33 et 34, carrées, comprenant chacune une chambre individuelle 35 ou 38 dont deux sont visibles à la fig. 5. Chacune des chambres 35 et 38 reçoit une alimentation d'air centrale assurée par un tuyau d'entrée d'air individuel 39. Alors que chacune des unités 27, 31, 32, 33 et 34 est représentée comme une seule unité, il est évident qu'elle peut comprendre plusieurs petites unités telles que celles représentées à la fig. 1.
Un dispositif d'alimentation n d'air permet d'ali- menter les unités 31, 32, 33 et 34 de la même manière que les secteurs A, B, C et D de la forme d'exécution représentée aux fig. 1 à 3.
Dans cette variante, l'alimentation d'air à l'unité d'aération centrale 27 est indépendante du cycle du dispositif d'alimentation des unités 31 à 34 et peut être assurée par des moyens. produisant un courant oontinu d'air dans la matière surmontant cette unité, à une vitesse suffisante pour produire une aération notable de cette matière et la mettre dans un état intermédiaire à l'état de légère aération des sec- teurs inactifs et à l'état de fluidification du secteur actif précédemment décrits. Ce courant d'air peut être produit par une source d'air totalement indépendante, par une alimentation supplémentaire à partir de la source d'air pour la légère aération ou obtenu par une plus haute perméabilité du milieu perméable au gaz de l'unité centrale 27 relativement à celui des unités 31 à 34, ou par tout autre moyen.
Les écoulements d'air respectifs à travers les diverses unités d'aération, quand l'unité 31 est active ou fluidifiante , sont représentés schématiquement à la fig. 7. Dans. cette figure, les hauteurs respectives des colonnes 41, 42 et 43 montrent, respectivement, la relation des débits et des surfaces d'écoulement d'air à travers les unités extérieures 31 et 34 et l'unité centrale 27.
La colonne 41 représente le débit auquel l'air est délivré à travers l'unité active au moment considéré, dans ce cas l'unité 31. La colonne 42 représente les débits d'air délivrés à travers les unités inactives 32, 33, 34 pour assurer seulement t une légère aération de la matière. Comme décrit précédemment pour la forme d'exécution représentée aux fig. 1 à 3, l'alimentation de l'air de fluidification passe périodiquement dans une nouvelle unité et les autres unités reçoivent de l'air à un débit suffisant pour assurer seulement la légère aération de la matière.
La colonne 43 montre que l'alimentation continue d'air à l'unité centrale 27 se fait à un débit suffisant pour produire une aération notable de la matière surmontant cette unité sans produire sa fluidification. La quantité d'air fournie à cette unité peut être de l'ordre du double, par unité de surface d'aération, de la quantité d'air fournie aux unités extérieures inactives pour produire seulement une légère aération de la matière surmontant ces unités.
Le fonctionnement de l'appareil représenté aux fig. 5 et 6 est semblable à celui de l'appareil représenté aux fig. 1 à 3.
I1 est évident qu'on peut utiliser des récipients dont la section n'est ni circulaire ni carrée. Cependant, on obtient des résultats particulièrement avantageux quand la section droite du récipient est symétrique par rapport à chacun de deux axes passant par le centre du récipient et perpendiculaires l'un à l'autre. Comme représenté à la fig. 1, le silo est symé trique relativement à la ligne 10 et également t relati- vement à une ligne divisant le silo perpendiculairement à la ligne 10 et passant par le centre du silo.
La symétrie permet la division du plancher en unités de surface sensiblement égale facilitant le réglage de l'alimentation et, ce qui est plus important, exerçant une influence égale sur la matière dans le silo. En conséquence, le cycle de l'air de fluidification et d'aération des unités respectives assure des circulations pratiquement identiques dans chaque unité pendant la partie active ou de fluidification du cycle, et par conséquent une grande efficacité du mélange.
L'écoulement de l'air et la circulation de la matière dans les appareils décrits sont mieux compris si on les compare à ceux qui se produisent dans un appareil connu tel que celui représenté à la fig. 8, quand on doit mélanger une matière difficile à traiter. Cet appareil comprend un silo 51 présentant une paroi circulaire 52 fermée par un fond 53 et comprenant un plancher d'aération 54. Le plancher 54 comprend des unités d'aération 55 disposées dans des secteurs dont deux, G et F, sont visibles à la fig. 8.
Les unités d'aération 55 reçoivent chacune de l'air d'un seul tuyau d'alimentation 56 depuis plusieurs tubulures 57. Les tubulures du secteur F et du secteur G sont alimentées avec de l'air provenant de conduits principaux 58 et 59 respectivement, de la manière décrite pour l'appareil représenté à la fig. 1.
Lors du fonctionnement, les unités d'aération du secteur F envoient de l'air en quantités suffisantes pour la fluidification à travers toute la surface du secteur. Les unités d'aération des autres secteurs, comprenant le secteur G, envoient de l'air dans la matière qui les surmonte en quantités suffisantes seulement pour assurer une légère aération de la matière sur toutes les surfaces respectives de ces secteurs.
Les débits et les surfaces théoriques de l'écoulement d'air dans les secteurs F et G sont représentés par des flèches 60 et 61 respectivement dans le diagramme de la fig. 9.
L'effet de la paroi adjacente au secteur actif F est d'obliger une grande proportion de l'air envoyé à travers les unités du secteur actif à suivre le trajet de moindre résistance qui monte verticalement le long de la paroi, au lieu de passer verticalement à travers la matière. Par conséquent, la colonne de matière fluidifiée surmontant les unités d'aération du secteur F est tirée vers le bas de la paroi, et la zone plus dense du restant de la matière dans le silo est agrandie de manière correspondante. Cet effet est apparemment plus grand dans la région inférieure du silo par suite de la plus grande pression exercée par la couche de matière disposée au-dessus.
En outre, l'augmentation de densité de la matière sur la partie centrale du secteur actif est intensifiée par le mouvement vers le bas de la matière en circulation depuis le sommet des zones plus denses. Ce mouvement, quand il se poursuit pendant quelques minutes, est cause de l'établissement d'une plus grande pression sur la matière déjà plus dense, la transformant en une masse dense et immobile. Par une action de frottement ou de polissage sur cette masse, il se pfO- duit une surface dure qui constitue ainsi une limite pour la circulation à travers le silo. Cette limite entraîne un écoulement insuffisant de la matière depuis la surface opposée du secteur actif et un écoulement trop élevé depuis les surfaces latérales adjacentes au secteur actif, contrariant ainsi le
mélange.
Le plan de la fig. 8 coupe cette surface dure approximativement le long d'une ligne 62.
Pendant le cycle de fonctionnement, quand le secteur G reçoit de l'air de fluidification et le secteur
F de l'air d'aération seulement, les zones fluidifiées et plus denses sont inversées, de sorte qu'une coupe semblable à celle de la fig. 8 prise à ce moment et représentant l'état de la matière est approximativement l'image dans un miroir de la coupe représentée à la fig. 8, la ligne de coupe de la zone plus dense suivant une ligne 63.
Quand le cycle se poursuit pour amener successivement les autres secteurs à l'état fluidifié, un cône résiduel 64 de matière complètement stagnante s'établit au centre du fond du silo, dans la surface située au-dessous de l'intersection entre les lignes 62 et 63, produisant un étranglement permanent pour la circulation qui suit une ligne 65 et entraînant une augmentation du temps nécessaire pour obtenir un mélange donné.
Au contraire des résultats obtenus dans le silo représenté à la fig. 8, l'alimentation n d'air augmentée dans les unités d'aération centrales des secteurs des silos selon les fig. 1 à 3 et 5, 6 produit une densité de la matière située au-dessus de la partie centrale des unités d'aération qui est comprise entre les densités respectives de la matière au-dessus des unités périphériques inactives et de la matière disposée audessus des unités d'aération du secteur actif.
Le débit de l'air fourni aux unités centrales est inférieur à celui requis pour fluidifier la matière placée au dessus de ces unités, mais suffisant t pour contrarier l'effet de paroi et les forces de compression de la matière se déplaçant vers le bas et suivant les trajets
E et E' (fig. 3 et 6), afin d'empêcher la formation d'une surface centrale immobile et, finalement, d'un cône de matière compacte comme on le voit à la fig. 8.
En outre, l'alimentation d'air doublée dans les unités d'aération centrales 6a de celui des secteurs de la fig. 3 qui est actif est suffisante pour la fluidification, de sorte qu'il se forme à la partie intérieure extrême du secteur actif une zone de grande dilatation comparativement à la dilatation dans les autres parties de la colonne fluidifiée de matière dans ce secteur. Cela a pour avantage de former et de maintenir la surface nécessaire de la colonne fluidifiée sur le secteur actif, car il se produit une zone de matière beaucoup moins dense à la jonction du secteur actif et du secteur inactif contigu et diamétralement oppose.
Le courant de circulation principal de la matière dans le silo se fait principalement le long d'une ligne diamétrale coupant le secteur actif et le secteur inactif opposé, produisant ainsi la plus grande force de compression le long de cette ligne. En créant dans la matière une zone d'une densité sensiblement inférieure le long de cette ligne, non seulement là matière se déplace plus facilement à travers cette zone vers la zone de fluidification, mais encore la zone moins dense agit aussi en déterminant partiellement le mouvement de l'air introduit à travers les autres unités d'aération de la zone de fluidification.
Cette zone de moindre densité offre une résistance légèrement inférieure à l'écoulement de l'air à partir des unités adjacentes du secteur actif, contrariant ainsi au moins en partie l'effet de paroi à proximité de la paroi du silo, et facilitant la distribution uniforme de l'air sur les surfaces de la colonne fluidifiée quand l'air s'élève vers la surface supérieure de la matière. Par conséquent, et particulièrement avec les matières ayant tendance à former des rigoles, il est préférable d'utiliser une alimentation d'air intermittente dans les secteurs de fluidification pour empêcher la formation d'une rigole étendue et permanente dans cette zone de densité très inférieure, ou d'assurer la destruction périodique des rigoles produites.
L'utilisation d'une zone de grande aération à la partie centrale du secteur actif présente aussi un avantage particulier dans le cas d'une variation excessive de l'état physique de la matière quand elle est introduite dans le silo. I1 est avantageux de grouper centralement des unités d'aération et d'alimenter ce groupe indépendamment, de manière qu'il délivre constamment un volume d'air égal à environ le double de celui requis pour la légère aération de la matière, au lieu d'envoyer cycliquement des quantités d'air considérables à travers les unités d'aération de la partie centrale du silo. Cependant, dans ce cas, les matières qui sont particulièrement sujettes à former des masses compactes peuvent produire des troubles si les conditions sont autres que celles attendues.
Si la matière alimentée à un instant quelconque est trop fine, trop humide ou, pour une raison quelconque, plus difficile à fluidifier ou à mélanger que la matière normale, l'emploi d'unités d'aération centrales recevant des volumes d'air considérables crée des tensions mécaniques sur toute surface stagnante qui peut se former, supprimant toute tendance à la formation d'un cône et dispersant par la turbulence de l'air toute accumulation de matière compacte ou de morceaux avant que la matière provenant de cette surface entre dans le secteur actif.
Process for mixing a flowable powdery material
and apparatus for its implementation The present invention relates to a process for mixing a flowable powdery material.
It also relates to an apparatus for implementing this method.
A method and apparatus are known for mixing dry pulverulent materials by intermittent aeration of the various sectors of a silo or of another storage vessel, the aeration being different according to the sectors and obtained by the introduction of a gas. into the material through the floor of the gas permeable container. Such aeration produces a circulation of the material in the container which considerably facilitates the mixing of the material.
With certain materials, for example certain mixtures of raw materials intended for the production of hydraulic cement, it has been found that aeration of various sectors of the material by introducing gas in different quantities through the different sections of the floor , although ordinarily advantageous, creates an undesirable condition in the central part of the container. During aeration, a phenomenon known as the wall effect occurs, which consists of the emigration of the aeration gas towards the zone of least resistance to the flow which exists along the walls of the silo. thus depriving the central surface of the gas stream and allowing the formation of a zone of stagnant material in the center of the container where the material is insufficiently ventilated.
The stagnant state of the material in the center of the silo is aggravated by the force exerted against the stagnant area by the material moving downwardly circulating in the silo. This downward moving material compresses the stagnant material in the central area polishing its surface, the friction creating resistance in the flow which reduces the efficiency of the mixture.
This problem has so far received no solution.
The method of the present invention for mixing a flowable powdery material in a container comprising aeration units arranged in sectors in its bottom and forming a floor for the container, means for supplying gas to the aeration units independently in each sector and pass it from bottom to top through the powder material overlying each sector, an outlet for the material opening above the floor into an area where a mass of the powder material to be mixed is maintained, the gas being distributed through the at least one of the sectors at a rate sufficient to fluidize the material in this sector while it is simultaneously distributed in the other sectors at a rate sufficient to aerate the material in.
these sectors but not fluidize it, so that the material in the sector where the fluidization occurs flows from the upper region of this sector to the upper regions of the sectors where the material is not fluidized and the material more dense in the sectors where it is not fluidized flows in the lower region of the sector where the material is fluidized, is characterized in that the gas is distributed from the bottom up through the material by the units of aeration arranged in the central part of the container at a rate greater than that of the gas distributed simultaneously by the aeration units which are not arranged in said central part and in said sector where the fluidization is produced,
to facilitate the flow of the material in said central part towards the lower region of the sector where the fluidization is produced, and to create a downward circulation of the material in said other sectors.
The appended drawing represents, by way of example,
an embodiment and a variant of the device
that the invention also includes, diagrams
my explanations and a known device.
Fig. 1 is a cross section of this form of execu
tion by a horizontal plane.
Fig. 2 is a partial cut along 2-2 of the
fig. 1.
Fig. 3 is a section on 3-3 of FIG. 1.
Fig. 4 is an explanatory diagram relating to
this embodiment.
Fig. 5 is a section of the variant by a
horizontal plane.
Fig. 6 is a section on 6-6 of FIG. 5.
Fig. 7 is an explanatory diagram relating to
this variant.
Fig. 8 is a section similar to FIG. 3
of a known device.
Fig. 9 is an explanatory diagram relating to
this known device.
The embodiment shown in FIGS. 1 to 3
includes a silo 1, for example a large outdoor silo
for cement raw materials, comprising
a circular wall 2 closed by a bottom 3 and pre
feeling a discharge 4 which communicates with a
discharge duct 5. The upper surface of the bottom
3 includes several aeration units 6 distributed
practically over the entire surface of the bottom and forming
a practically flat and light ventilation floor
on a slope towards the landfill 4 for
facilitate the removal of the contents of the silo. AE units
ration 6 each include a permeable medium
to gases, for example ventilation stones, closing
the upper region of the unit above a cham
bre receiving air.
Several pipes 9 extend individually
between adjacent rows of 6 units in a
direction substantially perpendicular to a line
diametral 10 and ending near this line. The
aeration floor is made up of several sec
tors A, B, C and D along line 10 and a
second diametrical line perpendicular to the first
and cutting off the landfill 4. Sectors A, B,
C and D receive air through main ducts
individual 11, 12, 13 and 14, respectively, which
communicate with the respective pipes 9 and
send air to the 6 units through
individual supply hoses 15.
Main ducts 11, 12, 13 and 14 are
supplied with compressed air (or another gas) by a
or several sources not represented and by a dis
positive setting activated to send
air to one of the sectors at a speed sufficient to
produce the fluidization of the material overcoming this
sector and at the same time to send air to
other sectors at sufficient speed only
to produce a slight aeration of the material on
ascending these sectors. This device can also be used to pass the supply of fluidizing air from one sector to another in a determined order, always with a simultaneous supply of aeration air to the other sectors.
Those of the aeration units 6 which are placed in a central symmetrical zone concentric with the silo and defined by a circle with a radius between one third and one half of the radius of the silo or by an area between one ninth and one quarter of the silo surface, include a secondary supply pipe 15a. These units are designated by the reference 6a and are shaded in FIG. 1 to distinguish them from other units 6. An exact ratio of the respective radii or areas of the central zone and the silo cannot be given due to the differences in the diameters of the various silos and the dimensions of the aeration units. The secondary pipes 15a approximately double the flow of air to and through the corresponding aeration units and into the material placed above these units.
Although a different construction can be used with equivalent advantages, the use of secondary pipes allows a standardization of the components and a simplification of the construction.
The pipes 15 and 15a feeding the indoor units 6a of sector B provide approximately twice the air flow required for fluidization, this air passing through the material which surmounts the central part of this sector, and similar aeration units. sectors A, C, and D provide approximately twice the air flow required for a slight aeration of the material which overcomes the central portions of each of these sectors.
The respective air currents are shown schematically in FIG. 4. In this figure, the relative heights of the columns 16, 17, 18 and 19 express the relationship between the flow rates and the surfaces of the air currents in the different zones of the silo shown in FIG. 3. Column 16 represents the flow rate and the area of the air flow delivered through the peripheral units of the sector B, and the column 17 represents the area and the rate of the air flow through the central units of the sector. B provided by double pipes 15 and 15a. Likewise, columns 18 and 19 represent the area and rate of air flow through the peripheral units and through the double-pipe central units, respectively, in sector A.
During operation, when sector B is active and receives the fluidization air as shown in fig. 3 and 4, air, the pressure and flow of which make it possible to fluidify the material overcoming sector B, is supplied by the main pipe 12, the pipes 9, the supply pipes 15 and, for the units 6a adjacent to the center of the silo, the feed pipes 15a. At the same time, air, the pressure and flow of which make it possible to ensure a slight aeration of the material overcoming the other inactive sectors A, C and D and to slightly relax this material, is supplied by the main ducts 11, 13 and 14, respectively, to produce a similar discharge of air through the aeration units and into the material above them.
The optimum pressures and flow rates for fluidization and aeration are preferably determined by experience from samples of the material to be treated, as is known.
The fluidization air passing through the separate peripheral units 6 of the sector B, which receive the air from only the pipes 15, crosses the entire height of the column of material, fluidifying the mass and reducing it by friction of the particles one against the other. against the others, so that the material at the top is lifted by the expansion of the column above the upper surface of the inactive sectors
A, C and D. At the same time, the air providing a slight ventilation passing through units 6 of sectors A,
C and D, fed by the only pipes 15, crosses and slightly relaxes the material overcoming these sectors and, in some cases, lifts it to a level which is not much higher than that of the surface of the aeration units 6.
The relaxation of the material in the inactive sectors must simply make the material located in the lower region sufficiently mobile to send it into the lower region of the active sector under the action of the force exerted by the column of material surmounting these sectors.
When the characteristics of the material are such that once the material has been fluidized it retains enough trapped air to maintain sufficient mobility to circulate in the densest central zone, light aeration of the non-fluidized sectors may seem unnecessary. However, more precise control of the process is obtained if light ventilation is provided in these areas, and although it was possible to suppress aeration of inactive areas, it is preferable to ensure sufficient air flow. in these areas to prevent obstruction of the surfaces of the ventilation units.
When the denser material in the lower region of the inactive sectors drops into the active sector, and when the expanded material at the top of the fluidized column, above the active sector B, flows over the top of the columns more dense, a basic circulation is established and reaches substantially the whole silo, at least along a transverse line arranged diametrically through the center of the active sector.
The various pipes can be supplied by a source of pressurized air and comprise valves regulated by a device which can be actuated so as to impart to the air stream in one of the sectors a greater speed than those imparted to the streams of air. air in other sectors. The greater air flow velocity in a single sector is sufficient to fluidize the material present in that sector, i.e. make it flowable so that it can expand and rise between the adjacent wall. of the silo and the adjacent columns of the other sectors. These other sectors are supplied with a quantity of air which is only sufficient to slightly aerate the material in order to give this material a slight movement.
The material overlying the active sector flows over the upper surface of the material overlying the other inactive sectors, while the denser material from the lower regions of the inactive sectors and from the surface separating the expanded areas from the denser areas may occur. flow into the fluidized zone, thus creating circulation in the silo.
At intervals, the air ensuring this fluidization is sent to another sector, while the previously fluidized sector is supplied with a stream of air at lower speed intended only for aeration.
Each sector is thus active> for a certain period of a cycle. Complete mixing of the material can be achieved after one cycle or may require several cycles, depending on the characteristics of the particular material and depending on the initial homogeneity and final homogeneity required.
In each sector, several aeration units adjacent to the center of the silo are supplied with an excess of air compared to the remaining units in the sector, so that the material in the central area of the silo above the inactive sectors takes on a lower density to the density of the material in the outer zone above said inactive sectors, but greater than the density of the material in the active sector.
The variant shown in FIGS. 5 and 6 is particularly advantageous for containers of relatively limited capacity. A container 21, of square cross section, comprises side walls 22 closed by a bottom 23. The container has a discharge 24 which communicates with a discharge duct 25. The upper surface of the base 23 comprises aeration units 26 arranged in such a manner. to cover sensiblemenYt the entire surface of the bottom 23 and to form a substantially flat aeration floor, slightly inclined towards the discharge 24 to facilitate the removal of the contents of the container.
A central square aeration unit 27, which represents about one-ninth to one-quarter of the surface of the aeration floor, is disposed equidistant from walls 22 and includes a chamber 28 below it which receives air. air from an inlet pipe 29. The other peripheral surfaces of the aeration floor constitute four aeration units 31, 32, 33 and 34, square, each comprising an individual chamber 35 or 38, two of which are visible at the bottom. fig. 5. Each of the chambers 35 and 38 receives a central air supply from an individual air inlet pipe 39. While each of the units 27, 31, 32, 33 and 34 is shown as a single unit, it is It is obvious that it can include several small units such as those shown in FIG. 1.
An air supply device n makes it possible to supply the units 31, 32, 33 and 34 in the same way as the sectors A, B, C and D of the embodiment shown in FIGS. 1 to 3.
In this variant, the supply of air to the central ventilation unit 27 is independent of the cycle of the supply device of the units 31 to 34 and can be ensured by means. producing a continuous flow of air in the material surmounting this unit, at a speed sufficient to produce a noticeable aeration of this material and to put it in an intermediate state in the state of light aeration of the inactive sectors and in the state fluidification of the active sector described above. This air stream can be produced by a completely independent air source, by an additional supply from the air source for light aeration or obtained by a higher permeability of the gas permeable medium of the central unit. 27 relative to that of units 31 to 34, or by any other means.
The respective air flows through the various aeration units, when the unit 31 is active or fluidizing, are shown schematically in FIG. 7. In. In this figure, the respective heights of the columns 41, 42 and 43 show, respectively, the relation of the air flow rates and the air flow surfaces through the outdoor units 31 and 34 and the central unit 27.
Column 41 represents the flow rate at which air is delivered through the active unit at the time considered, in this case unit 31. Column 42 represents the air flows delivered through inactive units 32, 33, 34 to ensure only a slight ventilation of the material. As described above for the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the fluidizing air supply periodically passes to a new unit and the other units receive air at a rate sufficient to ensure only slight aeration of the material.
Column 43 shows that the continuous supply of air to the central unit 27 takes place at a rate sufficient to produce significant aeration of the material overlying this unit without producing its fluidization. The amount of air supplied to this unit can be of the order of twice, per unit of aeration area, the amount of air supplied to inactive outdoor units to produce only a slight aeration of the material overlying these units.
The operation of the apparatus shown in FIGS. 5 and 6 is similar to that of the apparatus shown in FIGS. 1 to 3.
It is obvious that one can use containers whose section is neither circular nor square. However, particularly advantageous results are obtained when the cross section of the container is symmetrical with respect to each of two axes passing through the center of the container and perpendicular to each other. As shown in fig. 1, the silo is symmetrical with respect to line 10 and also t with respect to a line dividing the silo perpendicular to line 10 and passing through the center of the silo.
The symmetry allows the floor to be divided into units of substantially equal area making it easier to adjust the feed and, more importantly, exert an equal influence on the material in the silo. Consequently, the fluidizing and aeration air cycle of the respective units ensures practically identical circulations in each unit during the active or fluidizing part of the cycle, and therefore a high mixing efficiency.
The flow of air and the circulation of matter in the apparatuses described are better understood when compared to those which occur in a known apparatus such as that shown in FIG. 8, when a difficult to process material has to be mixed. This apparatus comprises a silo 51 having a circular wall 52 closed by a bottom 53 and comprising an aeration floor 54. The floor 54 comprises aeration units 55 arranged in sectors, two of which, G and F, are visible at the bottom. fig. 8.
The aeration units 55 each receive air from a single supply pipe 56 from several pipes 57. The sector F and sector G pipes are supplied with air from main ducts 58 and 59 respectively. , in the manner described for the apparatus shown in FIG. 1.
In operation, the aeration units of sector F send air in sufficient quantities for fluidization through the entire surface of the sector. The aeration units of the other sectors, including the sector G, send air into the material which surmounts them in sufficient quantities only to ensure a slight aeration of the material on all the respective surfaces of these sectors.
The flow rates and the theoretical surfaces of the air flow in sectors F and G are represented by arrows 60 and 61 respectively in the diagram of FIG. 9.
The effect of the wall adjacent to the active sector F is to force a large proportion of the air sent through the units in the active sector to follow the path of least resistance which rises vertically along the wall, instead of passing through vertically through matter. As a result, the column of fluidized material surmounting the aeration units of the sector F is drawn down the wall, and the denser area of the remainder of the material in the silo is correspondingly enlarged. This effect is apparently greater in the lower region of the silo as a result of the greater pressure exerted by the layer of material disposed above.
In addition, the increase in density of the material on the central part of the active sector is intensified by the downward movement of the circulating material from the top of the denser areas. This movement, when continued for a few minutes, causes greater pressure to be established on the already denser matter, transforming it into a dense, still mass. By a friction or polishing action on this mass, a hard surface is produced which thus constitutes a limit for the circulation through the silo. This limitation results in insufficient flow of material from the opposite surface of the active sector and too high flow from the side surfaces adjacent to the active sector, thereby upset the
mixed.
The plan of FIG. 8 intersects this hard surface approximately along a line 62.
During the operating cycle, when sector G receives fluidizing air and sector
F of the aeration air only, the fluidized and denser areas are reversed, so that a section similar to that of fig. 8 taken at this time and showing the state of matter is approximately the mirror image of the section shown in FIG. 8, the cut line of the denser zone following a line 63.
As the cycle continues to successively bring the other sectors to the fluidized state, a residual cone 64 of completely stagnant material is established in the center of the bottom of the silo, in the area below the intersection between the lines 62 and 63, producing a permanent constriction to the flow which follows a line 65 and causing an increase in the time required to obtain a given mixture.
Unlike the results obtained in the silo shown in FIG. 8, the increased air supply n in the central aeration units of the silo sectors according to fig. 1 to 3 and 5, 6 produces a density of the material located above the central part of the aeration units which is between the respective densities of the material above the inactive peripheral units and of the material above the aeration units. aeration units in the active sector.
The air flow rate supplied to the central units is less than that required to fluidize the material placed above these units, but sufficient t to counteract the wall effect and the compressive forces of the material moving downwards and following the routes
E and E '(fig. 3 and 6), in order to prevent the formation of a stationary central surface and, finally, of a cone of compact material as seen in fig. 8.
In addition, the air supply in the central ventilation units 6a doubled that of the sectors of FIG. 3 which is active is sufficient for the fluidization, so that at the extreme interior part of the active sector a zone of great expansion is formed compared to the expansion in the other parts of the fluidized column of material in this sector. This has the advantage of forming and maintaining the necessary surface of the fluidized column on the active sector, because a much less dense zone of material occurs at the junction of the active sector and the contiguous and diametrically opposed inactive sector.
The main flow of material in the silo is mainly along a diametrical line intersecting the active sector and the opposite inactive sector, thus producing the greatest compressive force along this line. By creating an area in the material of a significantly lower density along this line, not only does the material move more easily through this area to the fluidization area, but the less dense area also acts by partially determining the movement. air introduced through the other aeration units of the fluidization zone.
This zone of lower density provides slightly less resistance to air flow from adjacent units in the working area, thus at least partially counteracting the wall effect near the silo wall, and facilitating distribution. uniformity of air over the surfaces of the fluidized column as the air rises to the top surface of the material. Therefore, and particularly with materials having a tendency to channel forming, it is preferable to use an intermittent supply of air in the fluidizing sectors to prevent the formation of an extensive and permanent channel in this region of much lower density. , or to ensure the periodic destruction of the channels produced.
The use of a large aeration zone in the central part of the active sector also has a particular advantage in the case of an excessive variation in the physical state of the material when it is introduced into the silo. It is advantageous to centrally group aeration units and to feed this group independently, so that it constantly delivers a volume of air equal to about twice that required for the slight aeration of the material, instead of '' cyclically send considerable amounts of air through the aeration units in the central part of the silo. However, in this case, materials which are particularly prone to forming compacts may produce turbidity if conditions are other than expected.
If the material fed at any time is too fine, too wet, or for some reason more difficult to fluidize or mix than normal material, the use of central aeration units receiving considerable volumes of air creates mechanical stress on any stagnant surface that may form, suppressing any tendency to form a cone and dispersing through air turbulence any build-up of compact material or lumps before material from that surface enters the active sector.