CH517928A

CH517928A - Appareil pour la mise en présence d'un matériau solide sous forme divisée ou liquide, et d'un gaz

Info

Publication number: CH517928A
Application number: CH392566A
Authority: CH
Inventors: Cerles Georges
Original assignee: Pechiney Prod Chimiques Sa
Priority date: 1965-03-19
Filing date: 1966-03-18
Publication date: 1972-01-15
Also published as: NL6603548A; DE1291757B; GB1146017A; SE302661B; DE1291757C2; US3385581A; LU50698A1; BE678078A; AT274640B; FR1436820A; OA01926A; ES324368A1; NO117697B

Description

Appareil pour la mise en présence d'un matériau solide
sous forme divisée ou liquide, et d'un gaz
La présente invention a pour objet un appareil pour la mise en présence d'un matériau solide sous forme divisée ou liquide et d'un gaz, comprenant un conduit mobile en rotation autour de son axe et destiné à être parcouru par le gaz et par le matériau, ce dernier formant une veine à l'intérieur du conduit et celui-ci étant pourvu d'un dispositif de retenue de ladite veine formé d'organes fixes situés à l'extérieur d'une surface géométrique cylindrique coaxiale au conduit.

I1 est connu que dans un four à axe horizontal ou faiblement incliné, tournant autour de cet axe et alimenté à une extrémité par un matériau non gazeux mais prenant sensiblement la forme du récipient qui le compose, tel qu'un liquide ou un pulvérulent, ce matériau sortant par l'autre extrémité, l'importance de la section droite de la veine du matériau cheminant suivant le tube veine que l'on désigne couramment par le terme talus dépend essentiellement de la vitesse de rotation, de la section du tube et des qualités intrinsèques du matériau, la principale de ces dernières étant son angle de frottement interne.

Si l'on veut accroître, pour diverses raisons telles que le temps de séjour dans le tube ou l'échange thermique entre le matériau et un gaz circulant dans la partie libre du tube, la section du talus indépendamment des paramètres précédents, on met en place un ou plusieurs anneaux coaxiaux au tube dont le diamètre intérieur est plus faible que celui du tube. Ces anneaux sont communément appelés barrages .

Ce procédé présente l'inconvénient que la section de passage offerte aux gaz qui cheminent, soit en contrecourant, soit en équicourant avec la matière, devient très réduite.

Par exemple, lorsque l'angle sous lequel on voit le talus passe de 100 à 133 et à 155 grades (1 angle droit = 100 grades = 90 degrés), la section maxima de passage au barrage, comparée à la section du tube, passe de t/2 à 1/4 et à 1/12.

On conçoit que les vitesses de gaz augmentent dans le rapport inverse des sections de passage et que leur vitesse et leur turbulence accrues amènent des envolements très importants du matériau solide ou liquide.

La présente invention a pour but la réalisation d'un appareil du genre mentionné plus haut dont le dispositif de retenue permet d'obtenir une retenue de grande section correspondant à un angle au centre A pouvant atteindre 200 grades sans créer de restrictions excessives de section de passage des fumées ou des gaz ni d'envolement du matériau traité.

Pour cela, le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que le dispositif de retenue comprend, fixé à l'intérieur du conduit, un ensemble de n filets hélicoïdaux coaxiaux au conduit ayant chacun un développement angulaire supérieur à 400 grades et décalés
n 400 angulairement l'un par rapport à l'autre de - grades
n autour de l'axe du conduit, la différence entre l'angle du développement des filets et la valeur ±00 grades
n étant égale à l'angle au centre correspondant à ladite valeur de la section droite de la veine et n étant le nombre des filets.

Diverses formes d'exécution de l'appareil selon l'invention sont décrites ci-après à l'aide du dessin annexé.

La fig. 1 représente, en coupe par un plan perpendiculaire à l'axe, un échangeur de chaleur cyclique et rotatif complété par un anneau destiné à réaliser la retenue du matériau.

La fig. 2 représente, de même, un échangeur pourvu d'une première forme d'exécution de l'appareil selon l'invention.

La fig. 3 représente une construction géométrique nécessaire à la compréhension du fonctionnement du barrage représenté fig. 2.

La fig. 4 représente, en coupe par un plan perpendiculaire à l'axe, une retenue liquide de 155 grades obtenue par huit hélicoïdes de fraction de pas 205 grades. avec troncature aval et amont par des plans tangents au cylindre intérieur et passant par les extrémités des hélices extérieures.

La fig. 5 représente, de même, un filet de retenue à 155 grades formé d'un segment d'hélicoïde de fraction de pas 50 grades prolongé par deux onglets de 77,75 grades.

Sur toutes ces figures, les mêmes repères représentent les mêmes éléments.

Lorsque le tube 1 tourne autour de son axe 2, la droite qui constitue la section par le plan de la fig. 1 du plan qui limite le talus désiré 5 a pour enveloppe un cercle 11 de centre 2.

L'angle au centre 9 s'obtient habituellement (fig. 1) par un anneau continu 12 coaxial au four, limité par le cercle intérieur 11: pour un angle de 155 grades, il ne laisse aux fumées ou aux gaz qu'un passage extrêmement réduit de l'ordre de 1/12 de la section totale. La vitesse de gaz, inversement proportionnelle à cette section de passage, est élevée, d'où une turbulence accrue qui provoque des envolements très importants du matériau 5, qu'il soit liquide ou solide.

Pour remédier à cet inconvénient, le dispositif de retenue représenté à la fig. 2 comprend sur le passage du matériau 5 un barrage constitué par un ensemble de cloisons hélicoïdales coaxiales au tube 1, toutes de même fraction de pas et déduites l'une de l'autre par rotation, autour de l'axe commun 2, d'un même angle.

Le sens d'enroulement des cloisons est contraire au sens de rotation du tube 1.

Les cloisons sont limitées intérieurement par la surface cylindrique 1 1 coaxiale au tube tournant. Le plan (18-19) tangent à ce cylindre et coupant le tube 1 forme avec ce dernier le secteur cylindrique 5 dont la section droite représente la section maxima du talus que peut former la matière s'écoulant dans le tube 1.

Si l'angle au centre 9 est égal à A grades et que le barrage est constitué par n filets en forme d'hélicoïde, la fraction de pas de chaque filet, F, est donnée par: F = ¯ + A grades
n
Une telle fraction de pas permet d'obtenir une retenue liquide d'angle au centre A. Dans le cas d'un produit pulvérulent dont l'angle de frottement interne n'est pas négligeable, la fraction de pas peut être diminuée.

Chaque hélicoide peut être tronquée par deux plans tangents au cylindre intérieur 11 et passant chacun par l'un des points extrêmes de l'hélice représentant l'intersection de l'hélicoïde considérée avec la paroi du tube 1.

Le pas peut être arbitraire: il ne doit cependant être pris ni trop faible, afin d'éviter aux gaz ou aux fumées qui traversent les zones dégagées des hélicoïdes une perte de charge exagérée, ni trop grand, afin de permettre, par glissement, la rétrogradation du matériau dans la rotation.

On explique le fonctionnement du barrage en supposant que le matériau à retenir est un liquide et que le tube tournant 1 possède un axe horizontal.

L'explication vaut cependant aussi dans le cas où le matériau est un pulvérulent et/ou le tube est légèrement incliné sur l'horizontale.

Dans l'échangeur de chaleur de la fig. 4, une retenue A, possédant dans le cas représenté un angle au centre de 155 grades, est obtenue par n, ici huit, hélicoides. La fraction de pas F est donc:
F = fA A = ¯ + 155 = 205 grades
n 8
Afin de faciliter la compréhension du fonctionnement du barrage hélicoïdal, on projette (fig. 3) au moyen de droites perpendiculaires à l'axe 2 et passant par ce dernier l'ensemble de la fig. 2 sur la paroi du tube tournant 1 puis on développe cette projection selon un plan (partie inférieure de la fig. 3).

Les différentes surfaces hélicoïdales 21 à 28 sont figurées par des droites (21-21') ... (28-28'), inclinées sur les génératrices du cylindre, les limites du talus 18 et 19 par deux droites 18' et 19' parallèles aux génératrices du tube 1. Le tube est supposé coupé selon la génératrice 20 qui est représentée sur le développement par deux droites 20' et 20" également parallèles aux génératrices.

Sur le développement, le côté amont est en haut de la figure.

Comme le tube n'est animé que d'un mouvement de rotation lent (flèche 10), les espaces entre hélicoïdes mis en communication avec un plan de liquide amont se remplissent à un niveau correspondant à ce plan. On voit, sur le développement de la fig. 3, que le liquide, nivelé dans les compartiments entre hélicoïdes, trouve toujours un obstacle empêchant le talus de descendre en dessous de 155 grades. Prenons, par exemple, l'instant où du fait de la rotation le compartiment (23', 22', 22, 23) est envahi par le liquide 23' venant sur 19'. En suivant la figure dans son mouvement de rotation, on voit qu'à ce moment le point 22 est sur la ligne 18': il en résulte que, après le nivellement, le filet constitué par l'hélicoïde (22, 22') fait obstacle à l'écoulement.

Ce raisonnement permet de comprendre que chaque filet de retenue peut être, en fin de compte, constitué par
400 une fraction d'hélicoïde de ¯ grades au bout duquel
n viennent s'ajouter deux onglets formés par la section du prolongement de l'hélicoïde par deux plans tangents au cylindre intérieur; I'un de ces plans passe par une extrémité de l'hélice directrice tracée sur le tube, l'autre par l'autre extrémité de cette hélice directrice. La fraction de pas de chacun de ces onglets est donc: A
2
La fig. 4 représente une telle retenue: la comparaison avec la fig. 2 permet d'apprécier l'importance des troncatures.

La fig. 5 représente un filet de retenue à 155 grades. constitué par un segment d'hélicoïde 31 de fraction de pas 32 égal à
400 8=50 grades prolongé par deux onglets 33 et 34 de fraction de pas 35 égal à A - 155 = 77,75 grades
2 2
On conçoit ainsi que, grâce à un tel dispositif, I'obs- truction au passage des gaz ou des fumées est réduite à un minimum égal à la section totale du tube diminuée de la section 36 du talus. Cette section de passage est donc bien supérieure à celle que l'on obtient par un anneau coaxial au tube (repère 4, fig. 1).

Enfin, il est possible de localiser la retenue à une longueur déterminée du tube en disposant deux barrages hélicoïdaux analogues à ceux décrits ci-dessus, mais le barrage amont est de pas opposé à celui du barrage aval. Au-dessus du barrage amont et au-dessous du barrage amont, le mouvement des matériaux n'est dû qu'aux paramètres généraux: inclinaison du tube, vitesse de rotation, angle de frottement interne. Ce perfectionnement n'est pas représenté sur les figures.

Dans le cas où le matériau à arrêter est un pulvérulent et non plus un liquide, les fractions de pas calculées peuvent être plus ou moins réduites selon l'angle de talus.

Les applications du dispositif sont nombreuses et comprennent tous les échangeurs de chaleur entre un gaz ou une fumée d'une part, un liquide ou un pulvérulent d'autre part, l'échange de chaleur se faisant dans l'une ou l'autre direction. On cite, à titre d'exemple particulier, l'application à un four de calcination d'alumine et à un refroidisseur d'alumine calcinée.

I1 est évidemment possible de combiner, dans le même échangeur, le barrage hélicoïdal avec d'autres moyens tels que, par exemple, les anneaux 6 et 7 de la fig. 1.

On peut également multiplier le nombre de barrages hélicoïdaux ou le nombre de paires de barrages à sens d'enroulement inversé.

Claims

REVENDICATION

Appareil pour la mise en présence d'un matériau solide sous forme divisée ou liquide et d'un gaz, com- prenant un conduit mobile en rotation autour de son axe et destiné à être parcouru par le gaz et par le matériau, ce dernier formant une veine à l'intérieur du conduit et celui-ci étant pourvu d'un dispositif de retenue de ladite veine formé d'organes fixes situés à l'extérieur d'une surface géométrique cylindrique (11) coaxiale au conduit, caractérisé en ce que le dispositif de retenue comprend, fixé à l'intérieur du conduit, un ensemble de n filets hélicoïdaux coaxiaux au conduit ayant chacun un développement angulaire supérieur à grades et décalés n angulairement l'un par rapport à l'autre de grades n autour de l'axe du conduit,

la différence entre l'angle du 400 développement des filets et la valeur grades étant n égale à l'angle au centre que définissent les traces sur la paroi du conduit d'un plan tangent à ladite surface géométrique cylindrique et n étant le nombre des filets.

SOUS-REVENDICATIONS 1. Appareil selon la revendication, caractérisé en ce que les filets sont de largeur constante.

2. Appareil selon la sous-revendication 1, caractérisé en ce que le bord interne de chaque filet est contenu dans une surface cylindrique coaxiale au tube.

3. Appareil selon la revendication, caractérisé en ce que chaque filet comprend une partie centrale de lar 400 geur constante s'étendant sur un angle égal à grades, n et de part et d'autre de cette partie centrale des onglets dont la largeur décroît progressivement vers les extrémités.

4. Appareil selon la sous-revendication 3, caractérisé en ce que le bord de ladite partie centrale de chaque filet forme un arc d'hélice contenu dans une surface cylindrique tandis que le bord de chaque onglet est contenu dans un plan se raccordant tangentiellement à ladite surface cylindrique.

5. Appareil selon la revendication, caractérisé en ce qu'il comprend deux ensembles de filets constituant deux barrages limitant la veine chacun à une de ses extrémités, le sens d'enroulement des filets du barrage aval étant contraire au sens de rotation du tube et le barrage amont étant constitué de filets de pas opposés à ceux du barrage aval.