FR2467628A1 - Appareil de transfert de matieres solides entre des zones a pressions differentes, comportant un separateur solide-liquide - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un appareil de transfert de matières solides entre des zones ayant des pressions nettement différentes. Selon l'invention, les matières solides d'un dispositif 10 de stockage pénètrent dans un sas 16 par l'intermédiaire de vannes 12, 14 puis en sortent par des vannes 17, 18, et un dispositif d'alimentation 20 les fait parvenir dans une chambre 23 de séparation dans laquelle les matières solides sont retenues par un tamis 24 alors que le liquide traverse le tamis et est renvoyé par une pompe 36 vers le sas. Les matières solides séparées du liquide pénètrent ainsi dans un réacteur 26. Application à l'alimentation des réacteurs utilisés dans l'industrie chimique.
Description
La présente invention concerne un appareil de transfert de matières
solides entre des zones ayant des pressions très différentes, les matières solides parvenant à un sas contenant un liquide dont la masse volumique est inférieure à celle des matières solides, ces dernières,
en association avec le liquide, circulant dans une cham-
bre d'un séparateur solide-liquide qui fonctionne de ma-
nière que les matières solides pratiquement dépourvues de liquide pénètrent dans un récipient tel qu'un réacteur sous pression.Le liquide du sas joue le rôle d'un joint liquide entre le réacteur sous pression et le sas dont la pression est bien plus faible. L'utilisation de
la chambre de séparation solide-liquide permet un fonction-
nement cyclique plus rapide du sas, empêche l'entraînement du liquide dans le réacteur en cas de saute de pression
et permet la manipulation de matières solides très fines.
On a déjà utilisé plusieurs procédés mettant en oeuvre des appareils différents pour l'introduction des matières solides dans des réacteurs sous pression. Les sas à gaz comprimé ont déjà été utilisés pour le transfert des matières solides dans un réacteur sous pression. Les matières solides sont introduites dans un sas à pression ambiante, puis le sas est fermé et mis sous pression par un gaz, jusqu'à la valeur de la pression du réacteur. Les
matières solides sont alors introduites dans le réacteur.
qui est à peu près à la même pression que le sas. Ce der-
nier doit être isolé du réacteur et mis à la pression am-
biante pour l'introduction des matières solides. Les sas à gaz comprimé nécessitent des vannes complexes et, en
pratique, la durée d'un cycle est importante.
On construit souvent des sas sous forme d'une longue branche d'alimentation fonctionnant par gravité, placée au-dessus du réacteur afin que la différence de pressions soit compensée, et ces arrangements peuvent
être utilisés pour des différences de pressions relative-
ment faibles, de l'ordre de 0,7 bar, étant donné la lon-
gueur des branches d'alimentation qui sont nécessaires.
Les brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 2 626 230 et
2 885 099 concernent différentes configurations de dif-
férentes tuyauteries d'alimentation par gravité mais ne résolvent nullement les problèmes essentiels posés par la grande longueur que doivent avoir ces tuyauteries ou
branches dans lecas des différences élevées de pressions.
Les brevets des Etats-Unis d'Amérique
no 2 704 704 et 3 009 588 suggèrent l'utilisation de li-
quides de masse volumique élevée pour la création de la
différence voulue de pressions, mais les liquides suggé-
rés tels que le plomb, le mercure et l'étain fondus,pré-
sentent des inconvénients importants au point de vue de
la rentabilité et de la protection de l'environnement.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 2 828 026 suggère l'utilisation d'un liquide formant
joint, par exemple d'eau, dans un circuit ayant un réser-
voir contenant des godets rotatifs d'alimentation. La
pression de fonctionnement d'une cornue est contre-balan-
cée par une colonne de liquide et l'installation ne peut encore fonctionner qu'avec de faibles différences de
pressions étant donné la hauteur que doit avoir la colon-
ne de liquide.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 2 925 928 sèggère l'introduction de matières solides grossières à l'aide d'un lit fluidisé de matières solides
finement divisées, dans une colonne, afin que la diffé-
rence de pressions entre deux zones à pressions diffé-
rentes soit compensée. Cependant, l'utilisation d'un tel
système n'est envisageable en pratique que pour des dif-
férences de pressions de l'ordre de 0,7 à 1,4 bar environ.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 729 105 décrit un sas qui contient un liquide formant
un joint et dans lequel les matières solides de masse vo-
lumique élevée tombent avant de parvenir à un récipient
sous pression par l'intermédiaire d'un dispositif d'ali-
mentation, par exemple à vis. Un tel système convient avec des différences de pressions plus élevées que celles que permettent les autres systèmes connus, mais il présente l'inconvénient de provoquer l'entraînement indésirable de liquide dans le récipient sous pression par les matières solides, surtout dans le cas de matières solides de petite dimension particulaire, et le liquide peut ainsi pénétrer
dans le récipient sous pression tel qu'un réacteur, lors-
que ce dernier présente par exemple une baisse de pression.
Il apparaît que, dans de nombreux systèmes réactionnels,
l'introduction du liquide dans le réacteur peut être catas-
trophique.
L'appareil selon l'invention, destiné au transfert de matières solides entre une trémie ou un dispositif de stockage, et un récipient fermé ou réacteur, ayant des pressions nettement différentes, comporte un dispositif de
stockage de matières solides, un sas fermé contenant un li-
quide dont la masse volumique est inférieure à celle des
matières solides, un dispositif d'alimentation placé en-
tre une sortie de matières solides du sas et l'entrée
d'une chambre de séparation solide-liquide, et un sépara-
teur à tamis, placé dans la chambre de séparation et ayant une dimension d'orifices telle qu'il retient les matières solides et les transmet au récipient fermé ou réacteur tout en permettant le passage du liquide afin qu'il soit renvoyé vers le sas. Le sas fermé a une entrée munie de vannes à sa partie supérieure et une sortie munie de vannes à sa partie inférieure. Un dispositif de transfert de matières solides est destiné à transporter les matières solides du dispositif de stockage à l'entrée du sas. Un seul réservoir d'alimentation de liquide est incorporé à l'installation et il a un conduit de retour de liquide provenant de la partie supérieure du sas et rejoignant la partie inférieure du réservoir, et un conduit d'introduction et d'extraction
de liquide partant de la partie inférieure du sas et re-
joignant la partie inférieure du réservoir, une pompe étant placée dans ce dernier conduit afin qu'elle transmette le liquide vers le sas ou en provenance de celui-ci et permette ainsi le réglage de la pression. La chambre de
séparation solide-liquide a une entrée à sa partie supé-
rieure, en communication avec un dispositif d'alimenta-
tion qui communique lui-même avec la sortie du sas. Une
sortie de matières solides est formée au-dessous de l'en-
trée et permet la communication de la chambre de sépara-
tion avec le récipient fermé. Dans la chambre de sépara-
tion solide-liquide, un séparateur à tamis a une dimension d'orifices telle qu'il retient les matières solides et permet le passage du liquide, ce séparateur à tamis étant placé entre l'entrée de la chambre et la sortie de matières
solides. Un réservoir de liquide est formé à la partie in-
férieure de la chambre de séparation et un conduit muni d'une pompe assure le retour du liquide dans le sas. Les matières solides et le liquide associé sont transmis par le dispositif d'alimentation vers la partie supérieure du séparateur à tamis, les matières solides restant sur ce
séparateur et s'échappant par la sortie de matières soli-
des vers le réacteur ou récipient fermé alors que le li-
quide traverse le séparateur à tamis vers le réservoir de liquide formé à la partie inférieure de la chambre de
séparation, avant renvoi vers le sas.
L'appareil selon l'invention ne présente pas les inconvénients des appareils connus de transfert de matières
solides entre des zones ayant des pressions nettement dif-
férentes, car il assure le retrait de la totalité prati-
quement du liquide des matières solides avant l'introduc-
tion de celles-ci dans un réacteur et il empêche l'entraî-
nement du liquide utilisé dans le sas vers le réacteur, en
cas de variation brutale de pression dans l'installation.
D'autres caractéristiques et avantages de l'in-
vention seront mieux compris à la lecture de la description
qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 est une coupe schématique d'un appareil selon un mode de réalisation de l'invention; et
- la figure 2 est une coupe d'une variante de dis-
positif d'alimentation utile dans un autre mode de réalisa-
tion d'appareil selon l'invention.
Comme l'indique la figure 1, les matières soli-
des sont conservées dans un dispositif 10 de stockage de matières solides représenté sous forme d'une trémie dont la partie supérieure est ouverte. Les matières solides peuvent être sous forme particulaire avec toute dimension ou configuration voulue, convenant à la mise en oeuvre la plus commode d'une réaction chimique d'un type quelconque,
dans un réacteur fermé sous pression. Les particules soli-
des ont le plus souvent un diamètre de l'ordre de 1 mm à
cm. Le dispositif 10 de stockage peut aussi être utili-
sé pour le dosage de la quantité voulue de matières soli-
des. Un dispositif de transfert de matières solides est représenté sous forme d'une courroie transporteuse sans fin 11 passant sur une poulie menante et sur une poulie folle et disposée de manière que, lorsqu'elle fonctionne, elle transporte les matières solides du dispositif 10 de
stockage à la vanne 12 d'entrée du sas. On note que, lors-
que le dispositif 1i de transfert de matières solides ne fonctionne pas la courroie sans fin assure la fermeture de l'orifice de la partie inférieure du dispositif 10
de stockage et permet ainsi l'ouverture des vannes prin-
cipales d'entrée du sas à l'atmosphère.
Le sas est représenté avec un conduit 15 et deux
vannes 12 et 14 d'entrée. De manière analogue, on a repré-
senté, à la partie inférieure du sas, un conduit 19 et deux
vannes 17 et 18 de sortie. L'utilisation de plusieurs van-
nes d'entrée et de sortie pour l'isolement du sas est
souhaitable afin que la fermeture soit satisfaisante lors-
que c'est nécessaire. La vanne 12 d'entrée du sas est re-
présentée avec un dispositif 13 de purge, sous forme d'un
conduit muni d'une vanne. Un joint à liquide sous pres-
sion est formé par le liquide dans le sas 16. Le liquide
peut être de tout type dont la masse volumique est infé-
rieure à celle des matières solides transportées et qui ne réagit pas de préférence avec les matières solides. Dans de nombreuses applications, l'eau convient. Un réservoir
d'alimentation de liquide a un conduit 31 d'alimenta-
tion en liquide de l'installation par une réserve exté-
rieure. Le liquide du réservoir 30 peut être transmis au
sas 16 par une pompe 32 disposée dans le conduit 33 d'intro-
duction et d'extraction de liquide, ou le liquide du sas 16 peut être retiré par ce conduit 33 par l'intermédiaire
de la pompe 32 vers le réservoir 30 afin que la compensa-
tion voulue de pression soit assurée dans le sas 16. Le
conduit 34 de retour de liquide est représenté comme par-
tant de la partie supérieure du sas 16 et rejoignant le
réservoir 30. Ce conduit 34 permet la circulation du li-
quide déplacé par les matières solides dans le sas 16.
Le conduit 19 de sortie du sas transmet les ma-
tières solides vers la chambre 20 du dispositif d'alimenta-
tion. La figure 1 représente un dispositif 21 d'alimenta-
tion à vis commandé par un moteur 22 et transportant les
matières solides du fond du sas 16 jusqu'à la partie su-
périeure de la chambre 23 de séparation solide-liquide.
On note que, lorsque les vannes 17 et 18 de sortie du sas sont ouvertes, le liquide du sas 16 s'écoule à l'intérieur
de la chambre 20 du dispositif d'alimentation.
La figure 2 représente un autre mode de réalisa-
tion de dispositif d'alimentation utile dans l'appareil selon l'invention. La figure 2 représente la chambre 20
du dispositif d'alimentation qui est analogue à la cham-.
bre 20 de la figure 1 et qui entoure une courroie continue d'alimentation passant sur une roue menante 42 et une roue folle 43. Le dispositif 40 d'alimentation à courroie continue comporte des godets distants 41 qui transportent les matières solides de la partie inférieure du dispositif
d'alimentation jusqu'à la partie supérieure de la cham-
bre 23 de séparation solide-liquide.
La chambre 23 de séparation solide-liquidea un séparateur 24 à tamis disposé entre l'entrée desmatières
solides, à la partie supérieure de la chambre, et la sor-
tie des matières solides vers le récipient sous pression, à la partie inférieure de la chambre. Le séparateur à tamis
a une dimension telle qu'il retient les particules soli-
des à sa face supérieure et permet le passagedu liquide vers une partie formant réservoir et disposée à la partie
inférieure de la chambre de séparation. L'expression "sé-
parateur à tamis" désigne toute matière perforée, miseen
forme convenable, tissée ou analogue qui délimite des pas-
sages vers la partie inférieure de la chambre de sépara-
tion, pour le liquide, tout en retenant les particules solides et en les guidant vers leur sortie. La chambre permet ainsi la séparation de la totalité en pratique
du liquide des particules solides par tonnelage et roule-
ment de ces particules. Le retrait du liquide associé aux
particules solides est important dans de nombreuses appli-
cations dans lesquelles un faible pourcentage de liquide
entraîné dans le réacteur sous pression peut perturber sé-
rieusement la réaction. En outre, dans les installations d'alimentation de réacteurs à sas ne comportant pas la
séparation solide-liquide comme dans l'appareil selon l'in-
vention, les variations brutales de pression, dans un sens ou dans l'autre, provoquent un entraînement de liquide à l'intérieur du réacteur et nécessitent souvent l'arrêt
et le nettoyage de la totalité de l'installation. L'opéra-
tion de séparation solide-liquide effectuée dans l'appa-
reil selon l'invention rend aussi possible le traitement de particules plus petites que dans les installations à
alimentation par sas de type connu. Le dispositif de sé-
paration solide-liquide présente en outre une grande sou-
plesse car il permet l'utilisation de divers dispositifs
d'alimentation depuis la partie inférieure du sas conte-
nant les matières solides et liquides jusqu'au réacteur sous pression, par exemple un dispositif d'alimentation à courroie continue muni de godets comme représenté sur la
figure 2.
Lors du fonctionnement, le sas et le dispositif
d'alimentation cont remplis à peu près à moitié de liquide.
Les vannes de sortie du sas sont,_ feiirmes, les vannes d'en-
trëe du sas o Ou îertes et les matières solides sont introduites dans le sas. Lorsque les matières solides tombent dans le sas, elles se rassemblent à la partie inférieure et le liquide déplacé monte vers la partie
supérieure et, lorsqu'il est présent en excès, il retour-
ne dans le réservoir. Les vannes d'entrée du sas sont alors
fermées et la pression dans le sas est réglée par intro-
duction ou extraction de liquide par la pompe 32. Lorsque la différence de pressions entre le réacteur et le sas a été compensée, les vannes de sortie du sas sont ouvertes et les matières solides tombent et sont transportées par
le dispositif d'alimentation vers le séparateur solide-
liquide. Le niveau du liquide dans le dispositif d'alimen-
tation et le sas est maintenu par la pompe 32 à une hauteur
suffisante pour qu'il n'y ait pas circulation en sens inver-
se du réacteur au sas. Lorsque les matières solides ont été totalement introduites dans le séparateur solide-liquide, les vannes de sortie du sas sont fermées et les vannes
d'entrée sont ouvertes et le cycle recommence. L'alimenta-
tion continue en matières solides peut être obtenue à l'ai-
de de plusieurs sas munis de vannes, utilisés en parallèle
pour l'alimentation du dispositif d'alimentation.
L'appareil selon l'invention peut être réalisé en toute matière convenable connue ayant les propriétés
voulues de résistance mécanique et de résistance à la cor-
rosion et à l'abrasion par les matières traitées.Les van-
nes du sas, le dispositif de transport de matières soli-
des et le dispositif d'alimentation peuvent tous être en-
traîn& par des moteurs et, avec les pompes 32 et 36, com-
mandés électroniquement afin que l'ensemble des opérations
soit automatique. Les techniques de commande d'un tel fonc-
tionnement automatique sont bien connues des hommes du mé-
tier et on ne les décrit pas dans le présent mémoire.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titres d'exemples non
limitatifs sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (10)
1. Appareil de transfert de matières solides entre des zones ayant des pressions nettement différentes, du
type qui comporte un dispositif (10) de stockage de matiè-
res solides, destiné à transmettre desmatières solides, par l'intermédiaire d'une première vanne (12, 14), à un sas (16) contenant un liquide dont la masse volumique est inférieure à celle des matières solides, un récipient (26) destiné à recevoir les matières solides, les matières solides étant évacuées de l'extrémité inférieure du sas (16) par l'intermédiaire d'une seconde vanne (17, 18) vers
un dispositif d'alimentation (20) destiné à retirer les ma-
tières solides du sas, et une pompe (32) à liquide destinée à introduire du liquide dans le sas (16) ou à en retirer
afin que la pression dans le sas augmente ou diminue, le-
dit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend une chambre (23) de séparation solide-liquide qui est à la même
pression que le récipient (26), une entrée formée à la par-
tie supérieure de la chambre (23) de séparation et commu-
niquant avec le dispositif d'alimentation (20), une sortie de matières solides disposée au-dessous de l'entrée et
faisant colmmfiuniquer la chambre de séparation avec le ré-
cipient (26), un séparateur à tamis (24) ayant des orifi-
ces tels qu'il maintient les matières solides et permet
le passage du liquide, ce séparateur reliant l'entrée de.
la chambre à la sortie de matières solides, une partie formant réservoir de liquide à la partie inférieure de
la chambre de séparation (23), un conduit (35) communi-
quant avec la partie de la chambre formant réservoir de
liquide et avec le sas (16), et une pompe (36) communi-
quant avec ledit conduit et destinée à renvoyer le li-
quide vers le sas (16), les matières solides et le liqui-
de associé étant transmis par le dispositif d'alimentation à la partie supérieure du séparateur à tamis, les matières
solides étant retenues sur ce séparateur à tamis et péné-
trant dans le récipient par l'intermédiaire de la sortie de matières solides, le liquide traversant le séparateur
à tamis et parvenant à la partie formant réservoir de li-
quide afin que ce dernier soit renvoyé vers le sas.
2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le dispositif d'alimentation (20) est un dispo-
sitif à vis (21).
3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le dispositif d'alimentation (20) est un dispo-
sitif à courroie continue (40).
4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation (40) à courroie
continue comporte plusieurs godets (41).
5. Appareil de transfert de matières solides entre un dispositif de stockage et un récipient fermé, ayant des
pressions nettement différentes, ledit appareil étant carac-
térisé en ce qu'il comprend un dispositif de stockage de-
matières solides (10), un sas fermé (16) ayant une entrée munie de vannes (12, 14) à sa partie supérieure et une sortie munie de vannes (17, 18) à sa partie inférieure,
un dispositif de transport de matières solides (11) des-
tiné à transporter les matièressolides du dispositif de stockage (10) àl'entrée du sas, unliquide ayant une masse
volumique inférieure à celle des matières solides et pla-
cé dans le sas, un réservoir unique (30) d'alimentation
de liquide ayant un conduit (34) de retour de liquide par-
tant de la partie supérieure du sas (16) et rejoignant la
partie inférieure du réservoir (30), un conduit (33) d'ali-
mentation et d'extraction de liquide, partant de la partie inférieure du sas (16) et rejoignant la partie inférieure du réservoir (30), et une pompe (32) communiquant avec le conduit (33) d'alimentation et d'extraction de liquide afin qu'elle introduise du liquide dans le sas ou qu'elle
en retire du sas, une chambre (23) de séparation solide-
liquide communiquant avec le sas (16) et le récipient fermé (26), ayant la même pression que ledit récipient, une entrée formée à la partie supérieure de la chambre de
séparation (23) et communiquant avec un dispositif d'ali-
mentation (20) qui communique lui-même avec la sortie du sas, une sortie de matières solides disposée au-dessous de l'entrée de la chambre de séparation et assurant la communication entre la chambre (23) de séparation et le
récipient (26), un séparateur à tamis (24) ayant des ori-
fices tels qu'il retient les matières solides et permet le passage du liquide, ce séparateur reliant l'entrée de la chambre à la sortie de matières solides, une partie formant réservoir de liquide, délimitée dans la partie inférieure de la chambre de séparation (23), un conduit (35) assurant la communication entre la partie formant réservoir de liquide et le sas (16), et une pompe (36) communiquant avec ledit conduit (35) et assurant le retour du liquide vers le sas (16), les matières solides et le
liquide associé étant transmis par le dispositif d'alimen-
tation à la partie supérieure du séparateur à tamis, les matières solides étant retenues sur ce séparateur à tamis
et parvenant au récipient par l'intermédiaire de la sor-
tie de matières solides alors que le liquide traversant.
le séparateur à tamis parvient dans la partie formant ré-
servoir de liquide avant renvoi vers le sas.
6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de transport de matières solides
(11) est un transporteur à courroie sans fin.
7. Appareil selon la revendication 5, caractérisé
en ce qu'il comprend en outre un dispositif de purge (13).
disposé à l'entrée munie de vannes (12, 14).
8. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'entrée munie de vannes (12, 14) et la sortie munie de vannes (17, 18) comportent chacune deux vannes
montées en série.
9. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation (20) est du type
à vis (21).
10. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation (20) est du type à courroie continue (40) 11i Lnipa".il selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation à courroie continue
(40) a des godets (41).
Applications Claiming Priority (1)
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| GB (1) | GB2062492B (fr) |
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