CA2057767A1 - Reacteur a agitateur chauffant pour le traitement thermique de materiaux granules, pulverulents ou pateux - Google Patents
Reacteur a agitateur chauffant pour le traitement thermique de materiaux granules, pulverulents ou pateuxInfo
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Abstract
17 L'invention concerne un réacteur pour le traitement thermique de matériaux granulés, pulvérulents ou pâteux, comprenant un tambour pourvu d'une bouche d'alimentation par laquelle le matériau à traiter est introduit, et le cas échéant d'une sortie disposée à distance de la bouche d'entrée. Un agitateur de préférence constitué par une vis-sans-fin, est disposé dans le tambour de façon à agiter mécaniquement le matériau à traiter. Un moteur est prévu pour entraîner en rotation ou en oscillation soit le tambour, soit l'agitateur soit les deux de façon à obtenir l'agitation mécanique désirée du matériau et son éventuel déplacement depuis la bouche d'entrée jusqu'à la sortie, pendant qu'un chauffage est appliqué au matériau à traiter thermiquement. Selon l'invention, ce chauffage est obtenu par des résistances électriques intégrées à la structure interne de l'agitateur et alimente en courant par une source externe d'énergie électrique. Grâce à cette structure, on obtient un chauffage uniforme associé à un brassage régulier et un contrôle précis du temps de résidence dans le réacteur, et ce de façon fiable, efficace et peu coûteuse. Un procédé de traitement de matériaux granulés, pulvérulents ou pâteux utilisant ce réacteur est également décrit. Ce procédé est notamment utilisable pour le traitement des écumes d'aluminium. Il peut toutefois être utilisé également pour le séchage de grains, la torréfaction du café, et le traitement thermique de minéraux ou métaux.
Description
2~77~7 La présente invention a pour objet un réacteur pour le traitement thermique de matériaux granulés, pulv~rulents ou pâteux.
L'invention a également pour objet un procédé de traitement thermique de matériaux granulés, pulvérulents ou pâteux, lequel est notamment utilisable lorsque les matériaux à traiter nécessitent un brassage vigoureux et lorsqu'un controle précis est requis du temps de résidence de ces matériaux à la température de consigne au sein du réacteur.
Dans de tres nombreuses industries, il est n~cessaire de soumettre des matériaux granulés, pulvérulents ou même pateux à un chauffage uniforme associé a une agitation régulière pendant une période de temps prédéterminée. Ainsi dans l'industrie agroalimentaire, un tel traitement est souvent requis pour sécher de6 grains ou, torr~fier du café. Dans l'industrie pharmaceutique, un tel traitement peut également être requis pour le séchage ou même la réaction de divers composés. Dans d'autres industries lourdes, de tels traitements peuvent également être requis pour assurer certaines transformations désir~es de minéraux ou métaux, ou encore pour récup~rer des produits, comme, par exemple, l'aluminium métallique se trouvant contenu dans les mélanges d'oxyde d'aluminium, de nitrures, de carbures et d'aluminium métallique connus sous le nom de "écumes d'aluminium", qui sont générés par réaction de l'aluminium fondu avec l'atmosphère ambiante lors des opérations de maintien en température et de refonte de l'aluminium.
D'un point de vue industriel, cette récupération de l'aluminium s'effectue dans un réacteur dans lequel des ~cumes sont chauffés à une température où l'aluminium métallique se trouve fondu tout en étant simultanément ~rassé énergiquement de manière à favoriser la coalescence 2~77~
des gouttelettes d'aluminium formées. Il est en outre n~cessaire de bien contrôler le temps de s~jour des écumes dans le r~acteur pour une utilisation optimale de la puissance dissip~e dans ce dernier.
De nombreux équipements ont ét~ suggérés jusqu'à
ce jour pour effectuer ce type de traitement thermique.
A titre d'exemples non limitatifs, on peut citer des fours rotatifs, des fours cyclones, des séchoirs à agitation, des réacteurs fluidisés, des convoyeurs à spirale, etc.
Les équipements existants 60nt généralement efficaces. Ils ont toutefois chaun des inconvénients, comme celui d'assurer un mélange imparfait, de générer des poussières, de limiter à une certaine valeur donnée leur température d'utilisation ~ cause de leur structure, de ne pouvoir opérer de façon continue, etc., pour n'en citer que quelques uns.
Un des objets de L'invention est de fournir un nouveau type de réacteur pour le traitement thermique de matériaux granulés, pulYérulents ou pâteux, lequel assure un chauffage uniforme et un brassage régulier de6 materiaux à traiter, avec en outre, lorsque cela est d~siré, un contrôle précis du temps de résidence de ce matériau au sein du réacteur.
Un autre objet de l'invention est de fournir un réacteur du type ci-dessus, qui est simple de conception et fait appel à des technologies classiques, bien maitrisée6, fiables, efficaces et peu coûteuses.
Encore un autre objet de l'invention est de fournir un réacteur du type ci-dessus, lequel peut être utilisé à des températures d'opération relativement élev~es, et ce de façon très simple sans génération d'effluents gazeux, comme c'est le cas des réacteurs traditionnels à chauffage par combustible fo~siles.
Un autre objet de l'invention est également de 2~77~7 fournir un proc~dé de traitement thermique de matériaux granulés, pulvérulents ou pâteux, lequel assure un chauffage uniforme des mat~riaux à traiter simultanément ~ un brassage r~gulier de ceux-ci, tout en étant simple à
mettre en oeuvre avec des technologies bien maîtrisées, fiables, efficaces et peu coûteuses.
Le réacteur selon l'invention pour le traitement thermique de mat~riaux granulés, pulv~rulents ou pâteux est du type comprenant:
- un tambour pourvu d'une bouche d'alimentation par laquelle le matériau à traiter est introduit;
- un agitateur disposé dans le tamb~ur de facon à agiter mécaniquement le matériau a traiter;
- des moyens-moteur pour entra~ner en rotation ou en oscillation soit le tambour, soit l'agitateur soit les deux de façon à obtenir l'agitation m~canique désirée du matériau; et - des moyens pour chauffer le matériau introduit dans le tambour pendant son agitation.
Selon l'invention, ce réacteur est caractérisé
en ce que les moyens pour chauffer le matériau sont consitués par des résistances électriques intégrées à la structure interne de l'agitateur, et alimentées en courant par une source externe d'énergie électrique.
Le procédé selon l'invention du traitement thermique de mat~riaux granulés, pulvérulents ou p~teux est du type consistant à chauffer le matériau à traiter dans un tambour pendant une période de temps prédéterminée en agitant mécaniquement ce matériau au moyen d'un agitateur disposé dans le tambour.
Selon l'invention, ce procédé est caractérisé en ce que le chauffage est effectué au moyen de resistances électriques intégrées à la structure de l'agitateur et alimentées par une source externe d'énergie électrique.
2~77~7 Selon un premier mode possible de r~alisation, le tambour est statique et est pourvu d'une sortie disposée à distance de la bouche d'entrée. Dans ce cas, l'agitateur est constitué par une ou plusieurs vis-sans-fin dépendamment du degré d'agitation et de mélangerequis, chaque vis étant pourvue d'un arbre central et disposé dans le tambour de façon à déplacer le matériau à
traiter depuis la bouche d'entrée jusqu'~ la sortie du tambour à une vitesse correspondant à un temps de ré6idence donné. Les moyens-moteur sont alors constitués par un moteur relié à l'arbre central de la vis-sans-fin pour entraîner celle-ci en rotation.
Selon un second mode possible de réalisation, le tambour est rotatif autour d'un axe central et est pourvu d'une sortie disposée à distance de la bouche d'entrée.
Là encore, l'agitateur est constitué par une ou plusieurs vis-sans-fin chacune pourvue d'un arbre central et disposée dans le tambour de façon à assurer un déplacement du matériau à traiter depuis la bouche d'entrée jusqu'à la sortie du tambour à une vitesse correspondant à un temps de résidence donné. Bien entendu, des moyens sont prévus pour permettre au tambour de tourner autour de son axe et les moyen6-moteur sont alors constitués par un moteur relié au tambour pour entrainer celui-ci en rotation autour de son axe.
Selon un troisibme mode possible de réalisation, l'agitateur est façonné comme un grattoir de façon à
r~curer la paroi interne du tambour lorsque les moyens-moteur sont en opération. Dans ce cas, des moyens peuvent être prévus pour permettre au tambour de tourner autour d'un axe central, les moyens-moteur étant alors constitués par un moteur relié au tambour pour entraîner celui-ci en rotation autour de son axe. Des moyens peuvent en outre etre prévus pour donner au grattoir un mouvement de va-et-7 ~ 7 vient dans la direction de l'axe central du tambour pouraugmenter le r~curage d~siré.
Selon 12 mode de réalisation choisi, l'agitateur qui est de pr~rence constitué par une vis-sans-fin, peut donc tourner ou non autour de son axe. Cette rotation peut s'effectuer dans le même sens que le réacteur ou en sens inverse, si celui-ci est également pourvu d'un mouvement de rotation. La vitesse relative de la rotation et de l'agitateur dans le réacteur peut, en prati~ue, être optimisée pour obtenir le brassage et l'echauffement requie du matériau.
Lorsque le réacteur est destiné ~ opérer à des temp~ratures élevées, le tambour peut avoir une paroi interne garnie de réfractaires afin de diminuer les pertes thermiques.
Tel que précédemment indiqué, le chauffage des matériaux à traiter est effectue a l'aide de résistances électriques intégrées a la structure interne de l'agitateur et alimentées en courant par une source externe d'énergie électrique pour chauffer ce dernier par effet Joule. Lorsque l'agitateur qui est de préférence constitue par une vis-sans-fin est, pourvu d'un arbre creux, ces résitances électriques peuvent être placées dans l'arbre creux. Lorsque le procédé l'exige, des ré6istances supplémentaires peuvent être noyées dans la paroi interne du tambour pour fournir un chauffage complémentaire et maintenir le profil de température d~sirée.
Comme on peut le comprendre l'agitateur lorsqu'il est constitué par une vis-sans-fin, sert également a contrôler le temps de résidence du matériel dans le tambour.
Comme on peut également le comprendre, plusieurs agitateurs peuvent être disposés soit en ligne, soit en 2~77~7 parall~le dans un même tambour. Le mot "agitateur"
utilisé au singulier dans les revendications devra donc être compris comme pouvant inclure plusieurs agitateurs dont le nombre et la position relative peuvent varier en fonction du degré d'agitation voulue et du profil de température à maintenir à l'interieur du réacteur.
La nature et la géométrie de l'agitateur peuvent être choisis en fonction des températures de travail ainsi que de la nature et la géométrie des matériaux à traiter afin d'~viter toute attaque chimique, thermique ou abrasion due aux matériaux à traiter, tout en maintenant la résistance mécanique nécessaire. A cet effet, l'agitateur peut être recouvert d'une couche anti-usure, d'une couche anti-corrosion ou des deux.
Comme on peut en outre le comprendre, la nature et la géométrie des résistances ~lectriques utilisées peuvent ~tre sélectionn~es en fonction de la densité de puis6ance désirée, de la géométrie et de la nature de l'agitateur ainsi que de la résistance mécanique requise.
La grosseur relative de l'agitateur par rapport à celle du tambour peut être choisie en fonction de la grosseur du matériau à traiter, de l'effet thermique et du temps de r~sidence recherché. De façon similaire, la position relative de l'agitateur dans le tambour peut être sélectionn~e en fonction de la di~tribution de chaleur désirée.
Le réacteur selon l'invention peut opérer en continu ou en discontinu. Ce réacteur peut être etanche5fié lorsqu'un le contrôle de l'atmosphère est requis.
Le réacteur selon l'invention peut être opéré
soit horizontalement, soit verticalement soit avec une certaine inclinaison. Le choix de l'inclinaison peut d'ailleurs être utilisé pour ajouter au contrôle du temps 2~7~7 de r~sid~nce du matériau.
On comprendra que lorsque l'agitateur est maintenu fixe, son alimentation ~lectrique peut s'effectuer de fa~on directe. Par contre, lorsque l'agitateur est conçu pour être entralné en rotation à
l'intérieur du tambour, l'alimentation des résistances électriques peut faire appel à des contacts mobiles (balais) prévus à cet effet, dont la structure est bien connue et couramment utilisée sur les machines à rotor, à
lo moins que les résistances ne soient placées dans un tube fixe coaxialement inséré dans l'agitateur, ce dernier pouvant librement tourner autour dudit tube.
Lorsque l'agitateur est façonné comme un grattoir, il peut comprendre des pallettes ou ailettes qui frottent ~ur la paroi interne du four de fa,con à en assurer le r~curags.
Le réacteur selon l'invention est avantageux dans la mesure o~ il convient pour tout proc~dé
nécessitant des températures comprises entre 60C et 1200C ou plus, tant pour l'agro-alimentaire et la chimie minérale et organique que pour la métallurgie ou les pâte6 et papiers, bref, pour tous les traitements thermiques de produite pul~rulents, granules ou p~teux.
Plusieurs modes pratiques de réalisation vont maintenant être décrits en se réf~rant aux dessins annexés, sur lesquels:
- la fig. l est une vue schématique en coupe illustrant un r~acteur selon l'invention pourvu d'un tam~our rotatif et d'un agitateur fixe;
- la fig. 2 est une vue similaire a celle de la fig. 1, pourvue d'un tambour fixe et d'un aqitateur rotatif;
- la fig. 3 est une autre vue du réacteur illustré sur la fig. 2, ce réacteur étant spécialement 2~57 ~67 adapté au traitement des ~cumes d'aluminium: et - la fig. 4 est une vue analogue aux précédentes, illustrant un autre réacteur selon l'invention pourvu d'un tambour rotatif et d'un agitateur façonné comme un grattoir soumis à un mouvement de va-et-vient.
Le réacteur 1 selon l'invention tel qu'illustré
sur la fig. 1 comprend un tambour rotatif 3 dont la paroi est garnie ou non de réfactaires. Des moyens 5 sont prévus à chaque extrémit~ du tambour pour permettre à
celui-ci de ~ourner autour de son axe. Un agitateur 7 constitu~ par une vis-sans-fin pourvue d'un arbre central est dispos~ dans le tambour de façon à se trouver immergé
dans la charge et assurer un déplacement du matériau à
traiter depuis une bouche d'entrée 11 jusqu'~ une sortie 13 ~ une vitesse correspondant à un temps de résidence prédéterminé.
Un contrôle plu8 précis du temps de résidence peut etre ~btenu à l'aide d'une légère pente donné au tambour ou encore en fixant une spirale sur la paroi interne de ce dernier.
Un moteur 9 est prévu pour entraîner en rotation le tambour 3 autour de ~on axe. Cet en~ra~nement peut s'effectuer de facon continue ou non selon le type de traitement que l'on d~sire faire subir au matériau à
traiter.
Selon l'invention, le chauffage du matériau à
traiter thermiquement est e~fectué grâce à des résistances electriques 17 disposées dans l'arbre creux de la vis-sans-fin 7 et reliées, a l'aide de contacts 19, à une source externe d'energie électrique.
Le réacteur 1 précédemment décrit est simple de conception et simple de mise en oeuvre. Il implique de~
co~ts de capitalisation et d'opération modestes, et fait 77~7 appel à une électrotechnologie bien maîtrisée, efficace et relativement peu coûteuse.
L'autre réacteur 21 selon l'invention tel qu'illustré sur la fig. 2 est, comme le r~acteur 1, pourvu d'un agitateur h~licoïdal chauffant. Dans un but de simplicit~, les ~léments précédemment décrits ont été
identifi~s par les mêmes numéros, auxquels a été ajouté le chiffre 20.
Dans ce mode de réalisation, le tambour 23 est fixe et c'est la vis-sans-fin 27 qui est entraînée en rotation par le moteur 29 pour assurer un brassage du matériau à tralter et son déplacement dans le tambour tout en contrôlant ainsi son temps de r~sidence depuis la bouche d'entrée 31 jusqu'à la sortie 33 o~ le matériau trait~ est récupéré.
Là encore, des résistances 37 sont disposées dans l'arbre creux de la vis-sans-fin 27 pour chauffer celle-ci et le matériau dans le tambour. Dans ce cas particulier, l'alimentation électrique des résistances 27 peut s'effectuer à l'aide d'un système de contacts à balai 39.
Selon un autre mode possible de réalisation, l'ensemble des résistances 37 peut ~tre disposé dans un tube coaxialement disposé dans la vis-sans-fin. Dans ce dernier cas, le tube en ~uestion peut servir de support interne fixe pour la vis-sans-fin qui se trouve ainsi tournée autour de lui. Ce mode de réalisation présente les mames avantages que précédemment, a savoir de supprimer la n~cessité de contact mobile pour les résistances tout en facilitant l'entretien du tout.
La fig. 3 montre une application possible du réacteur illustr~ sur la fig. 2 pour le traitement des écumes d'aluminium.
La séparation de l'aluminium des oxydes, 2~7~
nitrures, et carbures se trouvant dans les écumes 6 ~ effectue ~ l'int~rieur du réacteur, par chauffage des écumes à une température suffisante pour fondre l'aluminium, et brassage ~nergique du tout pour favoriser la coalescence de gouttelettes de métal qui, à la ~ortie 33 du réacteur, s'accumulent dans une poche prévue à cet effet où elle6 peuvent être récupérées via un trou de coulée 33' alors gue le reste des écumes s'~chappe par une décharge 33".
Le réacteur 21 est particulièrement intéres~ant dans la mesure où il permet de contrôler le temps de séjour des écumes pour une utilisation optimale de la puis~ance dissipée. Ce réacteur e~t également int~ressant dans la mesure où il satisfait aux trois conditions e6sentielles à la bonne mise en oeuvre de ce procédé, à
savoir un chauffage adéquat, un bon brassage et un bon contrôle du temps de résidence des écumes.
Les avantages de ce procédé de traitement des ~cumes d'aluminium mis en oeuvre dans le réacteur 21 par rapport au procédé conventionnel qui utilise un four rotatif ~ chauffage par combustibles fossiles, sont les suivants:
1- absence totale d'effluents gazeux évitant la néceseité d'équipement coûteux d'épuration des gaz et des risques de perte par entra~nement qui sont relativement importants dans le cas d'un four rotatif;
2- obtention d'une température uniforme dans le four: et
L'invention a également pour objet un procédé de traitement thermique de matériaux granulés, pulvérulents ou pâteux, lequel est notamment utilisable lorsque les matériaux à traiter nécessitent un brassage vigoureux et lorsqu'un controle précis est requis du temps de résidence de ces matériaux à la température de consigne au sein du réacteur.
Dans de tres nombreuses industries, il est n~cessaire de soumettre des matériaux granulés, pulvérulents ou même pateux à un chauffage uniforme associé a une agitation régulière pendant une période de temps prédéterminée. Ainsi dans l'industrie agroalimentaire, un tel traitement est souvent requis pour sécher de6 grains ou, torr~fier du café. Dans l'industrie pharmaceutique, un tel traitement peut également être requis pour le séchage ou même la réaction de divers composés. Dans d'autres industries lourdes, de tels traitements peuvent également être requis pour assurer certaines transformations désir~es de minéraux ou métaux, ou encore pour récup~rer des produits, comme, par exemple, l'aluminium métallique se trouvant contenu dans les mélanges d'oxyde d'aluminium, de nitrures, de carbures et d'aluminium métallique connus sous le nom de "écumes d'aluminium", qui sont générés par réaction de l'aluminium fondu avec l'atmosphère ambiante lors des opérations de maintien en température et de refonte de l'aluminium.
D'un point de vue industriel, cette récupération de l'aluminium s'effectue dans un réacteur dans lequel des ~cumes sont chauffés à une température où l'aluminium métallique se trouve fondu tout en étant simultanément ~rassé énergiquement de manière à favoriser la coalescence 2~77~
des gouttelettes d'aluminium formées. Il est en outre n~cessaire de bien contrôler le temps de s~jour des écumes dans le r~acteur pour une utilisation optimale de la puissance dissip~e dans ce dernier.
De nombreux équipements ont ét~ suggérés jusqu'à
ce jour pour effectuer ce type de traitement thermique.
A titre d'exemples non limitatifs, on peut citer des fours rotatifs, des fours cyclones, des séchoirs à agitation, des réacteurs fluidisés, des convoyeurs à spirale, etc.
Les équipements existants 60nt généralement efficaces. Ils ont toutefois chaun des inconvénients, comme celui d'assurer un mélange imparfait, de générer des poussières, de limiter à une certaine valeur donnée leur température d'utilisation ~ cause de leur structure, de ne pouvoir opérer de façon continue, etc., pour n'en citer que quelques uns.
Un des objets de L'invention est de fournir un nouveau type de réacteur pour le traitement thermique de matériaux granulés, pulYérulents ou pâteux, lequel assure un chauffage uniforme et un brassage régulier de6 materiaux à traiter, avec en outre, lorsque cela est d~siré, un contrôle précis du temps de résidence de ce matériau au sein du réacteur.
Un autre objet de l'invention est de fournir un réacteur du type ci-dessus, qui est simple de conception et fait appel à des technologies classiques, bien maitrisée6, fiables, efficaces et peu coûteuses.
Encore un autre objet de l'invention est de fournir un réacteur du type ci-dessus, lequel peut être utilisé à des températures d'opération relativement élev~es, et ce de façon très simple sans génération d'effluents gazeux, comme c'est le cas des réacteurs traditionnels à chauffage par combustible fo~siles.
Un autre objet de l'invention est également de 2~77~7 fournir un proc~dé de traitement thermique de matériaux granulés, pulvérulents ou pâteux, lequel assure un chauffage uniforme des mat~riaux à traiter simultanément ~ un brassage r~gulier de ceux-ci, tout en étant simple à
mettre en oeuvre avec des technologies bien maîtrisées, fiables, efficaces et peu coûteuses.
Le réacteur selon l'invention pour le traitement thermique de mat~riaux granulés, pulv~rulents ou pâteux est du type comprenant:
- un tambour pourvu d'une bouche d'alimentation par laquelle le matériau à traiter est introduit;
- un agitateur disposé dans le tamb~ur de facon à agiter mécaniquement le matériau a traiter;
- des moyens-moteur pour entra~ner en rotation ou en oscillation soit le tambour, soit l'agitateur soit les deux de façon à obtenir l'agitation m~canique désirée du matériau; et - des moyens pour chauffer le matériau introduit dans le tambour pendant son agitation.
Selon l'invention, ce réacteur est caractérisé
en ce que les moyens pour chauffer le matériau sont consitués par des résistances électriques intégrées à la structure interne de l'agitateur, et alimentées en courant par une source externe d'énergie électrique.
Le procédé selon l'invention du traitement thermique de mat~riaux granulés, pulvérulents ou p~teux est du type consistant à chauffer le matériau à traiter dans un tambour pendant une période de temps prédéterminée en agitant mécaniquement ce matériau au moyen d'un agitateur disposé dans le tambour.
Selon l'invention, ce procédé est caractérisé en ce que le chauffage est effectué au moyen de resistances électriques intégrées à la structure de l'agitateur et alimentées par une source externe d'énergie électrique.
2~77~7 Selon un premier mode possible de r~alisation, le tambour est statique et est pourvu d'une sortie disposée à distance de la bouche d'entrée. Dans ce cas, l'agitateur est constitué par une ou plusieurs vis-sans-fin dépendamment du degré d'agitation et de mélangerequis, chaque vis étant pourvue d'un arbre central et disposé dans le tambour de façon à déplacer le matériau à
traiter depuis la bouche d'entrée jusqu'~ la sortie du tambour à une vitesse correspondant à un temps de ré6idence donné. Les moyens-moteur sont alors constitués par un moteur relié à l'arbre central de la vis-sans-fin pour entraîner celle-ci en rotation.
Selon un second mode possible de réalisation, le tambour est rotatif autour d'un axe central et est pourvu d'une sortie disposée à distance de la bouche d'entrée.
Là encore, l'agitateur est constitué par une ou plusieurs vis-sans-fin chacune pourvue d'un arbre central et disposée dans le tambour de façon à assurer un déplacement du matériau à traiter depuis la bouche d'entrée jusqu'à la sortie du tambour à une vitesse correspondant à un temps de résidence donné. Bien entendu, des moyens sont prévus pour permettre au tambour de tourner autour de son axe et les moyen6-moteur sont alors constitués par un moteur relié au tambour pour entrainer celui-ci en rotation autour de son axe.
Selon un troisibme mode possible de réalisation, l'agitateur est façonné comme un grattoir de façon à
r~curer la paroi interne du tambour lorsque les moyens-moteur sont en opération. Dans ce cas, des moyens peuvent être prévus pour permettre au tambour de tourner autour d'un axe central, les moyens-moteur étant alors constitués par un moteur relié au tambour pour entraîner celui-ci en rotation autour de son axe. Des moyens peuvent en outre etre prévus pour donner au grattoir un mouvement de va-et-7 ~ 7 vient dans la direction de l'axe central du tambour pouraugmenter le r~curage d~siré.
Selon 12 mode de réalisation choisi, l'agitateur qui est de pr~rence constitué par une vis-sans-fin, peut donc tourner ou non autour de son axe. Cette rotation peut s'effectuer dans le même sens que le réacteur ou en sens inverse, si celui-ci est également pourvu d'un mouvement de rotation. La vitesse relative de la rotation et de l'agitateur dans le réacteur peut, en prati~ue, être optimisée pour obtenir le brassage et l'echauffement requie du matériau.
Lorsque le réacteur est destiné ~ opérer à des temp~ratures élevées, le tambour peut avoir une paroi interne garnie de réfractaires afin de diminuer les pertes thermiques.
Tel que précédemment indiqué, le chauffage des matériaux à traiter est effectue a l'aide de résistances électriques intégrées a la structure interne de l'agitateur et alimentées en courant par une source externe d'énergie électrique pour chauffer ce dernier par effet Joule. Lorsque l'agitateur qui est de préférence constitue par une vis-sans-fin est, pourvu d'un arbre creux, ces résitances électriques peuvent être placées dans l'arbre creux. Lorsque le procédé l'exige, des ré6istances supplémentaires peuvent être noyées dans la paroi interne du tambour pour fournir un chauffage complémentaire et maintenir le profil de température d~sirée.
Comme on peut le comprendre l'agitateur lorsqu'il est constitué par une vis-sans-fin, sert également a contrôler le temps de résidence du matériel dans le tambour.
Comme on peut également le comprendre, plusieurs agitateurs peuvent être disposés soit en ligne, soit en 2~77~7 parall~le dans un même tambour. Le mot "agitateur"
utilisé au singulier dans les revendications devra donc être compris comme pouvant inclure plusieurs agitateurs dont le nombre et la position relative peuvent varier en fonction du degré d'agitation voulue et du profil de température à maintenir à l'interieur du réacteur.
La nature et la géométrie de l'agitateur peuvent être choisis en fonction des températures de travail ainsi que de la nature et la géométrie des matériaux à traiter afin d'~viter toute attaque chimique, thermique ou abrasion due aux matériaux à traiter, tout en maintenant la résistance mécanique nécessaire. A cet effet, l'agitateur peut être recouvert d'une couche anti-usure, d'une couche anti-corrosion ou des deux.
Comme on peut en outre le comprendre, la nature et la géométrie des résistances ~lectriques utilisées peuvent ~tre sélectionn~es en fonction de la densité de puis6ance désirée, de la géométrie et de la nature de l'agitateur ainsi que de la résistance mécanique requise.
La grosseur relative de l'agitateur par rapport à celle du tambour peut être choisie en fonction de la grosseur du matériau à traiter, de l'effet thermique et du temps de r~sidence recherché. De façon similaire, la position relative de l'agitateur dans le tambour peut être sélectionn~e en fonction de la di~tribution de chaleur désirée.
Le réacteur selon l'invention peut opérer en continu ou en discontinu. Ce réacteur peut être etanche5fié lorsqu'un le contrôle de l'atmosphère est requis.
Le réacteur selon l'invention peut être opéré
soit horizontalement, soit verticalement soit avec une certaine inclinaison. Le choix de l'inclinaison peut d'ailleurs être utilisé pour ajouter au contrôle du temps 2~7~7 de r~sid~nce du matériau.
On comprendra que lorsque l'agitateur est maintenu fixe, son alimentation ~lectrique peut s'effectuer de fa~on directe. Par contre, lorsque l'agitateur est conçu pour être entralné en rotation à
l'intérieur du tambour, l'alimentation des résistances électriques peut faire appel à des contacts mobiles (balais) prévus à cet effet, dont la structure est bien connue et couramment utilisée sur les machines à rotor, à
lo moins que les résistances ne soient placées dans un tube fixe coaxialement inséré dans l'agitateur, ce dernier pouvant librement tourner autour dudit tube.
Lorsque l'agitateur est façonné comme un grattoir, il peut comprendre des pallettes ou ailettes qui frottent ~ur la paroi interne du four de fa,con à en assurer le r~curags.
Le réacteur selon l'invention est avantageux dans la mesure o~ il convient pour tout proc~dé
nécessitant des températures comprises entre 60C et 1200C ou plus, tant pour l'agro-alimentaire et la chimie minérale et organique que pour la métallurgie ou les pâte6 et papiers, bref, pour tous les traitements thermiques de produite pul~rulents, granules ou p~teux.
Plusieurs modes pratiques de réalisation vont maintenant être décrits en se réf~rant aux dessins annexés, sur lesquels:
- la fig. l est une vue schématique en coupe illustrant un r~acteur selon l'invention pourvu d'un tam~our rotatif et d'un agitateur fixe;
- la fig. 2 est une vue similaire a celle de la fig. 1, pourvue d'un tambour fixe et d'un aqitateur rotatif;
- la fig. 3 est une autre vue du réacteur illustré sur la fig. 2, ce réacteur étant spécialement 2~57 ~67 adapté au traitement des ~cumes d'aluminium: et - la fig. 4 est une vue analogue aux précédentes, illustrant un autre réacteur selon l'invention pourvu d'un tambour rotatif et d'un agitateur façonné comme un grattoir soumis à un mouvement de va-et-vient.
Le réacteur 1 selon l'invention tel qu'illustré
sur la fig. 1 comprend un tambour rotatif 3 dont la paroi est garnie ou non de réfactaires. Des moyens 5 sont prévus à chaque extrémit~ du tambour pour permettre à
celui-ci de ~ourner autour de son axe. Un agitateur 7 constitu~ par une vis-sans-fin pourvue d'un arbre central est dispos~ dans le tambour de façon à se trouver immergé
dans la charge et assurer un déplacement du matériau à
traiter depuis une bouche d'entrée 11 jusqu'~ une sortie 13 ~ une vitesse correspondant à un temps de résidence prédéterminé.
Un contrôle plu8 précis du temps de résidence peut etre ~btenu à l'aide d'une légère pente donné au tambour ou encore en fixant une spirale sur la paroi interne de ce dernier.
Un moteur 9 est prévu pour entraîner en rotation le tambour 3 autour de ~on axe. Cet en~ra~nement peut s'effectuer de facon continue ou non selon le type de traitement que l'on d~sire faire subir au matériau à
traiter.
Selon l'invention, le chauffage du matériau à
traiter thermiquement est e~fectué grâce à des résistances electriques 17 disposées dans l'arbre creux de la vis-sans-fin 7 et reliées, a l'aide de contacts 19, à une source externe d'energie électrique.
Le réacteur 1 précédemment décrit est simple de conception et simple de mise en oeuvre. Il implique de~
co~ts de capitalisation et d'opération modestes, et fait 77~7 appel à une électrotechnologie bien maîtrisée, efficace et relativement peu coûteuse.
L'autre réacteur 21 selon l'invention tel qu'illustré sur la fig. 2 est, comme le r~acteur 1, pourvu d'un agitateur h~licoïdal chauffant. Dans un but de simplicit~, les ~léments précédemment décrits ont été
identifi~s par les mêmes numéros, auxquels a été ajouté le chiffre 20.
Dans ce mode de réalisation, le tambour 23 est fixe et c'est la vis-sans-fin 27 qui est entraînée en rotation par le moteur 29 pour assurer un brassage du matériau à tralter et son déplacement dans le tambour tout en contrôlant ainsi son temps de r~sidence depuis la bouche d'entrée 31 jusqu'à la sortie 33 o~ le matériau trait~ est récupéré.
Là encore, des résistances 37 sont disposées dans l'arbre creux de la vis-sans-fin 27 pour chauffer celle-ci et le matériau dans le tambour. Dans ce cas particulier, l'alimentation électrique des résistances 27 peut s'effectuer à l'aide d'un système de contacts à balai 39.
Selon un autre mode possible de réalisation, l'ensemble des résistances 37 peut ~tre disposé dans un tube coaxialement disposé dans la vis-sans-fin. Dans ce dernier cas, le tube en ~uestion peut servir de support interne fixe pour la vis-sans-fin qui se trouve ainsi tournée autour de lui. Ce mode de réalisation présente les mames avantages que précédemment, a savoir de supprimer la n~cessité de contact mobile pour les résistances tout en facilitant l'entretien du tout.
La fig. 3 montre une application possible du réacteur illustr~ sur la fig. 2 pour le traitement des écumes d'aluminium.
La séparation de l'aluminium des oxydes, 2~7~
nitrures, et carbures se trouvant dans les écumes 6 ~ effectue ~ l'int~rieur du réacteur, par chauffage des écumes à une température suffisante pour fondre l'aluminium, et brassage ~nergique du tout pour favoriser la coalescence de gouttelettes de métal qui, à la ~ortie 33 du réacteur, s'accumulent dans une poche prévue à cet effet où elle6 peuvent être récupérées via un trou de coulée 33' alors gue le reste des écumes s'~chappe par une décharge 33".
Le réacteur 21 est particulièrement intéres~ant dans la mesure où il permet de contrôler le temps de séjour des écumes pour une utilisation optimale de la puis~ance dissipée. Ce réacteur e~t également int~ressant dans la mesure où il satisfait aux trois conditions e6sentielles à la bonne mise en oeuvre de ce procédé, à
savoir un chauffage adéquat, un bon brassage et un bon contrôle du temps de résidence des écumes.
Les avantages de ce procédé de traitement des ~cumes d'aluminium mis en oeuvre dans le réacteur 21 par rapport au procédé conventionnel qui utilise un four rotatif ~ chauffage par combustibles fossiles, sont les suivants:
1- absence totale d'effluents gazeux évitant la néceseité d'équipement coûteux d'épuration des gaz et des risques de perte par entra~nement qui sont relativement importants dans le cas d'un four rotatif;
2- obtention d'une température uniforme dans le four: et
3- bras~age complet rarement obtenu dans un four rotatif conventionnel, où le mélange n'est pas ideal et o~
le matériau n'est pas agité à coeur.
Si besoin est, on peut utiliser des ailettes pour améliorer le mélange.
Un autre avantage du réacteur 21 appliqué au 2~r~l767 traitement des ~cumes est le fait qu'il peut opérer en continu. Les écumes peuvent être introduits r~gulièrement par la bouche d'entrée 31 et être récupérées ~ la sortie 33 avec l'aluminium sans que cela nécessite un quelconque arrêt.
L'autre réacteur 41 selon l'invention illustré
sur la fiq. 4 est conçu pour le traitement de matériaux à
haut risque de cro~tage. Là encore, les mêmes numéros que eur la fig. 1 ont été utilisés, plus 40.
~0 Comme il est connu, certains matériaux ont tendance ~ devenir collants lorsque leur température augmente. Cette augmentation de viscosité rend l'opération des fours à traitement thermique difficile car ~m encroûtaqe progressif des parois internes du four nuit énormément au transfert uniforme de chaleur et à la bonne marche du four.
Pour remédier à ce probl~me, le r~acteur à
agitateur chauffant 6elon l'invention est pourvu d'un tambour rotatif 43 entrain~ par un moteur 40. Ce four est alimenté par une bouche d'entrée 51 en matériau à traiter.
Disposé ~ l'intérieur du four se trouve un agitateur façonn~ comme un grattoir. Cet agitateur est pourvu d'un mouvement de va-et-vient illustré avec une flèche dans son axe longitudinal. Comme on peut le constater, cet agitateur 47 est pourvu de palettes permettant constamment de récurer les parois du tambour au fur et à mesure que celui-ci tourne. ~ien entendu, dans ce aas comme dans les cas préc~dents, le chauffage du matériau à traiter est effectuer à l'aide de résistances électriques 57 incorporées à la structure interne de l'agitateur 47 et alimentées en courant par une source externe d'énergie électrique.
~ ien entendu, d'autres modifications pourraient etre apport~es à l'invention telle qu'elle vient d'~tre 2~7~7 précédemment d~crite, sans pour autant sortir du cadre de celle-ci tel que d~fini dans les revendications annex~es.
le matériau n'est pas agité à coeur.
Si besoin est, on peut utiliser des ailettes pour améliorer le mélange.
Un autre avantage du réacteur 21 appliqué au 2~r~l767 traitement des ~cumes est le fait qu'il peut opérer en continu. Les écumes peuvent être introduits r~gulièrement par la bouche d'entrée 31 et être récupérées ~ la sortie 33 avec l'aluminium sans que cela nécessite un quelconque arrêt.
L'autre réacteur 41 selon l'invention illustré
sur la fiq. 4 est conçu pour le traitement de matériaux à
haut risque de cro~tage. Là encore, les mêmes numéros que eur la fig. 1 ont été utilisés, plus 40.
~0 Comme il est connu, certains matériaux ont tendance ~ devenir collants lorsque leur température augmente. Cette augmentation de viscosité rend l'opération des fours à traitement thermique difficile car ~m encroûtaqe progressif des parois internes du four nuit énormément au transfert uniforme de chaleur et à la bonne marche du four.
Pour remédier à ce probl~me, le r~acteur à
agitateur chauffant 6elon l'invention est pourvu d'un tambour rotatif 43 entrain~ par un moteur 40. Ce four est alimenté par une bouche d'entrée 51 en matériau à traiter.
Disposé ~ l'intérieur du four se trouve un agitateur façonn~ comme un grattoir. Cet agitateur est pourvu d'un mouvement de va-et-vient illustré avec une flèche dans son axe longitudinal. Comme on peut le constater, cet agitateur 47 est pourvu de palettes permettant constamment de récurer les parois du tambour au fur et à mesure que celui-ci tourne. ~ien entendu, dans ce aas comme dans les cas préc~dents, le chauffage du matériau à traiter est effectuer à l'aide de résistances électriques 57 incorporées à la structure interne de l'agitateur 47 et alimentées en courant par une source externe d'énergie électrique.
~ ien entendu, d'autres modifications pourraient etre apport~es à l'invention telle qu'elle vient d'~tre 2~7~7 précédemment d~crite, sans pour autant sortir du cadre de celle-ci tel que d~fini dans les revendications annex~es.
Claims (15)
1. Un réacteur pour le traitement thermique de matériaux granulés, pulvérulents ou pâteux, du type comprenant:
- un tambour pourvu d'une bouche d'alimentation par laquelle le matériau à traiter est introduit;
- un agitateur disposé dans le tambour de façon à agiter mécaniquement le matériau à traiter;
- des moyens-moteur pour entraîner en rotation ou en oscillation soit le tambour, soit l'agitateur, soit les deux de façon à obtenir l'agitation mécanique désirée du matériau; et - des moyens pour chauffer le matériau introduit dans le tambour pendant son agitation, caractérisé en ce que lesdits moyens pour chauffer le matériau sont constitués par des résistances électriques intégrées à la structure interne de l'agitateur et alimentées en courant par une source externe d'énergie électrique.
- un tambour pourvu d'une bouche d'alimentation par laquelle le matériau à traiter est introduit;
- un agitateur disposé dans le tambour de façon à agiter mécaniquement le matériau à traiter;
- des moyens-moteur pour entraîner en rotation ou en oscillation soit le tambour, soit l'agitateur, soit les deux de façon à obtenir l'agitation mécanique désirée du matériau; et - des moyens pour chauffer le matériau introduit dans le tambour pendant son agitation, caractérisé en ce que lesdits moyens pour chauffer le matériau sont constitués par des résistances électriques intégrées à la structure interne de l'agitateur et alimentées en courant par une source externe d'énergie électrique.
2. Le réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que:
- le tambour est statique et est pourvu d'une sortie disposée à distance de la bouche d'entrée;
- l'agitateur est constitué par une vis-sans-fin pourvue d'un arbre central et disposée dans le tambour de façon à déplacer ledit matériau à traiter depuis la bouche d'entrée jusqu'à la sortie du tambour à une vitesse correspondant à un temps de résidence prédéterminé; et - les moyens-moteur sont constitué par un moteur relié à l'arbre central de la vis-sans-fin pour entraîner celle-ci en rotation.
- le tambour est statique et est pourvu d'une sortie disposée à distance de la bouche d'entrée;
- l'agitateur est constitué par une vis-sans-fin pourvue d'un arbre central et disposée dans le tambour de façon à déplacer ledit matériau à traiter depuis la bouche d'entrée jusqu'à la sortie du tambour à une vitesse correspondant à un temps de résidence prédéterminé; et - les moyens-moteur sont constitué par un moteur relié à l'arbre central de la vis-sans-fin pour entraîner celle-ci en rotation.
3. Le réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que:
- le tambour a un axe central et une sortie disposée à distance de la bouche d'entrée;
- l'agitateur est constitué par une vis-sans-fin pourvue d'un arbre central et disposée dans le tambour de façon à déplacer ledit matériau à traiter depuis la bouche d'entrée jusqu'à la sortie du tambour à une vitesse correspondant à un temps de résidence prédéterminé; et - des moyens sont prévus pour permettre au tambour de tourner autour de son axe;
- les moyens-moteur sont constitués par un moteur relié au tambour pour entraîner celui-ci en rotation autour de son axe.
- le tambour a un axe central et une sortie disposée à distance de la bouche d'entrée;
- l'agitateur est constitué par une vis-sans-fin pourvue d'un arbre central et disposée dans le tambour de façon à déplacer ledit matériau à traiter depuis la bouche d'entrée jusqu'à la sortie du tambour à une vitesse correspondant à un temps de résidence prédéterminé; et - des moyens sont prévus pour permettre au tambour de tourner autour de son axe;
- les moyens-moteur sont constitués par un moteur relié au tambour pour entraîner celui-ci en rotation autour de son axe.
4. Le réacteur de la revendication 1, caractérisé en ce que l'agitateur est façonné comme un grattoir de façon à récurer la paroi interne du tambour lorsque les moyens-moteur sont en opération.
5. Le réacteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que:
- le tambour a un axe central;
- des moyens sont prévus pour permettre au tambour de tourner autour de son axe;
- les moyens-moteurs sont constitués par un moteur relié au tambour pour entraîner celui-ci en rotation autour de son axe;
- des moyens sont en outre prévus pour donner au grattoir un mouvement de va-et-vient dans la direction de l'axe central du tambour.
- le tambour a un axe central;
- des moyens sont prévus pour permettre au tambour de tourner autour de son axe;
- les moyens-moteurs sont constitués par un moteur relié au tambour pour entraîner celui-ci en rotation autour de son axe;
- des moyens sont en outre prévus pour donner au grattoir un mouvement de va-et-vient dans la direction de l'axe central du tambour.
6. Le réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le tambour a une paroi interne garnie de réfractaires.
7. Le réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le tambour a une paroi interne dans laquelle sont noyées des résistances électriques pour fournir un chauffage complémentaire.
8. Le réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'agitateur a un arbre creux et lesdites résistances électriques sont placées dans cet arbre creux.
9. Le réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'agitateur est recouvert d'une couche externe anti-usure, anti-corrosion ou les deux.
10. Le réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le tambour est horizontal.
11. Le réacteur selon l'une quelconque des revendication 1 à 5, caractérisé en ce que le tambour est légèrement incliné.
12. Un procédé de traitement thermique de matériaux granulés, pulvérulents ou pâteux, du type consistant à chauffer le matériau dans un tambour pendant une période de temps prédéterminée en agitant mécaniquement ledit matériau au moyen d'un agitateur disposé dans ledit tambour, caractérisée en ce que ledit chauffage est effectué au moyen de résistances électriques intégrées à la structure de l'agitateur et alimentées par une source externe d'énergie électrique.
13. Le procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un déplacement dudit matériau dans le tambour depuis une bouche d'entrée jusqu'à une sortie prévue dans celui-ci, ledit déplacement étant effectué grâce audit agitateur façonné à cet effet comme une vis-sans-fin.
14. Le procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que l'agitation mécanique est obtenu en entraînement en rotation le tambour par rapport à
l'agitateur.
l'agitateur.
15. Le procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que l'agitateur mécanique est obtenu en entraînant en rotation l'agitateur par rapport au tambour.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA 2057767 CA2057767A1 (fr) | 1991-12-17 | 1991-12-17 | Reacteur a agitateur chauffant pour le traitement thermique de materiaux granules, pulverulents ou pateux |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA 2057767 CA2057767A1 (fr) | 1991-12-17 | 1991-12-17 | Reacteur a agitateur chauffant pour le traitement thermique de materiaux granules, pulverulents ou pateux |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA2057767A1 true CA2057767A1 (fr) | 1993-06-18 |
Family
ID=4148945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA 2057767 Abandoned CA2057767A1 (fr) | 1991-12-17 | 1991-12-17 | Reacteur a agitateur chauffant pour le traitement thermique de materiaux granules, pulverulents ou pateux |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA2057767A1 (fr) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1991
- 1991-12-17 CA CA 2057767 patent/CA2057767A1/fr not_active Abandoned
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FZDE | Dead |