~`VO92/16613 ~1 0~ 8 PCT/FR92/00219 "Réacteur mélangeur tournant immergé, notamment pour la fermentation anaérobie des ordures ménagères humidifiées"
La présente lnventlon concerne un réacteur mélangeur tournant immergé,des~lné notamment à la fermentation anaérobie des matières organiques solides humidifiées, pâteuses ou liquides,tels que les ordures menagères ou déchets asslmllés, préparés pour avoir des caractéristiques decoulement et de 5 frrmentation acceptables.
Ce type de déchet se r;aractériSe par des constituants ayant des granulométries et des densités héterogènes qui prwoquent souvent des phénomènes de décantation et des vitesses d'écoulement non homogènes des différents constltuants. Cela lmplique des moyens de brassa~qe de la masse de 10 matière contenue dans le réæteur,en ayant recours, notamment, à des agitateurs de type mécanique ou à des injections de gaz sous pression.
Les agltateurs de type mécanlque,dans ce genre de matière,ont une longbvité très réduite par usure prématurée de leur partie mobile,de plus ils se r~incent souvent par enroulement de constituants filiformes t 5 de grande longueur( notamment les bandes magnétiques usagées), autour de leurs pales. Les injectlons de gaz nbcessitent un appareillage complexe de compressionet de dlstrlbutlon mettant en oeuvre de nombreuses vannes et tuyauterles, et l'ef~et de brassage ainsi obtenu,laisse subsister des zones mortes non brossées où
les constituants les plus denses forment des conglomérots qui grossissent ou fil20 du temps,rendant alnsl nécessalre des interventlons pérlodlques de nettoy~ge. Les lnjecteurs de gaz par allleurs sa bouchent tres souvent par pénbtration de m~tière dons leurs orlfioes,oe qui entraîne également des opérations compliquéeset couteuses d'entretien. Les réacteurs connus,de type tournant,ont des limites supérieures de dimensionnement du fait que la totalité des masses en rotation( la 25 propre masse du réacteur plus la masse de la matlere contenue) repose sur despallers ou des galets qul ne peuvent ~tre lndbflnlmen~ eugmentés en tallle sans attelndre des coûts prohlbltlfs,voir meme présenler une tolole imposslbillté
technlque de réallsatlon. Certaines réactions de fermentatlon requlerent un apport thermlque ou,au contraire,un refroidissement,selon qu'elles sont ~0 endothermiques ou exothermiques rendant ainsl nécessaire la mise en place d'échangeurs tournants qul dolvent être alimentés par des jolnts rotatlfs. La plupart des réacteurs, de type tournant,fonctlonnent d'une manière dlscontinue,c`est à dire que la matière a traiter est introcuite et extraite quand le _c ~; ;.` i~ , . . .
FelJlLLE DE REMPLACEI~rlEMT
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WO 92~ 13 PCr/FR92/l)o'lr ~
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re5cn!a ~n~en~;c., i4n~ero rerrl~ier a !a rna)cr~le '~ ~s ~r.r~m~enlenls CI;'m'l~t!C15 ~xncses c~ v~n~,en p!~iOo5~:r,1 ~es s~lutlons COli' '.~ r~ sat~rcn cc re~ urs ~X ~r,s;r,.ction simple, ~iiaolcs et ~on marone,non iles en 'aule._l c~.,ezles s3ssurer une cGnnr, homr~çenciszlicil oe la md(lr,re c~n~emJe, sans r~artl~, mobilcs in~ernes, eil capaOles d'ei~re allmentes et Yi~s en ~n;it,u.
Pour ~ ~aire.s~!on un prsrll~r mr~ de real~sat!on rA
r.~er~ ,n,~ e- ~i cs~ un r~eue meilang~ur ,Ce type lGurr,an',~ns~ltue~Sun - 10 coi~ps creiJx eylir,~rir~ue c a~e s~nsiblernenl hcrizontal,~mpor'~nt des elemen~s ' ~ ~nternes ,;c!;Galres ,~e 1~ p~r!~e ~our^.an~e ~u re~leur,adap~és o re(r.~rner Id ~allcre c~nlenue Xnc !c rcaC.~eur,~uanc c~lui-c; esl nlm~ C'un mouYemcnt ce '' . r3;alion: c3ract~rice~ en Cc qUe un rnr,yen esl pre~u prJur InlrGCuir8 el extralr~ la m~iere a lrailcr el !es 9~- issus Cc lâ rs~ct;on~sdns uliliser ce ~olnls 15 tcurn~n~s en cz CUC un m~en es~ prevu pcur extr2ire le gaz prr~uit Par ia r~ætio j~__ _cn r~ quc l.n ~n~yen cc~ pr~u poun eYiter l'enrctulement C'~léments f'lifortnes lonss sur les : ~ élements intcrnes * re~ourr.oment en re que un tn~- n est prevu pour oenna, ti e '~ . o ~out moment lo quenlitc ~3 mat~ere c2ntenu~ don~ le rocc~eur en oe q'Jt3 Ull `~ ~'; 20 moy--n est prevu Pour anruier ~out ou prr~ie ~es cnarrjes auc~ ~ l'effet oe la Gesantt3ur sur les ~ailcrs ou c~le~s suDportant 13 rotd'ion du r~cteur ~n ce quemcr ens scnt prc~ us pour m3inlenir kt lernpecature ~ sa va~ur i~aie paur 1~ re~c~icn ~e ~er!ncn~.aticn ee !a ma~iere c~n~enue en r~ que ~es m~ens s~rl provus pour provrJque~ ou 3i~cr la ~olallon du rt~cteur e~ en ce que un mr~en esl 25 pre~u Dour permc~trc l'ln~l~r~uc~!cn W le r~c!~ ~e l~ ~totiere'~ ~r~l~er ~n dl~rbrsnts polnls particul~crs le long ~8 la r~nbralnl2 infer~eure du r~leur Solon un t~uxr2me modc de r~t~is~llon dr l'lnvenlion ~elle ` . -ci est un réaClCur identlrlue au pr~enl Sou~ en oe ~ui ccnrarne les ~nr~ens d'irtrrductlon et d'e~tr~ction de la mrtlbre et du ga~ qul sont t~vns ce cas 30 c~rxtdrlves pcr dc5 ojul~cs ~ixes dons l'es~æe solid~i~es v~ lo portie fixe ~v~'un jolnt tournani caract~rise en oe que le joint lournv~nl pcss~de un lolnl circulaire a levr~, r~ui assur~ unc e!anc~,ti~te statit~ue; quand le r~acteur est 3 I arret,et -- ~nam~que,sous l'e~fe~ d une in;ec~cn ~e li~ulde sous presston r~u~nd le reacteur FIZ:UILLE ~E REr1PLACEMENT
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wo 92/16613 ~ 1 Q ~ ~ 5 g Pcr/~Rg2/002l9 `- 3 .
est en rotation, et en ce que une régulation de la pression du liquide in)ecté dans le joint tournant est prévue pour régler la pression différentielle entre la matière contenue dans le réacteur et le liquide injecte,à une vsleur préétablie et restant constante,tout au long du joint cirsulaire à lèvre ci- avant Dans la description qui va suivre et dans les dessins annexés,le mcyen supportant la rotation du réacteur sst représenté par des paliers De même,le moyen permettant de compenser l'ef~et de la force de la pesanteur des masses tournantes sur les paliers, est représenté par une piscine en magonnerle ou en béton armé,contenant un liquide dans lequel se trouve plus o ou moins immergé le corps du réæteur Ces choix,effectués dans un but de clartéet de compréhension des dessins ennexés ne préjugent pas de ceux qui seront faits pour la réalisation effective, con~ormbment à l'esprit de l'invention (Notamment,les paliers peuvent être remplacés par des bandages rerclant le corps du réacteur et roulant sur des galets,et la piscine peut être rempiæée par15 un récipient cylindrique concentrique avec le corps du réacteur,sans que cela déroge à l'esprit de l'~nvention ) La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés,dans un but explicatif et nullement limitatif, est effectuée pour mieux faire comprendre les avsnt~ges,buts et csrsctéristiques de l'invention -Ficure 1 est un schéma representant en coupe un reacteur conçu selon le premier mode de réalisation de l'invention -Fiaure 2 est un schéma explicitant comment est realisé le m~en permettant d'introduire ou d'extraire la matière ou le gæ, du corps du réacteur,conçu selon le premier mode de réalisation de l'lnvention z5 -~ est un schéma, montrant on coupe, comment est réallsb le moyen permettant d'lntrodulre ou de recycler la matlère, en dlfférents polnts psrticullers,le long de la génératrlce lnterne lnfbrleure du corps d'un réacteur,concu selon le premler mode de rballsatlon de l'lnventlon -Fiaure 4 est un schéma montrant ,en coupe, comment 30 sont constituées les vannes spéciales qui interviennent dans la réallsatlon du moyen, objet de la figure 3 -Fiaure 5 est un schéma,montrant en coupe, comment est conçu un réacteur selon le deuxieme mode de réallsation de l'invention ~E:U'L L~ F~e~MPt ~C~ $~
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WO 92~16613 PCI/FR92~00219 -Fiaure 6 est un schéma ,montrant en coupe.comment est réalisé le joint tournant ainsi que la réaulation de la pression dif~érentielle entre la matière contenue dans le réacteur et le liquide injeoté dans le joint tournant.
-Fiqure 7 est un æhéma,montrant en coupe,comment est réalisé le moyen permettant d'introduire ou de r~cler la matière, en différents points particuliers,le long de la génératrice interne inférieure du réæteur, conçu selon le deuxième mode de réalisation de l'invention .
-Fiaure 8 est un schéma ,montrant en coupe,quels sont 10 les eléments qui interviennent dans le moyen permettant d'annuler tout ou partie des charaes dues à l'effet de la pesanteur sur les paliers supportant les massestournantes.
-Fiaure 9 est un æhéma de principe montrant comment est réalisé le mo~fen permettant d'annuler tout ou partie des charges 15 dues à l'effet de la pesanteur sur les paliers supportant les masses tournantes.
-EipLre ! 0 est un æhbma de principe montrant comment est réallsé un premler moyen permettant de maintenir la température de la mstlère contenue dans le reacteur, à une valeur idéale pour le type de réaction prévu.
-Fiaure 11 est un æhéma de principe montrant un prsml~r moysn ds mlse sn rotation du corps du rbæleur.
-Fiaure 12 est un schéma de principe montrant un deuxième moyen de mise en rotation du corps du réacteur.
-Les fiaures 13 et 14 montrent un troisième moyen de 25 mlse en rotation du corps du réacteur.
ures L ~ montr~nt un quatrlème mayen de mlse en rotatlon du corps du reactsur.
-Flaure 17 montre une varlante du moyen permettant de maintenir la matière à la tempbrature requiss pour la réaction.
DESCRI PTION
-Dans la fioure 1 on trouve:un corps de réacteur 1 ,une virole de réacteur lA,un fond lB, un fond lC,un ajutage 2,une tubulure axiale 2A,une tubulure 3,une vanne 4,un ajutage 5,un ajutage 6, une chambre FiZU~LLE DE REMPLACEM~N~
WO92/1C613 1~ fl 5~ PCI'/FR92/00219 -annulaire 6A,une tubulure 7,un orifice 7A,une vanne 8,une bobine 9,une bobine lO,une bobine 11 ,une double enveloppe 12,un ajutage 12A,un ajutage 12B ,une bobine 13,deux tourillons 14,cieux paliers lS,deux éléments de retournement 16, six ]oues de bobine 17,une couronne dentée 18,un moto réducteur 19,un 5 pignon 1 9A, deux organes de pesée 32 et un châssis support 33 .
Le réacteur, selon ce premier mode de rbalisation,est un ensemble mécanosoudé rigide conçu pour pouvoir tourner autour d'un axe horizontal matérialisé par les deux tourillons 14 qui tournent librement dans les paliers 15. Les paliers 15 reposent sur les organes de pesee 32 qui sont posés 10 sur le châssis support 33,ces organes de pesée 32,qui peuvent être du type à
jauge de contrainte, permettent donc de connaître, à tout moment ,la charge totale en rotation,ce qui permet de conna~tre la charge réelle de matiere contenue dansle réacteur en déduisant la charge représentée par la masse du réacteur vide. Leréacteur 1 se compose d'une virole lA,realisée en tôle cie métal roulée et 15 soudée,pour former un corps creux ferme par les fonds 1 B et 1 C. La matière à
tralter est introduite sous pression dans 1' ajutage 2 qui débouche tangentlellement sùr la tubulure axiale 2A qui amène la matière dans le corps duréacteur 1. La matière est extraite par la tubulure 3,par aspiration sur 1' ajutage 5,quand la vanne 4 est ouverte. Le gaz, issu de la réaction de 20 fermentatlon,passe par l'orlfice 7A,par la vanne 8 alors ouverte,par la tubulure 7,par la chambre annulaire 6A et 1' ajutage 6 où il est extrait. La configuration normole d'exploitation de oe réacteur est oelle représentee sur oette figure 1, c'est à dire le réacteur arrêté, avec la vanne 8 ouverte en position haute,la tubulure 3 en position basse,la vanne 4 étant ouverte. Dans cette configuration 2S le réacteur peut être allment~ en contlnu ,le gaz prodult est extrait en permanence ainsl que la matlère ~ermentée. Les ~léments lnternes de retournement 16 ,sont, sur cette flgure, au nombre de deux et sont censés être plats,réalisés en plaque de métal,dlsposees symétrlquement, dans un même plan,de part et d'autre de l'axe de symétrle lmaglnalre qui passe par les cieux 30 tourillons 14. Ils sont censes être soudés sur la virole lA et sur les deux fonds 1 B et 1 C. Le nombre et la forme réelle qui seront donnés à ces élements internes de retournement,pour la realisation effective de 1' invention ,dépendront essentlellement des caractérlstlques de décantatlon et de viscoslté de la matlère FEU!LLE DE REMPLACEMENT
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, WO 92/16613 PCI'/FR92/00219 traiter. La fréquenoe et la durée des périodes de rotation du réacteur seront également choisies sur les mêmes critères. . C est durant ces courtes périocies de rotation que les vannes 4 et 8 seront fermées,elles sont de préférenoe à
commande automatisée,actionnée par un automatisme ,non représenté,mais très 5 facile à conoevoir,qui n'autorisera l'ouver ture des vannes que si la rotation est arrêtée et si le réacteur est dans la position précise, représentée sur cette figure 1. La vanne ~ est d'un type connu, en génie chimique,sous l'appellation de "vanne casse croûte"elle est dotée d'un nbturateur cylindrique à déplæement axlal,et en position de fermeture cet obturateur vient affleurer la paroi interne 10 de la virole lA. Cette disposition empêche que de la matière ne vienne obstruer l'orifice 7A, quand oelui-ci ,durant la rotation, se trouve placé en dessous du niveau de la matière. Le niveau maximum de remplissage de matlère dans le réacteur doit toujours laisser un volume libre suffisant au plus près de la génératrice supérieure du réacteur,pour permettre au gaz produit de s'échapper 15 par l'orifice 7A . Ce niveau maximum de remplissage est vérifié par les indications fournies par les deux organes de p~ 32 qui psuvent d~livrer une alarme en cas de dépassement. Autrement ,en exploltation normale,le niveau de remplissage peut varier en fonction des régimes d'alimentation et d'extraction de la matière. Les joues de bobine 17 sont réalisees en forte tôle de métal et 20 découpées en forme oie couronne circulaire, pour former deux à deux ,les boblnes 9,10,11 et 13 sur lesquelles viendront s'enrouler des tubes souples,selon le prlncipe représenté par la figure 2 ci- après. La double enveloppe 12 est constituée d'une feuille de métal roulée, d' un diamètre sensiblement plus grandque le diametre de la virole IA, et se trouve reliée à cetts dernibre par deux Z5 éntretoises en forme de couronne clrculaire d~ façon à former autour de 1~ vlrole lA un volume annulalre ferm~,concentrlque avec le corps du réacteur 1, pouvant contenir un liqulde caloporteur. Ce liqulde caloporteur est lntroduit par 1' alutage 12A et ressort par 1' alutage 12B apr~s avolr parcouru la double enveloppe à travers un jeu de chlcanes non representb. La température ot le 30 d~bit du liquide caloporteur sont commandés par un dispositif de régulatlon non représenté qui aglt sur vanne réglable qul commande le déblt de fluide caloporteur.
La couronne dentée 18 est solldement flxée sur la virole lA par une FEUILLE DE REMPLRCEMEN~
~ ~wO 92/16613 ? 1 Q t ~ S ~ pcr/Fw~/oo2ls soudure ou ,autre moyen équivalent,et se trouve en prise avec le pignon 1 9A du moto réducteur 19. Celui-ci est fixé sur le châssis 33 ,qui porte également les organes de pesée 32 sur lesquels reposent les paliers 15.
-Dans la fioure 2 on trouve:l'un des ajutages S 2,5,6,12A,ou 12B;l'une des joues de bobine 17,un tube souple enroulé en spirale 20 ,une bride 21 ,un point fixe 21 A et un coude 22.
Cette figure permet de comprendre comment sont rléalisés les moyens d'alimentation et d'extraction de la matière et l'extraction du gaz,ainsl que les autres entrées et sorties de fluides auxiliaires pour les échanges 10 thermiques,la régulation ou les mesures qui sont par ailleurs nécessaires a la conduite de la fermentation.
Le tube souple 20 est un tube en élastomère armé, de nature et carætéristiques adaptées à la matière,ou au fluide, qu'll doit æheminer et qul est lové en spirale entre deux joues 17 formant une bobine coaxiale avec le 15 corps du reacteur. Ce tube 20 est solidement fixé par un moyen approprie sur 1' ajutage 2,5,6,12A ou 12B par une de ses extrémités,l'autre extrémité étant également solldement flxée sur le coude 22 qul falt corps avec la brlde 21. Cette dernlèrs est elle même flxee sur un polnt fixe 2 lA Dans la positlon représentéesur oette flgure 2,on voit que le tube souple 20 peut s'enrouler d'envlron un tour 20 sur la bobine,sl celle-cl tourne dans le sens antl horalre et inversement se dérouler d'un tour,si cette bobine tourne dans le sens horaire. Ces enroulementset déroulements alternés provoquent le resserrement ou le desserrement des spires faites par le tube 20 sans laisser toutefois celui-cl sortir d'entre les ~oues 17 où 11 se trouve guidé. Il s'en suit que le r~acteur peut donc faire deux 25 tours consécutlfs dans chaque sens d~ marche,sens 9~n~rer de dbformatlon pré~udlclable à la longévl~é dss tubes souples 20. Un automatlsme approprié
commande la rotation alternée du moto réducteur 19 (vlsible sur la flgure 1 ),de.. telle sorte qu'll n'y ait pas d'efforts de tenslon sur les tubes 20, durant ces rotations. Le brassage de la matière contenue est donc posslble,mals d'une facon30 alternée,ce qul, en falt, est un élement favorable, pour éviter que des constltuants flllformes longs ,de la matlère, ne s'enroulent sur les éléments lnternes de retournement 1~ ou sur tout autre équipement interne. En effet le debut d'enroulement qui pourralt éventuellement survenir durant la rotatlon FeVlLLE DE REMPLACEI~
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WO 92/16613 PCI/F1~92/00219 dans un sens de marche, se trouvera annulé lors de la rotation inverse du corps du réæteur.
-Dans la ficure 3 on trouve:le corps du réacteur 1 ,la virole 1 A,le fond 1 B ,le fond 1 C,l' aj utage 2 ,la tubulure 2A,une tubulure 2B ,une 5 tubulure 2C,une tubulure 2D,une tubulure 2E,un ajutage 2B 1 ,un ajutage 2Cl,un ajutage 2Dl,un ajutage 2El,une vanne 2F,une vanne 2G,une vanne 2H,une vanne 2J,un manchon 2K,la tubulure 3,une tubulure 3A,la vanne 4,1' ajutage 5,1' ajutage 6,1'orifice 7A,la vanne 8,1a bobine 9,la bobine 1 0,la bobine 1 1 ,les deux tourlllons 14, les deux paliers 1 5,1es éléments internes de 10 retournement 16, et les cinq joues de bobine 17.
L' ajutage 2 arrive tangentiellement sur la tubulure 2A
qul est exactement sltuée dans l'axe de rotation du corps du réacteur 1 ,elle est soudée au passage du fond lC,d'une manière étanche. Un manchon ?K relie mécaniquement(par soudure par exemple)la tubulure 2A ci avant avec une 15 tubulure 3A,placée sur le même axe et qul est soudée au passa~e du fond 1 B ,oe manchon 2K n'assure que la continuité mécanique des tubulures 2A et 3A,sans les menre en communlcatlon h~ydraullque,celles-cl ayant chæune un fond fermé au droit du manchon 2K. La tubulure 3 est soud~e sur la tubulure 3A,elle sert, comme dans la figure 1, à l'extractlon de la matlère qui passe par la tubulure 3A
20 et la vanne 4,pour sortir par 1' ajutage S. Les quatre tubulures 2B à 2E sontsoudées perpendlculairement, et dans un meme plan,sur la tubulure 2A avec laquelle elles se trouvent toutes en communication hydraulique. Ces quatre tubulures 2B à 2E,a l'opposé de leur soudure avec la tubulure 2A,traversent la vlrole lA,sur une même ~bnératrlce,au nlveau de laquelle elles sont soudées au 25 passa~e,et se termlnent ,a l'extbrleur de la vlrole lA,chacune par une brlde 2F I
,non représentée sur la flgure 3 mais vlslble sur la flgure 4 suivante. Les quatre ajutages 2Bl à 2El communiquent respectlvement ovec les tubulures 2B à
2E,sur lesquelles lls sont soudés perpendlculalrement,au plus près de la génératrlce inférieure interne de la virole lA. Les explications relatives au 30 fonctlonnement du mayen d'introciuction et de recyclage de la matière,en dlfférents points particuliers le long de la génératrice inférieure interne de la virole du réacteur 1 ,seront données après le de~criptif de la figure 4.
-Dans la fioure 4 on trouve:La virole IA et la tubulure FEUILLE DE REMPLACEMENT
, WO92/16613 ~1 0~ i8 PClJF1~92/00219 .
2B(lnterrompues),l' ajutage 2Bl ,la vanne 2F,une bride 2Fl,un obturateur cylindrique coulissant 2F2,un ajutage 2F3,un servomoteur de vanne 2F4 (symboli.sé),deux joints circulaires b lbvre orientée 2F5 et une cavité 2F6.
Cette ~igure 4 représente l'une des quatre vannes 2F à
5 2E ( la 2F en l' occurrence), son descriptif est donc valable pour chacune de oes quatre vannes,à condition d'adapter les repères, à chaque vanne concernee.
Le fonctionnement, de ce moyen d'introduction et de recyclage d~ la matière,an différ~nts points particuliers la long de la gbnératrioe Inférieure interne de la virole du réacteur l ,est le suivant: En premier lieu,le 0 fonctionnement de la vanne 2F va être décrit en regard de la figure 4. C~tte figure 4 représente la v~nne 2F en position d'ouverture. quand celle-ci se ~erme,l'obturateur 2F2 vlent se placer au drolt de l' a~utage 2B l ,qul se trouve ainsi obturé ,et la tubulure 2B,bien que sous pression de matibre,ne peut pas sedéverser dans le réæteur l par l' ajutage 2B l. L' ajutage 2F3 permet I S d'lntrodulre, derrlère l'obturateur 2F2,un liqulde sous presslon dans la cavité
2F6 . Quand la presslon, dans oette cavltb 2F6, depasse h pression de la matlere, au nlveau de la génératrloe lnférleure de la virole IA, la lèvre de chacun cies deux jo1nts 2F5 se couche vers le haut et lalsse fuir d'autant plus de liquide vers la tubulure 2B que la dlfférenoe de pression est plus élevée entre le 20 llqulde et la matlère, Un flux de llqulde, de forme annulaire,vlent, en quelque . sorte,chassar la matlbre qui pourralt gêner la farmature de la vanna 2F.Cette injectlon de liqulde n'~ lieu que duront la monoeuvre de fermeture ou d'ouverture de la vanne 2F, Un automatisme, non représenté,interdit la manoeuvra de la vanne 2f si la dlffbrence de presslon n'est pas sufflsante. Cette disposltlon 25 partlcullbre p~rmet de monoeuvrer les vanne8 2F ~ 2J,sans rlsque qu~ello8 se bloquflnt ou qu'ellss se d~térlorent p9r le colncement de con5tltuants durs de la motlère ou niveou du jeu exlstont lnbvltoblement entre l'o~turoteur 2F2 et le corps de la vanne 2F. Dans le fonctlonnement normal de ce moyen d'lntroductlon et de recyclags de la matlbre,en dlffbrents polnts particuliers le long de la 30 gbnbratrlce lnférleure lnterne de la vlrole du réacteur l ,une seule des vannes 2F
~ 2J est ouverts à la fols,et la matlbre se trouve donc lntrrxlulte ou rec~Jclée au drolt du saul ajutage,2Bl à 2El, qui se trouve llbbré par le retralt de l'obturateur correspondant,2F2 a 2E2. Dans la disposltion prévue sur la figure F E UILLE D E R E M P LA C E M E N T
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?~ 1 V ~ O
W O 92/16613 PC~r/FR92/00219 , _ 3, on voit qu'il est posslble d' introduire ou de recycler 1a matière en quatre points différents du réæteur,cette disposition n~est donnée qu'à titre d'exemple et peut ,si nécessaire, conoerner plus ou moins de points particuliers, selon le nombre de tubulures 2B et de vannes 2F effectivement installées.
-Dans la fi~ure 5 on trouve:Le rorps du réacteur 1 ,la virole IA, le fond lB,le fond lC, 1' ajutage 2,1a tubulure 2A, un ~aux tourillon 2Al,la tubulure.3,1' ajutage S,l' ajutage 6,1a tubulure 7,1' orifice 7A,le tourillon 1 4,un tourillon creux 1 4A,une collerette 1 4B, le palier 1 5,un palier annulalre 1 SA,les deux éléments de retournement 16 ,la couronne dentée 18 ,le 10 motoréducteur l9,une brlde 23,une crapaudine 24,un joint circulaire à lèvre 24A, un couvercle de joint tournant 25,une virole de couvercle de joint tournant 25A,un ~olnt clrculalre à lèvre 26,un ajutage 27,un ajutage 27A,une tubulure 27B ,une cavlté 27C,un trou 29,deux tourillons fixes 30 et deux points fixes 31.
Ce réacteur, conçu selon le deuxième mode de l S rsallsatlon ds l'inventlon,a une architecture globale slmilaire a oelle du premier mode ds r~llsatlon de l'lnvsntion sxposé sur la flgurs 1. Il diff~re prlnclpalement du premler mode de réallsation en ce que ,les alutages et tubulures qui assurent l'allmentation en matière,l'extrætion de la matlère,l'extractlon du gaz produit st, d'une manière plus generole, toutes les 20 entrées et sortles de fluldes dlvers utlles a la bonne marche de c9 rsscteur,rsstsnt flxss dans l'sspacs st ns tournsnt pas avsc le corps du réactsur.
Toutes ces tubulures et ajutages traversent le couvercle 25 d'un jolnt tournant et sont solldalres de ce couvercle 25 ,par l'intermédiaire de soudures ou de brldes boulonnées. Dans cstte concsptlon ssul le corps du réacteur tourne pour 25 entralner les ~l~ments ds retournemsnt 16 qul sont lnterrompus au drolt des fonds 1 B et lC pour lalsssr llbre le passag~ dss tubulures 2A,3 et 7 durant la rotatlon du réacteur. Avantaqeusement la tubulure 2A est munie d'un faux tourlllon 2AI ,soud~ au drolt du coude à 90- que falt cette.tubulure prés du fond IB,et dlspos~ sxactsmsnt dans le prolongement axlal de cstte tubulure 2A . Ce 30 faux tourlllon 2A1 sst enga~qé dans la crapaudine 24 où il peut tourner llbrement grâce a un jeu convenable,un joint clrculaire ~ levre 24 A est solldalre de la crapaudine 24,1a lèvre de ce joint circulaire 24A est orientée de telle sorte, qu'a I ' arrêt du réacteur ,elle assure une étanchélté d'autant plus forte que la pression FEUILLE DF REMPLACEI~NT
. .
WO 92/16613 h~ t. Q ~ 8 ~ 8 pcr/FR92/oo2ls dans le réacteur est plus élevée. Le faux tourillon 2Al est plus court que la profondeur de la crapaudine 24, de façon à ménager une cavité 27C. Un ajutage 27A permet d'injecter un ~luide s~us pression d~ns la tubulure 27B qui débouche dans la cavité 27C en passant au travers du faux tourilion 2Al. Cette 5 injection de fluide est effectuée lorsque le réacteur tourne,de façon à sou1ever la lèvre du joint circulaire 24A et à minimiser ainsi son usure durant la rotation,et aussl de facon à emp~cher la pénétration de la matière contenue dans le réæteur l ,dans la cavité 27C. La bride 23,1e tourillon 14 et la crapaudine 24 peuvent être réallsés d'un seul tenant par uslnage d'un bloc de métal 10 préalablement moulé. Avantageusement la bride 23 est fixée par des boulons oudes goujons filetés sur le fond 1 B ,wtour du trou 29, et elle est démontable del'extérieur de facon à pouvoir visiter et remplacer sl nécessaire le joint 24A,sans avoir à pénétrer dans le réacteur. Le couvercle de joint tournant 25 etla virole de couvercle de joint tournant 25A sont solidaires entre eux par une 15 brlde démontable non représentée. Les deux tourillons fixes 30 sont solidaires de la virole 25A. Les deux tourillons flxes 30 sont maintenus dans les points fixes31 qul` sont flxés sur des masslfs de fondation non représentés. Le paller annulaire 15A est solidaire de la paroi interne de la virole 25A. Le tourillon creux 1 ~A est solidaire du fond l C sur lequel il est soude, celui-ci étont perce 20 d'un trou clrculalre du même dlamètre que ce tourlllon 14A. La collerette 14Best egolement sollciaire du tourillon 14A. Il s'en sult que le couvercle 25 ne peut s'écarter du tourillon creux 14A. Le joint circulaire d lèvre 26 est solicement fixé sur la parol Interne du couvercle 25 et sa levre est dlrloee vers le oentre du réæteur en s'appuyant sur la collerette 14B, de telle sorte que la presslon 25 lnterne du réacteur pl~iue la l~vre dU )ulnt clrculalre 26 sur cette collerette 14B. On volt alnsl que le corps du rb~cteur peut tourner alors que tous les blbments solldalres du couvercle 25, du ~olnt tournant, restent flxes.
-~ on trouve: Le fond l C
tinterrompu),l' a~utage 2,1a tubulure 2A (lnterrompue),la virole 14A, la 30 collerette 14B,le paller annulalre lSA,le couvercle de loint tournant ~5,la vlrole 25A,le joint circulalre a lèvre 26,1' ajutage 27,1' ajutage 27A,la tubulure 27B (lnterrompue),~ne chambre annulaire 28,1es deux tourillons fixes 30,1es deux points flxes 31,une vanne 70,un régulateur 71,un mocule ~EUILLE l:)E REMPLACEMENT
.. '~ :, .
~l~J~rj~ ' WO g2/16613 Pcr/FR92/oo2ls comparateur 72,un tndexeur de consigne 73,un module additionneur 74,un transmetteur de pression 75, un transmetteur de pression 76,une prise de pression 76A et une ~rrivée de fluide sous pression 77.
Cette figure 6 montre comment le )oint circulaire à
5 lbvre 26 permet d'assurer l`etanchéité du réacteur,aussi bien à l'arrêt,que lorsque le réacteur se trouve en rotation. Le joint circulaire à lèvre 26 est rsaliss par moulage d' un élastomère compatlble avec la mattère à fermenter,il est solidement fixé sur le couvercle 25 et sa lèvre ,tournée vers le centre du r~acteur, appute sur la collerette 14B. La forme de cette levre du joint 10 circulaire 26 est telle, que la presston interne du réacteur appuie d'autant plus fort oelle-ci sur la collerette 1 4B que oette pression interne est plus élevée par rapport à la prssslon qul règne dans la chambre annulaire 28 sltuée senslblement entre ie joint circulaire à lèvre 26 et la virol~ 25A. Ouand le rsacteur sst mis en rotatlon, il y aurait un risque d'arraehage ou ,pour le moins 15 d'usure prbmaturés, ds la lbvrs du ~oint 26, si aucun autre m~en n'étalt prbvu. En falt,quand le réacteur tourne,un fluide sous presslon(de l'eau dans les cas les plus courants) est in~scté dans la chambre annulaire 28 à une press~on finement reglée à une valeur trbs légbrement supérieure à oelle de la matlbre contenue dans le réacteur,mesurée au même niveau que le point d'injsctton dans 20 la cham~re annulalre 28. Cstte prssslon dlfférentlelle est rsglés par le dlsposltlf suivant: Le transmetteur de presston 76 dbltvre,sur le module comparateur 72, un signal qut est représentatif de la presston mesurée dans le réacteur ,a un potnt precis, qul se sltue à la même hauteur que la prlse de presslon rellee au transmetteur de presslon 75 qul délivre,sur le module addltlonneur 74 un 25 slgnal qul est représ8ntatlf de la valeur d8 la presslon du flulde lnlecte dans la chambre annulalre 28. Le module addltlonneur 74 regolt un slgnal de 1' lndexeur de conslgne 73 qui est représentatlf de la valeur de la presslon différentlelle que l'on veut regler à tout lnstant entre le flulde contenu dans la chambre annulalre 28 at la matl~re contenue dans le corps du réscteur. Le module additlonneur 74 30 falt la somme des deux slgnaux qu'll reçolt et envole un slgnal correspondant au module comparateur 72. Celul-cl compare ce slgnal recu av0c le slgnal qu'll recott du transmetteur de presslon 76 ,et 11 délivre un signal d'écart au régulateur 71. Celul-cl tralte le slgnal recu et envole des ordres de correctlon à
FEUILLE DE REMPLACEMEl~l'r S ~ ~i 8 PCr/FR92/00219 ` 13 la vanne 70 qui règle la pression du fluide entrant par 1~ ajutage 27. L' a)utage 27A est relié à 1' ajutage 27 ce qui fait que le même dispositif de régulation agit de la même manière sur les deux joints circulaires à lèvre 24A et 26. Il faut noter que la dlspositlon ~udlcieuse des prlses de pression reliées aux deiux 5 transmetteurs 75 et 76, et le fait que la densité du fluide injecté dans la chambre annulaire 28 est très voisine de la densite de la matière contenuc dans le réacteur,font qu'il y a compensation automatique de la charge statlque due a la hautsur des dsux liquidss sur touts la hautsur du joint tournant qui,sur lss grands réæteurs peut être de plusieurs mètres.
-pans la fioure 7 on trouve: Le corps du réacteur 1 ,la virole lA,le fond lB,le fond lC, 1' ajutage 2, quatre vannes 2Al a 2A4,quatre tubulures 2B 1 a 2B4,quatre entretolses 2Cl à 2C4,un axe 2D,la tubulure 3, 1' ajutage 5,1e tourillon 14,1e palisr lS,les élsments de retournement ds la matibre 16,1a bride 23,1a crapaudine 24,1e couvercle 25,1es deux tourillons 15 fixes 30 et les deux points fixes 31 Cstts figurs 7 psrmst ds comprendre commsnt sst réallsé le m~en d'lntroduction et de recyclage de la matlère,en différents polnts particuliers le long de la gsnératrloe inférieure lnterne de la virole du réacteur l,réolisé selon le deuxième mode de réalisation de l'invention. Les quatre 20 entretolses 2Cl à 2C4 sont des plaques de métal,de forme senslblement circulaire,disposess psrpendlculalrsmsnt à l'axs 2D,sur lequsl slles sont soudées (ou fixees par un mo~n equivalent). L'axe 2D est réalisé dans une barre de métal de section circulaire et d'un dlamètre adapté pour que oet axe 2D pu~sse être sngag~ dans la crapaudlne 24 avec un jeu suffisant pour y tourner 25 llbrement. Les quatre entretolses 2C1 ~ 2C4 sont perc~es de trous, de dlamètres odaptés et en qusntltb permettant, au nlveau de chacune d' elles, le possage de 1' ensemble des tubulures lnternes cu réecteur ,pour solldarlser oelles-cl entre elles et avec 1' axe 2D, et pour les rlgldlfler tout en les supportant. La matlère a tralter est lntrodulte par 1' a~uta~e 2, qui se dlvlse en quatre 30 tubulures, pour se raccorder sur chacune des vannes 2Al a 2A4 . Une seule de ces quatre vannes est ouverte à la fois,ce qui permet à la matlère d' être lntrodulte le long de la génératrice inférieure du réæteur l,en un point partlculier, correspondant à la tubulure branchée sur la vanne alors en position E~I P.~_E~ ib-.
WO 92/16613 Pcr/FR92/00219-d'nuverture. Les éléments de retournement 16 sont au nombre de six sur cette figure ,de facon à s'intercaler entre les tubulures 2B 1 à 2B4 sans toucher celles-ci durant la rot~tion du réacteur. Il faut noter que ,sur cette figure, les tubulures internes au corps du réacteur 1 sont representées comme si elles étaient toutes 5 placées dans le plan de coupe de la figure. Cette disposition a été retenue uniquement pour la clarté et la compréhension du dessin. En réalité ces tubulures seront, de préférence, disposées en barillet,autour de 1' axe 2D,de façon à
constituer un faisceau compacte; à ssction sensiblement circulaire, ayant pour axe de symétrle l'axe 2D.
-Dans la figure 8 on trouve: Le corps du réacteur 1, les deux tourillons 14,1es deux paliers 15,1a couronne dentée 18,1e moto-réducteur 1 9,les organes de pesée 32,un châssis 33, et un llquide 34 contenu dans une piscine 35 dotée d'une margelle 35A.
Cette figure permet de montrer quels sont les éléments 15 qui interviennent dans la réalisation du mayen permettant de compenser l'effet de la pesanteur sur les paliers supportant la rotation du réacteur,conçu selon le premler mooie de reallsatlon de l'inventlon. Elle convient éqalement pour un réacteur conçu selon le deuxiéme mode de realisation de l'inventlon, à conditionde remplacer,sur le même coté de la piæine 35,1'un des touri110ns 14 par les 20 deux tourlllons fixes 30,et le paller l S par les deux polnts fixes 31.
Le châssls 33 est réallsé en charpente mbtallique mécanosoud~ ou boulonnée,il repose sur trois ou quatre organes de pesée 32 qui sont posés sur la margelle cie la pisclne 3SA ou sur des massifs solldaires de celle-ci. Le corps du réacteur 1 est partiellement immerg~ dans le llqulde 34 contenu dans la pisclne 25 35, et 11 recolt donc une pouss~e d'Archlmbde ,orlent~ de bas en haut comme 11 se doit, et qul est egale au poltis du llqulde dbplar~ par son volume lmmerg~.Cettepoussée d'Archimède vlent donc en déductlon de la force de pesanteur qul s'exerce de haut en bas, sur les tourlllons 14 et les pallers 15.
-~ on trouve: Les organes de pesée 32, le 30 liqulde 34,1a plscine 35,une tubulure 36,une pompe 37~,un reservoir 38,une tubulure 40,une vanne 41,un régulateur 42,un module addltlonneur 43,un module comparateur 44,et un indexeur de conslgne 45.
Sur oette figure,le réacteur 1 ,ses paliers et tourillons 15 et FEUILLE DE REMPLACEMENT
WO 92/16613 ~ i 2 ~ ~ pcrtFR92/oo2l9 14,ainsi que le châssis 33,tous visibles sur la figure 8 ,ont volontairement étéomis pour rendre plus clair le schéma. ll faut ,bien entendu ima~iner que ces éléments sont présents pour la compréhension de 1~ deæription et du fonctionnement relatifs à cette figure.
La pompe 37 est une pompe adaptée à la nature du liquide 34 contenu dans la piscine 35 et dans le réservoir 38,son débit est sensiblement constant et est calculé de telle sorte ,qu' il doit faire varier le niveau du liquide 34 rontenu dans la piscine 35,a la même vitesse que varierait le niveau de la ligne de flottaison du réacteur 1, si celui-ci était alimenté à son débit maximum 10 de matière,et s' il flottait librement dans la piscine 35,sans le châssis 33 ni aucune autre liaison avec des éléments fixes. Le réservoir 38 est situé plus haut que le nlveau le plus haut, que peut attelndre le liquide 34 contenu dans la piscine 35, de façon à ce que un ~oulement gravitaire soit possible entre ce réservoir 38 et la piæine 35. Son volume doit correspondre au volume de liquide contenu 15 dans la piscine 35,~uand le réacteur 1 s' y trouve à sa profondeur maximale d' lmmersion. La vanne 41 est une vanne de r~gulation ,dont la posltion de sécurité, en cas de panne d'allment~tlon en flulde de commande,est la fermeture complète.
La tubulure 40 associée à la vanne 41 grancie ouverte, doit autoriser un écoulement gravitoire du liquide 34 vers 1~ piscine 35 ,d un debit qui dolt 20 correspondre à deux fols le d~eblt de la pompe 37 Le fonctlonnement du mayen de compensatlon de la force de pesanteur sur les tourlllons 14 et les paliers 15 est le suivant:
Les or~anes de pesée 32 délivrent chacun un sl3nal, proportlonnelàlachargequ'llssupportent,surlemoduleaddltlonneur43.Celul-25 cl fslt la somme des sl~naux reçus et envole un slgnal correspondont vers lemodule comparateur 44. Celul-cl recolt un slgnal de 1' Indexeur de conslgne 45,oe slgnal correspond à la charge nor~sle cie fonctlonnement pour laquelle lestourlllons et pallers 14 et 15 auront éte calcules,mq~oree de la charge de pesanteur sur la masse propre du châssls 33. Le mociule romparateur 44 30 compare le signal venant du module addltionneur 43 avec le slgnal venant de l'lndexsur de consigne 45 ,et il adresss un signal d'écart au réqulateur 42 qui réagit sur la positlon de la vanne 41 dans le sens convenable pour annuler l'écart constaté. Cette réqulatlon permet donc de malntenir en permanence la charge sur FEUILLE DE REMP! ~EMFNT
~ ' ~ '` ' ' .
- ' -~1~J ~ )O
WO 92~16613 PCl /FR92/00219 les tourillons et paliers 14 et 15 à une valeur infiniment plus faible que oellequ'il aurait fallu prévoir si le réæteur I n' etait pas immer~é ,ni son niveau d' immersion regulé. En cas de panne sur la pompe 37 ou sur la c~mmande de la vannne 41 ,ou si les informations provenant cles organes de pesée 32 sortent des5 limites prévues, l'installation complète se met en position cie sécurité c~mmesuit: la pompe 37,1'introduction et l'extrætion s'arrêtent et la vanne 41 se ferme. Cela empêche la situation de s'aggraver et permet d'intervenir pour rsparer sans compromettre la tenue des tourillons et paliers 14 et 15.
-Dans la figure 10 on trouve: Les mêmes éléments que 10 sur la figure 9, plus les éléments suivants: Un indexeur 46,un module comparateur 47,une sonde de température 48,un régulateur 49,une vanne 50,une arrivée de nuide thermique sous pression 51 ,et un échangeur de chaleur 52.
Cette figure montre comment est réglée la tempbrature lS de la matière dans le réæteur 1. La sonde de température 48 ,installée à
l'intérieur du corps du reacteur l,delivre un signal sur une liaison souple conforme au prlnclpe représente sur la figure 2 ( premler mode de realisation del'invention),ou directement au travers du couvercle 25(voir la figure 5; cas du deuxieme mode de réalisstion de l'lnvention),ce signal abouti sur 1e module 20 wmparateur 47 Cui recolt également un slgnal de l'indexeur de consigne 46. Lemodule comparateur 47 snvoie un stgnal d'bcart au régulateur 49 qui agit sur la vanne 50 dans le sens convenable pour ramener la température de la matiere a la valeur prescrite par l'indexeur de wnsigne 46. C' est donc en réglant la temperature du liquide 34 , dans lequel se trouve immergé le reacteur,que la 25 température de la matlère se trouve règlée,par ~change thermlque entre le corps du réacteur et le llqulde 34.
-Pans la flcure I 1 on trouve: Le corps du réacteur 1 ,la couronne dentée 1 8,1e moto-réducteur 19 avec un pignon 1 9A.
C~ mode de mlse en rotation du réæteur est trés 30 classique en matière de réacteur tournant,et est montré a tltre d'exemple uniquement pour s' y réferer plus loin. Il est supposé que le moto-réducteur 19 est fixe sur un chassis solidaire des mêmes fondations que le chassis 33 supportant les paliers 15 vlsibles notamment sur la figure 1.
FEUILLE DE REMPLACE~E:Nt wo 92/16613 ~ I 8 ~ 8 Pcr/FR92/00219--Dans la fiaure 12 on trouve: Le corps du réacteur l ,la couronne dentée 18, une chaîne 18A,un pignon 19A et le moto-réducteur 19.
Cette figure est, comme la précé~dente ,donnée à titre d'exemple pour les mêmes raisons -Dans les fi~ures 13 et 14 on trouv~: Le corps du reacteur 1 ( interrompu),l'un des touriilons 14,1'un cies paliers 15, le liquide34,1a piscine 35,une roue à aubes 53 composée d' aubes 54 et de deux joues 5~,une tubulure 56,des ajutsges 56A à 56D et dos volumes de gæ 57.
La flgure 13 représente une coupe selon le plan de 10 symétrie longitudinal du réacteur l ,st la figure 14 représente une coupe dans un plan perpendiculaire au précédent situé à peu prés au oentre de la roue à aubes 53 ,le réacteur 1 ètant immergé dans la piscine 35.
La roue à aubes 53 est directement fixée sur 1' un des fonds 1 B ou l C du réacteur 1 et sur 1' un des tourillons 14. Elle est composée de 15 plusieurs aubes en forme d' arc de oercle qui, prises entre les oeux joues 55d~terminent des volumes fermes sauf sur la face radialement opposée au tourillon14 qul demeure ouverte vers l'extérieur.
On volt sur la figure 14 que les ajutages 56A à 56D
sont situés au fond de la piæine 35, sensiblement sous la verticale des aubes qui 20 tournent leurs faces ouvertes vers le bas et sur la moltlé drolte de la roue 53 .
Ouand la tubulure 56 est mise sous pression de gaz(de l'air comprimé par exemple) les a~Dutages 56A i 56D,libèrent des bulles de gaz qui montent vertlcalement dans les volumes 57 pour en refouler le liqulde contenu vers le bas. Le gaz comprlm~,~ cette profondsur d~lmmerslon~a une d~nslt~ nettement 25 lnférleure à oelle du llqulde 34 contenu danns 12 plsclno 35. Il s'en sult que chaque volume de gaz ,retenu par les aubes, prodult une poussée vers le haut surla roue ~ aubes 53,poussée qul est égale à 19 différenoe de denslté entre les deux fluldes,multlpllée par le volume concerné. La poussée totale est égale à la somme de toutes les poussees, et elle ..enère un couple de rotatlon égal ~ la poussee totale 30 multlpliee par la distanre mesurée,horlzontalement, entre le centre de rotation du réacteur 1 et le centre de gravité de tous les volumes de gaz concernés. Ce couple de rotation peut être trés grand sur de grands réacteurs et constituer ,en association avec l'un des moyens de mlse en rotation expoæs sur les figures 11 r p~PL~
.
. ~
7 ~ 1 U
wo 92/16613 - Pcr/FRs2/oo2l9 -- "-et 12 ci-avant ,un moyen d'entraînement interessant et économique par réduction des dimensions des couronnes dentées 18 et des moto-réducteurs 19.
-Dans la fiaure 15 on trouve:le corps du réacteur l ,la virole lA,l' un des pallers 15,1e moto-réducteur 19,un maneton excentrique S l 9C,un châssis 90,une butée 91,un point fixe 921un pivot d'articulation 92A,un contrepoids 93,un levier coudé 94,un point d'articulation 95,une bielle 96,un levier 97,un point d' articulation 97A ,un point d' articulation 97B,un point d'articulation 98,une bislle 99,une bands de serrage 100 et une garniture d3 frlctlon lOOA.
-Dans la figure ? 6 on trouve:le corps du réacteur l ,la virole lA,une butée l O l ,un levier 102,un point fixe 1031un levier coudé
104,un contrepoids l O5,un point d' articulation 106,une bielle 107,un point d' articulation 108,un point d' articulation l Og,uns bancie de serrage 110 et une garniture de friction 111.
Ces flgures 15 et 16 représentent chæune une coupe perpendiculalre à l'axe ds rotation d' un réacteur conçu selon 1' un ou 1' autre des deux modes de réallsatlon de 1' lnventlon. Ces deux coupes pouvant etre chacune à
un endrolt quelconque de la virole du réacteur,cote à cote ou éloignee 1' une de 1' autre,sans que oela nuise au fonctlonnement de oe mo~en de mise en rotation du 20 reacteur. A noter,pour une mellleure compréhenslon de oes deux flgures, que tous les blbments qu'elles representsnt sont à peu près dans le même plan de coupe ,c'est la raison pour laquelle il n'est pas présenté d'autres vues orthogonales présentant oes éléments.
Le moto-réducteur 19 est bqulpb, en sortle, d'un 25 maneton excentrlque l9C. Le moto-réducteur 19 est de pr~ference d'un type dltréverslble,en ce que un e~fort appllqué sur le maneton l9C,quand le moto-réducteur n'est p~s alimenté,provoque le retour en arriere du maneton l 9C pour le mettre dans ia posltlon représentée sur la floure 15. La blelle 99 est réallsbe en mbtal rigids et elle est dotée,à chacune de ses extrbmltés, d'un albsage à
30 cousslnet. L' un de ces alesages est monté sur le maneton 19C,l'autre sur le polnt d' 'articulation 98. Celul-ci est solidaire du levier 97 qul est rectiligne et solidaire des trois polnts d' articulations 98, 97A et 978. La bande de serrage 100 est réallsée en fort feulllard de métal réslstant et lnoxydable,elle est rou~lée FEUILI E DE REMPLP.CP'~EI~
WO 92/16613 ~ `VO92 / 16613 ~ 1 0 ~ 8 PCT / FR92 / 00219 "Submerged rotating mixing reactor, especially for the anaerobic fermentation of humidified household waste "
The present invention relates to a rotating mixing reactor submerged, ~ lné in particular to the anaerobic fermentation of organic matter humidified, pasty or liquid solids, such as household waste or assembled waste, prepared to have flow and 5 acceptable fractions.
This type of waste is reacted by constituents having particle sizes and heterogeneous densities which often provoke settling phenomena and non-homogeneous flow velocities of different constltuants. This involves means of brewing the mass of 10 material contained in the receiver, using, in particular, agitators mechanical type or pressurized gas injections.
Mechanical type aggregators, in this kind of material, have a very reduced longevity by premature wear of their part mobile, moreover they r ~ incent often by winding of filiform constituents t 5 of great length (in particular used magnetic tapes), around their blades. The gas injections require a complex compression and dlstrlbutlon apparatus using numerous valves and pipes, and ef ~ and brewing thus obtained, leaves unbrushed dead zones where the densest constituents form conglomerates which get bigger or longer over time, making alnsl necessary interventlons of cleaning ~ ge. The The gas injectors by igniters are very often blocked by penetration of m ~ tière don their orlfioes, oe which also involves complicated and costly maintenance operations. Known reactors of the rotary type have limits dimensioning due to the fact that all of the rotating masses (the 25 own mass of the reactor plus the mass of the contained matlere) rests on despallers or rollers that can not be lndbflnlmen ~ increased in size without attelndre prohlbltlfs costs, see even present an imposslbillté tolole reallsatlon technlque. Some fermentation reactions require a thermal input or, conversely, cooling, depending on whether they are ~ 0 endothermic or exothermic thus making the establishment necessary of rotary exchangers that can be supplied by rotary jlts. The most reactors, of the rotary type, operate in a dlscontinue, that is to say that the material to be treated is introduced and extracted when the _c ~; ; .` i ~,. . .
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.
wo 92/16613 ~ 1 Q ~ ~ 5 g Pcr / ~ Rg2 / 002l9 `- - 3 .
is in rotation, and in that a regulation of the pressure of the liquid in) ect in the rotary joint is designed to adjust the differential pressure between the material contained in the reactor and the liquid injects, at a predetermined vsleur and remaining constant, throughout the above lip seal In the description which follows and in the drawings annexed, the mcyen supporting the rotation of the reactor sst represented by Likewise, the means of compensating for the ef ~ and the force of the gravity of the rotating masses on the bearings, is represented by a swimming pool in masonry or reinforced concrete, containing a liquid in which is more o or less immersed the body of the owner These choices, made for the purpose of clarity and understanding of the attached drawings, are without prejudice to those that will be made for the actual realization, con ~ ormbment to the spirit of the invention (In particular, the bearings can be replaced by bandages retaining the body of the reactor and rolling on rollers, and the swimming pool can be filled by a cylindrical container concentric with the body of the reactor, without this departing from the spirit of the ~ nvention) The description which follows, made with reference to the drawings attached, for explanatory purposes and in no way limitative, is carried out for better to understand the avsnt ~ ages, aims and features of the invention -Ficure 1 is a diagram representing in section a reactor designed according to the first embodiment of the invention -Fiaure 2 is a diagram explaining how is realized the m ~ by allowing to introduce or extract the matter or the gæ, of reactor body, designed according to the first embodiment of the invention z5 - ~ is a diagram, showing how to cut, how is reallsb the means allowing lntrodulre or to recycle the matlère, in dfferent polnts psrticullers, along the internal generatlce lnfbrleure du body of a reactor, designed according to the lnventlon's first mode of rballsatlon -Fiaure 4 is a diagram showing, in section, how 30 are formed the special valves which intervene in the reallsatlon of the medium, object of figure 3 -Fiaure 5 is a diagram, showing in section, how a reactor is designed according to the second mode of reallation of the invention ~ E: U'L L ~ F ~ e ~ MPt ~ C ~ $ ~
.
WO 92 ~ 16613 PCI / FR92 ~ 00219 -Fiaure 6 is a diagram showing in section how is carried out the rotary joint as well as the reaulation of the dif ~ erential pressure between the material contained in the reactor and the liquid injected into the seal turning.
- Figure 7 is a diagram showing in section how is made the means for introducing or r ~ cler the material, different particular points, along the lower internal generator of the reator, designed according to the second embodiment of the invention.
-Fiaure 8 is a diagram, showing in section, what are 10 the elements which intervene in the means allowing to cancel all or part charaes due to the effect of gravity on the bearings supporting the massesturning.
-Fiaure 9 is a schematic diagram showing how is the mo ~ fen used to cancel all or part of the charges 15 due to the effect of gravity on the bearings supporting the rotating masses.
-EipLre! 0 is a principle æhbma showing how a premler is made to maintain the temperature mstlère contained in the reactor, at an ideal value for the type of expected reaction.
-Fiaure 11 is a schematic diagram showing a prsml ~ r moysn ds mlse sn rotation of the rbæleur body.
-Fiaure 12 is a block diagram showing a second means for rotating the reactor body.
- Figures 13 and 14 show a third way of 25 mlse in rotation of the reactor body.
ures L ~ show a fourth mayen of rotates in the body of the reactor.
-Flure 17 shows a variant of the means allowing to maintain the material at the temperature required for the reaction.
DESCRI PTION
-In fioure 1 we find: a reactor body 1, a reactor shell lA, bottom lB, bottom lC, nozzle 2, axial pipe 2A, tubing 3, valve 4, nozzle 5, nozzle 6, chamber FiZU ~ LLE OF REPLACEM ~ N ~
WO92 / 1C613 1 ~ fl 5 ~ PCI '/ FR92 / 00219 -ring 6A, tubing 7, port 7A, valve 8, coil 9, coil 10, a coil 11, a double jacket 12, a nozzle 12A, a nozzle 12B, a coil 13, two trunnions 14, sky bearings lS, two turning elements 16, six] reel 17, a ring gear 18, a reduction motor 19, a 5 pinion 1 9A, two weighing members 32 and a support frame 33.
The reactor, according to this first embodiment, is a rigid mechanically welded assembly designed to be able to rotate around an axis horizontal materialized by the two pins 14 which rotate freely in the bearings 15. The bearings 15 rest on the weighing members 32 which are placed 10 on the support frame 33, these weighing members 32, which may be of the type strain gauge, so you can know the total load at any time in rotation, which makes it possible to know the actual charge of matter contained in the reactor by deducting the charge represented by the mass of the empty reactor. Reactor 1 consists of a ferrule lA, made of rolled metal sheet metal and 15 welded, to form a firm hollow body by the bottoms 1 B and 1 C. The material to be tralter is introduced under pressure into the nozzle 2 which opens tangentially on the axial tube 2A which brings the material into the reactor body 1. The material is extracted by the tube 3, by suction on 1 ' nozzle 5, when valve 4 is open. The gas, resulting from the reaction of 20 fermentatlon, passes through the orifice 7A, through the valve 8 then open, through the tubing 7, through the annular chamber 6A and the nozzle 6 where it is extracted. The configuration operating norm of this reactor is represented on this figure 1, that is to say the reactor stopped, with the valve 8 open in the high position, the tubing 3 in the low position, the valve 4 being open. In this configuration 2S the reactor can be switched on ~ in contlnu, the gas produced is extracted in permanence as well as the mater ~ ermented. The ~ internal elements of reversal 16, are, on this flute, two in number and are supposed to be plates, made of metal plate, placed symmetrically, in the same plane, on both sides of the axis of symmetry lmaglnalre which passes by the skies 30 pins 14. They are supposed to be welded on the ferrule lA and on the two bottoms 1 B and 1 C. The number and the actual form which will be given to these internal elements of reversal, for the effective realization of one invention, will depend mainly characteristics of decantation and viscosity of the material REPLACEMENT FIRE
.
, WO 92/16613 PCI '/ FR92 / 00219 treat. The frequency and duration of the reactor rotation periods will also chosen on the same criteria. . It was during these short periods of rotation that valves 4 and 8 will be closed, they are preferred to automated control, actuated by an automation, not shown, but very 5 easy to design, which will only allow the valves to open when the rotation is stopped and if the reactor is in the precise position, represented on this Figure 1. The valve ~ is of a known type, in chemical engineering, under the name of "snack valve" it is equipped with a cylindrical valve with displacement axlal, and in the closed position this shutter is flush with the internal wall 10 of the ferrule lA. This provision prevents material from obstructing orifice 7A, when the latter, during rotation, is placed below the level of matter. The maximum filling level of matlère in the reactor must always leave sufficient free volume as close as possible to the upper generator of the reactor, to allow the produced gas to escape 15 through port 7A. This maximum filling level is verified by the indications provided by the two organs of p ~ 32 which can deliver a alarm if exceeded. Otherwise, in normal operation, the level of filling can vary depending on the feeding and extraction regimes of matter. The coil cheeks 17 are made of heavy metal sheet and 20 cut in the shape of a goose circular crown, to form two by two, the boblnes 9, 10, 11 and 13 on which flexible tubes will be wound, according to the prlncipe shown in Figure 2 below. The double envelope 12 is consisting of a rolled sheet of metal, of a diameter substantially larger than the diameter of the ferrule IA, and is connected to this latter by two Z5 spacers in the shape of a clrular crown so as to form around 1 ~ vlrole there is a closed annular volume, concentrated with the body of the reactor 1, capable of contain a heat transfer liquid. This heat transfer liquid is introduced by 1 ' alutage 12A and spring by alutage 12B after having traveled the double wrapped through a set of unrepresented chlcanes. The temperature and the 30 d ~ bit of the heat transfer liquid are controlled by a non-regulatlon device depicted which acts on an adjustable valve which controls the flow of fluid coolant.
The toothed crown 18 is applied flexibly to the ferrule lA by a REPLACEMENT SHEET ~
~ ~ wO 92/16613? 1 Q t ~ S ~ pcr / Fw ~ / oo2ls welding or other equivalent means, and is engaged with the pinion 1 9A of the gear motor 19. This is fixed to the frame 33, which also carries the weighing members 32 on which the bearings 15 rest.
-In fioure 2 we find: one of the nozzles S 2,5,6,12A, or 12B; one of the coil cheeks 17, a flexible tube wound in spiral 20, a flange 21, a fixed point 21 A and an elbow 22.
This figure helps to understand how are Realized the means of feeding and extracting the material and the extraction of the gas, as well as other inputs and outputs of auxiliary fluids for exchanges 10 thermal conditions, regulation or measures which are otherwise necessary for the conduct of fermentation.
The flexible tube 20 is a reinforced elastomer tube, of nature and characteristics adapted to the material, or to the fluid, that it must be carried and that it is coiled in spiral between two cheeks 17 forming a coaxial coil with the 15 reactor body. This tube 20 is securely fixed by an appropriate means on 1 ' nozzle 2,5,6,12A or 12B by one of its ends, the other end being also tightly fixed on the elbow 22 which falt body with the brlde 21. This The latter is itself affixed to a fixed polnt 2 lA In the positlon represented on this flage 2, we see that the flexible tube 20 can be wound around a turn 20 on the reel, sl it turns counterclockwise and vice versa unwind one turn, if this spool turns clockwise. These alternating windings and unrollings cause the tightening or loosening of the turns made by the tube 20 without however allowing this one to come out between the ~ openings 17 where 11 is guided. It follows that the actor can therefore do two 25 consecutive laps in each direction of travel, direction 9 ~ n ~ rer of dbformatlon pre ~ udlclable to longévl ~ é dss flexible tubes 20. A suitable automatlsme controls the alternating rotation of the reduction motor 19 (vlsible on the figure 1), so that there will be no tenslon forces on the tubes 20, during these rotations. The mixing of the contained material is therefore possible, but in an alternate manner, which, in falt, is a favorable element, to avoid that long flllform constants, of the material, do not wrap on the elements lnternals of reversal 1 ~ or on any other internal equipment. Indeed the beginning of winding which could possibly occur during rotatlon REPLACED FEVlLLE ~
~ -.
. . . .-. . ... ...
~ ln ~
WO 92/16613 PCI / F1 ~ 92/00219 in a direction of travel, will be canceled during the reverse rotation of the body of the owner.
-In figure 3 we find: the body of reactor 1, the ferrule 1 A, bottom 1 B, bottom 1 C, nozzle 2, tubing 2A, tubing 2B, a 5 tubing 2C, tubing 2D, tubing 2E, nozzle 2B 1, nozzle 2Cl, 2Dl nozzle, 2El nozzle, 2F valve, 2G valve, valve 2H, valve 2J, sleeve 2K, tubing 3, tubing 3A, valve 4.1 ' 5.1 'nozzle 6.1' nozzle 7A, valve 8.1a coil 9, coil 1 0, coil 1 1, the two tourlllons 14, the two bearings 1 5.1 internal elements of 10 flipping 16, and the five reel cheeks 17.
The nozzle 2 arrives tangentially on the pipe 2A
that is exactly sltué in the axis of rotation of the body of the reactor 1, it is welded to the bottom passage lC, in a sealed manner. A sleeve? K connects mechanically (by welding for example) the pipe 2A above with a 15 tubing 3A, placed on the same axis and qul is welded to the passa ~ e of the bottom 1 B, oe sleeve 2K only ensures mechanical continuity of pipes 2A and 3A, without the mre en communlcatlon h ~ ydraullque, these having a closed bottom 2K sleeve right. The tubing 3 is welded ~ e on the tubing 3A, it serves, as in Figure 1, at the extraction of the matlère which passes through the tubing 3A
20 and the valve 4, to exit by the nozzle S. The four pipes 2B to 2E are welded perpendicularly, and in the same plane, on the pipe 2A with which they are all in hydraulic communication. These four pipes 2B to 2E, opposite their weld with the pipe 2A, cross the vlrole lA, on the same ~ bnératrlce, to the level of which they are welded to 25 passed ~ e, and terminlnent, the extlleurer vlrole lA, each with a brlde 2F I
, not shown on figure 3 but vlslble on figure 4 following. The fourth nozzles 2Bl to 2 They communicate respectfully with the pipes 2B to 2E, on which they are welded perpendicularly, as close as possible to the internal lower generatrlce of the ferrule lA. Explanations relating to 30 operation of the mayen of intruction and recycling of the material, in dfferent particular points along the lower internal generatrix of the shell of reactor 1, will be given after the description of FIG. 4.
-In fioure 4 we find: The ferrule IA and the tubing REPLACEMENT SHEET
, WO92 / 16613 ~ 1 0 ~ i8 PClJF1 ~ 92/00219 .
2B (interrupted), nozzle 2Bl, valve 2F, flange 2Fl, shutter 2F2 sliding cylinder, 2F3 nozzle, 2F4 valve actuator (symboli.sé), two circular joints b lbvre oriented 2F5 and a cavity 2F6.
This ~ igure 4 represents one of the four 2F valves at 5 2E (the 2F in this case), its description is therefore valid for each of these four valves, provided the marks are adapted to each valve concerned.
The functioning of this means of introduction and recycling of the material, at different points along the gbnératrioe The internal lower part of the shell of the reactor l is as follows:
0 operation of the valve 2F will be described with reference to Figure 4. C ~ head figure 4 shows the v ~ nne 2F in the open position. when it is ~ erme, the shutter 2F2 vlent place at the drolt of the a ~ utage 2B l, qul is thus closed, and the tube 2B, although under material pressure, cannot be poured into the receiver l by the nozzle 2B l. The 2F3 nozzle allows IS of lntrodulre, derrlère obturateur 2F2, a liqulde under presslon in the cavity 2F6. When the pressure in this cavltb 2F6 exceeds the pressure of the matlere, at the level of the generatrloe lnférleure of the ferrule IA, the lip of each two jo1nts 2F5 folds up and then runs away all the more liquid to tubing 2B as the pressure dlfférenoe is higher between the 20 llqulde et la matlère, A flow of llqulde, of annular shape, in a way . So, drive out the matlbre which could hinder the farming of the vanna 2F.
injectlon de liqulde n '~ place that will last the closing or opening operation valve 2F, An automation, not shown, prohibits the operation of the valve 2f if the pressure is not sufficient. This disposltlon 25 partlcullbre p ~ allows to operate the valves8 2F ~ 2J, without rlsque that ~ ello8 block or that it is ~ térlorent p9r the colncement of hard con5tltuants of the motlère ou niveou du jeu exlstont lnbvltoablement between the o ~ turoteur 2F2 and the valve body 2F. In the normal functioning of this means of introduction and recycling of the material, in particular polnts along the 30 gbnbratrlce lnférleure lnterne of the vlrole of the reactor l, only one of the valves 2F
~ 2J is open to the fols, and the matlbre is therefore lntrrxlulte or rec ~ Jclée au drolt du saul noutage, 2Bl to 2El, which is shaded by the retralt of the corresponding shutter, 2F2 to 2E2. In the arrangement provided in the figure SHEET DEREMP LA CEMENT
-. .
? ~ 1 V ~ O
WO 92/16613 PC ~ r / FR92 / 00219 , _ 3, it can be seen that it is possible to introduce or recycle the material in four different points from the receiver, this arrangement is only given by way of example and can, if necessary, coordinate more or less particular points, depending on the number of pipes 2B and valves 2F actually installed.
-In fi ~ ure 5 we find: The rorps of reactor 1, the ferrule IA, bottom lB, bottom lC, 1 'nozzle 2,1a tubing 2A, a ~ to the journal 2Al, the tubing. 3,1 'nozzle S, the nozzle 6,1a tubing 7,1' orifice 7A, the pin 1 4, a hollow pin 1 4A, a flange 1 4B, the bearing 1 5, a bearing 1 SA, the two turning elements 16, the ring gear 18, the 10 gear motor l9, a brlde 23, a clamp 24, a lip seal 24A, swivel joint cover 25, swivel joint cover ferrule 25A, a lip lipid 26, a nozzle 27, a nozzle 27A, a tube 27B, a cavity 27C, a hole 29, two fixed pins 30 and two fixed points 31.
This reactor, designed according to the second mode of l S rsallsatlon ds inventlon, has a slmilaire global architecture like that of the first mode ds l ~ llsatlon of lnvsntion sxposé on the flgurs 1. It diff ~ re mainly the first mode of reassembly in that, the tubes which ensure the material supply, the extraction of the material, the extraction of the gas produced is, in a more generole manner, all 20 inflows and outflows of flldes useful for the good working of c9 rsscteur, rsstsnt flxss in the esspacs st ns do not rotate with the reactor body.
All these pipes and nozzles pass through the cover 25 with a rotating jolnt and are biased from this cover 25, by means of welds or flanges bolted. In this concsptlon if the reactor body rotates to 25 insert the elements as soon as 16 are interrupted at the drolt of funds 1 B and LC for lalsssr llbre the passag ~ dss pipes 2A, 3 and 7 during the reactor rotatlon. Advantageously, the tubing 2A is provided with a false tourlllon 2AI, welded ~ to the drolt of the 90 ° elbow that falt cet.tubulure near the bottom IB, and dlspos ~ sxactsmsnt in the axlal extension of this tubing 2A. This 30 false tourlllon 2A1 sst enga ~ qé in the crapaudine 24 where it can turn llbrement thanks to a suitable clearance, a 24 A lip seal is pressed from the 24.1a lip of this circular seal 24A is oriented so that I reactor shutdown, it ensures a tightness all the stronger as the pressure SHEET DF REPLACED ~ NT
. .
WO 92/16613 h ~ t. Q ~ 8 ~ 8 pcr / FR92 / oo2ls in the reactor is higher. The false journal 2Al is shorter than the depth of the toad 24, so as to provide a cavity 27C. A nozzle 27A allows a fluid to be injected under pressure in the tubing 27B which opens into the cavity 27C by passing through the false tourilion 2Al. This 5 injection of fluid is carried out when the reactor is running, so as to raise the lip of the circular seal 24A and thus minimize its wear during rotation, and also so as to prevent the penetration of the material contained in the reator 1, in the cavity 27C. The flange 23.1st pin 14 and the bushing 24 can be re-assembled in one piece by using a metal block 10 previously molded. Advantageously, the flange 23 is fixed by bolts or threaded studs on the bottom 1 B, around the hole 29, and it is removable from the outside so as to be able to visit and replace the necessary seal.
24A, without having to enter the reactor. The rotary joint cover 25 and the rotary joint cover ferrule 25A are joined together by a 15 removable brlde not shown. The two fixed pins 30 are integral with the ferrule 25A. The two fixed trunnions 30 are held in the fixed points31 which are fixed on non-represented foundation masslfs. The paller annular 15A is integral with the internal wall of the ferrule 25A. The trunnion hollow 1 ~ A is integral with the bottom l C on which it is welded, the latter are pierced 20 of a clrculalre hole of the same diameter as this tourlllon 14A. The collar 14B is also loaded with the pin 14A. As a result, the cover 25 cannot move away from the hollow pin 14A. The lip seal 26 is securely fixed on the internal floor of the cover 25 and its lip is dlrloee towards the oentre of the reator by resting on the flange 14B, so that the presslon 25 lnterne reactor pl ~ iue la lre vU) ulnt clrculalre 26 on this flange 14B. We volt alnsl that the body of the rb ~ cteur can rotate while all blbments solldalres of the cover 25, of the rotating ~ olnt, remain flxes.
- ~ we find: The bottom l C
tinterrompu), the a ~ utage 2,1a tubing 2A (lnterrompue), the ferrule 14A, the 30 flange 14B, the annular paller lSA, the rotating distance cover ~ 5, the valve 25A, the circular lip seal 26.1 'nozzle 27.1' nozzle 27A, the tubing 27B (interrupted), ~ annular chamber 28,1es two journals fixed 30.1es two fixed points 31, a valve 70, a regulator 71, a mocule ~ EUILLE l:) E REPLACEMENT
.. '~:, .
~ l ~ J ~ rj ~ ' WO g2 / 16613 Pcr / FR92 / oo2ls comparator 72, a setpoint adjuster 73, an adder module 74, a pressure transmitter 75, pressure transmitter 76, outlet pressure 76A and a ~ supply of pressurized fluid 77.
This figure 6 shows how the circular anointed to 5 lbvre 26 ensures the tightness of the reactor, both at standstill and when the reactor is in rotation. The lip seal 26 is rsaliss by molding an elastomer compatible with the material to be fermented, it is securely attached to the cover 25 and its lip, facing the center of the r ~ actor, presses on the collar 14B. The shape of this lip seal 10 circular 26 is such that the internal presston of the reactor presses all the more strong this on the collar 1 4B that this internal pressure is higher by compared to the prssslon that prevails in the annular chamber 28 sltue senslablement between the circular lip seal 26 and the ferrule ~ 25A. When reactor is rotated, there would be a risk of rearrangement or, at the very least 15 of premature wear, ds the lbvrs of ~ anointed 26, if no other m ~ in etalt planned. Finally, when the reactor is running, a fluid under presslon (water in the most common cases) is in ~ scté in the annular chamber 28 to a press ~ on finely adjusted to a value very slightly higher than that of the matrix contained in the reactor, measured at the same level as the injection point in 20 the cham ~ re annulalre 28. Cstte prssslon dlfférentlelle is rsglés by the dlsposltlf next: The presston transmitter 76 dbltvre, on the comparator module 72, a signal qut is representative of the presston measured in the reactor, has a potnt precise, that it stlt at the same height as the presslon prlse rellee au presslon transmitter 75 which delivers, on the add-on module 74 a 25 slgnal qul is repres8ntatlf of the value d8 the presslon of the fluid lnlecte in the annular chamber 28. The addltlonneur 74 module receives a signal from the indexer of conslgne 73 which is representative of the value of the presslon different from that we want to settle at any time between the fluid contained in the annular chamber 28 at the matl ~ re contained in the body of the resector. The additor module 74 30 falt the sum of the two signals that it receives and sends a signal corresponding to the comparator module 72. Celul-cl compares this slgnal received with the slgnal that recott of the presslon transmitter 76, and 11 delivers a deviation signal to the regulator 71. Celul-cl tralte the received slgnal and sends correctlon orders to REPLACEMENT SHEET ~ lr S ~ ~ i 8 PCr / FR92 / 00219 `13 the valve 70 which regulates the pressure of the incoming fluid by 1 ~ nozzle 27. The a) utage 27A is connected to the nozzle 27 so that the same regulating device acts in the same way on the two circular lip seals 24A and 26. It is necessary note that the dlspositlon ~ udlcieuse pressure prlses connected to the two 5 transmitters 75 and 76, and the fact that the density of the fluid injected into the annular chamber 28 is very close to the density of the material contained in the reactor, there is an automatic compensation of the static charge due to the height on top of liquids on all the height of the rotating joint which, on lss large repeaters can be several meters.
-in fioure 7 we find: The body of reactor 1, the ferrule lA, bottom lB, bottom lC, nozzle 2, four valves 2Al to 2A4, four tubing 2B 1 to 2B4, four spacers 2Cl to 2C4, a 2D axis, tubing 3, 1 ' nozzle 5.1th trunnion 14.1e palisr lS, the elements of reversal ds gauge 16.1a flange 23.1a clamp 24.1e cover 25.1es two pins 15 fixed 30 and the two fixed points 31 Cstts figurs 7 psrmst ds understanding commsnt sst reallé the m ~ in lntroduction and recycling of the matlère, in different polnts individuals along the lower internal gsnératrloe of the reactor shell l, implemented according to the second embodiment of the invention. The fourth 20 spacers 2Cl to 2C4 are metal plates, roughly shaped circular, disposess psrpendlculalrsmsnt to 2D axes, on which slles are soldered (or fixed by a mo ~ n equivalent). The 2D axis is produced in a bar metal of circular section and a dlameter adapted so that oet 2D axis pu ~ sse be sngag ~ in the toad 24 with enough play to turn it 25 accommodation. The four spacers 2C1 ~ 2C4 are drilled with holes, odlameters adapted and in qusntltb allowing, at the level of each of them, the has 1 set of lntern or cu reector pipes, for solldarlser oelles-cl between them and with the 2D axis, and for rlgldlfler while supporting them. The matlère a tralter is lntrodulte by 1 a ~ uta ~ e 2, which is dlvlse in four 30 pipes, to connect to each of the valves 2Al to 2A4. Only one of these four valves is open at a time, allowing the master to be lntroduces along the lower generator of the receiver l, at a point partlculier, corresponding to the tubing connected to the valve then in position E ~ I P. ~ _E ~ ib-.
WO 92/16613 Pcr / FR92 / 00219-opening. The turning elements 16 are six in number on this figure, so as to be inserted between the pipes 2B 1 to 2B4 without touching them ci during the rotation of the reactor. It should be noted that, in this figure, the tubes internal to the body of reactor 1 are represented as if they were all 5 placed in the section plane of the figure. This provision has been retained only for clarity and understanding of the drawing. In reality these tubes are preferably arranged in barrels around the 2D axis, so as to constitute a compact bundle; with a substantially circular section, having for axis of symmetry the 2D axis.
-In Figure 8 we find: The body of reactor 1, the two trunnions 14.1st two bearings 15.1a toothed ring 18.1e moto-reducer 1 9, weighing bodies 32, a chassis 33, and a llquide 34 content in a 35 pool with a 35A coping.
This figure shows what are the elements 15 involved in the production of mayen to compensate for the effect of gravity on the bearings supporting the rotation of the reactor, designed according to the premls reallsatlon mooie from inventlon. It is also suitable for a reactor designed according to the second embodiment of the inventlon, on condition of replacing, on the same side of the block 35, one of the towers 14 by the 20 two fixed tourlllons 30, and palliate it S by the two fixed polnts 31.
The châssls 33 is reassembled in mechanic weld framework or bolted, it rests on three or four weighing members 32 which are placed on the coping cie the 3SA pool or on solid beds. The body of the reactor 1 is partially immersed in the llqulde 34 contained in the pool 25 35, and 11 therefore collect a push from Archlmbde, orl ~ from bottom to top as 11 must, and qul is equal to the poltis of the llqulde dbplar ~ by its volume lmmerg ~ .This thrust of Archimedes vlent therefore deductlon from the force of gravity that is exerted from top to bottom, on tourlllons 14 and pallers 15.
- ~ we find: The weighing bodies 32, the 30 liqulde 34,1a plscine 35, a tubing 36, a pump 37 ~, a reservoir 38, a tubing 40, a valve 41, a regulator 42, an add-on module 43, a comparator module 44, and a reference indexer 45.
In this figure, the reactor 1, its bearings and journals 15 and REPLACEMENT SHEET
WO 92/16613 ~ i 2 ~ ~ pcrtFR92 / oo2l9 14, as well as the chassis 33, all visible in FIG. 8, have been deliberately omitted to make the diagram clearer. lt is of course ima ~ iner that these elements are present for the understanding of 1 ~ description and operation relating to this figure.
The pump 37 is a pump adapted to the nature of the liquid 34 contained in the swimming pool 35 and in the reservoir 38, its flow is substantially constant and is calculated so that it must vary the level of the liquid 34 contained in the pool 35, at the same speed as the level of the waterline of reactor 1, if it was supplied at its maximum flow rate 10 of material, and if it floated freely in the pool 35, without the frame 33 nor no other connection with fixed elements. The tank 38 is located higher than the highest level, which can absorb the liquid 34 contained in the pool 35, so that a gravity ~ oulement is possible between this tank 38 and the piæine 35. Its volume must correspond to the volume of liquid contained 15 in the pool 35, ~ when the reactor 1 is there at its maximum depth of immersion. The valve 41 is a control valve, whose safety position, in the event of failure of allment ~ tlon in order flulde, is the complete closure.
The tubing 40 associated with the valve 41 open, must allow a gravitational flow of liquid 34 to 1 ~ pool 35, with a flow which dolts 20 correspond to two times the d ~ eblt of the pump 37 The operation of the mayen of compensating for the force of gravity on the tourlllons 14 and the bearings 15 is the following:
The weighing ores 32 each deliver a sl3nal, proportional to the load which they bear, on the modulator 43.
25 cl fslt the sum of the sl ~ nals received and sends a slgnal correspond to the comparator module 44. Celul-cl collects a slgnal from 1 'Indexeur de conslgne 45, oe slgnal corresponds to the load nor ~ sle cie functioning for which lestourlllons and pallers 14 and 15 will have been calculated, mq ~ oree of the load of gravity on the own mass of the châssls 33. The muncule romparateur 44 30 compares the signal coming from the add-on module 43 with the signal coming from the setpoint index 45, and it sends a deviation signal to the controller 42 which reacts on the positlon of valve 41 in the proper direction to cancel the deviation found. This requlatlon therefore makes it possible to permanently maintain the load on REMP SHEET! ~ EMFNT
~ '~''''.
- '-~ 1 ~ D ~) O
WO 92 ~ 16613 PCl / FR92 / 00219 the trunnions and bearings 14 and 15 at a value infinitely lower than that which should have been provided if the receiver I was not immersed, nor its level of regulated immersion. In the event of a failure on pump 37 or on the control of the valve 41, or if the information coming from the weighing members 32 goes outside the limits laid down, the complete installation goes into the safety position c ~ mmesuit: the pump 37.1'introduction and extraction stop and the valve 41 get closed. This prevents the situation from getting worse and allows for intervention to repair without compromising the holding of the pins and bearings 14 and 15.
-In Figure 10 we find: The same elements as 10 in FIG. 9, plus the following elements: An indexer 46, a module comparator 47, temperature probe 48, regulator 49, valve 50, a pressurized thermal blanket 51, and a heat exchanger 52.
This figure shows how the temperature is adjusted lS of the material in the receiver 1. The temperature probe 48, installed at inside the reactor body l, delivers a signal on a flexible link according to the prlnclpe shown in Figure 2 (premler embodiment of the invention), or directly through the cover 25 (see Figure 5; case of second embodiment of the invention), this signal leads to the 1st module 20 wparparator 47 Cui also collects a slgnal from the setpoint indexer 46. The comparator module 47 sends a stgnal dbart to the regulator 49 which acts on the valve 50 in the proper direction to bring the temperature of the material to the value prescribed by the wnsigne indexer 46. It is therefore by adjusting the temperature of the liquid 34, in which the reactor is immersed, that the 25 temperature of the material is regulated, by ~ thermlque change between the body of the reactor and the llqulde 34.
-In flcure I 1 we find: The body of reactor 1, the ring gear 1 8.1th gear motor 19 with a pinion 1 9A.
C ~ mode of rotational movement of the receiver is very 30 conventional in rotating reactor, and is shown as an example only for further reference. It is assumed that the gear motor 19 is fixed on a chassis integral with the same foundations as chassis 33 supporting the bearings 15 vlsibles in particular in Figure 1.
SUBSTITUTE SHEET ~ E: Nt wo 92/16613 ~ I 8 ~ 8 Pcr / FR92 / 00219--In Figure 12 we find: The reactor body l, the ring gear 18, a chain 18A, a pinion 19A and the gear motor 19.
This figure is, like the previous one, given as example for the same reasons -In fi ~ ures 13 and 14 we find ~: The body of reactor 1 (interrupted), one of the vortices 14.1'a cies bearings 15, the liquid34.1a pool 35, an impeller 53 composed of blades 54 and two cheeks 5 ~, tubing 56, fittings 56A to 56D and back volumes of ga 57.
The figure 13 represents a section along the plane of 10 longitudinal symmetry of the reactor l, st Figure 14 shows a section in a plane perpendicular to the previous one located roughly at the center of the impeller 53, the reactor 1 being immersed in the pool 35.
The impeller 53 is directly fixed to one of the fund 1 B or l C of reactor 1 and on one of the journals 14. It is composed of 15 several blades in the shape of an arc of a circle which, taken between the cheek eyes 55d ~ terminate firm volumes except on the face radially opposite to the pin 14 which remains open towards the outside.
It is shown in FIG. 14 that the nozzles 56A to 56D
are located at the bottom of the block 35, substantially below the vertical of the blades which 20 turn their open faces downwards and onto the drastic roll of wheel 53.
Or the tubing 56 is pressurized with gas (compressed air by example) a ~ Dutages 56A i 56D, release rising gas bubbles vertically in volumes 57 to pump the liquid contained in it towards the low. The compressed gas ~, ~ this deep d ~ lmmerslon ~ has a d ~ nslt ~ markedly 25 lnférleure à oelle du llqulde 34 contained in 12 plsclno 35. It follows that each volume of gas, retained by the blades, produces an upward thrust on the wheel ~ blades 53, thrust which is equal to 19 difference in density between the two fluldes, multiplied by the volume concerned. The total thrust is equal to the sum of all thrusts, and it .. generates a couple of equal rotatlon ~ the total thrust 30 multiplied by the distance measured, horizontally, between the center of rotation of reactor 1 and the center of gravity of all the volumes of gas concerned. This torque can be very large on large reactors and constitute, in association with one of the means for rotating rotation shown in FIGS. 11 rp ~ PL ~
.
. ~
7 ~ 1 U
wo 92/16613 - Pcr / FRs2 / oo2l9 -- "-and 12 above, an interesting and economical means of training by reduction of the dimensions of the toothed rings 18 and of the geared motors 19.
-In Figure 15 we find: the reactor body l, the ferrule lA, one of the pallers 15,1th gear motor 19, an eccentric pin S l 9C, a frame 90, a stop 91, a fixed point 921 a hinge pin 92A, a counterweight 93, a bent lever 94, a hinge point 95, a connecting rod 96, a lever 97, a point of articulation 97A, a point of articulation 97B, a point of articulation 98, a bislle 99, a tightening bands 100 and a gasket d3 frlctlon lOOA.
-In the figure? 6 we find: the reactor body l, the ferrule lA, a stop l O l, a lever 102, a fixed point 1031 an angled lever 104, a counterweight l O5, a point of articulation 106, a connecting rod 107, a point of hinge 108, a hinge point l Og, a clamping bench 110 and a friction lining 111.
These figures 15 and 16 each represent a section perpendicular to the axis of rotation of a reactor designed according to one or other of the two modes of reallatlon of lnventlon. These two cuts can each be any endrolt of the reactor shell, side by side or away 1 'one of 1' other, without damaging the functionning of oe mo in rotation of the 20 reactor. Note, for a better understanding of these two figures, that all the blbments they represent are roughly in the same plane of cut, this is the reason why it is not presented other views orthogonal presenting these elements.
The gear motor 19 is bqulpb, out of it, of a 25 eccentric pin 9C. The motor-reducer 19 is pr ~ ference of a dltréverslble type, in that a strong e ~ applied on the crankpin l9C, when the moto-reducer is not powered, causes the crankpin l 9C to go back to put it in ia posltlon represented on floure 15. Blelle 99 is réallsbe in mbtal rigids and it is endowed, at each of its extrbmltés, with an 30 cushions. One of these holes is mounted on the crank pin 19C, the other on the polnt hinge 98. This is integral with the lever 97 which is rectilinear and integral with the three polnts of joints 98, 97A and 978. The clamping band 100 is reallée in strong feullard of reslstant and lnoxid metal, it is rou ~ lée FILLING E OF REPL.CP '~ EI ~
WO 92/16613
2 ~. O ~ 2 S 8 pcr/FR92/oo2l9 en forme pour épouser le contour de la virole IA ,et est dotée, à chæune de ses extrémités, d' un embout ,formant palier, adapté à se monter sur les points d'articulations 97A et 97B La bande cie serrage 100 est garnie intérieurement d'une garniture de friction l OOA,résistante et à coefficient de frottement 5 élevé,destinée à augmenter l'adhérence de la bande de serrage 100 sur la paroiextérieure de la virole lA Le moto-réducteur 19 est boulonne sur un châssis 90 La butée 91 est solidaire du châssls 90 et, en positlon de repos,le levier 97est contre cetts butée 91,comme représenté sur cette figure I S La bielle 96 estd' une conoeption ldentique à oelle de la bielle 99,1'un de ses deux alésages est 10 monté sur le polnt d' articulation 97A sur lequel est déjà monté l'embout d'extrémité de la bande ds serr~e l OO,son autre alésac~e est monté sur le pointd'articulation 95,qul est solldalre du levier coudé 94 Celul-ci s' artlcule sur le pivot d' articulation 92A solidement fixé sur le point fixe 92 Le point fixe 92 est solidaire du mêmf lâssis 90 qui supporte le moto-réductcur 19 Le 15 contrepoids 93 est solioement fixé en bout du levier coudé 94 La flgure 16 prbsente certains blbments qui sont tout à fait ldentlques à oeux représentés sur la figure 15, dbcrlte cl avant Ainsl le contrepoids 105 ,le levier coudé 104,1e pivot d'articulation 105A ,le point fixe103,le point d' articulation 106,la bielle 107,les points d' articulation 108 et20 109,1a bande de serrage 110 et la garnlture de frlctlon 111 sont réallsés et agenrJbs entre eux de la m~me façon que les blémants, de même dbsignation, et demême dlsposltlon, visiblss sur la figure 15 Seuls, le levier 102 et la butée 101 dlfferent de leurs homologues de la figure 15 Le levler 102 est une barre métalllque riglde rectllignè,comme le levler 97 de la flgure 15,mals 11 ne 25 comporte que deux polnts d' artlculatlon au lleu de trols La butée 101 est depréférence ronde ou arrondle et elle sert de polnt d'appul au levler 102, a un point situé sensiblsment i son extrémlté opposee, par rapport au point d'artlculatlon 109 La butée 101 est solldalre du même châssls que la butée 91 sur la flgure 15 Le fonctlonnement de ce moysn de m ise en rotation du reacteur est le sulvant Quand le moto réducteur est mis en marche,la blelle 99,poussée par le maneton l 9C,pousse vers la gauche le point d' articulation 98solldalre du levier 97 Ce dernler tend à pivoter autour du point d' articulation FEUILLE DE REMPLACEMENT
-- ~ v ~
WO 92/16612 ~. O ~ 2 S 8 pcr / FR92 / oo2l9 shaped to fit the contour of the ferrule IA, and is equipped, with each of its ends, a ferrule, forming a bearing, suitable for mounting on the points 97A and 97B joints The tightening band 100 is internally lined OOA friction lining, resistant and with a coefficient of friction 5 high, intended to increase the adhesion of the tightening band 100 on the outer wall of the ferrule lA The geared motor 19 is bolted to a chassis 90 The stop 91 is secured to the frame 90 and, in the rest position, the lever 97 is against this stop 91, as shown in this figure. IS The connecting rod 96 is of a lentent conoeption to the connecting rod 99, one of its two bores is 10 mounted on the articulation polnt 97A on which the end piece is already mounted end of the strip ds tight ~ el OO, its other bore ~ e is mounted on the point of articulation 95, qul is solldalre of the bent lever 94 This is articulated on the hinge pin 92A securely attached to the fixed point 92 The fixed point 92 is integral with the same chassis 90 which supports the gear motor 19 Le 15 counterweight 93 is securely fixed at the end of the bent lever 94 Figure 16 presents certain elements which are quite ldentlques à oeux represented on figure 15, dbcrlte cl before Ainsl the counterweight 105, the bent lever 104.1e articulation pivot 105A, the fixed point103, the articulation point 106, the connecting rod 107, the articulation points 108 and20 109.1a clamping band 110 and the frlctlon trim 111 are reassembled and agenrJbs between them in the same way as the restrainers, of the same designation, and the same dlsposltlon, visible in FIG. 15 Only, the lever 102 and the stop 101 dlfferent of their counterparts in figure 15 The levler 102 is a bar metalllque riglde rectllignè, like the levler 97 of the flgure 15, mals 11 ne 25 comprises that two polnts of artlculatlon lleu of trols The stop 101 is preferably round or rounded and it serves as an add-on polnt to the levler 102, a point located sensiblsment i its opposite extremlté, compared to the point Artlculatlon 109 The stop 101 is requested in the same way as the stop 91 on the figure 15 The functioning of this means of rotation reactor is the solvent When the gear motor is started, the blelle 99, pushed by the crankpin l 9C, pushes the articulation point to the left 98solldalre of the lever 97 The latter tends to pivot around the articulation point REPLACEMENT SHEET
- ~ v ~
WO 92/1661
3 PCI'/FR92/00219 97A qul oppose une certaine résistance du fait que la ~ielle 96 est retenue par le point d'articulation 95 ,lui même poussé vers la droite par le levier coudé 94 qui tend à pivoter autour du pivot d' articulation 92A sous l'effet de la force de pesanteur appllquée sur la masse dù contrepolds 93. Le plvotement du lev~er 97 S s' amorce ,ce qui met en tension la bande de serra~e 100 par le recul vers la droite du point d' articulation 97B ,ainsi que la poussée inverse vers la gauche du point d' articulation 97A. Ceci a pour effet de serrer la bande de serrage 100 sur la virole lA du reacteur,et le début du serrage déplace le point de pivotement du levler 97 vers 1' axe de rotation du réacteur,pour flnalement mettre oe dernler 10 en rotation anti horaire,sur un angle limité par la course possible du point d' articulation 98 tributaire du diamètre de rotation du maneton 1 9C. Le début de la rotstion repousse la blelle 96 vers la gauche,oe qul falt pivoter le levler coudé
94 en donnant un mouvement ascendant au contrepolds. Le réacteur 1 commence donc sa rotation en entrafnant, à l'intérieur de lui même, la matière qul,sous 15 l'effet des eléments de retournement ,va former un talus d'éboulement plus oumolns important selon sa viscosité et la vltesse donnée au réacteur. Cela a poureffet de créer un couple de rappel qul aurait tendanoe a provoquer la mlse en robtlon lnverse du réacteur, dés que le maneton 1 9C entame sa course retour.
C'est le mbcanisme visible sur la figure 16 qul va se charger d'empêcher oette 20 rotatlon inverse.
On voit sur la figure 16 que, quand le corps du réacteur commenoe d tourner, les différents éléments sont solllcltés comme sult: La bandede serrage 1 1 O.qul étalt précédemment serrée sur la vlrole lA,tend à entrafnerdans sa rotation anti horalre, le levler 102 en ~cartant celul-cl de la butée 101.
2SCecl a pour effet de d~sserrer la band~ dS s0rraoe 1 lO,qul se desserre, lusteassez, pour que la vlrole lA se llbère. Il y a ,en quelque sorte, un équlllbre entre la force de frlction qui tend à desserrer la bande de serrage 1 1 1, et 1' effet du contrepolds l OS qul tend à resserrer la bande de serraqe sur la vlrole l A en augmentant ainsi la force de frlctlon. L' ensemble des ~léments vislble sur cette 30 figure 16 constitue donc une sorte de cliquet anti retour,mals sans aucun jeu possible.
Donc,à chaque course avant du maneton l9C,le corps du réactsur 1 entre en rotation et ne peut revenir en arrlère sous l'effet de couple FEUILLE DE REMPL~CE~IENT
WO 92/16613 ~ PCI/FR92/00219 -2 l de rappel, dû au talus formé par la matière.
Il faut noter que ,la mise en rotation de très gros réacteurs ,peut exiger des couples de rotation très élevés, difficilement conoevables dansdes limites de prix acceptables, avec des moyens courants, tels les moto 5 réducteurs attaquant des couronnss dentées. Ce dernier moyen exposé sur les figures 15 et 16 ,peut s' avérer molns onéreux car il ne met pas en oeuvre de lamécanique complexe et lourde, telles des rouronnes dentées de très grand diamètre. Avantaaeusement ,sur ce dernier mayen de mise en rotation ,on peut remplscer le moto réducteur 19 par un vérin hydraulique dont la culasæ aurait l O un point d'appui articulé sur la châssis 90 et dont la tige de piston comporterait un embout en forme de tête de bielle pour être fixé sur le point d'~rticulation 98.
Cette vsrisnte est é~vldente et ne æra pas davantage décrite.
-Dans la fiaure 17 on trouve: Le corps du réacteur l(vu axialement en bout),l'un des tubes souples 20,1a bride 21,un chassis 33,une enoelnte r,alorlfuaée 60,un orifice 61,un orifioe 62,un moto ventilateur 63,un échangeur thermique 64,une tubulure 65,un fluids sæeux 66, et un plan de pose général 67.
Cette figure expose une varlante du m~en de maintien en température de la matière contenue dans le réæteur.
Le réecteur l ,peut être conçu selon l'un ou l'autre des deux modes de réallsatlon de l'lnventlon( blsn que celui représenté sur cette figura soit le premler mode de réallsation) il est censé être monté sur des paliers non representés qul reposeraient sur deux massifs 66. Le réacteur est enfermé dans une enceinte étanche calorifugee 60 qui est représentée en coupe sur cette figure.
25 Cette enoeinte comporte un orlfloe 62 rellé ~ un asplrateur 63 qul refoule leflulde asplré, dans un échan~ur thermlque 64 qul chaufre ou blen refroldlt le flulde pour le romener ~ la tempéreture prescrlto par une regulotlon non flguree. Le flulds retourne dans l'encelnte 60 par une tubulure 65.
Ce moyen de malntlen en température de la matlère,est crltlquable à
30 cause de lo médlocre quallté des échanges thermiques au maysn de fluldes gazeux, qul exlge des échangeurs à grande surface d' échange et qul sont donc onéreux .
Néanmoins,cette variante peut ,dans certain cas, s'avérer globalement molns onéreuse,notamment pour de petlts réæteurs de fermentatlon anaéroble Ç-EO~i LE
.
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~ 1 U ~ U
WO 92/16613 Pcr/FRs2/oo2ls fonctionnant en réqime dit " mésophile" à une température pas trop éloignée cie la température ambiante( 37 à 40 C).
AVANTAGES RESULTANT DE LA PRESENTE
INVENTION
-~e!on le Dremier mode de réalisation~lr~vention~on obtient un réacteur mélangeur tournant immergé, qui permet un brassage efficoce de 1a matlère contenue,par un retournement complet de oelle-cl,et qui permet 1~
lntroduction de la matisrs,l'extraction ds la matisrs et du gæ ainsi qu~ toutes les liaisons de commande et de contrôle de la fermentation,sans utilisation de joints 10 tournants. De plus il n' y a pas d'élements mobiles à 1' intérieur du reacteur.
-La rotation du réacteur étant alternée, sur très pcu de tours dans un sens puis sur un même nombre de tours dans 1' autre sens,on évlte les enroulements parasites d' éléments filiformes lonrs sur les éléments fixes lnternes de r.etournement ou sur les tubulures internes.
-L' utlllsatlon de vannes spéclales( 8 ou 2F),permet de pouvolr manosuvrer csllss-ci sans risque ds coinc~r dss ~lsments durs de la matlère, dans le jeu existant entre 1' obturateur et le corps de vanne.
-Selon le deuxibme mode de ré~llsation de 1' inventlon.l'ensemble dss tubulurss et autrss lialsons utilss au fonctlonnement du r~acteur,sont fixes20 et pénètrent (ou sortent) du réacteur,par l'lntermédlalre d' un seul ~olnt tournant dont, 1' étanchélté à 1' arrêt est assurée statlquement par un jolnt circulaire à lèvre 26,et dynamiquement, par injection de liqulde sous presslon autour du ~olnt a levre 26,dans une chambre annulalre 28 qul entoure celul-cl,de facon ~ supprlmer le frottement du ~olnt durant la rotatlon ,en bvltant son 25 usure et en empêchant la matière contenue dans le r~acteur de pén~trer dans le )eu entourant le )olnt.
-Sclon l'un ou l'autre des deux modes de réalisatlon de 1' inYention.
-La quantlté exacte de matlère contenue dans le réacteur est connue à tout lnstant par pesée de l'ensemble du réacteur,ou par la hauteur du liquide 30 contenu dans la piæine 35.
-La matlère peut être lntrodulte ou recyclbe en dlfférents points particuliers du réacteur sans nécessiter de déplacement de tubulures il suffit de manoeuvrer des vannes.
FeUlLLE C)E REMPLACEMEN
WO 92/16613 ~ 8 5 ~ pcr/FR92/00219 23 .
-L' immerslon du réacteur ,dans un bain de liquide,dont le niveau varie en même temps que la charge contenue dans le réæteur,annule à tout moment la charge sur les paliers du réacteur,et les contraintes très réduites qui en résultent egalement sur le corps même du réacteur ,permettent une réalisation5 très économique de la chaudronnerie correspondante. Il en est de même pour lesouvrages de génie civil qui doivent supporter la masse totale du réacteur. IL est blen connu en effet ,que la pression sur le fond horizontal d' un récipisnt contenant un liquids sst la msme en tous æs points ,oe qui réparti uniformément la charge sur le sol d'appul, oe qui peut éviter d'avoir reoours a des fondations l O spéciales très onéreuses quand les charges restent ponctuelles. Cette immersion permet égclement de rbgler élégamment le problème de l~ régul~tion, ou du ;~ malnt~ent en température ,de la matlère contenue dans le réacteur,en réqlant la tempbrature du bain dans lequel le réacteur se trouve immergb. Cette particularité constltue un avantage intéressant ,notamment dans le cas cie la l S fermentation anasroble des ordures ménagsres,car dans la pratique courante, on rbchauffe prbalablement le liquide d'humidification de la charge,avant de le mélangsr à la mat1sre sollds,et avant d'lntrodulre la pâte alnsl obtenue dans leréacteur. La proportion de llquide dans la charge étant relativement faible,il convient de réchauffer ~CCP7 fortement le liquide pour que la pâte soit introdulte 20 dans le réacteur à une température convenant à la fermentation. Ce rbchauffement du llquide crbb une pasteurlsation qui retarde la fermentatlon. Leréchauffement du bain de liqulde prévu dans oette invention,peut se traduire parune dlminutlon du temps de séjours des matlères dans le réacteur. A capsclté de production egale le réacteur sera donc moins volumineux, donc molns cher.
-La mlse en rotatlon par les moyens prbvus sur les figures l l à
l 6 ,seuls ou comblnés entre eux ,permet d' envls~er la constructlon de réacteurs tournants de grande tallle qu'll auralt bté difficile de mettre en rotation autrement.
FEUI~LE DE ~EMPLAI::EMENT 3 PCI '/ FR92 / 00219 97A qul offers some resistance because the ~ ielle 96 is retained by the articulation point 95, itself pushed to the right by the bent lever 94 which tends to pivot around the articulation pivot 92A under the effect of the force of gravity applied to the mass of counterpolds 93. The levitation of the lev ~ er 97 S 'starts, which puts in tension the band of greenhouse ~ e 100 by the recoil towards the right of hinge point 97B, as well as the reverse thrust to the left of hinge point 97A. This has the effect of tightening the tightening band 100 on the reactor shell A, and the start of tightening displaces the pivot point of the lift 97 towards the axis of rotation of the reactor, to finally put this last 10 in counterclockwise rotation, over an angle limited by the possible travel of the point of articulation 98 dependent on the rotation diameter of the crankpin 1 9C. The beginning of the rotstion pushes the blelle 96 to the left, where it has to rotate the angled lever 94 by giving an upward movement to the counterpolds. Reactor 1 begins therefore its rotation by entraining, inside itself, the material qul, under 15 the effect of the turning elements, will form a more or less significant landslide embankment according to its viscosity and the speed given to the reactor. This has the effect of creating a couple of recall which it would tend to cause the mass in robtlon lnverse the reactor, as soon as the crankpin 1 9C begins its return stroke.
It is the mechanism visible in Figure 16 that will take care of preventing this 20 reverse rotatlon.
We see in Figure 16 that when the reactor body begins to rotate, the various elements are solllcltés as sult: The clamping band 1 1 O. qul etal previously tightened on the vlrole lA, tends to entrafnerdans its anti-horalre rotation, levler 102 by ~ celul-cl of the stop 101.
2SCecl has the effect of loosening the band ~ dS s0rraoe 1 lO, which loosens, lusteassez, so that the vlrole lA llbère. There is, in a way, a balance between the frictional force which tends to loosen the clamping band 1 1 1, and the effect of the counterpold the OS which tends to tighten the band of syringe on the vlrole l A in thus increasing the frlctlon force. All of the elements visible on this FIG. 16 therefore constitutes a kind of non-return pawl, which is bad without any possible play.
So, with each stroke before the l9C crankpin, the body of reacts on 1 rotates and cannot back up under torque effect REPLACEMENT SHEET ~ CE ~ IENT
WO 92/16613 ~ PCI / FR92 / 00219 -2 l recall, due to the slope formed by the material.
It should be noted that the rotation of very large reactors , may require very high torques, difficult to design within acceptable price limits, with current means, such as motorcycles 5 reducers attacking toothed crowns. This last plea exposed on Figures 15 and 16, can be expensive because it does not use complex and heavy mechanics, such as very large toothed pores diameter. Advantageously, on this last rotation mayen, one can replace the reduction motor 19 with a hydraulic cylinder, the cylinder head of which would l O a fulcrum articulated on the chassis 90 and the piston rod of which would include a rod-shaped end cap to be fixed on the point of ~ rticulation 98.
This vsrisnte is é ~ vldente and will not be described further.
-In Figure 17 we find: The reactor body l (seen axially at the end), one of the flexible tubes 20,1a flange 21, a frame 33, a enoelnte r, alorlfuaée 60, an orifice 61, an orifioe 62, a motor fan 63, a heat exchanger 64, tubing 65, saeous fluids 66, and a laying plan general 67.
This figure shows a variant of the m ~ in maintaining temperature of the material contained in the reactor.
The reector l, can be designed according to either of the two modes of réallatlon of lnventlon (blsn that that represented on this figura is the premler reallation mode) it is supposed to be mounted on bearings not represented that they would rest on two massifs 66. The reactor is enclosed in a heat-insulated sealed enclosure 60 which is shown in section in this figure.
25 This enclosure includes an orlfloe 62 relle ~ an asplrateur 63 qul repulse leflulde asplré, in a échan ~ ur thermlque 64 qul chaufre or blen refroldlt le flulde to romener ~ the temperature prescribed by a non regulotlon fl abouted. The flulds returns to the encelnte 60 by a tube 65.
This means of malntlen in temperature of the matlère, is crltlquable to 30 because of the poor quality of heat exchanges using gas flasks, qulge exchangers large exchange surface and qul are expensive.
However, this variant can, in certain cases, prove to be generally less expensive, especially for small reactors of anaerobic fermentatlon Ç-EO ~ i LE
.
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~ 1 U ~ U
WO 92/16613 Pcr / FRs2 / oo2ls operating in reqime called "mesophilic" at a temperature not too far away room temperature (37 to 40 C).
BENEFITS ARISING FROM THIS
INVENTION
- ~ e! on the Dremier embodiment ~ lr ~ vention ~ we get a submerged rotating mixing reactor, which allows efficient mixing of 1a contained matlère, by a complete reversal of oelle-cl, and which allows 1 ~
lntroduction of the matisrs, the extraction of the matisrs and the gæ as well as all fermentation control and monitoring links, without the use of seals 10 turns. In addition there are no movable elements inside the reactor.
-The rotation of the reactor being alternated, on very pcu of turns in one direction then on the same number of turns in the other direction, we remove the parasitic windings of long filiform elements on the fixed elements Internal return or on internal pipes.
-The use of special valves (8 or 2F) allows you to maneuver csllss these without risk ds ~ r dss ~ hard elements of the material, in the clearance existing between the plug and the valve body.
-According to the second mode of re ~ llsation of 1 inventlon.l'ensemble dss tubulurss and other lialsons utilss to the functioning of the r ~ actor, are fixes20 and penetrate (or leave) the reactor, by the lntermédlalre of a single ~ olnt turning whose sealing at stop is ensured statically by a jolnt circular with lip 26, and dynamically, by injection of liquids under presslon around the ~ olnt a levre 26, in an annular chamber 28 which surrounds that cl, so ~ supprlmer the friction of ~ olnt during rotatlon, by bvltant sound 25 wear and preventing the material contained in the r ~ actor from penetrating into the ) had surrounding the) olnt.
- Choose one or the other of the two embodiments of the invention.
- The exact quantity of material contained in the reactor is known at any time by weighing the entire reactor, or by the height of the liquid 30 contained in piaine 35.
-The material can be introduced or recycled at various points particulars of the reactor without requiring the displacement of pipes, it suffices to operate valves.
SHEET C) E REPLACEMEN
WO 92/16613 ~ 8 5 ~ pcr / FR92 / 00219 23.
-The immerslon of the reactor, in a liquid bath, the level of which varies at the same time as the charge contained in the receiver, cancels at all moment the load on the reactor bearings, and the very reduced stresses which This also results in the very body of the reactor, allowing a very economical production5 of the corresponding boilermaking. The same is true for civil engineering works which must support the total mass of the reactor. He is blen known indeed, that the pressure on the horizontal bottom of a container containing a liquid is the same at all points, which is distributed evenly the load on the appul floor, which can avoid having to use foundations l O very expensive specials when the loads remain punctual. This immersion also allows elegantly to regulate the problem of regulation or ; ~ malnt ~ ent in temperature, of the material contained in the reactor, by adjusting the temperature of the bath in which the reactor is immersed. This particularity constitutes an interesting advantage, especially in the case of the l S anasroble fermentation of household waste, because in current practice, we warm the charge humidification liquid beforehand mix with the requested material, and before introducing the alns paste obtained in the reactor. As the proportion of liquid in the charge is relatively low, it should warm ~ CCP7 strongly the liquid so that the dough is introduced 20 in the reactor at a temperature suitable for fermentation. This reheating the llquide crbb a pasteurlsation which delays the fermentation. The heating of the liquid bath provided for in this invention can result in a reduction in the residence time of the materials in the reactor. Has capsulated of equal production the reactor will therefore be less bulky, and therefore less expensive.
-The rotational rotation by the means provided in Figures ll to l 6, alone or filled together, makes it possible to envls the erection of reactors large tallle turns that will be difficult to rotate other.
FEUI ~ LE DE ~ EMPLAI :: EMENT