Procédé pour effectuer un échange de chaleur entre une matière pulvérulente
et un fluide et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé.
La présente invention concerne un procédé pour effectuer un échange de chaleur entre une matière pulvérulente et un fluide.
Ce procédé est caractérisé selon l'inven- tion par le fait qu'on établit un lit allongé formé de ladite matière pulvérulente rendue mouvante au moyen d'un courant, de gaz uniformément distribué s'écoulant à travers ce lit depuis le fond de celui-ei vers le haut, qu'on fait circuler ledit fluide dans des élé- ments échangeurs de chaleur plongés dans ledit lit, qu'on fait arriver de la matière pulvé rulente d'une manière continue à une extrémité du lit et à proximité de son fond, et qu'on évacue de la matière pulvérulente de façon continue à la partie supérieure de l'extrémité opposée du lit en évacuant, le gaz au fur et à mesure qu'il se sépare de la ma tière ainsi évacuée, le tout.
de façon que la matière pulvérulente rendue mouvante du lit progresse le long de celui-ci en échangeant de la chaleur avec le fluide circulant dans les éléments échangeurs de chaleur plongés dans ce lit.
L'invention comprend également un appa- reil pour la mise en oeuvre de ce procédé et caractérisé en te qu'il comprend une auge allongée horizontale, une paroi horizontale perméable aux gaz située à distance du fond de l'auge de façon à séparer un compartiment lran.
sporteur supérieur, destiné à eontenir le lit de matière pulvérulente mouvante, d'un compartiment inférieur, au moins une conduite pourvue d'un organe de réglage pour l'introduction de gaz sous pression dans ledit compartiment inférieur, des éléments échan- geurs de chaleur montés dans le compartiment transporteur de l'auge le long de celui-ci, un dispositif permettant d'introduire la matière pulvérulente d'une manière continue à une extrémité du compartiment transporteur à proximité du fond de celui-ci et un dispositif permettant d'évacuer la matière pulvéru- lente d'une manière continue à l'autre extrémité du compartiment transporteur à la partie supérieure de eelui-ei.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de 1'appareil échangeur de chaleur suivant l'invention pour la mise en ouvre d'une forme d'exécution, également donnée à titre d'exemple du procédé selon l'invention.
La fig. 1 est une coupe verticale longitudi- nale de cette forme d'exécution de l'appareil suivant l'invention.
La fig. 2 est une coupe verticale transversale du mme appareil suivant 2-2 de la fig. 1.
L'appareil représenté comporte une auge allongée dont l'ensemble est indiqué en A.
Dans cette auge A est disposée, à distance de son fond, une paroi horizontale perméable à 1'air 10 séparant un compartiment transporteur supérieur 11 d'une boîte à air inférieure 12. Cette paroi comprend, par exemple, une toile, textile ou métallique, reposant sur une grille support 10a et permet le passage de l'air, mais retient la matière pulvérulente. La boîte à air 12 reçoit de l'air comprimé par l'orifice 13 et le conduit à air 14, muni d'une vanne de réglage non représentée.
A une extrémité, l'auge présente une paroi transversale 15 dont la partie inférieure inclinée 16 forme le fond d'une caisse d'alimentation 16a,. Des moyens (non représentés) sont prévus pour faire arriver par gravité un cou- rant continu de matière pulvérulente chaude, par exemple de l'alumine calcinée, dans cette caisse par le conduit adducteur 17. Une vanne 18, qui peut tre déplacée verticalement, sépare la caisse 16a du compartiment transporteur et règle une ouverture de communication 18a qui permet le passage de la matière pulvérulente de la caisse 16c dans la partie inferieure du compartiment transporteur audessus de la paroi 10.
La vanne 18 est munie d'un dispositif manuel de commande 19 constitué par un volant de manoeuvre 20 engagé sur le filetage d'une vis solidaire de cette vanne. En faisant tourner le volant 20, on peut ainsi élever ou abaisser la vanne 18 et ainsi régler le débit de matière pulvérulente introduite dans le compartiment 11.
Du moment que le débit d'une matière pulvérulente d'une densité déterminée quel- conque, à travers l'ouverture 18a, dépend largement de l'angle du talus naturel d'éboulement de la matière, le réglage vertical de la vanne 18 est très utile du moment qu'il permet d'obtenir les conditions les plus favorables au fonctionnement malgré les variations des caractéristiques physiques de la matière.
Le dessus du compartiment transporteur 11 est fermé, pour isoler l'intérieur de l'air extérieur, par un couvercle 22 fixé par des boulons 22b à des brides 22a.
Des éléments échangeurs de chaleur 25 constitués par des serpentins de forme aplatie sont montés dans le compartiment transpor tel, 11 le long de celui-ci ; ils sont branchés en série et reliés à une source appropriée de fluide de refroidissement de façon que ce fluide circule dans les éléments 25 à partir de l'extrémité du compartiment Il opposée à l'extrémité d'alimentation vers cette extrémité. Bien entendu, on peut réunir les serpentins de refroidissement en parallèle, ou en série parallèle, sans s'écarter du principe de l'appareil.
Les éléments échangeurs 25 peuvent avoir une forme quelconque n'obstruant pas exagérément le passage de la matière pulvérulente.
Cependant, on a trouvé que l'utilisation d'élé- ments constitués par des tubes formant des serpentins de forme aplatie, tels que les montre le dessin, est particulièrement satisfaisante.
A l'extrémité d'évacuation du compati- ment transporteur 11 est disposée une paroi transversale fixe 26 contre laquelle coulisse un volet 27 mobile verticalement, dont le bord supérieur 27s forme le seuil d'un déversoir par-dessus lequel la matière pulvérulente se déverse dans la trémie 28 munie d'un conduit d'évacuation de cette matière. La position du volet mobile verticalement 27 est commandée de la mme manière que celle de la vanne 21 par un volant de manoeuvre 30 engagé sur le filetage d'une broche mobile verticalement 31.
Une cheminée 32 est prévue au-dessus de la trémie 28 pour évacuer l'air au fur et à mesure qu'il se sépare de la matière pulvéru- lente dans la trémie 28.
L'auge A est convenablement maintenue au-dessus du plancher de l'installation par des pieds 33 et 34.
Le fonctionnement de l'appareil est le suivant :
La matière pulvérulente chaude, telle que de l'alumine calcinée ou matière similaire, arrive de façon continue par gravité dans la caisse d'alimentation 16a et passe dans le com- partiment transporteur 11 à proximité du fond 10 de celui-ci par l'ouverture 18a. L'air ou un autre gaz s'élève en un courant eonvenablement réglé et uniformément distribué à travers la paroi 10. Au fur et à mesure que la matière pulvérulente passe au-dessous de la vanne 18, l'air s'élève à travers cette matière et annule ainsi sensiblement l'angle de son talus d'éboulement. La matière pulvérulente (revient mouvante et se comporte à peu près comme un liquide.
Elle s'étale sur la paroi 10, après quoi elle commence à remplir le com ) artiment 11. Des que le niveau de la matière pulvérulente rendue mouvante atteint, dans le compartiment transporteur 11, le niveau du seuil 27a, elle commence à se déverser dans la trémie 28, en passant sur ce seuil, et le débit du trop-plein passant dans la trémie 28 correspond finalement au débit d'arrivée de la matière pulvérulente chaude dans la caisse d'alimentation 16a. Le niveau du lit de matière mouvante que contient le compartiment transporteur 11 reste sensiblement constant, ainsi qu'il a été indiqué en 35.
Cependant, on doit noter que chaque particule individuelle de la matière pulvérulente eircule de l'orifice d'entrée 18a vers le seuil de sortie 27a et passe en mme temps autour et sur les serpentins 25 dans lesquels circule le liquide de refroidissement.
Au fur et à mesure que la matière pulvé rulente refroidie se dépose dans la trémie 28, l'air se sépare de cette matière et s'élève dans la cheminée d'évacuation 32. La matière pulvérulente refroidie est soutirée par gravité par le conduit monté au fond de la trémie 28.
Au lieu d'utiliser l'appareil décrit pour le refroidissement d'une matière pulvérulente, on peut bien entendu l'utiliser également pour chauffer une matière de ce genre.
Il est évident que pour obtenir nn Fonc- tionnement convenable de l'appareil décrit, la vitesse de sortie de l'air utilisé pour rendre la matière mouvante, tout en devant etre suf- fisante pour obtenir cet effet, doit tre maintenue sensiblement au-dessous de celle pour laquelle une partie ou la totalité des particules solides est entrainée en suspension par le gaz.
L'efficacité de 1'appareil décrit au point de vue transmission de chaleur et récupération de la ehaleur dans le liquide de refroidissement est remarquable, ainsi qu'il ressortira de l'exemple ci-après qui indique le bilan thermi- que obtenu avec un appareil construit à l'échelle d'un appareil d'essai.
Exemple empe.-
On a utilisé, comme appareil d'essai, un appareil établi selon les fig. 1 et 2 et présen- tant une longueur de 3,60 m et une largeur de 0,46 m, comportant un compartiment transporteur de 3 m de longueur, 46 cm de largeur et une profondeur de 1,06 m, équipé avec des vannes et des éléments échangeurs de chaleur réglables sous la forme de deux files de serpentins refroidis par l'eau. La quantité moyenne d'air utilisée pour rendre la matière pulvérulente mouvante était de 93,6 litres par minute et par dm2. Le débit du liquide de refroidissement dans les serpentins était de 20 litres par minute, tandis que la quantité d'alumine traversant l'appareil était de 6800 kg par heure.
La température de l'alumine à l'entrée était de 185 C, elle était abaissée à 132 C à la sortie. La température de l'eau de refroidissement était de 25 C à l'entrée et de 88 C à la sortie.
Le bilan thermique total de l'opération était le suivant :
Cal/min Pourcentages a) Chaleur totale perdue
par l'alumine 1275 100,00 b) Chaleur absorbée par r
l'air rendant la ma
tière mouvante 100 7,84 c) Chaleur récupérée par
le fluide de refroidis
sement 1157 90,76 d) Pertes de chaleur par
rayonnement 18 1,40
On a trouvé que dans l'exemple cité, la température dans une section verticale transversale était la mme depuis le bas jusqu'au haut.
On a également trouvé que la chute de température le long du compartiment transporteur de l'appareil décrit était une fonction logarithmique de la distance depuis l'extré- mité d'entrée lorsque les éléments échangeurs de chaleur formaient une surface de refroidissement continue d'un bout à l'autre du compartiment, et variait suivant une fonction linéaire et une fonction logarithmique dans le cas d'une surface de refroidissement non continue.
Method for effecting heat exchange between a powdery material
and a fluid and apparatus for carrying out this method.
The present invention relates to a method for effecting heat exchange between a powder material and a fluid.
This process is characterized according to the invention in that an elongated bed formed of said pulverulent material made to move by means of a stream of uniformly distributed gas flowing through this bed from the bottom thereof is established. -ei upwards, that said fluid is circulated in heat exchanger elements immersed in said bed, that pulverized material is made to arrive in a continuous manner at one end of the bed and in the vicinity of its bottom, and that the powdery material is continuously evacuated at the upper part of the opposite end of the bed, evacuating the gas as it separates from the material thus evacuated, the whole .
so that the pulverulent material made moving from the bed progresses along the latter by exchanging heat with the fluid circulating in the heat exchange elements immersed in this bed.
The invention also comprises an apparatus for carrying out this method and characterized in that it comprises an elongated horizontal trough, a horizontal gas-permeable wall located at a distance from the bottom of the trough so as to separate a lran compartment.
upper sportsman, intended to contain the bed of moving pulverulent material, of a lower compartment, at least one pipe provided with an adjustment member for the introduction of pressurized gas into said lower compartment, heat exchanging elements mounted in the conveyor compartment of the trough alongside it, a device for introducing the powder material in a continuous manner at one end of the conveyor compartment near the bottom thereof and a device for continuously discharge the powder material at the other end of the conveyor compartment at the top of the body.
The drawing shows, by way of example, an embodiment of the heat exchanger apparatus according to the invention for the implementation of an embodiment, also given by way of example of the method according to the invention. 'invention.
Fig. 1 is a longitudinal vertical section of this embodiment of the apparatus according to the invention.
Fig. 2 is a transverse vertical section of the same device according to 2-2 of FIG. 1.
The apparatus shown comprises an elongated trough, the assembly of which is indicated at A.
In this trough A is disposed, at a distance from its bottom, a horizontal wall 10 permeable to air separating an upper conveyor compartment 11 from a lower air box 12. This wall comprises, for example, a canvas, textile or metal. , resting on a support grid 10a and allows the passage of air, but retains the pulverulent material. The air box 12 receives compressed air through the orifice 13 and the air duct 14, provided with an adjustment valve, not shown.
At one end, the trough has a transverse wall 15, the inclined lower part 16 of which forms the bottom of a feed box 16a ,. Means (not shown) are provided for causing a continuous current of hot pulverulent material, for example calcined alumina, to arrive by gravity in this box via the adductor duct 17. A valve 18, which can be moved vertically, separates the body 16a from the carrier compartment and sets a communication opening 18a which allows the passage of the powdered material of the body 16c in the lower part of the carrier compartment above the wall 10.
The valve 18 is provided with a manual control device 19 consisting of a handwheel 20 engaged on the thread of a screw integral with this valve. By turning the handwheel 20, it is thus possible to raise or lower the valve 18 and thus adjust the flow of powdered material introduced into the compartment 11.
As long as the flow rate of a powdery material of any given density through opening 18a largely depends on the angle of the material's natural slope, the vertical adjustment of valve 18 is very useful as long as it allows to obtain the most favorable conditions for operation despite variations in the physical characteristics of the material.
The top of the conveyor compartment 11 is closed, to isolate the interior from outside air, by a cover 22 fixed by bolts 22b to flanges 22a.
Heat exchanger elements 25 formed by coils of flattened shape are mounted in the transport compartment such, 11 along the latter; they are connected in series and connected to an appropriate source of cooling fluid so that this fluid circulates in the elements 25 from the end of compartment II opposite the supply end towards this end. Of course, the cooling coils can be brought together in parallel, or in parallel series, without departing from the principle of the device.
The exchange elements 25 may have any shape which does not unduly obstruct the passage of the pulverulent material.
However, it has been found that the use of tube elements which form flattened coils, as shown in the drawing, is particularly satisfactory.
At the discharge end of the conveyor compartment 11 is arranged a fixed transverse wall 26 against which slides a vertically movable shutter 27, the upper edge 27s of which forms the threshold of a weir over which the pulverulent material pours. in the hopper 28 provided with a discharge duct for this material. The position of the vertically movable shutter 27 is controlled in the same way as that of the valve 21 by a handwheel 30 engaged on the thread of a vertically movable spindle 31.
A chimney 32 is provided above the hopper 28 to exhaust air as it separates from the powder material in the hopper 28.
Trough A is suitably maintained above the floor of the installation by 33 and 34 feet.
The operation of the device is as follows:
The hot powdery material, such as calcined alumina or the like, continuously flows by gravity into the feed box 16a and passes into the conveyor compartment 11 near the bottom 10 thereof via the. opening 18a. Air or other gas rises in a suitably regulated and uniformly distributed stream through wall 10. As the powder material passes below valve 18, air rises through. this material and thus substantially cancels the angle of its landslide slope. The pulverulent matter (comes back moving and behaves more or less like a liquid.
It spreads over the wall 10, after which it begins to fill the com) artiment 11. As soon as the level of the pulverulent material made moving has reached, in the conveyor compartment 11, the level of the threshold 27a, it begins to pour out. in the hopper 28, passing over this threshold, and the flow rate of the overflow passing through the hopper 28 finally corresponds to the flow rate of arrival of the hot pulverulent material in the supply box 16a. The level of the bed of moving material contained in the conveyor compartment 11 remains substantially constant, as indicated at 35.
However, it should be noted that each individual particle of the pulverulent material circulates from the inlet orifice 18a to the outlet threshold 27a and at the same time passes around and over the coils 25 in which the cooling liquid circulates.
As the cooled pulverized material settles in the hopper 28, the air separates from this material and rises in the exhaust duct 32. The cooled pulverulent material is withdrawn by gravity through the mounted duct. at the bottom of the hopper 28.
Instead of using the apparatus described for cooling a pulverulent material, it can of course also be used for heating such material.
It is obvious that in order to obtain proper operation of the apparatus described, the outlet speed of the air used to make the material moving, while having to be sufficient to obtain this effect, must be kept substantially at the same time. below that for which some or all of the solid particles are entrained in suspension by the gas.
The efficiency of the apparatus described from the point of view of heat transmission and heat recovery in the cooling liquid is remarkable, as will emerge from the example below which indicates the heat balance obtained with a apparatus built to the scale of a testing apparatus.
Example empe.-
An apparatus established according to FIGS. 1 and 2 and having a length of 3.60 m and a width of 0.46 m, comprising a conveyor compartment 3 m long, 46 cm wide and 1.06 m deep, equipped with valves and adjustable heat exchange elements in the form of two rows of water-cooled coils. The average amount of air used to move the powdery material was 93.6 liters per minute per dm2. The flow rate of the coolant through the coils was 20 liters per minute, while the amount of alumina passing through the apparatus was 6800 kg per hour.
The temperature of the alumina at the inlet was 185 C, it was lowered to 132 C at the outlet. The temperature of the cooling water was 25 C at the inlet and 88 C at the outlet.
The total heat balance of the operation was as follows:
Cal / min Percentages a) Total heat lost
by alumina 1275 100.00 b) Heat absorbed by r
the air making my
moving heat 100 7.84 c) Heat recovered by
coolant
sement 1157 90.76 d) Heat loss through
radiation 18 1.40
It has been found that in the example cited, the temperature in a transverse vertical section was the same from the bottom to the top.
It has also been found that the temperature drop along the conveyor compartment of the disclosed apparatus is a logarithmic function of the distance from the inlet end when the heat exchange elements form a continuous cooling surface of one. end to end of the compartment, and varied in a linear function and a logarithmic function in the case of a non-continuous cooling surface.
