reacteur a lit fluidise pouvant traiter des minerais de

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REACTEUR A LIT FLUIDISE POUVANT TRAITER DES
MINERAIS DE GRANULOMETRIE VARIABLE
1.INTRODUCTION
La fabrication du carbure de fer s'effectue en lit fluidisé. Voir par exemple brevet
US 5 118 479.
La physique du lit fluidisé enseigne qu'un tel réacteur est étudié pour un minerai de
granulométrie fixée et ne peut pas fonctionner convenablement avec des
matériaux différents.
Le but de cette note est de présenter un système permettant d'adapter le réacteur à
des minerais de diverses granulométries.
2.INFLUENCE
DE
LA
GRANULOMETRIE
FONCTIONNEMENT D'UN LIT FLUIDISE
SUR
LE
Un réacteur à lit fluidisé comporte un fond muni de nombreuses tuyères. Le matériau
constitue une couche fluidisée traversée par le gaz issu des tuyères. Les
particules fines sont entrainées hors du lit par le flux gazeux et doivent être
récupérées par un dispositif de dépoussiérage, par exemple un cyclone.
Il est connu qu'un lit fluidisé de grande dimension ne peut fonctionner de façon
régulière en tout point que si les tuyères offrent une perte de charge notable au
passage du gaz.
Ceci peut se démontrer par les équations suivantes (voir figure 1), soit :
•d1
: la densité apparente du matériau non fluidisé (lit fixe)
•d2
: la densité du matériau dans l'état fluidisé (avec une certaine proportion de
bulles selon le débit de gaz utilisé)
•V
: la vitesse de passage du gaz
•Um
: la vitesse minimale du gaz pour la mise en fluidisation de la poudre.
L'expérience montre qu'il arrive fréquemment qu'une partie du lit ne soit pas fluidisé.
Le lit est toutefois traversé par du gaz à une vitesse sensiblement égale à Um.
Plaçons-nous dans le cas où pratiquement tout le lit est fluidisé comme prévu (avec
la vitesse V) et examinons la condition pour que la dernière partie fixe se fluidise
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à son tour. la surface libre du lit est horizontale. On peut calculer les pertes de
charge du gaz :
•Dans
les tuyères de distribution du gaz :
Pt = k.Um2 sous le lit fixe
Pt = k.V2 sous le lit fluidisé
•Dans
le lit :
P = d1.g.h dans le lit fixe
P = d2.g.h dans le lit fluidisé
Pour que la quantité de gaz dans le lit fixe augmente, il suffit que :
•k.V2
+ d2.g.k > k.Um2 + d1.g.h
ou
•k(V2
- Um2) > g.h. (d1 - d2)
On voit que si le facteur de perte de charge des tuyères est trop faible, la conduite
requise peut ne pas être satisfaite.
On remarque aussi que :
•k
étant fixé , la vitesse a une forte influence
•k
et V étant fixés, la condition peut être obtenue en agissant sur la hauteur du lit
h.
La vitesse admissible est fixée par une autre limitation : l'envol de particules hors du
lit (élutriation). La quantité des envols dépend de la proportion de fines particules
dans le matériau. Lorsqu'on traite des minerais fins, on est obligé de réduire la
vitesse de passage du gaz.
Afin d'obtenir une fluidisation régulière, on peut agir sur 2 facteurs :
1)La perte de charge des tuyères. Cela nécessite un dispositif mécanique
compliqué. De plus, la perte de charge totale peut excéder les performances
des compresseurs.
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2)La hauteur du lit. C'est l'idée de base poursuivie dans ce qui suit.
3.REACTEUR A HAUTEUR VARIABLE
Plusieurs solutions peuvent être envisagées. :
•figure
2a : le réacteur est muni de plusieurs surverses munies de dispositifs
d'obturation. Toute
s celles situées au dessous du niveau requis sont
fermées.
•figure
2b : Le niveau moyen du lit dans le réacteur est déterminé, par exemple
grâce à une mesure de la différence de pression à travers le lit. une
extraction en partie basse munie d'une obturation permet de réguler le
niveau du bain.
4.UTILISATION POUR LA FABRICATION DE CARBURE DE FER
Un avantage économique important de la fabrication de carbure de fer est que le
minerai n'a pas besoin d'une mise en forme contense
(boulettes) contrairement
aux procédés classiques de réduction directe.
Malheureusement, cet avantage s'amenuise si le réacteur ne peut consommer que
des minerais présentant une fourchette très étroite de granulométrie.
Afin de conserver l'avantage économi
que du procédé, on peut opérer de la manière
suivante :
•le
minerai est criblé avant chargement dans le réacteur. Les fines sont stockées
à part, tandis que le matériau correspondant à la granulométrie normale est
traité. Les fines récupérées aux divers points du système sont également
stockées avec les précédentes. le lit est maintenu au niveau haut normal.
Lors de campagnes périodiques, on effectue les opérations suivantes :
•Le
lit est baissé à la vitesse diminuée. Tant que le lit est encore constitué de
particules normales, il faut veiller à ce que la vitesse minimale de fluidisation
correspondante soit maintenue. On peut être obligé de vidanger le lit en
dessous du niveau qui sera requis par la suite lors du traitement des fines (si
la vitesse de fluidisation des particules normales excède la vitesse de
passage dans le lit de fines).
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•La
vitesse est portée à la valeur requise pour le traitement des fines, puis le
réacteur est chargé en fines, le bain étant maintenu au niveau convenable.
En fin de campagne, les fines sont vidangées avant le retour à la situation
normale.
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