reacteur a lit fluidise pouvant traiter des minerais de
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reacteur a lit fluidise pouvant traiter des minerais de
5736/MF/1916 032 - P11 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 1 5736/MF/1916 032 - P11 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. 2 5736/MF/1916 032 - P11 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). 3 5736/MF/1916 032 - P11 •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. 4