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Abstract

An experimental study of convective heat transfer from hot air to the solid charge and walls in a non-fired rotary kiln is reported. Ottawa sand was heated by passing it counter-current to a flow of preheated air in a 2.5 m × 0.19 m I.D. rotary kiln. Axial temperature profiles of gas, wall and solids were measured. Local and average convective heat transfer coefficients from gas to solids and from gas to wall were determined assuming plug flow of gas and solids. Solid feed rates to 1750 kg/m2 h and air rates to 3300 kg/m2 h were investigated at rotational speeds to 6 r/min, holdup ratios to 17% and gas temperatures from 350–590 K. The gas/solids convective coefficient was found to depend on the gas through-put and to a lesser extent on solids holdup and rotational speed. Over the range tested, the angle of kiln inclination, solids throughput and particle size showed no significant effect on heat transfer. Gas/wall coefficients were about a factor of ten below gas/solid coefficients. Heat transfer results are compared to the limited data available in the literature, and to commonly used equations. Correlations of the experimental data on gas/solids, and gas/wall coefficients are presented; data from the literature on the wall/solids heat transfer coefficient are summarized.

On présente une étude expérimentale sur le transfert thermique convectif de l'air chaud à la charge solide et aux parois dans un four rotatif sans brǔlures. On a chauffé du sable Ottawa en le faisant passer à contre-courant dans un flux d'air pré-chauffé, dans un four rotatif de 2.5 mètres par 0.19 mètre de diamètre intérieur. On a mesuré les profils des températures axiales du gaz, des parois et de la charge solide. On a déterminé, en supposant l'existence d'un écoulement piston du gaz et des solides, les coefficients de transfert thermique convectif local et moyen du gaz à la charge solide et du gaz aux parois. On a étudié des vitesses d'alimentation en solides allant jusqu'à 1750 kg/m2 h et des vitesses de l'air atteignant 3300 kg/m2 h et ce, à des vitesses de rotation allant jusqu'à 6 tours à la minute, pour des rapports de rétention de 17% et des températures comprises entre 350 et 590 K. On a trouvé que le coefficient de transfert thermique convectif du gaz à la charge solide dépendait du débit du gaz et, à un degré moindre, de la rétention des solides et de la vitesse de rotation. On a constaté qu'à l'échelle des expériences faites, l'angle d'inclinaison du four, le débit et les dimensions des particules solides n'avaient aucun effet important sur la transfert de chaleur. Les coefficients de transfert thermique convectif du gaz aux parois avaient une valeur dix fois moindre que celle des coefficients de transfert du gaz aux matières solides. On a comparé les résultats relatifs aux transfert de chaleur avec les renseignements restreints qu'on trouve dans la littérature technique et avec les équations usuellement employées. On présente des corrélations entre les résultats expérimentaux obtenus, pour les transferts de chaleur entre gaz et solides et gaz et parois; on résume aussi les données parues dans la littérature technique relativement au coefficient de transfert de chaleur des parois aux solides.