Brevet FR2003437A1 — publié le 19691107

La présente invention se rapporte à un nouvel appareil et de nouvearoc procédés pour sécher des aliments et d*autres manières sensibles à la température, par exemple la laine, les plumes, le kapok, et d'autres matières fibreuses organiques, 5 des produits "biologiques, etc... D'autres avar.tages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite e:n regard des dessins annexés qui donnent à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réali-10 sation conforme à 11 invention. Sur ces dessins, La fig. 1 es"7 une vue latérale de l'appareil selon l'invention, en partie en coupe ; Iih fig. 2 est une vue en "bout du dispositif, des éléments 15 étant arraché a p01'- représenter la disposition interne du tuyau d'alimentation. La fig. 3 est une coupe partielle, à une échelle agrandie, du panier de centrifugeâge, représentant le lit de matière qui y subn t le âécliage. 20 Sur les deux figures 'î et 2, on a représenté des ensem bles auxiliaires de modèle classique par des rectangles schématiques. Pour déshydrater les aliments sous forme de particules, par exemple des cubes de pommes de terre, des cubes de carotte.-;, 25 des granulés de pommes de terre, les techniques connues consistent à former un lit de particules sur mie toile métallique ou une tôle perforée et à souffler de l'air chaud vers le haut à travers le lit. Lorsqu'on effectue la déshydratation de cette manière, le taux de débit de l'air à travers le lit doit être 30 maintenu à un niveau tel que le lit soit statique =. D'une manière préférable, le débit d'air est suffisamment fort pour faire déplacer les particules individuelles autour du lit ou les faire circuler à l'intérieur de celui-ci* Ce. mouvement cl.es particules assure en général une meilleure vitesse d'évaporation de 35 l'humidité et une déshydratation plus uniforme des particules individuelles. Cependant, il existe un facteur de limitation par le fait que si la vitesse de l'air est trop élevée, les particules sont soufflées hors du lit avant d'être- séchées d'une manière appropriée. Il en résulte qu'on ne peut obtenir 69 06458 2003437 tous les avantages que permettraient les débits d'air à grande vitesse. En conséquence,1a présente invention a pour but de fournir un appareil et un procédé à l'aide desquels on supprime la dif-5 ficulté précédente.La présente invention donne la possibilité de maintenir les particules à l'intérieur du lit même lorsqu'on applique des taux de débit d'air très élevés.Comme résultat net, la présente invention permet de tirer complètement profit des avantages dus aux vitesses élevées de l'air. 10 Essentiellement,ces résultats sont obtenus en opposant à l'effet de soulèvement de l'air une force centrifuge.Plus particulièrement,la présente invention envisage un processus tel que le suivant:un lit de particules de produit alimentation ou d'une autre matière sensible à la température est soumis à une rotation, 15 et en même temps,de l'air de séchage est refoulé vers l'intérieur (c'est-à-dire vers l'axe de rotation)à travers le lit.La rotation produit des forces qui tendent à déplacer les particules vers l'esx térieur(c'est-à-dire à l'écart de l'axe de rotation)de manière à s'opposer à la tendance de l'air à déplacer les particules vers 20 l'intérieur.De ce fait,par un réglage approprié de la vitesse de rotation,on peut utiliser des vitesses de l'air qui sont plus é-levées que celles qui peuvent être utilisées dans des systèmes de séchage classiques.De ce fait,on peut obtenir un grand nombre d'ar-vantâges,par exemple une plus grande rapidité d'évaporation,et 25 une déshydratation plus uniforme,non seulement des particules individuelles,mais encore ■une déshydratation plus uniforme de parties des particules individuelles.En ce qui concerne la rapidité d'évaporation,les recherches effectuées par les Demandeurs ont montré qu'on peut obtenir une vitesse plusieurs fois égale à celle 50 qu'on peut^avec^cies systèmes de séchage classiques.En fait,le taux d'évaporation est élevé au point qu'on peut utiliser des températures d'air plus basses qu'avec des systèmes classiques,de sorte que les caractéristiques vitales du produit telles que sa couleur, son goût,son odeur,sont mieux conservées.Un autre avantage dû à 5 5 la/elevee d'évaporation est le fait que l'appareil selon l'invention est beaucoup plus compact que les ensembles de séchage classiques de même capacité.Un autre avantage de la présente invention 06458 2003437 est le fait qu'elle peut être appliquée à des matières de faible densité telles que de.-.: plumes, de la laine en vrac, de la charpie de coton, des fibres discontinues. Le séchage de telles matière." légères et pelucheuses nécessite d'habitude l'utilisation de séchevrs à suspension dans l'air qui sont des éléments très encombrants d'appareils. En appliquant les principes expliqués ici, même ces matières de faible densité peuvent être séché es d'une façon efficace dans un appareil dont les dimensions ne sont; qu'une fraction de? sécheurs classiques à suspension dans l'air. En se reportant maintenant aux fig, 1 et 2, qui représentent une forme d'appareil suivant la présente invention, *• 'appareil comprend une chambre de distribution 1 qui communique avec une entrée 2 d'ail» chaud. En f onctioralement, de J! air est refoulé par un compresseur 3 à travers un dispositif de chauffage 4- et il est envoyé dans la chambre de distribution 1 de sorte que cette chambre est maintenue remplie d'air chaud sous une pression supérieure s la pression atmosphérique. A l'intérieur de la chambre de distribution 1 est monté un panier centrifuge rotatif, indiqué d'une manière générale en q.ui sert à supporter un lit de matière subissant la déshydratation. Le panier 5 comprend une base 6, une gerge 7 et une paroi circulaire 3, cette dernière étant en toile métallique ou en tôle perforée. Les ouvertures de la paroi 8 sont choisies de manière à ce que les particules de matière soient maintenues à l'intérieur du panier 5 tandis que l'air chaud (provenant de la chambre de distribution 1) puisse les traverser. Le panier > tcurillonne dans des paliers 9 et '10, qui comprennent des joints classiques pour le gaz empêchant l'air chaud sous pression se trouvant dans la chambre de distribution 1 de s'échapper. Pour le faire tourner, le panier 5 est claveté sur un arbre 11 qui est entraîné par un moteur à vitesse variable (non représenté) ou par un dispositif semblable. Pour introduire la matière à sécher (A) dans le système, on ctil"se une trémie 12 qui"communique par l'intermédiaire d'un tube 13 avec un tuyau d'alimentation 14-. De l'air comprimé introduit par l'orifice d'entrée 15 propulse la matière dans le tiîyau d'alimentation 14- et l'introduit à l'intérieur du panier En réglant l'une manière appropriée une vanne 16, on peut 69 06458 2003437 introduire la matière dans le système, suivant le régime voulu. Comme on le voit sur la fig. 2, le tuyau d'alimentation 14 pénètre dans le panier 5 avec une légère torsion de telle sorte que la matière n'est pas introduite directement, mais suivant 5 un angle de 35 & 45 degrés environ en sens inverse du sens de rotation. Cette disposition du tuyau d'alimentation est préférée du fait que la matière qui pénètre dans le panier forme rapidement une partie du lit. La matière séchée évacuée du panier 5 passe dans une cjiam-10 bre 17 pourvue d'un conduit de sortie 18. Pour tiéparer- la matière séchée du débit d'air qui l'accompagne, le courant qui sort du conduit 18 est envoyé, à un séparateur-cyclone classique représenté par le rectangle 19o Une vitre d'observation 20 est disposée au sommet de la 15 chambre 17 20 D'une manière générale, il est préférable d'effectuer les déshydratations d'une manière continue (à la différence d'opérations effectuées par fournées) et l'appareil selon l'invention est particulièrement utile pour de telles applications. Dans cc type de fonctionnement, la matière à sécher est introduite sui-25 vant un régime prédéterminé par l'intermédiaire du tuyau d'alimentation 14 dans le panier 5j pendant que ce dernier est mis en rotation et que de l'air chaud est refoulé dans la chambre de dis-aribution 10 La vitesse de .rotation et le"taux d'introduction de l'air sont mis en corrélation de telle sorte que la 30 matière forme un lit autour de la surface intérieure de la paroi perforée 8 et que les particules du lit sont fluidisées ou au moins basculent de telle sorte qu'il se produit ■une circulation des particules à l'intérieur du lit. De plus, les variables précitées sont mises en corrélation de telle sorte qu'à 35 mesure que les particules individuelles deviennent sèches et de ce fait moins denses, elles sont entraînées dan.s le courant d'air qui quitte le lit et qui sort dans la chambre 17. Si on désire faire fonctionner Ile système par fournées2 on introduit une quantité appropriée de matière dans le panier 69 06453 5 2003437 5, qui est alors mis en rotation et on applique de l'air chaud à la chambre de distribution 1. La vitesse de rotation et le taux d'introduction de l'air chaud sont à nouveau mis en corrélation. pour maintenir les particules sous la forme d'un lit, 5 les particules individuelles circulant à l'intérieur du lit. Ces conditions sont poursuivies jusqu'à ce que le lit soit sec, à ce moment on augmente le débit de l'air (ou on diminue la vitesse de rotation} de sorte que le produit est soufflé à 1'extérieur du panier dans la chambre 17» 10 On se reportera maintenant à la fig. 3 qui représente le lit du courant de matière, pendant une déshydratation continue. La référence numérique 22 indique le lit de particules, qui est maintenu en place autour de la face intérieure de la paroi S par la force centrifuge produite par la rotation du panier- 5« 15 La force centrifuge est représentée par la flèche 23. De l'air chaud provenant de la chambre de distribution 1 est refoulé en même temps à travers le lit en sens inverse du sens de la Corce centrifuge. Ce courant d'air chaud représenté par la flèche 24-s1 oppose à l'effet de tassement de la force centrifuge et fait 20 déplacer les particules individuelles du lit d'une manière aléatoire ou les fait circuler à l'intérieur* du lit, comme indiqué par les flèches 25. En même temps, il se produit un mouvement des particules de la droite vers la gauche, produit par l'addition continue de matière fraîche (B) au voisinage de la plaque 25 de base 6. De ce fait, dans l'ensemble, les particules individuelles non seulement se déplacent suivant des trajets de circulation aléatoires à l'intérieur du lit, mais encore elles se déplacent vers la g rge 7* Lorsque les particules se rapprochent de l'extrémité dirigée vers la gorge du lit 22, elles 30 sont déshydratées et présentent une faible densité de sorte qu'elles sont entraînées par le courant d'air de sortie et passent dans la chambre d'évacuation 17. Comme indiqué ici, la présente invention peut être utilisée pour déshydrater tous les types de matières sensibles à la 35 température sous la forme de grains. Des exemples types de telles matières sont les x>ois j les haricots, les graines, les baies ; les raisins ; les fruits en tranches ou en cubes, les légumes ou les viandes, par- exemple des pommes coupées en cubes, des carottes coupées en cubes, de la volaille coupée en 69 06458 6 2003437 cubes, des oignons en "branches, du cresson haché, des matières granulées, pulvérulentes ou cristallines telles que des granulés de pommes de terre, le sucre, 1'amidon, la farine, D'autres exemples sont donnés par des matières fibreuses telles que les 5 plumes, la laine en vrac, la charpie de coton, les fibres de rayonne discontinues. La présente invention peut également être appliquée à des matières biologiques, telles que des produits botaniques, la levure, et d'autres préparations microbiennes, les os, des organes, etc.. D'autres exemples sont l'huile de ' 10 lin, et des résidus d'extraction de l'huile, tels que les farines qui restent après l'extraction de l'huile de graine do coton, de la graine de carthame. Bien que la présente invention trouve son plus grand domaine d'utilisation dans la déshydratation, or, peut l'utili-15 ser pour effectxier divers types d'opérations qui consistent à mettre en contact des matières solides en particules avec un agent gazeux. Dans de telles applications, la présente invention assure un contact; intime de la matière en particules avec l'agent gazeux, dans les conditions de turbulence produites 20 par un courant de gaz injecté vers 11 intérieur, pendant que les particules en masse sont maintenues dans la zone de traitement par une foi'ce centrifuge, ce qui a pour résultat net que le traitement voulu est effectué rapidement, d'une manière uniforme, et avec un appareil de petites dimensions par ra.pport à 25 sa capacité. Des applications typiques de la présente invention, en plus de celles indiquées plus haut, sont données ci-après à titre d'exemples mais non de limitation. La présente invention peut être utilisée pour faire gonfler divers produits alimentaires. Dans ces applications, on 30 maintient le courant d'air à une température très supérieure à celle qu'on utilise couramment pour la déshydratation de telle sor-te que l'évaporation s'effectue avec une rapidité telle qu'elle fait gonfler ou dilater la matière qui subit le traitement. Suivant le type de produit et le degré de gonflement sou— 35 haité, on peut utiliser des températures de l'air comprises entre 177 et 5380C„ Des exemples types des matières qu'on peut faire gonfler sont ï les pommes de terre, les carottes, les pommes, les patates douces, ou d'autres fruits ou d'autres légumes sous la forme de particules tels que des cubes, des traricîieB, 06458 2003437 des morceaux, ou "hier sous forrae entière avec des produits plus petits tels que des pois, des haricots, des lentilles, du "blé, de l'orge, du ris, du maïs, du millet- D'autres produits qu'on peut faire gonfler sont des grains prétraités tels que pr-j? exemple du ri s prébouilli, du sais entier ou éclaté, et des produits à "base de "blé décortiqué, cru ou précuit, tels que ceux: décrits dans 1>-*- brevet des Etata Unis d'Amérique ÏT° 3.353.723. la présente invention peut également être utilisée peur rôtir tous les types de produite alimentaires, par exemple les grains de café, les grains d soja et d'autres légumes en grains, les céréale servent de substituts au café. On peut également utiliser la présente invention pour blanchir ou cuire tous -los types d'alimentations en particules,, Dans de telles applications, en peut Introduire de la vapeur d'eau ou de;- pulvérisations d'eau dans la chambre de distribution de telle sorte que le courrait gazeux venant en contact avec le produit alimentaire produise l'effet de blanchiment ou de cuisson recherché sans déshydratation concommittente ou avec le degré voulu de déshydratation en réglant d'une manière appropriée la quantité d'humidité introduite dans la chambre 10 De plus, pendant l'utilisation de la présente invention pour de telles applications telles que la déshydratation, le gonflement, le blanchiment, la caisson, on peut utiliser le courent gazeux comme moyen commode pour mettre le produit alimentaire en contact avec un agent voulu. 0'est ainsi qu'on peut Introduire dans la chambre le distribution 1 des agents tels que de la fumée de bois pour derner au produit un goût de fumée, ou bien des agents de conservation tels que de l'anhydride sulfureux pour empêcher les produits de noircir» On peut également utiliser la présente invention pour refroidir, congeler ou précongeler des aliments en particules» Dans le telles applications, il est év dent que 11 appareil de chauffage 4 serait remplacé par un ensemble de réfrigération de telle sorte que le courant galeux pénétrant dans la chambre de distribution " soit à la basse température appropriée nécessaire pour traiter la matière» Les exemples donnés ci-après servent-à illustrer encore la présente invention. 69 06458 8 2003437 Le sécheur utilisé au cours de ces essais a été celui décrit plus haut, dans lequel le panier 5 présentait les dimensions sui'vantes : diamètre 152 mm, profondeur 102 Eda (sans la gorge)} ce qui donne une surface de séchage (paroi 8) de 5 484- cm^c Exemple 1 - Déshydratation continue de carottes coupée d en aibes La matière de départ a été constituée par des carottes coupées en cubes de 9*5 mm, présentant une teneur en humidité de 90 On l'a introduite dans le système à un régime de 6 kg 10 par heure. On a fait; tourner le panier 5 à 200 tours par minute et on a fourni à la chambre de distribution 1 de l'air à 96°C avec un débit de 6 m^ par minute (mesuré dans des conditions standard), La pression dans la chambre de distribution était de 127 eu1- produit suivant un régime de 3 kg par heure (la 3urée de séjour dans .le sécheur a été d'environ cinq minutes). Le produit dans cet état de déshydratation partielle représentant une perte de poids de 50 % par évaporation de l'eau," convient d'une manière 20 idéale pour préparer des carottes déshydratées et congelées (brevet des Etats-Unis d'Amérique If0 2*477«605)• On a observé que la forme de cubes donnée à la matière de départ était conservée dans le produit, et des essais de goût ont indiqué qu'il n'y avait aucune altération ni de la couleur ni du goût. 25 On a calculé que le rendement de séchage était de 58,8 grammes évaporés par heure et par dm de surface de séchage,, Geci est égal à deux ou trois fois le rendement obtenu dans des secteurs à courroie classique. De plus, la durée de séjour, dans le sécheur selon l'invention n'a été que du quart ou du 30 cinquième de celle nécessaire pour un séclieur à courroie "classique, ce qui indique un accroissement de quatre à cinq fois de la capacité d'évaporation. Exemple 2 - Déshydratation continue de pommes coupées en cubes La matière de départ dans ce cas a ét' des pommes coupées 35 en cubes de 6,4 mm» Les cubes :âe pommes ont été introduits dans le système à u»- régime de 6 kg par heure. On a fait tourner le panier 5 à 250 tours par minute (ce qui présente une accélération égale a cinq fois cslle.de la pesanteur), et on a appliqué à la chambre 1 de l'air à 104°C à un débit- d'environ 14 wP par 69 06458 2003437 minute (mesuré à 104°G). La pression dans la chambre de distribution 1 a été de 127 ^ d'eau au-dessus de la pression atmosphérique. Le produit a été déchargé suivant un régime de 2,9 kg par heure. La durée de péjour dans le sécheur a été d'environ 5 cinq minutes» Le produit dans cet état de déshydratation partielle, x*epré s entant une perte de poids de 50 % par évaporation de l'eau, convient d'une manière idéale à la préparation de pommes déshydratées et congelées. On a observé que la forme de ceubes de la matière (3e départ était conservée par le produit, et des 10 essais organoleptiqu-s ont Indiqué qu'il n'y avait aucune altération ni de la couleur ni du goflt. Or, a calculé que le rendement de séchage était de 67,1 2 grammes d'eau evaporée par heure et par dm de surface de séchage . 15 Exemple 3 Dans ce cas, la présente invention a été appliquée à la production continue de maïs grillé et éclaté. Des grains de maïs cru (variété convenant pour le grillage et l'éclatement) ont été introduits dans le système suivant un régime de 2,7 kg 20 par heure. Les diverses autres conditions de fonctionnement étaient : vitesse de rotation du panier 5j 200 tours par minute; température de l'air 193°C-; débit d'air, 6,5 par minute (mesuré à 193°0)« L'essai a eu pour résultat une production continue de maïs grillé et éclaté de qualité excellente et de grande 25 dimension. Exemple 4 Dans cet essai, on a fait fonctionner le sécheur par fournée. La matière de départ a été des carottes en cubes de 6,4mm contenant 88,2 % d'eau. Les cubes rie carottes (0,544- kg) ont 30 été chargés dans le panier- qu'en a fait ensuite tourner à 375 tours par minute. On a envoyé de l'air à 96°C dans la chambre 1 avec un débit de 10,5 m^par minute (mesuré dans les coaditions standard). Après une période de dix minutes, on a diminué la vitesse Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif, et qufelle est susceptible de diverses variantes sans sortir de 40 son cadre. 69 06458 10 2003437 lETimiîtinns 1 „ Procédé pour traiter ■une matière en particules sensible à la chaleur à l'aide d'un gaz, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : former en masse la matière en 5 particules, faire tourner cette masse afin de lui appliquer une force centrifuge, diriger en même temps un courant de gaz à travers cette masse suivant une direction opposée à la force centrifuge, la vitesse du courant gazeux étant suffisamment, élevée pour faire basculer et enrouler à l'intérieur de la mas-10 se d'une manière active les particules individuelles mais n'étant pas suffisamment élevée pour éjecter les particules de cet-masse avant qu'elles n'aient subi un traiteinert prédéterminé» 2» Procédé suivant la revendication 1, caractérisé èn ce que la matière en particules est humide, le procédé ayant pour 15 "but de la sécher et le gaz utilisé pour éliminer l'humidité é— tant de l'air chaud» 5o Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la matière est un. produit alimentaire» ~ 4-» Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce 20 que la matière est constituée par des fibres» 5« Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la vitesse du courant d'air est suffisamment élevée pour maintenir la masse à un état fluidisé» 6» Procédé suivant l'une quelconque dès revendications 25 de 2 à 5) caractérisé en ce que la matière en particules est humide, le but du procédé étant de sécher la matière et la masse de matière humide étant mise en rotation dans une chambre comportant des parois perforées à travers lesquellos on refoule de l'air chaud» , , _ , „ .des .revendications . 3D 7. Procédé suivant l'une quelconque/de 1 a 5j caractéri sé en ce que la matière en particules est fournie d'une façon continue à une zone de déshydratation et est soumise à une rotation continue dans cette zone tout en étant retenue par une surface perforée, la vitesse de rotation étant suffisamment 35 élevée pour maintenir la matière en particules contre cette surface sous l'action de la force centrifuge, un courant d'air chaud étant dirigé d'une façon continue à travers cette surface perforée en sens inverse de la force centrifuge et à travers la matière en particules, la vitesse de ce courant drair chaud 69 06458 2003437 étant suffisamment élevée pour faire i'luidiser la matière en particules et pour ne lréjecter de la zone de déshydratation qu'après qu'elle a été déshydratée à un degré prédéterminé, et à collecter dtuns iL&niere continue la matière déshydratée qui 5 est éjectée de la scne de déshydratation. S,. Ax-'pareeil i.ovr traiter des matière» en particules sensibles à la chaleur avec un gas tout en les soumettant à une force centrifuge, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison : une enceinte étanche au. gas formant une chambre de dis-10 tri^ubiou, un moyen servant à introduire et maintenir un gaz sous pression dans cette chambre de distribution, un panier centrifuge comportant une gorge axiale et une paroi circulaire perforée, le panier centrifuge Stant monté de manière à tourner à l'intérieur de la chambre de distribution, sa gorge s'éten-15 aant à 1'extérieur de la chambre de distribution, des moyens dtétanchéité coopérant avec la gorge et la chambre d (/distribution pour empêcher le gas de fuir, un moyen servant à faire tourner 3e panier centrifuge, un moyen servant à Introduire la matière dans le panier centrifuge, et un moyeu servant h col-20 lecter le produit qui est refoulé à travers la gorge du pa-1J ex- centrifuge. 9. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ledit moyen introduit et maintient un gaz de séchage chaud sous pression dans la chambre de distribution. 25 10. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen servant à introduire la matière dans le panier centrifuge comprend un tube s'étendant d'une manière générale axialement à travers la gorge dans le panier centrifuge et s'y terminant en un point se trouvant écarté d'environ 35 à 4-5° du 30 point le plus bas de la paroi circulaire, cet angle étant pris suivant une direction opposée au sens de rotation.