Brevet FR2156634A1 — publié le 19730601

La présente invention se rapporte à la dessiccation par pulvérisation des liquides ou suspensions et elle concerne plus particulièrement un dispositif perfectionné d'extraction du produit d'un séchoir par pulvérisation, qui permet d'extraire immédiatement la matière déshydratée de la chambre du séchoir. Ainsi qu'il est bien connu dans la technique, les termes de séchage, des#icc#ion, déshydratation#désigaent l'élimination de l'eau des solides, liquides ou gaz. Le séchage ou la dessiccation des solides peut s'effectuer dans divers appareils qui comprennent les séchoirs à plateaux, les séchoirs à tunnel, les séchoirs rotatifs etc. La déshydratation ou élimination de l'humidité des gaz peut s'effectuer, par exemple par adsorption sur un solide, tel que le gel de silice ou l'alumine. En général, on utilise deux types principaux d'appareils pour la déshydratation des liquides ou suspensions. Ces deux types d'appareils sont, l'un le séchoir à tambour et l'autre le séchoir par pulvérisation.Le premier est composé d'un ou de plusieurs cylindres métalliques chauffés, sur leurs surfaces externes sur lesquelles on étale une place couche de liquide, qui est séchée par évaporation de son humidité. Le so- lide déshydraté est séparé des cylindres par raclage pendant que ces cylindres tournent lentement. Dans un séchoir par pulvérisation on disperse un liquide (c'est-à-dire nie solution) ou une suspen ssios dans un courant de gaz chaud de manière que l'eau s'en sépare rapidement par vaporisation, pour laisser des particules solides résiduelles.On connaît déjà dans la technique un grand nombre de séchoirs industriels qui sont connus et décrits dans des ouvrages de référence tels que l'ouvrage de Riegel, E.R. : "Chemical Process Machinery", 2 èle édition, chapitre 17, Reinhold Publishing Corp. New Tory, (1953) et l'ouvrage de Perry, J. H. : "Chemical Engi- neers Handbook", 4 ème édition, Mc Gras-Hill Book Co ; inc., New-York (1960). Au cours de ces dernières années, on a constaté que les séchoirs par pulvérisation trouvaient des applications croissantes et en extension constante dans l'industrie chimique et les industries connexes, en raison de leur ttès grande rapidité de séchage et de leur aptitude à permettre d'obtenir de nombreux produits tels que les produits alimentaires et les détersifs synthétiques, avec les caractéristiques désirées de consistance, densité apparente, aspect et propriétés d'écoulement. Ainsi qu'on l'a déJà décrit brièvement plus haut, dans un séchoir par pulvérisation, on disperse une suspension ou solution dans un courant de gaz chaud sous la forme d'un brouillard composé de fines goutelettes. L'humidité est rapidement éliminée de ces gouttelettes par vaporisation, ce qui laisse des particules résiduelles de solide sec qui sont ensuite sépares du courant gazeux. tes écoulements de liquide et de gaz peuvent se faire à couranizparallèles, à contre-courant, ou suivant une combinaison de ces deux modes d'écoulement. Les gouttelettes sont formées (habituellement dans une chambre de séchage généralement verticale et cylindrique) soit par des buses de pulvérisation, soit par des roues ou disques de pulvérisation tournant à grande vitesse.On trouve communément dans l'industrie des chambres de séchage par pulvérisation d'un diamètre de l'ordre de 2,50 à 15 m. Dans un séchoir par pulvérisation à courants parallèles, le liquide est pompé ou introduit dans une buse ou roue de pulvérisation placée dans la partie supérieure ou le toit de la chambre. Le dispositif pulvérisateur pulvérise ou "atomise" le liquide en très petites goiittelettes qui sont projetées radialement dans un flux de gaz chaud qui est introduit dans la chambre à proximité de ltex- traité supérieure de cette chambre. te gaz refroidi, ou gaz d'échappement est évacué à travers une conduite de sortie qui débouche dans les parois latérales verticales de la tour. Les solides secs se séparent du gaz et se déposent sur le fond de la chambre de séchage et sont normalement extraits de cette chambre par un transporteur à vis, avec interposition d'une vanne rotative d'étanchéité à l'air. Dans un séchoir à contre-courant, la solution ou suspension liquide est introduite dans le pulvérisateur (qui est également placé dans la zone supérieure de la chambre) tandis que le flux de gaz chaud est introduit en un point proche du fond ou placé à une hauteur intermédiaire de la chambre de séchage et il est dirigé de bas en haut, ctest-à-dire à contre-courant par rapport au flux des gouttelettes. Ce séchoir par pulvérisation dit à flux mixte utilise à la fois un écoulement à courants parallèles et à contre-courant pour les solides et les gaz. Ici, la chambre de séchage comprend une partie supérieure cylindrique de faible hauteur et un cône inférieur de grande hauteur. Le gaz chaud est introduit dans la chaud bre de séchage dans une direction tangentielle, à proximité de l'extremité supérieure de cette chambre. te gaz s'écoule le long des parois, suivant un écoulement hélicoldal > puis sa direction d'écoulement s'inverse et il remonte, également en écoulement hélicoidal, et s'échappe à travers un conduit de sortie prévu à l'extrêmité supérieure de la chambre. te liquide d'alimentation pénètre dans la chambre à travers un dispositif pulvérisateur prévu dans le toit de cette chambre. te liquide s'évapore et est évacué à l'extérieur avec le courant gazeux hélicoïdal ascendant vers l'extérieur. Les solides secs sont entraînés en direction des parois et descendent vers la partie inférieure du cône, ou ils sont évacués. Quel que soit le type de séchoir par pulvérisation utilisé (ces séchoirs continuent à être utilisés dans l'industrie) les appareils ou installations de séchage par pulvérisation présentent un inconvénient sérieux. C'est ainsi que, dans les séchoirs par pulvérisation connus, la matière sèche adhère fréquemment à l'orifice inférieur de sortie de la chambre ou forme une volte audessus de cet orifice de sortie, ce qui détermine un "bouchage" et/ou un arrêt de l'écoulement des solides par l'orifice de sortie. ce propos, et avant de décrire l'invention de façon détaillée, il convient de rappeler que les sasses de particules solides, notamment lorsque ces particules sont très sèches et non collantes, présentent un grand nombre des propriétés des fluides c'est-à-dire qu'elles exercent une pression sur les parois latérales du récipient qui les contient, qu'elles s'écoulent à travers les orifices, etc.. Lorsqu 'un orifice d'un récipient contenant des solides à écoulement fluide est ouvert, la masse de matière située directement au-dessus de l'orifice commence à s'écouler. Une colonne centrale de solides descend sans perturber la matière située latéralement à cette colonne. Finalement, il commence à stétablir un écoulement latéral, qui débute par la couche extrême suprieure de la masse. Il se forme alors une dépression conique à la surface libre de cette masse. Les solides situés dans la région des parois latérales ou à proximité de cette région sont les derniers à s'écouler. Pour s'engager dans la colonne centrale, la matière glisse latéralement avec une pente approximativement égale à l'angle de frottement interne des solides. Si on ajoute un complément de matitre à la masse de solides avec un débit égal à celui auquel la matière s'écoule par le fond, les solides proches des parois du récipient restent à l'état stagnant et ne sortent pas du récipient. Dans le cas des solides cohésifs ou collants, en particulier aux températures élevées, il est même fréquemment difficile d'amorcer l'écoulement au début de l'opération. Par contre, dès que l'écoulement est amorcé, il se produit, ici également, dans la matière qui surmonte directement l'orifice de sortie. On observe fréquemment que la colonne de solides qui surmonte l'orifice de sortie se déplace comme une carotte en laissant apparattre un "brou" ou puits à paroi presque verticale. Les matières collantes aussi bien que ce qu'on appelle les poudres sèches, adhèrent fortement aux surfaces verticales et possèdent une résistance au cisaillement suffisante pour soutenir ou supporter une carotte de diamètre considérable.En outre, dans le cas des matières très cohésives, il se pose le problème de la formation de voûtes qui, dans de nombreux cas, sont suffisamment résistantes pour supporter les solides qui les surmontent, même lorsque l'orifice de sortie est ouvert. Ainsi qu'on l'a décrit brièvement plus haut et plus particulièrement compte tenu de la nature des matières traitées dans les séchoirs par pulvérisation (par exemple les produits pharva- ceutiques, les produits de confiserie, et détersifs, les engrais à base de nitrate d'ammonium, les silicates etc) le colmatage de l'orifice de sortie des séchoirs par pulvérisation posait jusqu'a présent un grave problème aux utilisateurs de la technique antérieure.Bien qu'on ait déJà proposé un grand nombre de solutions pour éliminer ou du moins atténuer ce problème (par exemple l'utilibation de marteaux ou vibrateurs à commande mécanique ou pneumatique qui agissent sur les parois externes du fond conique, l'utilisation pour les parois latérales du fond d'une pente supérieure à la "pente d'éboulement" de la matière traitée), aucune des solutions proposées ne s'est révélée entièrement satisfaisante. L'invention vise à réaliser un dispositif d'extraction nouveau et perfectionné pour séchoirs par pulvérisation, qui permette d'évacuer immédiatement la matière sèche de la chambre de séchage. te dispositif suivant l'invention présente une capacité et un débit supérieurs à ceux des séchoirs classiques par pulvérisation et il n'est pas sujet aux difficultés liées à ces séchoirs classiques, et qui consistent, notamment dans l'allure intermittente de l'écoulement, la déshydratation excessive des petites gouttelettes etc.. En bref, l'invention est fondée sur la découverte du fait que l'on peut éliminer les difficultés mentionnées plus haut en prévoyant une ou plusieurs ouvertures ou fentes à proximité de l'orifice de sortie du séchoir et en établissant une dépression dans l'orifice de sortie au moyen d'un ventilateur d'aspiration ou d'une pompe approprié, placé à proximité de l'orifice de sortie et en communication avec cet orifice. Un séparateur solides-gaz est prévu à proximité immédiate du ventilateur et de l'orifice de sortie et en communication avec cet orifice et avec ce ventilateur, de sorte que le produit peut ainsi être facilement récupéré.De ce fait, loraque le nouveau dispositif suivant l'invention est en fonctionnement, de l'air froid (c'est-à-dire de l'air à la température ambiante) est aspiré à l'intérieur du séchoir, à travers les fentes ou ouvertures et cet air véhicule la matière jusqu'au cyclone utilisé pour récupérer les solides. te but principal de l'invention est donc de réaliser un dispositif extracteur perfectionné pour séchoirs par pulvérisation qui ne soit pas suJet aux inconvénients de la technique antérieure. Un autre but plus particulier de l'invention est de réaliser un dispositif extracteur perfectionné pour séchoirs par pulvérisation qui élimine le colmatage ou bouchage de l'orifice de sortie. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé très efficace et très économique pour l'extraction des poudres sèches collantes et cohésives par l'extrêxité de sortie d'un séchoir par pulvérisation. L'invention a encore pour autre but de réaliser un séchoir par pulvérisation perfectionné qui soit efficace en fonctionnement, relativement facile à utiliser et qui puisse également être mis en oeuvre de manière à permettre de régler avec précision les caractéristiques du produit séché, c'est-à-dire la plasticité, la cohésion, le pourcentage d'humidité des particules solides, etc.. L'invention a finalement encore pour but de réaliser un séchoir par pulvérisation perfectionné ayant une plus grande capacité que les séchoirs classiques et qui ne soit pas sujet aux difficultés qu'on rencontre dans ces séchoirs classiques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront au cours de la description. Aux dessins annelés, donnés uniquement à titre d'exemple, la Fig. 1 représente schématiquement par une vue en élévatiol un agencement approprié et particulièrement avantageux de l'installation qui peut être utilisée pour la mise en oeuvre de l'invention. La Fig. 2 est une vue en élévation représentant schématiquement une variante de réalisation de la chambre de séchage en brouillard représentée sur la Fig. 1 Suivant l'exemple d'exécution représenté sur la Fig. 1, l'installation comprend un séchoir par pulvérisation désigné dans son ensemble par la référence 1, qui comprend une paroi extérieure 2, à peu près verticale et cylindrique, une paroi supérieure 3 et une partie inférieure ou de sortie conique 4. Un pulvérisateur ou"atomiseur", désigné dans son ensemble par la référence 6, est monté ou agencé dans la paroi supérieure 3 de la chambre de séchage. Ce pulvérisateur comprend une roue 7 tournant à grande vitesse, qui est entraînée par des moyens appropriés tels que le moteur 8. La solution ou suspension liquide est introduite à travers un conduit approprié 5 qui est relié au pulvérisateur 6 ou communique avec ce dernier. En fonctionnement, la solution ou. suspension liquide est dispersée dans la partie supérieure de la chaud bre de séchage (au moyen de la roue 7 du pulvérisateur) sous la forme d'un brouillard composé de fines gouttelettes. Un gaz chaud, débité par un four ou équivalent, est il- troduit dans la chambre par une conduite 10. Une tête de distribution conique 11 qui est munie d'une série d'aubes 12, répartit ra diablement le flux ascendant de gaz chaud, par exemple d'air chaud, en le mélangeant avec le brouillard de fines gouttelettes débité par la roue 7 du pulvérisateur. De cette façon, l'humidité ou l'eau est rapidemment éliminée des gouttelettes par vaporisation, pour laisser des particules résiduelles de solides secs qui tombent dans la zone ou partie de sortie conique 4 de la tour. te gaz d'échappement refroidi est évacué par le conduit 14 qui débouche entre l'extr#mité supérieure et l'extrêmité inférieure du séchoir. Suivant l'invention, une série de fentes 15 sont formées ou découpées dans la zone de sortie conique 4, directement au-de s- sus de l'orifice de sortie 16, c'est-à-dire à la base ou pointe du c8ne. Lorsque l'installation est en fonctionnement, de l'air extérieur est aspiré à travers les fentes 15, à l'aide d'un ventilateur d'aspiration 30, qui est entraîné par un moyen approprié tel que le moteur 31. L'air transporte ou véhicule les particules solides tombées au fond de la chambre dès qu'elles sont recueillies dans la zone de sortie 4, pour les envoyer, à travers le conduit 17, à la partie supérieure d'un séparateur du type à cyclone représenté en 20. Ce séparateur à cyclone 20 qui, ainsi qu'il est bien connu dans la technique, utilise la force centrifuge pour accélérer la sédimentation, comprend un cylindre vertical 21, un fond conique 22 et une entrée tangentielle 23. Ainsi qu'on l'a représenté sur le dessin, ce cyclone 20 comprend en outre un orifice de sortie 24 et une sortie de gaz supérieure 25, cette dernière étant reliée et en communication avec le ventilateur d'aspiration 30. En fonctionnement, le flux d'arrivée, composé du mélange air-solides, qui sort par l'orifice de sortie du séchoir, reçoit un mouvement de rotation en entrant dans le séparateur à cyclone. Le tourbillon ainsi formé développe une force centrifuge qui a pour effet de projeter radialement les particules solides vers la paroi. De cette façon, il se produit un grande force centrifuge qui agit radialement, en opposition par rapport aux forces de gravitation relativement faibles (qui agissent verticalement) de même que dans la chambre du séchoir. tes solides qui sortent par le fond conique du cyclone traversent un orifice de sortie 24 et sont évacués par un transporteur à vis 26. Une vanne rotative (non représentée) est agencée à l'intérieur de l'orifice de sortie 24 pour établir une fermeture étanche à l'air pendant le fonctionnement du séchoir. On a constaté que le problème du colmatage qui affecte habituellement les sorties des séchoirs par pulvérisation ne se pose pratiquement pas dans le cyclone. Bien que l'invention ne doive pas Stre considérée comme limitée à l'application d'une théorie particulière, la Demanderesse estime que les particules séchées tendent à perdre leur caractéristique d'adhérence et d'abrasion grâce au fait qu'elles sont évacuées de la chambre de pulvérisation par une masse ou un flux d'air. Cet effet peut également résulter du refroidissement assuré par l'air qui est aspiré à travers les fentes ou ouvertures. Naturellement, les forces centrifuges qui agissent dans le cyclone éliminent ou réduisent encore l'effet de voûte, etc..Ainsi que le montre également la Fig. 1, l'orifice de sortie du ventilateur 30 est relié, par un conduit 32 à la sortie de gaz d'échappement de la chambre de pulvérisation. te gaz qui circule dans le conduit 14 est de préférence transmis à un séparateur de poussières (non représenté) qui recueille et sépare les solides encore éventuellement contenus dans le flux gazeux. L'orifice d'évacuation des solides de ce séparateur de poussières peut être relié au transporteur à vis 26. La Fig. 2 montre une variante de réalisation d'un séchoir par pulvérisation qui peut être utilisé en combinaison avec le nouveau dispositif d'extraction suivant l'invention. te séchoir représenté sur la Fig. 2 travaille suivant le mode à flux parallèles, c'est-à-dire que le brouillard de fines gouttelettes qui est débité par le pulvérisateur à roue 35 est injecté par projection radiale dans un flux de gaz chaud, qui pénètre dans la partie supérieure de la chambre par le conduit 36. Toutefois, il convient d'indiquer expressément que la référence à différents types de séchoirs par pulvérisation ne doit pas être considérée comme limitant l'application du dispositif d'extraction suivant l'invention à un type particulier de séchoirs par pulvérisation. Ainsi qu'il sera évident pour les techniciens, l'invention a pour objet un dispositif d'extraction absolument nouveau pour séchoirs par pulvérisation. Bien que les divers éléments du dispositif suivant l'invention soient connus, c'est-àdire les séparateurs à cyclone, les ventilateurs d'aspiration etc., la combinaison de ces appareils conformément à l'invention est remarquable et résoud un problème que les techniciens cherchaient à résoudre depuis longtemps jusqu'a présent. Ce problème faisait fréquemment jusqu'à présent des séchoirs par pulvérisation des installations ayant un mauvais rendement et difficile à utiliser. Il est connu que l'efficacité d'un séchoir par pulvérisation dépend du temps pendant lequel les gouttelettes séjournent dans la chambre de séchage. Bien que ce temps de séjour soit fonction d'un grand nombre de paramètres, y compris la dimension et la forme de la chambre, etc., il est clair que, si l'orifice de sortie est continuellement bouché, non seulement on est astreint à arrêter le séchoir et à le nettoyer, mais en outre les possibilités d'action positive sur les caractéristiques et propriétés du produit séché sont considérablement réduites. XEVENDICAXIONS 1. Séchoir destiné à la déshydratation des solutions ou suspensions, caractérisé en ce qu'il comprend : une chambre de séchage cylindrique, qui est dans son ensemble verticale, qui com- prend une première partie ou partie supérieure et une deuxième partie ou partie inférieure, conique, qui constitue la partie de sortie, un pulvérisateur agencé dans la première partie de la chambre pour disperser ladite solution ou suspension sous la forme d'un brouillard de fines gouttelettes dans cette chambre, un conduit servant à introduire un flux de gaz chaud dans la chambre pour le mettre en contact direct avec les gouttelettes de liquide, un conduit d'évacuation destiné à évacuer le gaz de la chambre de séchage, un orifice de sortie des solides, prévu au sommet de la partie de sortie conique ou deuxième partie de la chambre de séchage, cette partie de sortie comportant en outre au moins une ouverture, située immédiatement au-dessus dudit orifice de sortie des solides et adjacente à cet orifice, des moyens qui engendrent une dépression dans ladite partie de sortie de la chambre de séchage, de sorte que l'air est aspiré à l'intérieur de la chambre à travers ladite ouverture, et que cet air évacue de la partie de sortie les particules solides qui y sont tombées, un séparateur gaz-solides disposé entre l'orifice de sortie et les moyens générateurs de dépression et en liaison directe avec cet orifice et avec ces moyens, et qui sépare les particules solides du flux d'air. 2. Séchoir suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens engendrant la dépression sont constitués par un ventilateur, le séparateur gaz-solides étant un séparateur du type cyclone comprenant une chambre cylindrique verticale, un fond conique et une entrée tangentielle qui communique avec ledit orifice de sortie des solides de la chambre de séchage, de sorte que le flux d'air et de solides qui sort de la partie de sortie de la chambre de séchage est animé, à sa pénétration dans la chambre verticale du séparateur, d'un mouvement de projection radiale en direction des parois de la chambre du séparateur. 3. Séchoir suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de pulvérisation comprennent une roue ou un disque entraîné en rotation à grande vitesse, le conduit servant à introduire le flux de gaz comprenant une tête de distribution de gaz munie d'une série d'aubes espacées qui ont pour effet de distribuer le courant de gaz chaud radialement pour le mettre en contact direct avec le brouillard de fines gouttelettes. 4. Séchoir par pulvérisation, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de séchage cylindrique qui comporte elle-m#me une partie supérieure et une partie inférieure ou partie de sortie des solides, de forme conique ; un pulvérisateur qui disperse un liquide sous la forme d'un brouillard de fines gouttelettes dans ladite partie supérieure de la chambre ; un conduit qui introduit un flux de gaz chaud dans ladite chambre pour le mettre en contact direct avec les gouttelettes de liquide ; un conduit d'évacuation servant à évacuer le gaz de ladite chambre de séchage, et un orifice de sortie prévu à la pointe de la partie conique de sortie des solides, et comprenant en outre, d'une part des moyens qui engendrent une dépression directement au-dessus de l'orifice de sortie de ladite partie de sortie conique, ces moyens comprenant un ventilateur d'aspiration, disposé à proximité de l'orifice de sortie et en communication avec cet orifice, et une série d'ouvertures découpées dans ladite partie de sortie conique, immédiatement au-dessus de l'orifice de sortie, et, d'autre part, un séparateur du type à cyclone agencé entre les moyens générateurs de vide et ledit orifice de sortie et qui communique avec cet orifice et avec ees moyens. 5. Procédé de déshydratation d'un liquide ou d'une sus- pension caractérisé en ce qu'on introduit une solution ou une suspension sous la forme d'un brouillard de fines gouttelettes dans la partie supérieure d'une chambre de séchage cylindrique, on fait entrer ces gouttelettes en contact avec un courant de gaz chaud de manière à évaporer rapidement le liquide de cette solution ou sus- pension pour donner naissance à des particules solides, on évacue le flux de gaz de la chambre de séchage, on recueille lesdites particules solides sèches à la partie inférieure de la chambre de séchage, on prévoit une série d'ouvertures dans ladite partie inférieure de la chambre, on établit une dépression dans cette partie inférieure, de manière å aspirer de l'air à l'intérieur de la chaud bre à travers lesdites ouvertures, et de manière que l'air ainsi aspiré évacue les particules solides recueillies dans ladite partie inférieure de la chambre, et on introduit le flux d'air et de particules solides dans l'entrée tangentielle d'un séparateur gazsolides, de manière que lesdites particules solides soient projetées radialement en direction des parois de la chambre duséparateur.