Brevet FR2311261A1 — publié le 19761210

L'invention concerne le séchage de produits minces ou en plaque et, notamment, des plaques de grseO Elle concerne plus particulièrement un procédé et un dispositif permettant de sécher de telles plaques Les plaques de gypse, présentant une épaisseur de l'ordre du centimètre et constituées d'une couche de gypse emprisonnée entre deux feuilles de papier, sont largement utilisées dans la construction moderne. De telles plaques sont fabriquées par gâchage de plâtre avec un excès important d'eau pour permettre le moulage. La réaction d'hydratation du plâtre (sulfate de calcium héml-anhydre) est la suivante Dans la pratique, pour un mètre carré de plaque de 10 mm d'épaisseur comportant deux feuilles de papier de 0,5 mm, on utilise 5,2 kg d'eau de gâchage environ, dont 1,2 kg seulement pour 1 'hydratation. L'eau en excédent doit être éliminée. A l'heure actuelle on utilise notamment des séchoirs en continu dans lesquels les plaques sortant de la machine de moulage parcourent plusieurs étages succesifs. Dans le séchoir, les plaques sont soumises à l'action d'un courant d'air chaud dirigé parallèlement à la surface des plaques ou perpendiculairement à celle -ci, suivant le type de séchoir. Cet air est en général lui-même chauffé par des brûleurs. Ces installations ont divers inconvénients : d'une part, elles consomment une énergie très élevée. D'autre part, leur mise au point et leur réglage sont rendus délicats par la présence d'impératifs contradictoires : d'une part, l'installation doit représenter un investissement aussi faible que possible, mais d'autre part on doit éviter toute cuisson du gypse, c'est-à-dire tout enlèvement d'eau de constitution qui ramènerait le produit à l'état de sulfate de calcium hémi-anhydre, et toute destruction d'adhérence du papier avec le gypse. Ce problème apparaît mieux si l'on analyse en détail le fonctionnement de l'installation. On peut considérer que celleci se compose de trois zones successives. Dans la première, il y a simplement réchauffage de gypse humide. Dans la seconde, qu'on dénommera par la suite zone humide, la vitesse de diffusion de l'eau liquide dans les pores du gypse est supérieure à la vitesse d'enlèvement de l'eau en surface, de sorte que de l'eau est constamment présente à la surface des plaques.Enfin, dans la troisième zone, qu'on dénommera par la suite zone de diffusion, la vitesse de diffusion du liquide dans les pores vers la surface devient inférieure à la vitesse d'évaporation et le front d'évaporation se trouve au sein même des plaques. il faut dans cette dernière zone, que la vitesse de diffusion de l'eau dans le papier soit -toujours supérieure à celle dans le gypse. Même en ajoutant au plâtre des adjuvants facilitant la diffusion, le maintien de conditions telles que le gypse n'atteigne pas une température supérieure à 100 exige des précautions importantes. La présente invention vise notamment à fournir un procédé de séchage en continu de plaques de gypse constituées d'une couche de gypse emprisonnée entre deux feuilles de matériau des- tiné à assurer la résistance à la traction des plaques (papier en général),suivånt lequel on soumet les plaques successivement à un séchage dans une zone humide où règne une température au moins égale à 1000 C et à un séchage dans une zone de diffusion où règne une température inférieure, procédé caractérisé en ce qu'en zone humide, -on maintient autour des plaques une circulation de vapeur d'eau surchauffée a une température supérieure à 100 C et en ce qu'en zone de diffusion on maintient autour des plaques un courant d'air chauffé à une température telle que la température des plaques ne dépasse pas 90 C. Dans la zone humide, on établit avantageusement le long des plaques une circulation de vapeur sous une pression absolue de l'ordre de 1 bar qui, alternativement, se surchauffe sur des tubes d'échange parcourus par e13aipeurd'eau codErsantesous une pression de quelques bars provenant d'un compresseur et se désurchauffe sur les plaques de gypse. En zone de diffusion, on fait circuler de l'air chaud qui est recueilli à la sortie de cette zon diSydsté et recSzué par une pompe de chaleur utilint un fluide auxiliaire (tel que le fréon) et réinjecté à l'entrée de ladite zone. Dans cette zone de diffusion, on associe avantageusement au séchage par air chaud un chauffage diélectrique par courants haute fréquence qui facilite la diffusion de l'eau dans les plaques. L'invention propose également une installation de séchage de plaques de gypse permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus défini. L'installation peut comporter, en plus du dispositif de thermocompression utilisé pour le séchage en zone humide exila pompe de chaleur utilisée pour le séchage en zone de diffusion, un dispositif de préchauffage alimenté par exemple par l'eau détendue provenant du faisceau de tubes de la zone de séchage humide et des dispositifs de chauffage haute fréquence dans les zones de wéchauffage et/ou de diffusion. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un dispositif qui en constitue un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe de ltinstallation, - la figure 2 est une vue de dessus schématique montrant une disposition possible des tubes d'échange de chaleur dans la zone humide. L'installation représentée schématiquement sur les figures comporte un tunnel 10 dans lequel un convoyeur(non représenté) fait circuler les plaques de gypsevprovenant de la machine de moulage depuis une entrée 12 jusqu'à une sortie 13 où elles sont reprises pour stockage et envoi. Des cloisons ou sas fractionnent ce tunnel, de sorte que l'on peut considérer que l'installation se compose de trois zones parcourues successivement, qui seront dénommées par la suite zone de préchauffage, zone humideS et zone de diffusion. a zone humide A, séparée de la zone de préchauffage B par un sas d'étanchéité 14 et de la zone de diffusion C par une simple cloison 15,est munie d'un dispositif de chauffage des plaques par circulation de vapeur d'eau parcourant une boucle primaire. Cette boucle comporte le tunnel proprement dit, dans lequel lå vapeur d'eau subit des cycles successifs de surchauffe sur des tubes d'échange 16 et de désurchauffe sur les plaques de gypse 11, et une conduite 17, munie d'un ventilateur 18, de retour de la vapeur d'eau de la sortie de la zone A vers son entrée. Les tubes d'échange 16 appartiennent à une seconde boucle parcourue par de la vapeur surchauffée et coressée par i:irbocarpesson: olie seoen- de boucle est alimentée par un piquage 19 sur la sortie de la zone A et comprend un compresseur 20 entraîné par un moteur 21, un collecteur 22 qui reçoit la vapeur sortant du compresseur et la répartit entre les tubes d'échange 16,et une conduited'échap- pement 23. La vapeur en contact avec les plaques de gypse il doit être telle qu'à la température à laquelle est porté le gypse la pression de vapeur soit inférieure à la pression de vapeur émise par le sulfate hemi-anhydre et superieure à la pression de vapeur émise par le gypse pour, d'une part, éviter toute cuisson du gypse et,d'autre part, porter l'eau contenue dans le gypse à une pression de vapeur saturante supérieure à celle de la vapeur de la boucle. Dans la pratique, la pression de vapeur parcourant la zone A doit être très proche de un bar, pour que le tunnel soit en équilibre avec la pression atmosphérique ambiante.La vapeur d'eau parcourant les tubes 22 doit être alors dans des conditions telles que la température de la vapeur dans le tunnel soit cotise -clC- CH2 1400C On pourra par exemple'utiliser un compresseur 20 qui porte la vapeur à 100"C et 1 bar,prélevéten 19,à 1500C et 4,8 bars environ. Le ventilateur 18 sera par exemple prévu pour donner au courant de vapeur dans le tunnel une vitesse de-l'ordre de 6 mètres par seconde. Comme représenté schématiquement sur la figure 2, on pourra donner auxtubesdtéchange 22 une orientation oblique par rapport au tunnel (à 450 par exemple) pour créer un régime toute billonnaire favorable aux échanges de chaleur avec les plaques. Aanslest associé, au séchage par thermocompression qui vient d'être défini,un cycle de Carnot i l'eau issue du processus de séchage constitue le fluide calorigène d'une pompe de chaleur classique. La zone humide peut être considérée comme l'évaporateur de la pompe de chaleur clas sique. il peut naturellement être prévu sur la sortie de vapeur de la zone humide A des filtres destinés à retenir les poussiè- res éventuelles. La zone de préchauffage B est destinée à -- porter les plaques à une température proche de 1000 avant introduction dans la zone humide. Dans le mode de réalisation représenté, ce préchauffage est assuré en utilisant l'eau sortant de la zone humide A par la conduite 23. Cette eau , à 1500C par exemple, est détendue en 24. L'eau ainsi obtenue circule dans des tubes d'échange 25 balayés par un courant d'air circulant dans une boucle fermée comportant un ventilateur 26.Enfin, l'eau sortant à une température de l'ordre de 70"C des tubes 25 peut être envoyé à des postes d'utilisation, par exemple par une dérivation 27 vers la machine de gâchage de plâtre et, partiellement, par une pompe alimentaire 28 vers une chaudière d'appoint ulule au rletnar rage de l'installation. Dans la majeure partie des cas, l'apport de chaleur par la vapeur provenant de la zone humide A sera insuffisante pour porter les plaques à 1000C. La zone de préchauffage B doit dans ce cas comporter des moyens de chauffage supplémentaires, consti tués dans le mode de réalisation représenté par un système de chauffage à perteadiélectriquesen haute fréquence, comportant des électrodes29encadrant les plaques de gypse et alimentées par un générateur classique. Ce mode de chauffage permet, en dissipant la chaleur au sein même des plaques, de porter rapidement celles-ci à la température désirée. Dans la zone de diffusion C, les risques de cuisson du gypse conduisent à maintenir la température des plaques à une va leur nettement inférieure à 1000C, 90 C par exemple, ce qui in terdit un séchage par thermocompression à pression atmosphérique normale. Dans le mode de réalisation représenté, le séchage est assuré dans cette zone C par circulation d'air chaud dans une boucle comportant le tunnel et une pompe de chaleur 29 reliée à l'entrée et à la sortie du tunnel. Cette pompe de chaleur peut être une pompe à fréon classique, comportant un compresseur 30 entraîné par un moteur 31, associé à un évaporateur 32 et un condenseur 33. L'air provenant de la zone C est chargé en humidité OS {i se omdense sur ltevaporateur29, 1 'eau s'échappant en 34.Sa température est portée à une valeur compatible avec le séchage en zone de diffusion, de 60 à 100 OC par exemple,par passage sur le condenseur 33. Pour permettre la regulation du système, il peut être prévu une admission d'air atmosphérique frais 36 et un échappement d'air humide 37 munieade volets de réglage, ainsi éventuellement qu'une conduite de by-pass de l'ensemble évaporateur-condenseur.Le système de chauffage à air chaud peut être complété par un système de chauffage par pertesdiélectriquesen haute fréquence, comportant un générateur classique relié à des électrodes 38 encadrant les plaques : le chauffage diélectrique présente le double avantage de dégager directement la chaleur dans la masse des plaques et de rendre la dissipation locale d'autant plus importante que la teneur en eau est élevée, d'où un effet de régulation automatioue. L'inversion du gradient thermique au sein du matériau accélère le mouvement de l'eau au sein du matériau vers la surface. La mise en oeuvre du procédé dans l'installation qui vient d'être décrite ressortant de la description qui précède ne sera que brièvement évoquée.On amène à l'installation les pla ques de gypse provenant de la machine de moulageefdont la prise doit etre achevée. En effet, la prise se ralentit considérablement dès que le gypse est porté à-une température supérieure à 50"C et la prise cesse d'évoluer lorsque la température atteint 97"C. Comme d'autre part les plaques doivent être à une température aussi-élevée que possible pour diminuer la consommation d'énergie dans l'installation, on adopte en général une température d'entrée très proche de 50"C.- Pour des plaques de 10 mm-d'épaisseur, du genre défini plus haut, comportant deux feuilles de matériau poreux (constitué en règle-générale par du papier)* de 0,5 mm d'épaisseur, les apports thermiques à prévoir sont approximativement, pour un débit horaire de 2.775 kg de gypse humide 24.400 Kcal/h en zones de préchauffage 339.500 Kcal/h en zone humide 145.800 Kcal/h en zone de diffusion. Cet apport s'effectue par un procédé assurant un rendement thermique très supérieur à celui de simple brûleur. Un compresseur de 90 kW fonctionnant avec un taux de compression de 4,85 suffit, associé au ventilateur qui est de toute façon nécessaire pour assurer le balayage de la zone humide,sllfEt psr cette zone Les plaques de gypse, portées à 1000C à l'entrée de la zone de diffusion, parcourent celle-ci à une température de l'or- dre de GO0 et en sortent après avoir perdu dans cette dernière zone environ 30 % de l'eau qu'elles contenaient initialement. L'invention est évidemment susceptible de nombreuses variantes. L'installation peut comporter, en plus des organes qui ont été décrits, des installations de régulation et des moyens de chauffage d'appoint. Le compresseur 20 peut être à plusieurs étages avec dés surchauffe. intermédiaire , ce qui permet de diminuer la température de surchauffe tout en améliorant les performances. il doit être entendu que ces variantes, ainsi que généralement toutes autres restant dans le cadre des équivalences, sot couvertes par le présent brevet. C- type-de séchage peut être appliqué à d'autres produits se presentant en feuille ou couche mince (papiers textile, etcs) REVENDICATIONS 1. Procédé de séchage en continu de produits minces ou en pla- que, et plus particulièrement de plaques de gypse constituées d'une couche de gypse-emprisonnée entre deux feuilles de matériau poreux destinées à assurer la résistance à la traction des plaques, suivant lequel on soumet les plaques successivement à un séchage dans une zone humide où règne une température au moins égale à 1000C et à un séchage dans une zone de diffusion où règne une température inférieure, procédé caractérisé en ce qu'en zone humide on maintient autour des plaques une circulation de vapeur d'eau surchauffée à une température supérieure à 100 C et en ce qu'en zone de diffusion on maintient autour des plaques un courant d'air sec chauffé à une température telle que la température des plaques ne dépasse pas 900C. 2. Procédé suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que, dans la zone humide, on fait circuler autour des plaques de la vapeur d'eau sous une pression absolue de l'ordre de 1 bar qui, alternativement, balaye des tubes d'échange parcourus par de la va- peur d'eau condensante sous une pression de quelques bars provenant d'un compresseur et se surchauffe, puis balaye les plaques de gypse et se désurchauffe. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on admet dans les tubes d'échange de la vapeur d'eau sous une pression de l'ordre de 4,8 bars et à une temperature de l'ordre de 1500C. 4. Procédé suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que, dans la zone de diffusion, on fait circuler de l'air chaud qui est recueilli à la sortie de la zone déshydraté et réchauffé par une pompe de chaleur utilisant un fluide auxiliaire, et réinjecté à l'entrée de ladite zone. -5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'on associe au séchage par air chaud en zone de diffusion un chauffage diélectrique par courants haute fréquence. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on porte les plaques, avant admission de celles-ci dans la zone humide, à une température de l'or- dre de 1 oo0C par circulation d'air chaud et/ouchauEage di & crqque. 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'on fait passer l'air circulant en zone de préchauffage sur des tubes d'échange parcourus par de l'eau provenant de la détente des cDnqensats utilisés dans la zone humide. 8. Installation de séchage de plaques de gypse comportant un tunnel délimitant une zone humide et une zone de diffusion parcouruessuccessivement par les plaques, des moyens pour faire circuler dans la zone humide de la vapeur d'eau à une pression et à une température telles que la pression de vapeur émise par le gypse soit inférieure à la pression de la vapeur d'eau, et des moyens pour faire circuler dans la zone de diffusion de l'air porté à une température telle que les plaques soient portées à une température n'atteignant pas 100 C 9. Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte un système de chauffage par thermocompression comportant une prise de vapeur à la sortie de la zone humide, un compresseur portant la vapeur à une température supérieure à 100" et à une pression supérieure à la pression atmosphérique, des tubes d'échange thermique placés dans le tunnel et sur lesquels lesdits moyens font circuler de la vapeur d'eau de balayage des plaques, et une conduite d'échappement de 11 eau liquide condensée dans lesdits tubes, 10. Installation suivant la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comporte unepcmpn de chaSur comprenant un compresseur associé à un évaporateur et un condenseur placés dans une boucle de circulation de l'air comportant la zone de diffusion.