Brevet FR2411629A1 — publié le 19790713

L'invention concerne un appareil et un procédé pour la mise en contact de matières en poudre, en grains ou en morceaux, et aussi de solutions, suspensions ou matières pâteuses, entre elles ou avec un gaz, ou pour leur séchage, selon le principe du geyser. On connaît de nombreuses sortes de procédés de fluidisation pour la mise en contact de. matières avec des gaz. Parmi ces sortes, on connaît aussi différentes formes de procédé à cyclone, par exemple le procédé à geyser à buses (brevet des E.U.A. nO 2 786 280.1). Dans celui-ci, on introduit de l'air comprimé en direction verticalè, par une buse, dans la couche de matière en grains placée dans un récipient et le courant d'air creuse un canal suivant l'axe de la couche de matière, Ce.canal joue, au cours du fonctionnement continu, le rale diun tube transporteur pneumatique à travers lequel le courant dair venant de la buse transporte vers le haut une partie de la matière.Les grains de matière ainsi amenés à la surface de la couche de rendent à nouveau, en glissant vers le bas le long de la paroi du récipient, au voisinage de la buse et participent ainsi au mouvement incessant de la matière, similaire à celui d'un geyser. Pour constituer de façon plus sûre le canal qui se forme dans l'axe de la couche de matière, on utilise souvent aussi en cet endroit des tubes intérieurs qui, conjointement avec la buse disposée en dessous, agissent de façon analogue à un injecteur et participent au transport de la matière comme un tube transporteur à courant dense (résultats scientifiques de l'institut de Recherche de Chimie Appliquée de l'Académie Hongroise des Sciences, III. Veszprém, 1975, page 173). Aussi bien selon le brevet déjà cité que selon d'autres sources, le récipient d'un dispositif à geyser peut présenter d1.- férentes formes, l'amenée de la matière première dans l'appareil et le retrait des produits peuvent s'effectuer de différente façon et en différents endroits (Dr Imre, L. : Trocknungshandbuch, chapitre 15.2.3). I1 est également connu de relier en parallèle et en série plusieurs dispositifs à geysers (brevet hongrois n" 160 333. 1). Un inconvénient commun des constructions décrites est que les dimensions et donc aussi le débit des dispositifs à geysers ainsi munis de buses sont limités et que le besoin d'énergie de la soufflerie d'air est notable, vu la haute pression de l'air de travail qui cause le mouvement de geyser. Dans les dispositifs à geysers connus, la pression de l'air de travail ou de l'agent de séchage est supérieure à la pression hydrostatique de la couche de matière soumise au traitement. Un autre facteur important - qui limite la possibilité d'application du procédé à geyser - est que dans un appareil à buses de ce genre - avec ou sans tube intérieur on ne peut praiter que des matières ayant une grosseur de grains limitée et parmi celles-ci, uniquement celles qui ont des propriétés propres à assurer les conditions de roulement entre les différents grains.Dans le cas de grains anguleux ou un peu plus adhérents, il ne peut pas se produire en effet un mouvement continu de geyser, mais il se produit une impulsion, une formation de cratère, un système de geyser interne ou un gonflement. Pour éliminer les propriétés désavantageuses du procédé à geyser à buses, c'est-à-dire les dimensions limitées de l'appareil, le grand besoin d'énergie de ventilation, l'impossibilité d'obtenir le mouvement de geyser lorsqu'il s'agit de grains de matière qui ne répondent pas aux conditions de roulement ni aux dimensions prescrites, on a utilisé un arrangement de geyser à plusieurs buses, ce qui permet d'augmenter notablement les dimensions et le débit de l'appareil (Pallainé, Németh, Raticz, Ratkai : Neue Geiserapparatkonstruktionen, 2ème édition du Congrès de la Construction d'Appareils Chimiques, Budapest, janvier 1975). Toutefois, cela ne permet pas le traitement de grains de matière qui ne répondent pas aux conditions de roulement ni aux dimensions prescrites et d'autre part, le besoin d'énergie de ventilation n'est pas diminué.On peut atteindre ce dernier but au moyen du procédé à geyser à buses pratiqué au moyen d'air auxiliaire, dans lequel une partie du gaz est introduite non pas par la buse mais sous la matière à sécher, à travers le fond perméable aux gaz. Toutefois, ici encore, la pression de gaz nécessaire est appréciable. Liinvention a pour but de mettre au point un système à geyser qui, en comparaison des appareils antérieurs, permette d'augmenter à volonté les dimensions, diminue le besoin d'énergie de ventilation et convienne en outre aussi au traitement par geyser de matière collante, ne répondant pas aux conditions de roulement et se situant dans une large gamme de grosseurs de grains. L'invention repose sur cette idée que le but visé peut être atteint par une vis transporteuse à axe vertical s' ajoutant à l'injection d'air sous la charge de grains, un agitateur à axe vertical ou un tube intérieur à axe vertical et en outre par 1 'u- tilisation conjointe de la vis et de l'agitateur, ou de la vis, de lagitateur et du tube intérieur, ou de la vis et du tube intérieur, ou de l'agitateur et du tube intérieur. L'essence de l'appareil selon l'invention réside dans le fait que dans le récipient sont prévus une vis transporteuse à se vertical, un tube intérieur à axe vertical ou un agitateur à axe vertical. Le fond du récipient est perforé et muni d'un tuyau d'amenée d'air, ou bien le récipient présente une amenée d'air latérale. Avantageusement, de manière à assurer un mouvement de geyser approprié, la vis transporteuse ne dépasse pas la surface de la couche de matière. Le mouvement de rotation de la vis transporteuse ou de l'agitateur est assuré par une transmission qui peut être disposée sous le fond du récipient. L'organe d'amenée d'air est un fond perforé ou une couronne d'aubes communiquant une rota- tion. L'essence du procédé selon l'invention réside dans le fait que dans la quantité de matière, une vis transporteuse ou un agitateur peuvent outre mis en rotation autour d'un axe vertical et qugen cas de besoin, un tube intérieur à axe vertical peut être prévu. Dans la quantité de matière, on amène à travers le fond, ou par le caté avec rotation, un courant d'air d'un débit qui correspond avantageusement à une proportion de mélange de 50 kg de matière au maximum par kg d'air. Selon une autre variante, le procédé est caractérisé par le fait que dans la quantité de matière on dispose un tube intérieur à axe vertical et que l'on injecte par le côté avec rotation, dans la quantité de matière, un courant d'air d'un débit qui correspond à une proportion de 30 kg de matière au maximum par kg d'air. Grâce à cette variante du procédé, on peut arriver à ce qu'au moins 80% de la quantité d'air s'écoulent par le tube intérieur. Un exemple d'exécution de l'appareil selon l'invention est représenté en coupe verticale sur la figure unique. Exemple 1 Dans la quantité de matière en grains 2 qui se trouve dans le récipient sont disposés le tube intérieur vertical 3, la vis transporteuse 5 tournant autour de l'axe 4 ou le mélangeur 6 tournant autour de l'axe 4. La quantité de matière en grains 2 du récipient 1 est fermée dans le eas par une plaque tronconique 7 en position renversée. L'amenée de l'air dans la quantité de matière 2 est assurée par le tuyau à air 8. L'air amené dans la cavité 9 derrière le tronc de cône 7 entre à travers la couronne d'aubes perforée 10 dans la quantité de matière 2, mais peut aussi entrer à travers les perforations du fond 11. L'entratnement de l'arbre 4 est assuré par la transmission 12 prévue sous le fond Il. La quantité de matière 2 formée de grains de forme quelconque est ameublie par l'agitateur 6 et le courant d'air et les grains exécutent un mouvement de geyser sous l'action du courant d'air et de la vis transporteuse 5, sous la direction du tube intérieur 3 ; ils se meuvent vers le haut le long de l'arbre 4 et vers le bas le long de la paroi 1 du récipient. Exemple 2 On décrira à titre d'exemple un mode d'exécution du procédé selon l'invention et du fonctionnement de l'appareil, à propos du séchage de paprika préalablement divisé dans un broyeur à marteaux. Comme on le sait, le paprika préalablement divisé est une mouture collante, ne convenant pas bien au mouvement de roulement et dont la grosseur moyenne de grains se situe entre 1 et 2 M et la teneur en humidité entre 12 et 16%, celle-ci devant astre ramenée entre 4 et 6% ; le résultat est que le débit des broyeurs à paprika est à peu près doublé. Lorsqu'on introduit du paprika préalablement divisé dans des dispositifs à geyser à buses, il ne se produit aucun mouvement de geyser, indépendamment du fait qu'il s1agisse d'un appareil muni d'un fond conique ou d'un tube intérieur, ou d'un appareil fonctionnant avec de l'air auxiliaire. L'air de travail creuse dans la couche de matière un entonnoir mais dans celui-ci, il ne se produit pas de transport de matière car dans la partie inférieure de l'appareil, les grains de matière ne peuvent pas rouler, de la zone annulaire extérieure, au voisinage de la buse. Dans l'appareil selon l'invention, on utilise le tube intérieur 3 et l'agitåteur 6. Au dessus du fond 11 du récipient 1 est disposé un mélangeur tournant à une grande vitesse circonférentielle, d'au moins 4 m/s. L2injection de l'air de séchage s'effectue au voisinage du fond 11, par le caté et tangentielle ment, grâce à une couronne d'aubes 10. Par le courant d'air et l'action de rotation du mélangeur 6, la partie inférieure de la couche est ameublie de sorte que l'air peut entraîner en même temps les grains de matière dans le tube intérieur 3, ce qui crée dans la couche de paprika 2 un mouvement de cyclone non perturbé.Abstraction faite du mélangeur 6, il se produit dans le cas décrit un mouvement de geyser, étant donné que le besoin de pression du transport pneumatique de la matière dans le tube intérieur 3 correspondant à la longueur de la couche est inférieur au besoin de pression pour la fluidisation de la couche. Outre ce qui précède, la forme du mélangeur 6 peut favoriser non seulement l'ameublissement de la couche inférieure mais encore le mouvement de geyser lui-même. En choisissant correctement le diamètre du tube intérieur 3, on peut augmenter fortement la quantité de gaz qui peut traverser l'appareil par unité de temps. Dans le cas de paprika, la vitesse d'air applicable dans le récipient de l'appareil a pu être portée à 1,5 m/s, au lieu de la vitesse de 0,25 m/s qui peut être atteinte dans les autres constructions munies de buses.La chute de pression de l'air de séchage ne représente que la moitié environ de la pression hydrostatique de la couche de matière à sécher. Exemple 3 On effectue le séchage de maSs fourrager, selon l'inven- tion, en utilisant la vis transporteuse 5. Comme on le sait, dans le séchage de maSs fourrager, il est généralement désirable d'évaporer 1000 à 5000 kg d'eau par heure, Pour atteindre ce but, on n'a meme pas entrepris une expérience avec un dispositif à geyser muni de buses, étant donné les difficultés qui résultent du mode de construction lorsqu'on veut augmenter les dimensions. Selon l'ssxemple, le mouvement de geyser de la couche de maSs fourrager est assuré par la vis 5 ; l'air chaud de préférence amené avec la plus faible perte de chaleur assure le séchage de la matière. Dans cet appareil, on obtient des résultats avantageux avec une vis ayant une vitesse circonférentielle de 0,5 à 2,0 m/s, son diamètre étant le quart du diamètre du récipient de l'appareil. Avec cet appareil, lorsqu'on applique une température appropriée de l'agent de séchage, on peut aussi obtenir une évaporation spécifique dair de 500 à 800 kg/m2 .h dans le séchage de maSs fourrager.Par suite, on peut tirer parti de la consommation de chaleur économique du séchage au geyser, qui est inférieure à 1000 kcal/kg d'eau même dans le séchage du mats fourrager qui nécessite beaucoup d'énergie. Exemple 4 Le séchage de gros grains anguleux, par le procédé au geyser, se heurte à des difficultés lorsqu'on utilise les appareils connus, étant donné les conditions de pression et les possibilités limitées d'augmentation des dimensions. Un exemple est le séchage de légumes en dés par le procédé au geyser. Le séchage au cyclone de légumes en dés tels que carottes, betteraves, céleri etc. et aussi de pommes en dés peut s'effectuer selon l'exemple 3 au moyen d'une vis transporteuse 5. En pareil cas, l'évaporation spécifique de l'eau correspond à celle qui est indiquée à l'exemple 3. Selon le présent exemple, le séchage des produits divisés en dés peut s'effectuer à l'aide du tube intérieur 3. La couronne d'aubes 10 introduit l'agent de séchage avec rotation sous la couche de matière 2 coupée en dés. Par suite, la partie inférieure de la couche de matière 2 est ameublie et les grains roulent sans obstacle de la couche de glissement au tube intérieur 3, à côté de la paroi 1 du récipient. Dans le tube intérieur 3, il se produit un rapport de mélange représentant une plus forte dilution que dans les dispositifs à geyser connus, soit > i = 10 à 30 kg de matière par kg d'air et la chute de pression de l'agent de séchage est inférieure à la moitié de la pression hydrostatique de la couche à sécher. Pour récapituler les avantages principaux de l'appareil et du procédé selon l'invention, on peut dire que le procédé au geyser, par ailleurs avantageux et économique, devient utilisable aussi pour le traitement de matières qui, classiquement, n'y convenaient pas. REVENDICATIONS 1. Appareil pour la mise en contact de matières en poudre, en grains ou en morceaux, et aussi de solutions, suspensions et matières pâteuses, entre elles ou avec un gaz, ou pour leur séchage, selon le principe du geyser, appareil caractérisé par le fait que dans le récipient sont prevus une vis transporteuse à axe vertical et/ou un tube intérieur à axe vertical et/ou un mé- langeur à axe vertical, ainsi qu'un fond perforé muni d'une arrivée d'air et/ou un organe latéral d'amenée d'air. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la vis transporteuse à axe vertical ne dépasse pas la surface de la couche de matière. 3. Appareil selon l'une des revendications l et 2, caractérisé par le fait que la rotation de la vis transporteuse et/ou du mélangeur est assurée avantageusement par une transmission disposée sous le fond. 4. Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'organe d'amenée d'air est une couronne d'aubes communiquant une rotation. 5. Procédé pour la mise en contact de matières en poudre, en grains ou en morceaux et aussi de solutions, suspensions ou matières pâteuses, entre elles ou avec un gaz, ou pour leur séchage, selon le principe du geyser, procédé caractérisé par le fait que dans la quantité de matière, on met en rotation autour d'un axe vertical une vis transporteuse et/ou un mélangeur et qu 'au besoin, on dispose un tube intérieur à axe vertical, et que dans la quantité de matière, on injecte, par le fond et/ou par le c8té avec rotation, un courant d'air d'un débit qui correspond avantageusement à une proportion de mélange de 50 kg de matière au maximum par kg d'air. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'on dispose dans la quantité de matière un tube intérieur vertical et que l'on injecte de côté avec rotation, dans la quantité de matière, un courant d'air d'un débit qui correspond à une proportion de mélange de 30 kg de matière au maximum par kg d'air.