Brevet FR2452963A1 — publié le 19801031

PROCEDE D'OBTENTION DE PRODUITS PULVERULENTS A PARTIR D'URE PHASE LIQUIDE, DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE ET PRODUTTS OBTENUS La présente invention a trait à un procédé d'obtention de produits pulvérulents à partir d'une phase liquide, notamment aqueuse, ainsi qu'au dispositif pour sa mise en oeuvre et aux produits obtenus. Les techniques d'obtention de produits pulvérulents sont connues depuis longtemps. Elles font appel, dans la plupart des cas, i des tours de séchage. Le produit, SGUS forme liquide, renfermant le produit à transformer en poudre, véhiculé sous pression, alimente, selon le type d'appareillage, soit une turbine centrifuge, soit un système a buses ou soit un réacteur contacteur flash à écoulement puits-tourbillon. Le produit liquide est pulvérisé et est mis en contact avec un courant de gaz chaud. I1 s'ensuit une dessiccation des gouttelettes de liquide et on récupère une poudre. De nombreux auteurs ont mentionné la possibilité dtin- jecter un gaz dans les concentrés avant atomisation ou pulvérisation, ce gaz étant le plus souvent de l'anhydride carbonique. C'est ainsi que dès I920 dans 1'US I 406 38I on a décrit un procédé de fabrication de poudre de lait par atomisation avec dissolution préalable de gaz carbonique, l'introduction se faisant, à titre d'exemple, au moins en partie par barbotage éventuellement avec une addition complémentaire après le dispositif de barbotage. Selon une autre conception de mise en oeuvre décrite dans la demande française 2 350 862, l'incorporation de gaz carbonique est réalisée par diffusion de fines bulles en quantité réduite et å une distance suffisamment éloi gnée du poste de pulvérisation ou d'atomisation afin que la dissolution du gaz carbonique soit achevée au moment de l'atomisation ou de la pulvérisation. Mais un tel procédé oblige à utiliser des diffuseurs finement calibrés, ce qui est un inconvénient du point de vue de ltentretien. Or, la demanderesse a trouvé un moyen simple et efficace pour introduire du gaz carbonique qui se caractérise par le fait que lton introduit le gaz carbonique au moins en partie dans une zone de turbulence créée en amont du poste d'atomisation ou de pulvérisation. De manibre simple, la zone de turbulence peut être criée en partie au moins par l'introduction du gaz carbonique. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, on provoque un fractíonnement de la veine liqui- de en amont du poste d'atomisation après introduc*ion d'au moins une partie du gaz carbonique dans la veine liquide. Ce fractionnement peut être réalisé en un ou plusieurs points, de même l#introduction du gaz peut être réalisée en un ou plusieurs points. De plus, selon une variante de mise en oeuvre de l'invention, on peut éliminer ltexcès de C02 non dissous avant atomisation. Généralement, selon 1'invention, la phase liquide est constituée par une phase aqueuse et lton introduit une quantité de gaz carbonique telle que la phase liquide lors de l'atomisation renferme moins de 2 % en poids de gaz carbonique dissous et avantageusement de I à 5 %0. La présente invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Celui-ci comprend de manière connue en soi un poste d'atomisation et une source l'alimentation en CO2. Il se caractérise par le fait qu'il comprend des moyens de mise en turbulence, Comme dit précédemment, on peut de manière simple se servir de l'in- troduction de gaz carbonique pour aider à créer la turbu- lence et en jouant sur la dimension de la tuyauterie et de l'ajutage servant à l'alimentation de Baz carbonique dans la tuyauterie et en jouant sur le débit d'une pompe disposée en amont ou en aval par rapport i l'ajutage d'introduction du gaz carbonique. Mais, selon un mode de mise en oeuvre avantageux de la présente invention, on assure pn fractionnement de la veine liquide en amont du poste d'atomisation au moyen d'un dispositif à chicane incorpore dans la tuyauterie. Selon l'invention on observe un bon transfert de matières entre le gaz carbonique et le liquide que l'on peut probablement attribuer à un renouvellement permanent de la zone de contact et aussi une meilleure dissolution du gaz. De plus, l'invention permet l'in$roduction du gaz carbonique au moyen d'un ajutage de diamètre suffisant donnant lieu à la formation de bulles de grande dimension et le dispositif peut être d'une conception simple permet- tant d'être intégré à la canalisation et d'être nettoyé sans démontage lors des opérations habituelles d'entretien. Le dispositif d1atomisation ou pulverisation peut être de tout type connu, tel gue buses ou turbines, ou dispositif à écoulement puits-tourbillon tel que décrit dans le FR 2 257 326. On remarque en particulier que le procédé et le dispositif selon l'invention permettent des gains en énergie appréciables soit indirects, en conservant la meme tempe- rature d'entrée des gaz chauds, mais en abaissant la tem perature des gaz humidifiés, et en augmentant ainsi la capacité de production, soit des gains directs en conser vant le meme gradient de températures entre les tempera- tures dTentrée et de sortie, mais en abaissant la tempera- ture d'entrée du gaz chaud. De plus, comme déjà dit, la presente invention peut s1appliquer notamment i des concentres de produits laitier mais bien entendu elle s'applique d'une manière générale a toutes les solutions minérales ou organiques, ou suspensions. On peu* aussi traiter des émulsions, Mais l'intXret de la présente invention sera plus aisément compris à l'aide des figures e* exemples suivant s donnes à titre indicatif mais nullement limitatif. La figure 1 illustre sehematiquement un premier mode de mise en oeuvre de l'invention. Selon ce mode, le liquile á atomiser ou pulvériser est extrait d'un bac de stockage I par l'intermXdiaire d'une pompe 2. L'injection dtanhy- dride carbonique est effectuée dans ane canalisation 3 par l'intermédiaire d'une tuyauterie 4 munie i son extrémité d'un ajutage calibré 5. Un élément à chicane 6 est dispose en aval de l'aju- tage 5 et en amont d'une vanne papillon 7 qui maintient une contre-pression. Cette vanne 7 est percée afin de lals- ser passer le liquide, même en cas de fermeture malenconcreuse. Le liquide est ensuite déversé dans un bac de reprise 9 par l'intermédiaire d'un tube plongeur 8. Le liquide est ensuite repris par la pompe IO et est envoyé au sommet d'une tour, d'atomisation, non représentée, munie d'un atomiseur å turbine tel que décrit dans l'ouvrage de Masters : Spray Drying - John Wiley a Sons - New York Second Edition. Selon une variante de rbalisation representXe fig. 2 le gaz carbonique est introduit en amont de la pompe 2 par l'intermédiaire de la tuyauterie 4. Selon une autre forme de mise en oeuvre reprXsentXe à la figure 3, le liquide provenant du bac de reprise 9 est repris par la pompe IO et lssinjection d'anhydride carbonique est effectuée dans une canalisation II situe en aval de la pompe IO, par l'intermXdiaire de la tuyauterie 4 munie à son extrémité de l'ajutage calibre 5. Le mélangeur á chicane 6 est disposé en aval de l'ajutage 5 et le liquide est envoyé sur une turbine I2, au sommet d'une tour d'atomisation I3.En amont da la turbine on prévoit sur la canalisation II un système de dégazage I4 qui permet de recycler le CO2 en exos dans le bac 9 par l'intermediaire d'une tuyauterie I5. Selon une variante de mise en oeuvre non représentée on fait aboutir la canalisation I5 en amont de la pompe IO dans la tuyauterie II. Exemple I Dans cet exemple, on met en oeuvre un appareillege selon la figure 3 mais sans le dispositif de dXga ^age I4, en traitant un concentré laitier de sérum doux. Dans un premier essai, on travaille dans les conditions suivantes : 3 - masse volumique du concentré I 230 g/dm - temperature du concentré 38 C - vitesse de rotation de la turbine de la buse d'atomisa- tion 8 IOO tours/mn - température~d'entrée des gaz chauds I80 C - température de sortie des gaz 93 C d'od un écart de température de 87 C. On obtient 4 300 kg de poudre i l'heure, la poudre présentant une masse volumique apparente de 0,596 kg/dm et une humidité résiduelle de 2,5 %. On réalise alors un essai dans le meme appareillage et sur le meme produit mais en injectant du gaz carbonique dans les conditions suivantes : - masse volumique du concentré I 250 g/dm - temperature du concentré 25 C - vitesse de rotation de la turbine 7 400 tours/mn - température d'entré des gaz I80 C - température de sortie 83 C d'où un écart de température entréeZsortie gaz 97 C. En travaillant dans ces conditions, on obtient 5 IOOkg de poudre à l'heure ayant une masse volumique apparente de 0,570 kg/dm et une humidité résiduelle de 3,60 %. Le taux d'injection de C02 en poids par rapport à la poudre est de 3,I %#. Le gain d'énergie indirect est de I9 % non compté le gain de calories effectué en concentrant davantage le liquide. La poudre obtenue est plus fluide que dans ltexemple comparatif et amoins tendance à motter, de plus on peut considérer que sa teneur en humidité est excellente. Cet exemple illustre bien un intérêt de l'invention, car il est connu que l'injection de C02 entraIne une baisse sensible de densité de la poudre obtenue après injection de C02. Or, on voit dans cet exemple que la baisse de masse volumique est négligeable et que donc l'amélioration des autres paramètres ne s'est pas fait à ses dépens. L'invention permet en effet d'apporter un certain nombre de remèdes tel que - augmentation de la concentration du liquide A atomiser, - diminution de la vitesse de rotation de la turbine, - abaissement de la température du concentré avant atomisation et/ou de la température d'entrée des gaz chauds. Exemple 2 Dans cet exemple, on traite le meme produit mais dans une installation selon la figure I dans les conditions suivantes : masse t de vitesse de tempéra ture olumique concentré rotation de entrée sortie la turbine trs/mn sans CO2 I 235g/dm II 8 IOO I75 90 avec CO2 I 235g/dm II 8 IOO I75 80 Le taux d'injection de C02 est de 3 %#. Sans CO2 on obtient 4 239 kg par heure de poudre de masse volumique apparente égale à 0,570 kg/dm et d'humi dité résiduelle égale à 2,20 %. Avec CO2 on obtient 4 671 kg de poudre mais la densité est de 0,435 kg/dm et l'humidité résiduelle de 2,65 %. Le produit est fluide et ne motte pas, il y a augmen tation de la productivité. Exemple 3 En faisant appel au dispositif selon la figure 3, on traite du babeurre à 30 % en poids de matières sèches. Le babeurre est un produit difficile à atomiser et il est nécessaire de l'utiliser faiblement concentré si on veut éviter le colmatage de la tour. Or, on obtient un résultat spéctaculaire en injectant 3,5 %# de CO2 puisque le taux de colmatage tombe de 50 % à 2 % dans les condi tions suivantes :: - température d'entrée I68 C dans les deux cas - température de sortie 949C avec CO2 et 96 C sans C02 On obtient une production de I 500 kg/h avec C02 et I 300 kg/h sans C02, ce qui correspond i une augmentation de production de I5 % avec une concentration du liquide de 40 % en poids au lieu de 30 %, mais surtout lorsque lton travaille sans C02 la moitie en poids du produit reste collée dans la tour. Cet exemple illustre donc particulièrement l'avanta- ge de Ia présente invention. Exemple 4 On travaille sur le même dispositif mais le produit à traiter est constitué par un sérum laitier rEengraissé à 35 % de matibres grasses (suif). La difficulté principale sur de tels produits est constituée par le taux important de graisses libres obtenu celles-ci se trouvant en surface du grain et n'étant pas par conséquent emprisonnées. Selon l'invention, ce $aux est réduit considérablement. On travaille dans les conditions suivantes : Sans CO2 avec CO2 température ventrée I45 C I46 C .sortie 88 C - 8I C masse volumique du concentré I I80 g/dm3 I 200 g/dm3 g/ dm production horaire I 025 kg I 380 kg soit un gain de production de 35 % environ densité du produit 0,39 0,34 humidité 2,2 % 2,7 % solubilité 99,8 % 99,5 % matières grasses libres I8,6 % 9,6 % On voit donc que le gain est de moitié. Ces exemples illustrent donc L'intérêt de la présente invention. Bien entendu ces exemples ne sont pas limitatifs, et on peut aussi sécher des suspensions de produits minéraux, tels que suspensions de charges, comme i base de silice. REVENDICATIONS I) Procédé d'obtention de produits pulvérulents à partir d'une phase liquide par atomisation de ladite phase, caractérisé par le fait que lton crée une sone de turbulence en amont du poste d'atomisation ou pulvXrisa- tion et que du gaz carbonique est introduit au moins en partie dans la zone de turbulence. 2) Procédé selon la revendication I, caractérisX par le fait que lton provoque un fractionnement de la veine liquide en amont du poste d'atomisation, après introduction d'au moins une partie du gaz carbonique dans la veine liquide. 3) Procédé selon l'une des revendications I et 2, caractérisé par le fait que l'on introduit le gaz carbonique en plusieurs points. 4) Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que le fractionnement de la veine liquide est réalisé en plusieurs points. 5) Procédé selon l'une des revendications I et 4 caractérisé par le fait que l'on élimine ltexcbs de C02 non dissous avant l'atomisation. 6) Procédé selon l'une des revendications I à 5, caractérisé par le fait que la phase liquide est constituée par une phase aqueuse. 7) Procédé selon l'une des revendications I i 6, caractérisé par le fait que la quantité de gaz carbonique introduit est telle que la phase liquide lors de l'atomi- sation renferme moins de 2 % en poids de gaz carbonique dissous. 8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la phase aqueuse:est constituée par des eoncen- trés de produits laitiers. 9) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications I i 5 comprenant une tour d'atomisation, caractérisé par le fait qu'il présente entre la source de solution à atomiser et la tour d'atomisation un moyen de mise en turbulence de 1a solution et au moins un moyen de fractionnement de la veine liquide en amont du poste d'atomisation. O) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le moyen de fractionnement de la veine liquide est constitué par un dispositif à chicane.