Brevet FR2484203A1 — publié le 19811218

La présente invention concerne un séchoir prévu notamment pour sécher les céréales et en particulier le mais en grain, mais.pouvant éventuellement s'appliquer à d'autres séchages. Dans le brevet français NO 76-33011 déposé le 2 novembre 1976, on a décrit un séchoir de matière végétale comprenant au moins deux étages de séchage dans lesquels la matière végétale à secher transite successivement, chaque étage étant muni de moyens pour chauffer la matière végétale et des moyens pour évacuer la vapeur d'eau issue de la ma tière végétale chauffée, ce séchoir étant remarquable en ce qu 'il comporte des moyens pour établir une dépression dans chacun des étages, un premier étage étant a une pression inférieure à celle régnant dans l'autre étage et en ce que les moyens de chauffage dudit premier étage sont ali mentés par la vapeur produite dans l'autre étage par le chauffage de la matière végétale. Un tel séchoir présente l'avantage substantiel vis-à-vis des séchoirs traditionnels de permettre une économie de combustibles très importante du fait, d'une part, de l'utilisation d'un vide relatif comme agent de séchage, ce qui limite considérablement la perte de calories sur la partie sèche de l'air évacué et, d'autre part, de la récu pération de la chaleur de condensation, c'est-à-dire de la chaleur d vaporisation produite dans chaque étage. A cet effet, chaque étage du séchoir comprend une enceinte étanche à la vapeur, dans laquelle est disposée une colonne à parois ajourées dans laquelle transite la matière végétale à sécher, les moyens de chauffage comprenant un réseau de tuyauterie traversant la matière à sécher et relié en amont à l'enceinte de ltétage préeédent (celui où la pression est légèrement supérieure) et en aval à un collecteur d'échappement où s'accumule le condensat produit dans ledit réseau, condensat qui est ensuite évacué. Au cours de l'étude pratique et de l'expérimen- tation d'un tel séchoir, il est apparu qu'un des paramètres les plus importants intervenant dans l'etablissement du bilan énergétique de l'installation était le gradient de température entre la vapeur de chauffage circulant dans ledit reseau de tuyauterie et le lit de matière végétale tra versé par le réseau.Ce paramètre est, en effet, prépondérant dans le temps de séchage lequel est évidemment déterminant dans le bilan énergétique. Ce temps de séchage peut être réduit par l'augmentation dudit gradient de température. Or, dans une installation du type décrit dans ledit brevet, l'augmentation de ce gradient est relativement limitée, compte tenu des conditions opératoires, en particulier la temperature limite du lit de matière végétale à sécher et la pression à l'intérieur de l'enceinte de séchage. Par suite, le raccourcissement des temps de séchage et la diminution du combustible nécessaire impliquant, si l'on veut tendre vers un rendement optimal du procédé mis en oeuvre dans le séchoir selon le brevet susdit, une surface d'échange thermique importante entre la vapeur de chauffage et le lit de matière végétale à sécher. Le but de la présente invention est précisément de permettre de tendre vers ce rendement optimal en proposant des moyens propres à améliorer sensiblement la qualité du transfert thermique entre la vapeur et le lit de matière végétale. Un autre but de l'invention est détendre le prineipe du séchoir du type decrit dans le brevet FR 7633011 à la réalisation d'une variante à un seul ét-age égale- ment équipée.desdits moyens propres à améliorer le transfert thermique entre vapeur et matière à sécher. A cet effet, l'invention a pour objet un séchoir de matière végétale du type comportant au moins un étage de séchage dans lequel transite la matière végétale à sécher, ledit étage étant muni de moyens pour chauffer ladite matière et de moyens pour évacuer la vapeur d'eau issue de la matière végétale chauffée, ledit séchoir étant caractérisé en ce que ledit étage, ou chaque étage comprend une enceinte, un compartiment à matière à sécher, à parois ajourées, disposé dans l'enceinte et muni d'un orifice d'introduction et d'un orifice d'évacuation de la matière, des moyens pour faire transiter cette dernière à l'intérieur du compartiment, une batterie tubulaire d'échangeur de chaleur disposée dans l'enceinte à proximité dudit compartiment et reliée, d'une part, à une source de vapeur et, d'autre part, à un collecteur associé à des moyens d'évacuation du condensat et un dispositif de circulation forcée de la vapeur d'eau se trouvant dans l'enceinte etdégagée au cours du séchage,de façon à accélérer les échanges thermiques entre la vapeur d'eau de ladite batterie tubulaire et la matière transitant dans ledit compartiment. Suivant un mode de réalisation simplifié du séchoir selon l'invention-, il est prévu un seul étage, l'interieur de l'enceinte étant à la pression atmosphérique,ou à une pression inférieure, la vapeur d'eau envoyée dans ladite batterie tubulaire étant à une température supérieure à 100 OC et provenant d'un thermo-compresseur relié à une chaudière et alimenté en vapeur à basse pression à partir de ladite enceinte. Suivant une variante de réalisation à plusieurs étages, le séchoir comporte n étages en cascade, des dépres- sions différentes étant établies dans les différentes enceintes, l'enceinte de dépression la plus forte, ou dernier étage, étant reliée à une source de vide, la pression croissant jusqu'au premier étage, chaque enceinte, sauf la dernière, communiquant avec ltentrée de la batterie tubulaire de l'étage immédiatement suivant, cependant que l'entrée de la batterie du premier étage est reliée à la source de vapeur d'eau et que la matière végétale transite successivement dans chacun desdits étages. Dans un tel séchoir, la matiere végétale à sécher peut transiter soit en courant parallèle par rapport à la circulation de la vapeur d'eau d'un étage à l'étage suivant, auquel cas la matière circule du premier étage au dernier, suivant le sens défini plus haut, soit à contrecourant de la vapeur, c'est-a-dire depuis lue dernier étage susdit jusqu'au premier. En outre, avantageusement, on prévoit dans un tel séchoir à étages multiples un thermo-compresseur alimentant en vapeur d'eau la batterie tubulaire dudit premier étage, ce thermo-compresseur étant lui-meme alimenté en vapeur d'eau et en vapeur basse Dression à partir de l'en- ceinte du premier étage ou des suivants. D'autre caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisa tion d'un séchoir à étages multiples conforme à l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard de la figure unique annexée sur laquelle est repré- sentée une vue schématique d'un tel sechoir. Dans l'installation représentée, la matière à sécher 1, par exemple du mais en grain, est amenée dans une trémie 2 disposée à I'extrémité supérieure de l'installation. La matière 1 pénètre dans un premier étage de séchage 3 par l'intermédiaire d'une écluse étanche 4 puis dans un second étage 5 par l'intermédiaire d'une seconde écluse étanche 6 et enfin dans un troisième étage 7 par l'intermédiaire d'une troisième écluse étanche 8, avant d'être évacuée par une écluse étanche 9. Chaque étage comprend une enceinte 10 étanche aux gaz dans laquelle est disposé un compartiment à grains 11 à parois latérales ajourees de manière à laisser facilement passer les gaz (pratiquement essentiellement constitués de vapeur d'eau) tout en retenant les grains 1. Les compartiments 11 communiquent bien entendu avec les écluses adjacentes. Dans le mode de réalisation représenté, les grains de mais circulant par gravité, les compartiments 11 sont disposés suivant un alignement vertical. Les compartiments 11 ont, par exemple, une section rectangulaire ou carrée et comportent deux parois a jourées parallèles lia et iib,les deux autres parois étant délimitées par celles de l'enceinte 10. Dans chaque enceinte 10, est disposée une batterie tubulaire d'échangeur de chaleur symbolisée par un serpentin 12 parallèle au compartiment 11 et à proximité de ce dernier. L'aval de chaque batterie 12 est relié à un collecteur d'échappement 13 où s'accumule le condensat produit dans la batterie, celui-ci étant évacué par une pompe 14. L'amont de la batterie 12 du premier étage 3 est relié par une canalisation 15 à un thermo-compresseur 16 alimenté en vapeur d'eau haute pression par une chaudière 17 et en vapeur d'eau basse pression par une canalisation 18 à partir de l'intérieur de l'enceinte 10 dudit premier étage 3. A l'intérieur de chaque enceinte est disposé, conformément à l'invention, un système de circulation forcée des gaz (surtout de la vapeur d'eau et un peu d'air introduit avec le grain) pr6s.entsdans l'enceinte. A cet effet, chaque enceinte 10 est munie sensiblement dans sa partie centrale d'une cloison horizontale 19 au droit de la batterie tubulaire 12 de façon à établir à l'intérieur de l'enceinte un trajet en forme de boucle obligeant les gaz-propulsés par un ventilateur 20 approprié monté dans ladite cloison 19 à l'extrémité de l'enceinte 10 éloignée du compartiment à grains 11, à traverser deux fois ce dernier ainsi que la batterie 12 conformément aux flèches représentées à l'inte- rieur des enceintes 10. L'enceinte du premier étage 3 est reliée par une canalisation 21 à l'amont de la batterie d'échangeur 12 du second étage 6 et, de meme, l'enceinte de cet étage 6 est reliée par une canalisation 22 à l'amont de la batterie d'échangeur 12 du troisième étage 8. Enfin, l'enceinte du dernier étage 8 est reliée par une canalisation 23 à un condenseur à refroidissement 24 alimenté en eau froide par une canalisation 25, le condensat 26 étant évacué par une pompe 27. Un éjecteur à vapeur 28 alimenté è partir de la chaudière 17 par l'intermédiaire d'une canalisation 29 assure l'extraction des gaz incondensables (surtout de l'air) de l'enceinte du dernier étage 8. Dans les différentes canalisations de l'installation, le sens d'écoulement des fluides est indiqué par des flèches. L'enceinte 10 du premier étage 3 est reliée a l'atmosphère par l'intermédiaire d'une soupape tarée 30, cependant que l'enceinte du second étage 6 communique avec les enceintes du premier et du troisième étage par des soupapes tarées 31 et 32. Le fonctionnement de l'installation représentée et décrite ci-dessus est le suivant. Dans les trois enceintes des etages 3,6 et 8 règnent des pressions ,ou plutot des dépressions, différentes. La dépression la plus forte règne à l'intérieur de l'enceinte 10 du dernier étage et est établie par le condenseur 24. Dans l'enceinte de l'étage 6 règne une dépression moins forte et dans l'étage 3 une dépression encore moins forte, les différents niveaux de dépression étant déterminés par le tarage des soupapes 30,31 et 32. La matière végétale à sécher 1, du mais en grains dans l'exemple choisi, est ameneedans la trémie 2 et va s'ecouler en transitant successivement dans les compartiments 11 des trois étages 3,6 et 8 pour etre, enfin, évacuée parfaitement sèche par l'ecluse 9. Les différentes écluses 4,5,7 et 9 sont chargées de déterminer le temps de séjour des grains dans les compartiments 11 et leur transfert tout le long de la colonne de séchage constitué par la succession desdits compartiments. Les écluses peuvent etre,par exemple, des sas rotatifs et fonctiènnent par intermittence mais en synchronisme afin que les compartiments 11 demeurent constamment pleins. Elles assurent, en outre, ltétanehéité des différentes enceintes 10. La batterie d'échangeur 12 du premier étage 3 est alimentée par le thermo-compresseur 16 en vapeur d'eau à une température nettement plus élevée que celle de la vapeur saturante à la pression P1 régnant dans l'enceinte de l'étage 3. Le ventilateur 20 produit un brassage énergique de de la vapeur qui se dégage des grains 1 du comparti ment 11 au cours du séchage. Cette vapeur est rechauf- fée à chaque passage sur la batterie 12 et fournit aux grains la chaleur nécessaire à la continuation du séchage. A chaque boucle de recyclage par le ventilateur 20 de la vapeur de l'enceinte, celle-ci traverse deux fois le compartiment à grains, dans sa demi-partie inférieure puis dans sa demi-partie supérieure, et deux fois la batterie d'échangeur 12. Une partie de la vapeur dégagée dans l'enceinte est envoyée, d'une part, au thermo-compresseur 16 par la canalisation 18 et, d'autre part, à la batterie déehangeur 12 du second étage 6 par la canalisation 21. Le séchage du mais se poursuit dans l'étage 6 où il règne dans l'enceinte 10 une pression P2 inférieure à P1 , telle que la température de vapeur saturante à cette pression est nettement inférieure à la température de la batterie 12 de ce second étage ó. De meme, la vapeur issue du séchage dans l'étage 6 est dirigée sur la batterie 12 du dernier étage 8 où il règne dans l'enceinte 10 une pression P3 inférieure à P2 et où le séchage se poursuit dans les memes conditions que dans les deux premiers étages. Chacun des étages 6 et 8 est alimenté en fluide chauffant par récupération de la vapeur dégagée par le sé chage dans l'étage précédent. Les étages 6 et 8 ne consomment donc pas d'énergie. La consommation d'énergie du séchoir selon lin- vention est donc réduite d'une fraction très importante (ppu- vant dépasser 50 %) par rapport à un séchoir traditionnel où aucune récupération d'énergie n'est réalisée. Le produit sec sortant du séchoir par ltéeluse 9 étant à une température relativement élevée, son refroidissement (d'ailleurs néeessaire) peut fournir des calories qui, ainsi que celles contènues dans les condensats évacués par les pompes 14 et 27, peuvent être employées en dehors du séchoir ou pour préehauffer la matière à sécher ou l'eau d'alimentation de la chaudière 17. La circulation forcée dans les enceintes 10 de la vapeur qui est contrainte constamment de traverser toute la masse du produit à sécher et de le cher toute la tuyauterie de la batterie d'échangeur 12,est de nature à améliorer très sensiblement les échanges thermiques entre le lit de grains 1 dans les compartiments 11 et la vapeur d'eau à l'intérieur des batteries 12. Or, on sait que la durée de séchage et le rendement global sont fortement influencés par le gradient de température entre ce lit de matière à sécher et la vapeur d'eau de ltéehangeur. La prévision, conformément à l'invention, d'un dispositif de circulation forcée à l'intérieur de chaque étage de séchage permet justement d'accroire substantiellement ce gradient de température et, par là, d'obtenir des temps de séchage sensiblement raccourcis en comparaison de ceux atteints avec les séchoirs traditionnels et de tendre vers un rendement optimal des installations de séchage à étages multiples à récupération du type décrit dans le brevet FR 76-33011. Dans l'installation décrite ci-dessus et représentée, la circulation des grains dans la colonne de séchage se fait à courant parailèle par rapport à celle de la vapeur d'eau d'un étage à ltétage suivant. L'installation pourrait tout aussi bien fonctionner avec une circulation des grains à contre-courant, cP'est-à-dire en sens inverse de celui de l'installation de la figure unique, les grains entrant d'abord dans le dernier étage où règne la dépression la plus forte, la vapeur la plus chaude étant admise dans le premier étage en convenant, pour faciliter les choses, d'ordonner les étages depuis le premier ou règne la pression la plus forte jusqu'au dernier où règne la pression la plus faible. Le nombre d'étages peut bien entendu varier, tous, excepté le premier, étant alimentés en vapeur à partir de l'étage précédent. Ce nombre peut etre réduit à un seul et unique étage auquel cas le thermo-compresseur 16 est absolument nécessaire pour diminuer la consommation de calories, alors que cet appareil peut à la rigueur être supprimé dans les instllations à étages multiples. Le thermo-compresseur 16 est par ex-emple du type à éjecteur ou du type mécanique. Dans sa version la plus simple, le sechoir selon l'invention ne comporte qu'un étage dont l'enceinte est mise à l'atmosphère,ou à une pression inférieure, et est équipé d'un thermo-compresseur fournissant de la vapeur d'eau à très haute température. Dans un tel mode de réalisation, ladite enceinte communique avec l1atmosphère (si elle est mise à l'atmosphère) et avec le thermo-compresseur et aucune soupape tarée ni aucune écluse étanche pour la matière à sécher n'est alors nécessaire. De même, dans l'installation représentée sur la figure unique, l'enceinte 10 du premier étage pourrait être mise à l'atmosphère, ce qui permettrait de supprimer la soupape 30 et l1ecluse étanche d'entrée 4. De meme dans le cas où l'enceinte de l'étage unique ou du premier étage est mise à l'atmosphère, les a à l'intérieur de cette enceinte sont cependant presqu'essentiellement constitués de la vapeur d'eau dégagée au cours du séchage, laquelle a tendance à développer à l'intérieur de l'enceinte une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique en sorte que les rentrées d'air de l'ex- térieur sont limitées. Les compartiments 11 avec leurs deux parois ajourées 11a et 11 b peuvent être remplacés par toutais- positif assurant la canalisation de la matière et sa traversée par la vapeur dégagée au cours du séchage sous une épaisseur de matière convenable tout en évitant la chute, la projection ou l'entraînement de la matière dans le circuit de vapeur. En particulier,les compartiments 11 peuvent etre constitués par des cases à dièdres comme dans les séchoirs traditionnels à l'air chaud. Dans les divers modes de réalisation ci-dessus on peut réduire l'introduction d'air dans les enceintes en effectuant un dégazage ou. mise à vide du grain au niveau de son introduction dans le premier (ou unique) étage. L'acheminement de la matière à sécher, au lieu de se faire par gravité, peut être obtenu par tout moyen mécanique (chaîne transporteuse, vis d'Archimède, etc...) à l'horizontale ou en oblique, en montant ou en descendant. Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Séchoir de matière végétale, du type comportant au moins un étage de séchage dans lequel transite la matière végétale à sécher, ledit étage étant muni de moyens pour chauffer ladite matière et de moyens pour évacuer la vapeur d'eau issue de la matière végétale chauffée, ledit séchoir étant caractérisé en chaque ledit étage ou chaque étage (3,6,8) comprend une enceinte (10), un compartiment (11) à matière à sécher, à parois ajourées, dispose dans l'enceinte et muni d'un orifice d'introduction et d'un ori fice d'évacuation de la matière (1), des moyens (4,5,7, 9) pour faire transiter cette dernière à l'intérieur du compartiment, une batterie tubulaire d'échangeur de chaleur (12) disposée dans l'enceinte à proximité dudit compartiment et reliée, d'une part, à une source de vapeur d'eau et, d'autre part, à un collecteur (13) associé à des moyens (14) d'évacuation du condensat et un dispositif (20) de circulation forcée de la vapeur d'eau se trouvant dans l'enceinte (10) et dégagée au cours du séchage, de façon R accélérer les échanges thermiques entre la vapeur d'eau de ladite batterie tubulaire (12).et la matière transitant dans ledit compartiment (11). 2. Séchoir suivant la revendication 1, earaetéri- sé en ce qu'il comporte un seul et unique étage, l'intérieur de l'enceinte (10) étant à la pression atmosphérique, la vapeur d'eau envoyée dans ladite batterie tubulaire (12) étant à une température supérieure à 100 C et provenant d'un thermo-compresseur (16) relié à une chaudière (17) et alimenté en vapeur à basse pression à partir de ladite enceinte (10). 3. Séchoir suivant la revendication 1, caractk- risé en ce qu'il comporte n étages (3,6,8) en cascade, des dépressions différentes étant établies dans les différentes enceintes (10), l'enceinte de dépression la plus forte, ou dernier étage (8), étant reliée à une source de vide (24), la pression croissant jusqu'au premier étage (3), chaque enceinte (10) ,sauf la dernière,communiquant avec l'entrée de la batterie tubulaire (12) de l'étage immédiatement suivant, cependant que l'entrée de la batterie (12) du premier étage (3) est reliée à la source de vapeur d'eau et que la matière végétale (1) transite successivement dans chacun desdits étages. 4. Séchoir suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la source de vapeur est un thermo-compresseur (16) alimenté en vapeur haute pression à partir d'une chaudière (17) et en vapeur basse pression à partir de l'encein- te (10) du premier étage (3). 5. Séchoir suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit dispositif de circulation forcée installé à l'intérieur de chaque enceinte (10) est constitué par un cloisonnage intérieur (19) délimitant a l'intérieur de l'enceinte une boucle de circulation de vapeur telle qu'd chaque reeyelage de la vapeur,la totalité de la masse de la matière à séeher (1) contenue dans ledit compartiment (11) ainsi que la totalité de la batterie d'echan- geur (12) soient balayées et par un ventilateur (20) in terposé dans ladite boucle. 6. Séchoir suivant l'une des revendications 3 à 5, earactérisé en ce que des soupapes tarées sont interposées entre les enceintes (10) ainsi qu'entre l'enceinte (10) du premier étage (3) et l'atmosphère. 7. Séchoir suivant l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que des écluses étanches (4,5,7,9) sont interposées entre les compartiments (11) des différents étages (3,6,8) ainsi qu'entre le premier étage (3) et la trémie (2) d'amenée de la matière végétale (1) à sécher. 8. Séchoir suivant l'une des revendications 3 à 5 caractérise en ce qu l'enceinte (10) du premier étage (3) est mise à l'atmosphère. 8. Séchoir suivant l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que la matière végétale (1) à secher transite successivement du premier étage (3) au dernier (8) en courant parallèle par rapport à la vapeur de séchage laquelle circule d'un étage déterminé vers l'étage immédiatement suivant. 10. Séchoir suivant l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que la matière végétale (1) à secher transite successivement du dernier étage (8) au premier (3) a contre-courant de la vapeur de séchage laquelle circule d'un étage déterminé vers l'étage immédiatement suivant. 11. Séchoir suivant l'une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que les compartiments (11) de sechage de la matière végétale (1) sont constitués par des cases a dièdres.