Brevet FR2484202A1 — publié le 19811218

L'invention concerne le domaine du traitement des matieres végétales. Elle a plus particulièrement pour objet un procédé permettant de déshydrater les matières végétales d'une manière économique. On sait que de nombreuses matières végétales ont besoin de subir un traitement industriel de séchage qui permet la valorisation ou l'utilisation améliorée des produits de valeur qu'elles contiennent. En général,la déshydratation est réalisée en introduisant la matière végétale à traiter dans une zone de déshydratation portée à température élevée,en particulier sous l'effet de la combustion d'un combustible introduit concomitamment dans la zone. Dans la pratique, cette opération s'effectue dans un sécheur qui est fréquemment un tambour de déshydratation. Le combustible le plus communément utilisé est le fuel-oil. La déshydrateuse est alimentée en matières végétales,en fuel et en air de combustion. La déshydratation consomme beaucoup d'énergie et on s'efforce à l'heure actuelle de mettre au point des procédés permettant d'économiser la quantité de combustible. On a déjà proposé à cet effet de tirer parti de l'énergie de chaleur latente de la vapeur contenue dans les gaz ou fumées sortant de la déshydrateuse. Ainsi, il est de pratique courante de recycler, au moins partiellement,les fumées pour leur faire parcourir la déshydrateuse avec l'air de combustion. On a déjà proposé également de récupérer les calories disponibles dans les fumées en faisant passer celles-ci dans une zone d'échange, dans laquelle le fluide froid,en général de l'air, réchauffé par contact avec les fumées,peut etre utilisé pour les besoins du procédé ou pour toute autre application utile. Parmi les procédés connus pour la récupération de l'énergie calorifique-contenue dans les fumées de déshydratationton connaît déjà une technique dans laquelle on réalise un pré-séchage de la matière végétale fraîche à l'aide de l'air réchauffé par échange avec les fumées de la déshydratation Dans la zone de pré-sechaget la matière végétale brute circule sur un transporteur où elle est disposée en couches minces, pour permettre un contact efficace avec l'air chaud qui est porté à une température de 70 à 80"C après l'échange de chaleur avec les fumées.La luzerne pré-séchée est ensuite introduite dans la déshydrateuse proprement dite, ou' elle circule à cocourant avec les gaz de combustion.La matière végétale surt ainsi de la déshydrateuse après avoir atteint le taux de déshydratation désiré. Un tel procédé économise effectivement de l'énergie, mais il présente un certain nombre d'inconvénients . En premier lieu,la matière végétale pré-séchée est introduite dans la zone de déshydratation en même temps que les gaz de combustion qui se trouvent à la température la plus élevée, laquelle endommage le produit végétal,d'autant que celui-ci se trouve déjà à un état pré-séché,.qui le rend sensible à la température. La matière végétale peut alors être cuite ou brûlée superficiellement. Pour éviter un tel inconvénient,on pourrait penser à diminuer-la température d'introduction des gaz de séchage mais,dans ce cas,le rendement global de la déshydratation est affecté. De plus, la capacité évaporatoire du sécheur proprement dit est réduite. L'équi- pement pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus mentionné présente également des inconvénients. Outre les défauts habituels d'étanchéité qui entraînent des pertes d'air chaud,la mise en oeuvre d'une installation de séchage complémentaire impose l'utilisation d'un tapis ou autre moyen d'entraînement de la matière végétale, qui représente un dispositif coûteux et encombrant.Enfin ,ce procédé entraîne une consommation d'énergie de ventilation importante, car la perte de charge est élevée dans l'installation Le procédé de l'invention,qui tire parti de l'énergie de chaleur latente de la vapeur contenue dans les gaz sortant de la zone de déshydratation,remédie aux inconvénients signalés précédemment,en respectant l'intégrité du matériau végétal et en faisant appel à des matériels peu coûteux ,et même à des matériels existants. Sous sa forme la plus générale,l'invention a pour objet un procédé pour la déshydratation économique de matières végétales, dans lequel la matière végétale à traiter est introduite en vrac dans au moins une zone de déshydratation portée à température élevée, les gaz (fumées) sortant de la zone de déshydration sont récupérés et recyclés,au moins partiellement,vers ladite zone et/ou passent dans une zone d'échange où ils cèdent de la chaleur à un fluide tel que l'air, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on conduit une déshydratation contrôlée dans la zone de déshydratation,la teneur en humidité de la matière végétale sortant en vrac de ladite zone restant au moins égale à 40% de la teneur de la matière de départ,en ce qu'on met ladite matière en vrac à teneur contrôlée en humidité sous forme de particules agglomérées, en la faisant passer dans une zone de pressage pratiquement sans extraction de jus, en ce qu'on introduit lesdites particules agglomérées dans une zone de post-séchage et en ce qu'on alimente cette dernière avec l'air réchauffé sortant de la zone d'échange précitée. A titre de matière végétale pour la mise en oeuvre de l'invention,on peut utiliser toute matière végétale capable d'être soumise à un séchage à haute température en vue de la déshydratation. A titre d'exemple, on peut citer en particulier les fourrages et les pulpes,notamment la luzerne, les graminées, les pulpes de sucreries, de distilleries, pulpes diagrumestdrèches de pomme de terre et de brasseries, des plantes entières (telles que le mais) et autres matières analogues. Selon une caractéristique importante du procédé, la déshydratation est conduite d'une manière contrôlée,de manière que la matière végétale sortant de la déshydrateuse usuelle se situe à un niveau d'humidité au moins égal à 40% de la valeur de départ et,par exemple, se trouvant entre 40 et dXG de la teneur initiale en humidité de la matière végétale.Le produit frais est introduit dans la déshydrateuse en même temps que le combustible et les fumées de recyclage. Du fait qu'il possède sa teneur originelle en humidité lors de son entrée dans la zone de déshydratution,on est ainsi assuré que le produit ne subit pas de dommages en raison d'une élévation trop brutale de température.La matière ainsi déshydiatée de manière contrôlée subit alors une granulation sans extraction de jus,qui la transforme en particules agglomérées aptes à subir consécutivement un- traitement de post-séchage. A cet effet, on peut utiliser une presse de granulation usuelle, équipée d'une filière capable de fournir des particules agglomérées humides ayant,par exemple, un diamètre de 5- à 20 mm et une longueur de l'ordre de 15 à 20 mmt Selon l'invention,les particules agglomérées sont soumises ensuite à un séchage complémentaire en passant dans une zone de post-séchage alimentée par l'air réchauffé au contact des fumées de la déshydratation. C'est au cours de ce séchage final que l'on obtient des granulés secs ayant atteint le stade de déshydratation désiré. Un avantage essentiel de l'invention est de permettre à ce stade du procédé la mise en oeuvre de matériel existant, et notamment un type de sécheur extrêmement économique et simple qui est le sécheur à grains à circulation gravitaire. On notera que grace au fait que la matière végétale sortant de la déshydrateuse a été au préalable mise sous forme de particules agglomérées,cellesci peuvent couler librement dans la zone de post-séchage. La condition essentielle à remplir au cours de la granulation est donc de fournir des particules agglomérées qui peuvent encore couler dans un sécheur à grains de type classique. Un matériel convenant à ce besoin est une presse de granulation classique pour l'alimentation du bétail,à filière et galets, équipée d'une filière permettant d'obtenir les particules agglomérées désirées. Le procédé de l'invention résulte d'une combinaison originale de moyens. Si l'on ne procède pas à la granulation intermédiaire entre la déshydrateuse et le post-sécheur,on constate que le fonctionnement de celui-ci est perturbé. Sur le plan énergétique,l'énergie contenue dans les fumées de la déshydratation est utilisée sous forme d'air chaud pour l'alimentation du sécheur basse température. Le réglage de la déshydrateuse est modifié de telle sorte que l'humidité intermédiaire du produit corresponde à l'équilibre entre les deux phases de séchage L'échangeur interposé sur le trajet des fumées de déshydratation peut être de tout type classique;par exemple, il peut prendre la forme d'un faisceau tubulaire. Les fumées saturées refroidies sont évacuées à l'atmosphère, tandis que l'air chaud sert à l'alimentation du post-sécheur. Selon une forme de réalisation de l'invention,il peut être avantageux de faire passer les fumées,entre la déshydrateuse et l'échangeur,à travers un laveur saturateur à eau. Cette variante est utile Si l'on utilise du fuel-oil comme combustible à la déshydratation. L'interposition du laveur augmente la teneur des fumées en vapeur d'eau et réduit la température au voisinage du point de rosée, sans modifier sensiblement l'enthalpie des gaz Ainsi que le montrera l'exemple détaillé de réalisation ci-après,l'économie d'énergie procurée par le procédé de lwinven tion peut atteindre 30% ou davantage. Cette économie varie en effet avec les paramètres du séchage,l'humidité originelle du produit et les conditions atmosphériques L'homme de l'art appréciera donc immédiatement l'intérêt de l'invention Outre l'économie d'énergie, le procédé de l'invention présente encore un certain nombre d'avantages. Le débit de la déshydrateuse se trouve augmenté étant donné que le séchage est limité.Alors que, dans les déshydratations classiques,la matière végétale sort de la déshydrcteuse à un taux d'humidité de l'ordre de 10% de son taux d'origine, la matière végétale selon l'invention sort de la déshydrateuse à un taux d'humidité au moins égal à 40% de la teneur originelle. Pour les matières végétales sensibles à la température, le procédé procure aussi une amélioration de la qualité. En effet, les opérations de séchage où le produit est le plus sensible. sont opérées à basse température dans le post-sécheur. Ainsi élimine t-on par exemple le risque d'altération des vitamines et des pigments en fin de déshydratation; La granulation intermédiaire est réalisée en phase humide et consomme beaucoup moins d'énergie qu'une granulation effectuée sur un produit sec. Par ailleurs,les matériels pour la mise en oeuvre du procédé sont peu coûteux et ne nécessitent qu'un entretien limité. On a déjà dit qu'un avantage important était de permettre l'utilisation. dans le post-séchage d'un appareil du type de sécheur à grains. On notera également que le procédé de l'invention peut être intégré à d'autres procédés de traitement des matières végétales, par exemple avec ceux qui comportent l'élimination mécanique de solutions. Dans le cas de la luzerne par exemple, on peut mettre en oeuvre le procédé de l'invention en le-combinant au procédé de traitement des sérums extraits de la matière végétale,en réalisant la concentration du sérum soit par pompe à chaleur, soit dans un évaporateur à multiple effet chauffé à la vapeur,ou bien il est encore possible de retraiter le sérum pour une utilisation ultérieure. Dans le cas de la déshydratation des végétaux verts,le procédé de l'invention est compatible avec le pré-fanage. L'invention sera maintenant illustrée,sans être aucunement limitée,par la description qui suit,faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: Fig.l est un schéma explicatif illustrant le procédé de l'invention; Fig.2 est un diagramme illustrant le fonctionnement du postséchage selon l'invention,dans un exemple particulier Ainsi qu'on le voit à la figure 1,le procédé de l'invention combine une zone de déshydratation l,par exemple sous la forme d'une déshydrateuse-tambour,une zone de granulation 2, par exemple sous forme d'une presse à filière, une zone de post-séchage 3, par exemple sous forme 'un sécheur à grains à circulation gravitairesset une zone d'échange 4 fonctionnant à l'air.La zone de déshydratation 1 est alimentée en matière végétale 5,en combustible 6 et en air 7. En outre,les gaz sortant en 8 de la déshydratation sont partiellement recyclés en 9, ainsi qu'il est connuWà l'entrée de la déshydrateuse 1. La partie non recyclée des fumées de déshydratation est conduite en 10 sur l'échangeur 4en même temps que de l'air froid 11. Il sort de la zone d'échange 4 des fumées saturées refroidies en 12,des condensats en 13 et de l'air chaud en 14. Cet air chaud est utilisé dans la zone de post-séchage 3. La matière végétale 5 ,après avoir subi le traitement contrôlé de déshydratation, sort en 15 de la déshydrateuse, et est amenée à la presse de granulation 2 Il sort de cette zone des granulés humides 16 qui sont soumis au post-séchage 3. L'air chaud 14 se charge d'humidité et est évacué en 17. La matière végétale déshydratée est recueillie sous forme de granulés secs 18. Si nécessaire, ces granulés peuvent subir un traitement complémentaire mécanique, par exemple un autre traitement dtagglomération,dans le cas où l'on souhaite densifier le produit On donnera maintenant un exemple de réalisation qui permet de mettre en évidence l'économie d'énergie procurée par l'invention. Dans l'exemple qui suit,on a utilisé une installation du ty pe général décrit précédemment et illustrée en référence à la figu re 1. Dans l'échangeur 4, les fumées circulaient à l'intérieur d'un faisceau tubulaire et l'air se réchauffait au contact des tubes. La déshydrateuse 1 fonctionnait au fuel-oil F02 comme combustible. Les conditions générales étaient les suivantes: -Température de l'air ambiant 20 C -Teneur en eau de l'air ambiant W = 0,01 soit l0g de vapeur par kilo d'air sec -Température de sortie des fumées 100 C Excès d'air dans les fumées de la déshydrateuse 100% Dans les conditions mentionnées ci-dessus,la composition pondérale des fumées est la suivante: C02 7,4% S02 0,2 % N2 50,5 % 02 7,6 % HO 34,2 % (dont 0,7% ventant de l'air initial, 2,8% de la combustion de l'hydrogène et 30,7% de l'évaporation). Cette composition correspond à une pression partielle de 351 mm de mercure pour la vapeur,soit à une température de rosée de 79 80C. Par le choix de sa surface d'échange,l'évaporateur était prévu pour permettre un refroidissement des fumées à 60 C. A noter que l'interposition souhaitable d'un laveur aurait pour effet d'augmenter la teneur en vapeur et de réduire la température au voisinage du point de rosée,sans modification sensible de l'enthalpie des gaz. Après refroidissement à 600C et condensation partielle de la vapeur, la composition pondérale des fumées devint C02 9,68% SO2 0,25% N2 66,15% O2 11,21% HO 12,70% Les indications chiffrées suivantes sont rapportées à- un kilo d'eau évaporée dans la déshydrateuse. La consommation spécifique de la déshydratevse proprement dite est de 7,4 12 1 x x = 76,5 g de FO@ par kilo d'eau évaporée 30,7 44 0,858 soit encore: 742 Kcal. Dans cette formule: 12 représente la masse atomique du carbone, 44 le poids moléculaire du CO2 30,7 et 7,4 représentent les pourcentages respectifs d'eau évaporée et de C02 total dans cette fumée, 0,858 est la composition pondérale du F02 en carbone. A cette énergie, il convient d'ajouter celle de l'eau et de l'air à 20 C, soit 30 Kcal L'énergie contenue dans les gaz associés à un kilo d'eau évaporée est, à la sortie du tambour de déshydratation: -CO2...............0,241 x x 100 x 0,209 = 5,04 -SO2.............. 0,006 x 100 x 0,144 = ............ 0,09 -N2 ........ 1,645 x 100 x 0,251 = ........... 41,29 -O2................0,248 x 100 x 0,219 = .......... 5,43 -H2O...............1,114 x 639 = ...................711,84 Soit au total................................. 763,7 Kcal La différence entre ce chiffre et la somme des deux précédents représente la chaleur sensible des produits solides ou les pertes par les parois. Après condensation et refroidissement à 60 ,il reste en énergie dans les fumées: -C02 0,241 x 60 x 0,206 = .............2, 2,97 -SO2...............0,006 x 60 x 0,142 = ............ 0,05 -N2................1,645 x 60 x 0,250 = ............ 24,67 -02 0,248 x 60 x 0,218 = ............ 3,24 -H20 0,316 x 622,6 = 197,74 Sgit un total de ....................... 228,67 Kcal Les condensats coptiennent: (1,114- 0,316)600= 47,88 Kcal Soit au total ........................ 276,55 Kcal La différence est donc disponible pour le système, soit environ 487 Kcalories,que l'on peut ramener à 470 Kcalories pour tenir compte des pertes par convection,soit encore 65% de récupération. L'air réchauffé par traversée de l'échangeur à l'extérieur des tubes absorbe la chaleur cédée avec les caractéristiques suivantes (toujours pour un kilo d'eau évaporée dans la déshydrateuse): -Température initiale de l'air................ 20 C -Humidité 0 10 g/kg d'air sec soit humidité relative 70% -Enthalpie 0 10,8 Kcal/kg air sec -Température finale .............................. 850C -Enthalpie (en sortie) ^ 27 Kcal/kg air sec -Poids d 'air : 470 27 - 10,8 = ç 29 kg Dans cet exemple,l'évaporation dans la déshydrateuse avait nécessité 2,1 kg d'air sec par kg d'eau évaporée, soit 13 fois moins. On indiquera maintenant les caractéristiques de fonctionnement du post-sécheur. Le produit introduit étant à une température proche de sa température de sortie, on peut considérer que les calories cédées par le refroidissement de l'air ont servi exclusivement à l'évaporation de l'humidité du produit. L'air sortant à 90% d'humidité relative,à enthalpie constante, se trouve à 340C et chargé de 319 d'eau par kilo d'air sec. Le poids d'eau enlevé au séchage est alors,par kilo d'eau évaporé dans la déshydrateuse,égal à: (31 - 10) x 29 = 609 g L'économie de combustible est donc de: 609 = 38% 1.000 + 609 Bien entendu, il faut tenir compte d'une certaine déperdition à ces deux niveaux d'échange. La ventilation du post-sécheur porte sur un volume important sous faible pression. Ceci est en partie compensé par l'augmentation de débit de matière sèche dans le tambour pour une même ventilation,de l'ordre de 35%, et par une réduction de la puissance de granulation. Il résulte de ce qui précède que l'économie globale du procédé se situe à environ 30% par rapport à la déshydratation classique. Calcul de l'humidité intermédiaire Si le produit brut possède un taux de matière sèche a et une humidité finale de 10%,le taux de matière sèche x entre les deux étapes de séchage,sera tel que: 1 - a = 1.000 ( a - a ) x - 609 x 1 - 0,10 soit x = 0,69 a + a On a représenté au diagramme de la figure 2 la courbe de x ( taux de matière sèche à l'entrée du post-séchage) porté en ordonnées en fonction de a ( taux de matière sèche initial) porté en abscisses . On voit que x augmente de manière quasiment linéaire avec a. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la déshydratation économique de matières végétales,dans lequel la matière végétale à traiter est introduite en vrac dans au moins une zone de déshydratation portée à température élevée,les gaz (fumées) sortant de la zone de déshydratation sont récupérés et recyclés, au moins partiellement, vers ladite zone et/ou passent dans une zone d'échange où ils cèdent de la chaleur à un fluide tel que l'air, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on conduit une déshydratation contrôlée dans la zone de déshydratation (l),la teneur en humidité de la matière végétale sortant en vrac de ladite zone restant au moins égale à 40% de la teneur de la matière de départ,en ce qu'on met ladite matière en vrac à teneux contrôlée en humidité sous forme de particules agglomérées,en la faisant passer dans une zone de pressage (2) pratiquement sans extraction de jus,en ce qu'on introduit lesdites particules agglomérées dans une zone de post-séchage (3) et en ce qu'on alimente cette dernière avec l'air réchauffé (14)sortant de la zone d'échange (4) précitée. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à titre de matière végétale, on utilise toute matière végétale capable d'être soumise à un séchage à haute température en vue de la déshydratation. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise les fourrages et les pulpes, notamment la luzerne, les graminées ,les pulpes de sucreries,de distilleries, pulpes d 'agrumes drèches de pommes de terre et de brasseries,des plantes entières (telles que le mals)et autres matières analogues. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on règle le taux d'humidité de la matière végétale sortant de la zone de déshydratation (1) à une valeur se situant entre 40 et 60% de la teneur initiale en humidité de la matière végétale 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans la zone de pressage (2) on transforme la matière en vrac pré-séchée en particules agglomérées susceptibles de couler librement dans un appareil du type sécheur à grains. 6. Procédé selon la revendication 5,caractérisé en ce que dans la zone de pressage (2),on utilise une presse de granulation en phase humide fournissant des particules agglomérées ayant par exemple un diamètre de 5 à 10 mm et une longueur de l'ordre de 15 à 20 mm. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on interpose, entre la zone de déshydratation et la zone d'échange ,une zone de lavage-saturation dans laquelle les fumées sont mises en contact avec de l'eau.