Brevet FR2544992A1 — publié le 19841102

Installation de séchage d'un produit liquide La présente invention concerne une installation de séchage d'un produit liquide comprenant une colonne de séchage dans laquelle le produit liquide pulvérisé circule à contre courant d'un air chaud, étant l'air extérieur réchauffé dans le circuit primaire d'un échangeur de chaleur. Dans de nombreuses usines de produits alimentaires et notamment dans les usines laitières, certains produits liquides supposent un traitement de séchage, précédé ou non, d'une opération de concentration. L'opération finale amenant le produit à une teneur en eau réduite à moins de 10% (# à 5% dans le cas du lait en poudre par exemple), s'effectue très souvent dans des tours de séchage verticales dans lesquelles on introduit le liquide à sécher, concentré ou pas, à la partie supérieure par l'intermédiaire d'un dispositif de pulvérisation ayant pour objet de former un brouillard de particules liquides offrant le maximum de surface d'échange de chaleur introduit dans la tour à la partie inférieure pour circuler de bas en haut à contre-cou- rant avec les gouttelettes de liquide au contact desquelles l'air se refroidit en absorbant sous forme de vapeur l'eau extraite au liquide. On récolte à la partie inférieure un produit pulvérulent sec et à la partie supérieure de l'air qui se refroidit en même temps qu'il se charge en humidité. Dans les installations connues, l'air est admis dans la colonne de séchage à une température comprise entre 180 et 1900C. A la sortie de cette colonne, l'air a une température d'environ 900C après s'être chargé d'une quantité d'eau comprise entre 35 et 40 gr/kg d'air sec, ce qui correspond à une température de rosée relativement faible comprise entre 30 et 400 C, rendant ainsi difficile la récupération de la fraction de chaleur latente contenue dans l'air. L'air est donc rejeté dans l'atmosphère à une température de l'ordre de 900C et chargé de poudre de lait jusqu'à concurrence de 0,5 à 1,5% du tonnage récolté au bas de la colonne. Ceci pose un certain nombre de problèmes liés à la pollution, soit de l'air extérieur soit des eaux résiduaires. La présente invention a donc pour but de récupérer les matières solides contenues dans 'air chaud sortant de la colonne de séchage, et meme à les valoriser en les commercialisant sous une forme éventuellement dégradée. De plus, dans ce installations antérieures, les besoins de chauffage de l'air sont assurés le plus souvent au moyen d'une batterie de transfert de chaleur dans laquelle circule de l'eau chaude ou de la vapeur en provenance d'une chaudière consommant une certaine quantité de combustible, ou dans certains cas, au moyes d'un combustible gazeux chauffant directement l'air. La présente invention a donc également pour but de permettre une économie de fonctionnement obtenue par l'utilisation d'une pompe à chaleur qui supprime l'eînploi d t une chaudière, donc d'un combustible, au profit d'une énergie unique (par exemple l'électricité) qui améliore nettement le coût d'exploitation de l'installation. Elle présente également un avantage supplénentaire qui consiste à n'appliquer à l'air extérieur qu'un traitement de chauffage avant son passage dans la colonne de séchage. En effet9 l'échange de chaleur dans la colonne se fait directement, et donc l'air extérieur ne doit pas subir d'autre traitement qui pourrait altérer ses caractéristiques physiques ou chimiques. La présente invention est caractérisée en ce qu'elle comprend, une colonne de lavage supprimant les matières solides subsistantes dans l'air sortant de la colonne de séchage, une pompe à chaleur composée d'un compresseur réchauffant l'air sortant de la colonne de lavage et d'un détendeur abaissant la température de l'air avant sa sortie dans l'atmosphère, l'air chaud circulant entre le compresseur et le détendeur, cède ses calories au circuit secondaire de ltéehan- geur de chaleur. Selon une variante de réalisation, l'air chaud circule entre le compresseur et le détendeur dans le circuit primaire d'un autre échangeur de chaleur air/eau et cède ses calories au circuit secondaire du premier échangeur de chaleur air/eau par l'intermédiaire d'un circuit d'eau constitué par le circuit secondaire du deuxième échangeur et le circuit primaire du premier échangeur. Selon une autre variante de réalisation, l'air chaud circule entre le compresseur et le détendeur dans une colonne de lavage et cède ses calories au circuit secondaire de l'échangeur de chaleur air/eau par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur, circulant à contre courant de l'air chaud dans la colonne de lavage et traversant le circuit primaire de l'échangeur. Avantageusement, l'air sortant du détendeur traverse une colonne de lavage, à contre courant d'un fluide. Selon encore une autre variante de réalisation, l'air chaud circule, entre le compresseur et le détendeur, dans le circuit primaire d'un échangeur de chaleur air/air, et cède ainsi ses calories au circuit secondaire. Avantageusement, l'air sortant dans l'atmosphère est recyclé dans le circuit primaire de l'échangeur de chaleur et, avant ce recyclage, l'eau contenue dans cet air, est récupérée dans le circuit primaire de l'échangeur placé entre le compresseur et le détendeur ou dans le circuit de fluide caloporteur de la colonne de lavage, et éliminée par une canalisation. De préférence, l'air extérieur est préchauffé dans le circuit secondaire d'un échangeur de chaleur, le circuit primaire étant traversé par une source de chaleur annexe. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, une installation de séchage selon l'invention. La figure 1 représente l'installation de séchage complète munie d'un tour de séchage d'une colonne de lavage et des moyens de chauffage de l'air nécessaire au séchage. La figure 2 représente une variante adaptable auxraoyems de chauffage. La figure 3 représente une autre variante adaptable aux moyens de chauffage, ainsi que d'autres aménagements annexes. Dans la figure 1, l'installation comporte une colonne de séchage 10 munie d'un dispositif (non représenté) de pulvérisation du liquide, le liquide pulvérisé étant introduit dans la colonne de séchage par la canalisation 11 et récupéré une fois séché par la cana lisation 12 située au bas de la colonne. L'air chaud nécessaire au séchage est introduIt au bas de la colonne par la canalisation 2. L'air chaud est obtenu de la manière suivante s l'air extérieur (flèche E) rentre par une canalisation 1 dans un circuit secondaire 52 d'un échangeur de chaleur air/eau 50 pour etre chauffé à environ 1800C, et pénètre par la canalisation 2 (flèche F) dans le bas de la colonne de séchage. L'air sortant de la colonne de séchage, à une température d'environ 900C, pénètre par une canalisation 3 dans le bas d'une colonne de lavage 20 pour supprimer les matières solides entraînées au cours du séchage qui représentent encore environ 0,5 à 125% du produit séché. L'air circule de bas en haut à contre courant d'un brouillard d'huile sortant du diffuseur 23, et les matières solides sont alors entrainées et refoulées dans l'huile 24 située au bas de la colonne de lavage. Cette huile 24 circule par l'intermédiaire d'une pompe 21, et elle est utilisable dans des préparations alimentaires destinées à l'alimentation du bétail. Un prélèvement d'un certain pourcentage du débit de la pompe peut être effectué en dérivation du circuit d'huile pour passer dans une centrifugeuse ayant pour objet de séparer une certaine fraction des matières solides. Ces matières sont- récupérées sous forme d'une pâte contenant un pourcentage plus ou moins élevé d'huile comestible. Au bout d'un certain temps le renouvellement de la charge d'huile sera nécessaire mais cette huile, ainsi que l'extrait obtenu grâce à la centrifugeuse, pourront être valorisés comme aliments destinés au bétail. Ce lavage est isothermique et l'air qui est traité à une température voisine de 900 C, mais débarrassé de ses matières solides, est dirigé à la sortie de la colonne de lavage 20 et pénètre, par une canalisation 4 (flèche G), dans un compresseur centrifuge ou axial 31 qui a pour objet de le comprimer jusqu'à une pression correspondante à une température finale de 210 à 2300 C. L'air chaud sous pression pénètre par une canalisation 5 dans le circuit primaire 41 d'un échangeur de chaleur air/eau 40 à tubes à ailettes, qui permet de chauffer jusqu'aux environs de 2000C un circuit d'eau 6d pressurisé, dont l'objet est de transférer la chaleur libérée par l'air comprimé dans le circuit primaire 41 de l'échangeur 40 à l'air circulant dans le circuit secondaire 52 de l'échangeur 50 de meme conception. La circulation est assurée en permanence par le fonctionnement d'une pompe à eau 61 et le circuit est complété par un vase d'expansion 62 sous ciel d'azote ou d'air, protégé par une soupape de sûreté 63. L'air comprimé refroidi pénètre par une canalisation 6, dans un détendeur 32 centripète ou axial relié mécaniquement au compresseur 31 par un arbre 71. L'arbre 71 est entrainé par le détendeur 32 qui récupère une partie de l'énergie de compression et le complément d'énergie est assuré, par exemple, par un moteur électrique 70 L'air comprimé entrant dans le détendeur à environ 55C sera évacué dans l'atmosphère par une canalisation 7 (flèche S > à une température variable selon la teneur initiale en eau et la quantité d'eau qui aura été absorbée dans la colonne de séchage. Cette température sera cependant voisine de la température de l'air extérieur ne créant aucune perturbation, ni pollution. Dans la figure 2, l'installation présente une variante de réalisation, et les colonnes de séchage 10 et lavage 20 ne sont pas représentées mais elles sont, bien entendu, raccordées respectivement à la canalisation 2 (flèche F) et à la canalisation 4 (flèche G). Cette variante consiste à remplacer l'échangeur de chaleur 40 prévu sur l'air comprimé à la sortie du compresseur 31 (figure 1), par une deuxième colonne de lavage 80 utilisant un fluide caloporteur oirculant au moyen d'une pompe 81. L'air et le fluide caloporteur pulvérisé sortant du diffuseur 84 circulent à contre-courant pour obtenir de meilleures conditions d'échange de chaleur et par conséquent une réduction de la consommation d'énergie de la pompe à chaleur. La température finale à la sortie de la canalisation 7 peut ainsi etre réduite de 10 ou t5 degrés C par rapport à l'installation de la figure 1. Le fluide caloporteur chaud récupéré au bas de la colonne de lavage circule donc par l'intermédiaire de la po#pe dans le circuit primaire 51 de l'échangeur de chaleur airfeau 50 à tubes à ailettes pour chauffer l'air extérieur traversant le circuit secondaire 52. Dans cette variante, on peut éventuellement ajouter une autre colonne de lavage 90 pour récupérer la plus grande partie de la fraction vaporisée du fluide caloporteur u04, qui aurait pu etre entraînée dans le détendeur sous forme de vapeur. Cela consiste donc à supprimer la canalisation 7 et à la remplacer par la canalisation 91. L'air pénètre alors au bas de la colonne 90 et circule à contre courant d'un fluide de lavage entraîné par une pompe 92 et sortant du diffuseur 93. L'air est rejeté ensuite à l'extériaur par une canalisa- tion 94 (flèche S'). Dans la figure 3, l'installation présente une autre variante de réalisation et les colonnes de séchage 10 et lavage 20 ne sont pas représentées mais elles sont, bien entendu, raccordées respectivement à la canalisation 2 (flèche F) et à la canalisation 4 (flèche G). Cette variante consiste à remplacer les éohan#eurs de chaleur 40 et 50 (figure 1), ou l'échangeur 50 et la colonne de lavage 80 (figure 2), par un seul échangeur de chaleur air/air 50'. L'air sortant du compresseur 31 par la canalisation 5, traverse le circuit primaire 511 de l'échangeur 50' et passe ensuite dans le détendeur 32. L'air venant de l'extérieur par la canalisation 1 traverse le circuit secondaire 52' pour être réchauffé et distribué dans la colonne de séchage par la canalisation 2. Cette figure montre également des aménagements annexes. Un premier aménagement, adaptable aux trois variantes de réalisation des moyens de chauffage, consiste à recycler l'air sortant du détendeur 32 (flèche S) en le faisant traverser une canalisation 7' raccordée à la canalisation 1 (flèche E). Ceci permet de travailler en circuit fermé, donc en circuit sous pression favorable au séchage. Mais il faut éliminer l'eau contenue dans l'air avant de la recycler et ceci s'effectue au cours d'une phase de refroidissement, de préférence, au niveau du circuit primaire 51' de l'échangeur 50' (ou 41 de l'échangeur 40 figure 1, ou au niveau de la canalisation 85 (figure 2) par une canalisation 115 raccordée à un siphon 120 qui déverse l'eau résiduaire par une canalisation 125. Un deuxième aménagement, indépendant et donc adaptable à toutes les variantes de réalisation, consiste à chauffer l'air neuf, préalablement au chauffage terminal obtenu grâce à la pompe à chaleur à compression/détente d'air, au moyen d'une source de chaleur perdue récupérable à un niveau thermique relativement bas (par exemple dans les eaux de lavage avant leur mise à lVégout), ceci pouvant réduire la demande de chaleur à fournir par la pompe à chaleur. Cette source de chaleur traverse le circuit primaire 101 d'un échangeur 100 et cède ses calories au circuit secondaire 102 traversé par l'air extérieur venant de la canalisation 103 (flèche E2) et pénétrant une fois réchauffé dans la canalisation 1 de l'air extérieur (flèche E), par une canalisation 104. Sans sortir du cadre de l'invention il est bien évident que l'invention décrite peut s'étendre à d'autres cas de séchage de produits alimentaires ou non. REVENDICATIONS 1/ Installation de séchage d un produit liquide comprenant une colonne de séchage (10) dans laquelle le produit liquide pulvérisé circule à contre courant d'un air chaud étant l'air extérieur réchauffé dans le circuit secondaire (52, 52') d'un échangeur de chaleur (50, 50'), caractérisée en ce qu'elle comprend, une colonne de lavage (20) supprimant les matières solides subsistantes dans l'air sortant de la colonne de séchage, une pompe à chaleur composée d'un compresseur (31) réchauffant l'air sortant de la colonne de lavage et d'un détendeur (32) abaissant la température de l'air avant sa sortie dans l'atmosphère, l'air chaud circulant entre le compresseur et le détendeur, cède ses calories au circuit secondaire (52, 52') de l'échangeur de chaleur (50, 50'). 2/ Installation de séchage selon la-revendication 1, caractérisée en ce que l'air chaud circule entre le compresseur et le détendeur, dans le circuit primaire (41) d'un échangeur de chaleur air/eau (40), et cède ses calories au circuit secondaire (52) de l'échangeur de chaleur air/eau (50) par l'intermédiaire d'un circuit d'eau (60) constitué par le circuit secondaire (42) de l'échangeur (40) et le circuit primaire (51) de ltéchangeur (50). 3/ Installation de séchage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'air chaud circule, entre le compresseur et le détendeur, dans une colonne de lavage (80) et cède ses calories au circuit secondaire (52) de 11 échangeur de chaleur air/eau (50) par l'intermédiaIre d'un fluide caloporteur circulant à contre courant de l'air chaud dans la colonne de lavage et traversant le circuit primaire (51) de l'échangeur (50). 4/ Installation de séchage selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'air sortant du détendeur traverse une colonne de lavage (90), à contre courant d'un fluide. 5/ Installation de séchage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'air chaud circule, entre le compresseur et le détendeur, dans le circuit primaire (51') d'un échangeur de chaleur air/air (50), et cède ainsi ses calories au circuit secondaire (52'). 6/ Installation de séchage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'air sortant dans l'atmosphère (flèche S ou S') est recyclée dans le circuit primaire (51, 51') de l'échangeur de chaleur (50, 50'). 7/ Installation de séchage selon la revendication 6, caractérisée en ce que, avant le recyclage de l'air, l'eau contenue dans celui-ci est récupérée dans le circuit primaire (41, 51') de l'échangeur placé entre le compresseur et le détendeur ou dans le circuit de fluide caloporteur de la colonne de lavage (80), et éliminée par une canalisation (115). 8/ Installation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'air extérieur est préchauffé dans le circuit secondaire (102) d'un échangeur de chaleur 100, le circuit primaire (101) étant traversé par une source de chaleur annexe.