Brevet FR2566515A1 — publié le 19851227

La présente invention concerne un procédé et une installation de refroidissement, au moyen d'un fluide frigorigène, d'une poudre et notamment d'une poudre de détergent. Dans diverses industries de fabrication de poudres diverses, il est nécessaire de refroidir ces poudres pour diverses raisons tenant aussi bien à la constitution par- ticulière des poudres qu'aux exigences posées par les opéra- tions de conditionnement. Tel est par exemple le cas des poudres de lessive dites "économiques", qui travaillent à basse température (30 à 600C) au lieu de l'ébullition et auxquelles sont adjoints des agents lavants, tensio-actifs ou d'autres additifs spécifiques qui ne supportent pas des températures de conditionnement élevées. Généralement une poudre de lessive est produite en continu, à des tonnages allant de 10 à 50 tonneg/h en général, sur une seule ins- tallation. Les matières premières (liquides et solides), après avoir été mélangées puis séchées (par exemple à l'air chaud), sont transportées, au moyen de bandes transporteu- ses, sous forme d'une poudre ayant une granulométrie moyenne de 500 microns. La poudre arrive ensuite en bas d'un cylin- dre vertical ou légèrement incliné, en étant encore à une température de 70 h 900C. La poudre est alors aspirée vers le haut, dans 'ce cylindre, avec de l'air ambiant plus froid et elle arrive en un point situé à 10 à 40 mètres plus haut, point o elle se sépare de l'air par gravité. La poudre tombe ensuite dans une ou plusieurs trémies d'o elle est reprise pour recevoir les additifs spécifiques, avant d'être dirigée vers l'atelier de conditionnement. La température désirée dans la trémie de réception de la ppudre de lessive est de 25 à 40 c environ. Or dès que le température de l'air aspiré au bas du cylindre élévateur par courant d'air est relativement élevée (en été notam- ment), le refroidissement de la poudre réalisé par échange thermique avec cet air aspiré se révèle insuffisant. On a donc été amené à mettre en oeuvre des procédés de refroidis- sement additionnels pour permettre d'atteindre la tempéra- ture désirée dans la trémie de réception. Suivant un procédé connu dans lequel on assure le refroidissement par un groupe mécanique, on utilise un grou- pe frigorifique qui refroidit soit la poudre seule (au moyen d'un échangeur solide/liquide par exemple) soit l'air seul soit encore à la fois l'air et la poudre. Ce procédé pré- sente l'inconvénient d'avoir un faible rendement, d'être très onéreux, peu fiable et de ne pas être souple. Un autre procédé qui a été essayé, consiste à pulvé- riser de l'azote liquide au bas du cylindre élévateur par courant d'air. A cet effet on détend et vaporise de l'azote liquide sous très faible pression, à la base du cylindre élévateur et à l'entrée de l'air aspiré. Le dispositif de pulvérisation d'azote liquide peut être constitué par un simple tore percé de trous dirigés vers le haut ou par une rampe de tubes d'arrivée d'azote liquide orientés vers le haut. L'échange des frigories avec l'air et la poudre aspi- rés vers le haut est relativement homogène du fait du nombre de Reynolds et de la hauteur du cylindre élévateur à courant d'air. Ce dernier procédé présente toutefois l'inconvénient que l'on refroidit à la fois l'air et la poudre. Par ail- leurs toute fuite d'azote, par suite d'un arrêt ou d'une déficience quelconque du ventilateur, ou tout bouchage du dispositif d'injection d'azote liquide par des retombées d'aglomérat de poudre constituent un risque pour les utili- sateurs. Il est donc impérativement nécessaire de prévoir des systèmes de sécurité. La présente invention vise à remédier à ces inconvé- nients en procurant un procédé et une installation de con- ception remarquablement simple, d'une mise en oeuvre très facile, permettant d'obtenir un refroidissement sélectif de la poudre seule avec un apport frigorifique variable, et ce dans les meilleures conditions de sécuritéo A cet effet ce procédé de refroidissement, au moyen d'un fluide frigorigbne, d'une poudre, notamment d'une pou- dre de détergent, est caractérise en ce qu'on injecte le fluide frigorigène, à l'état liquéfié, au sein même de la poudre stockée dans une trémie de réception de celle-ci. L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé précité, dans laquelle la poudre tombe dans une trémie de réception avant sa distri- bution en direction d'un poste situé en aval, cette instal- lation étant caractérisée en ce qu'elle comprend, dans la trémie de réception de la poudre, un dispositif d'injection d'un fluide frigorigène liquéfié, ce dispositif étant relié à un réservoir de ce fluide sous pression. L'installation comprend également un ensemble de régulation comprenant un capteur de température pour relever la température de la poudre à la sortie de la trémie, et des moyens de commande du débit du fluide frigorigène en direction du dispositif d'injection, en fonction de la tem- pérature de la poudre relevée par le capteur. Le procédé et l'installation suivant l'invention permettent de refroidie, dans la trémie, la poudre sans modifier ses caractéristiques physiquo-chimiques et sa gra- nulométrie, et ce quel que soit le débit de la poudre à la sortie de la trémie. Le fluide frigorigène utilisé dans le procédé et l'installation suivant l'invention est choisi de manière à être inerte vis à vis de la poudre et il peut être consti- tué, de préférence, par de l'azote liquide. Par rapport aux procédés de refroidissement connus, le procédé suivant l'invention offre l'avantage de permettre de réaliser une économie très importante d'azote liqide. Par ailleurs ce procédé présente une très grande souplesse de mise en oeuvre du fait que le débit d'azote liquide peut être aisément adapté aux conditions de la production et notamment au débit de la poudre refroidie à la sortie de la trémie. Le procédé suivant l'invention permet également de réaliser une économie-additionnelle sur l'énergie de ré- chauffage de l'air évacué en haut du cylindre élévateur à courant d'air, en vue d'une utilisation de cet air pour le séchage, étant donnéque l!air utilisé pour l'entraînement de la poudre dans le cylindre élévateur n'est pas refroidi. Le procédé n'exige pas l'obligation d'installer une détec- tion d'oxygbne car le- refroidissement n'est pas réalisé au niveau des ateliers. Enfin l'injection du fluide cryogénique au sein même de la poudre stockée dans la trémie de récep- tion entraîne un effet d'inertage h l'égard de cette poudre, alors que dans le procédé conventionnel l'azote gazeux est entrainé à l'extérieur avec l'air. On décrira ci-après,è titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en coupe verticale schémati- que d'une installation de refroidissement d'une poudre con- tenue dans une trémie de réception La figure 2-est une vue en plan d'un dispositif d'injection d'azote liquide dans la poudre. La figure 3 est une vue en coupe verticale partiel- le, faite suivant la ligne III-III de la figure 2, du dispo- sitif d'injection d'azote liquide. L'installation de refroidissement représentée sur la figure 1 est destinée à refroidir une masse de poudre 1 contenue dans une trémie de réception 2. Cette trémie de réception 2 est située en dessous.de l'extrémité supérieure- d'un cylindre élévateur 3 vertical ou légèrement incliné, dans lequel la poudre est aspirée avec de l'air ambiant. A l'extrémité supérieure du cylindre élévateur à courant d'air 3 la poudre se sépare du courant d'air et tombe dans la trémie 2, comme il est indiqué par la flèche en trait plein f, tandis que l'air continue son mouvement vers l'extérieur comme il est indiqué par la flèche fl en tirets. A la base de la trémie de réception 2 se trouve un dispositif extrac- teur doseur 4, par exemple du type h vanne rotative, lequel assure la distribution, sur une bande transporteuse, d'un débit approprié de poudre 1 refroidie h une température déterminée. Suivant l'invention le refroidissement de la poudre 1 est réalisé au sein même de celle-ci, alors qu'elle se trouve contenue dans la trémie de réception 2, et ce au moyen d'un dispositif d'injection d'un fluide cryogénique liquéfié, par exemple d'azote liquide. Ce dispositif d'in- jection 5 est avantageusement constitué par un cadre tubu- laire de forme polygonale ou circulaire en plan, s'étendant horizontalement en travers de la trémie 2 et qui est relié, à l'extérieur, à une source d'azote liquide. Ce cadre tubu- laire 5 est percé d'orifices, notamment de fentes 6, régu- lièrement répartis sur sa paroi. La section et le nombre de ces fentes 6 dépendent du débit d'azote liquide désiré. L'azote liquide est injecté sous pression afin de pouvoir pénétrer dans la poudre. Les fentes 6 sont de préfé- rence formées dans la partie inférieure de la paroi interne du cadre tubulaire 5 de manière que chacune de ces fentes 6 laisse sortir un jet élémentaire d'azote liquide dirigé vers le bas et vers l'axe vertical de la trémie, c'est-à-dire vers la zone o la pression de la poudre est la.plus élevée. De préférence le cadre tubulaire 5 assurant l'injec- tion d'azote liquide doit se trouver à une hauteur, à partir du bas de la trémie de réception 2, qui est comprise entre la moitié et le tiers de la hauteur de la masse de poudre 1. Le dispositif 5 d'injection d'azote liquide au sein de la masse de poudre 1 permet d'obtenir les débits d'azote liquide souhaités, tout en évitant le "renardage" ou remon- tée d'azote liquide ou gazeux froid dans des fissures se créant dans la masse de poudre 1. Le dispositif d'injection doit être également conçu pour permettre une bonne homogé- néité de la répartition des frigories apportés, tout en ne se bouchant pas, c'est-à-dire qu'il ne doit pas être obturé par suite d'un givrage dû aux 10% à 15% d'humidité de la poudre 1 ou bien par la poudre elle-même. Le dispositif d'injection 5 est relié, par l'inter- médiaire d'une ligne cryogénique isolée 7, à un réservoir -(ou évaporateur) d'azote liquide R sous pression, du fait de la hauteur à laquelle doit s'effectuer l'injection de l'azote liquide dans la poudre 1. L'installation de refroidissement suivant l'inven- tion comprend par ailleurs un ensemble de régulation du débit de l'azote liquide injecté dans la poudre 1. Cet en- semble comprend un régulateur proprement dit 9 qui est con- necté à une sonde de température 10 engagée dans la partie inférieure de la trémie 2, pour mesurer en permanence la température de la poudre 1 à la sortie de cette trémie. Ce régulateur agit à son tour sur une ou plusieurs vannes bran- chées sur la ligne cryogénique 7. Dans la forme d'exécution non limitative représentée sur le dessin le régulateur 9 commande deux vannes 11 et 12 branchées en parallèle. Le fait d'utiliser deux vannes 11, 12, permet de réaliser des régulations du type "tout, peu ou rien". La régulation en "tout ou peu" (ouverture de l'une des deux vannes 11 et 12 ou des deux vannes à la fois) garantit un moindre taux de diphasique, par suite d'un écoulement per- manent de la phase gazeuse dans la ligne cryogénique 7. De plus les à coups et surpressions dans la poudre 1 sont li- mités, d'o une réduction très forte des envolées de "fines" et des surpressions exercées sur le dispositif extracteur doseur 4. On voit, d'après la description qui précéde, que le refroidissement est réalisé, par injection directe d'azote liquide, en un endroit o seule la poudre 1 est présente, la température de cette poudre ayant déjà été abaissée préala- blement par suite de son passage à travers le cylindre élé- vateur à courant d'air 3. Cette injection directe d'azote liquide, par l'intermédiaire du dispositif d'injection 5, au sein même de la masse de poudre 1 permet une régulation de la puissance frigorifique sur une très large plage. On donnera ci-aprbs, à titre d'exemple, les résul- tats comparatifs obtenus par injection d'un fluide cryogé- nique à la base du cylindre élévateur par courant d'air, suivant le procédé conventionnel et par injection de ce fluide en partie haute, dans la trémie de réception 2 située à 30 mètres par rapport au sol. Pour un débit de poudre fixe de 30 000 kg/h, une température de poudre en partie basse de C, de l'air en partie basse de 28 C et une température de poudre désirée de 350c, une chaleur spécifique de la poudre de 0,33 kcal/kg et une chaleur spécifique de l'air de 0,24 kcal/kg on consomme, suivant le procédé conventionnel con- sistant ? injecter l'azote liquide à la base du cylindre élévateur à courant d'air, un débit horaire de 4 111 1/h alors qu'avec le procédé suivant l'invention, dans lequel l'injection d'azote liquide s'effectue en partie haute, dans la trémie 2, le débit horaire est seulement de 1 739 1/h. Autrement dit le procédé suivant l'invention permet de ré- duire d'environ 58% la consommation horaire d'azote liquide nécessaire pour obtenir, à la sortie de la trémie de récep- tion 1, une poudre ayant la température désirée de 35 C. Bien que l'on ait décrit, dans ce qui précéde, l'application du procédé et de l'installation suivant l'in- vention au refroidissement d'une poudre de détergent, avant le conditionnement de celle-ci, il va de soi qu'ils peuvent également être employés dans d'autres domaines industriels, par exemple pour le conditionnement de poudres de colo- rants,autrement dit chaque fois que la température de la poudre doit être abaissée à une valeur désirée. REVENDICATIONS 1.- Procédé de refroidissement, au moyen d'un fluide frigorigène, d'une poudre, notamment d'une poudre de détergent, caractérisé en ce qu'on injecte le fluide frigo- rigène, à l'état liquéfié, au sein même de la poudre (1) stockée dans une trémie (2) de réception de celle-ci. 2.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'on injecte le fluide frigorigène liquéfié sous la forme de jets élémentaires- dirigés vers.le bas et vers l'axe vertical de la trémie de réception (2). 3.- Procédé suivant l'une quelconque des revendi- cations précédentes caractérisé en ce.qu'on injecte le fluide frigorigène liquéfié sous pression dans la masse de poudre (1). 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes caractérisé en ce qu'on utilise, en tant que fluide frigorigène liquéfié, un fluide inerte vis à vis de la poudre et de préférence de l'azote liquide. 5.- Installation pour le refroidissement, au moyen d'un fluide frigorigène, d'une poudre, notamment d'une pou- dre de détergent, dans laquelle la poudre tombe dans une trémie de réception avant sa distribution en direction d'un poste situé en aval, caractérisée en ce qu'elle comprend, dans la trémie (2) de réception de. la poudre (1), un dispo- sitif (5) d'injection d'un fluide frigorigène liquéfié, ce dispositif étant relié ' un réservoir (8) de ce fluide sous pression. 6.- Installation suivant la revendication 5 carac- térisée en ce qu'elle comprend également un ensemble de régulation comprenant un capteur-de température (10) pour relever la température de la poudre (1) à la sbrtie de la trémie (2), et des moyens (9,11,12) de commande du débit du fluide frigorigène, en direction du dispositif d'injection, en fonction de la température de la poudre (1) relevée par le capteur (10). 7.- Installation suivant la revendication 6 carac- térisée en ce que les moyens de commande du débit du fluide frigorigène comprennent un régulateur (9) aoissant sur deux vannes (11,12) branchées en parallèle. 8.- Installation suivant l'une quelconque des re- vendications 5 à 7 caractérisée en ce que le dispositif d'injection (5) est constitué par un cadre tubulaire de forme polygonale ou circulaire en plan, s'étendant horizon- talement en travers de la trémie (2) et ce cadre tubulaire (5) est percé d'orifices, notamment de fentes (6), réguliè- rement répartis-sur sa paroi, la section et le nombre de ces fentes (6) dépendant du débit de fluide frigorigène désiré. 9.- Installation suivant la revendication 8 carac-, térisée en ce que les fentes (6) sont de préférence formées dans la partie inférieure de la paroi interne du cadre tu- bulaire (5) de manière que chacune de ces fentes (6) laisse sortir un jet élémentaire de fluide frigorigène dirigé vers le bas et vers l'axe vertical de la trémie, c'est-à-dire vers la zone o la pression de la poudre est la plus élevée. 10.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 8 et 9 caractérisée en ce que le cadre tubu- laire (5) assurant l'injection se trouve à une hauteur, à partir du bas de la trémie de réception ( 2), qui est com- prise entre la moitié et le tiers de la hauteur de la masse de poudre (1).