Brevet FR2583658A1 — publié le 19861226

Les atomiseurs sont de vastes cuves dont le diamètre peut atteindre 5 à 7 mètres et la hauteur une dizaine de mètres. Ils sont utilisés pour sécher rapidement sous une forme pulvérulente des produits contenant initialement jusqu'à 90 % d'eau. Pour celà les produits sont injectés dans la partie haute de l'atomiseur sous forme de fi nes gouttelettes. On envoie aussi dans l'atomiseur de l'air chaud ( 150 à 300 OC selon les produits ). Au contact de l'air chaud l'eau contenue dans le produit se vaporise et la vapeeur ainsi obtenue se mélange à l'air. Le produit se présente alors sous une forme pulvé rulente. Il ne contient plus que 5 à 15 % d'eau et peut en conséquence être considéré comme sec. L'ensemble air, vapeur, produit sec quitte l'atomiseur sous l'effet de la vitesse de l'air en direction d'un cyclone de séparation où le produit est récupéré.L'air chargé de vapeur d'eau est alors rejeté dans l'atmosphère, sa température variant entre 100 et 180 OC et son enthalpie entre 50 et 75 KCal/kg. On pourrait penser qu'une économie d'énergie simple et facile à réa liser serait de préchauffer l'air neuf entrant dans l'atommiseur en lui faisant récupérer une partie de l'énergie de l'airXsortant à travers un échangeur. Celà est généralement impossible car l'air sortant est aussi chargé de trés fines poussières du produit que l'on appelle les " fines ", qui encrasseraient l'échangeur et rendraient le système inopérant. Le présent dispositif entend permettre la récupération partielle de l'énergie de l'air sortant par le préchauffage de l'air entrant dans l'atomiseur dans la limite d'une température maximum de 80 à 100 OÇ ce qui peut cependant représenter des économies considérables. De plus le présent dispositif permet la dépollution de l'air sortant. oe dispositif selon la présente demande de brevet est essentiellement constitué d'un cyclone et d'un échangeur air - air, qui sont de3 ap pareils parfaitement connus des hommes de l'art. La présente demande de brevet ne porte donc pas sur ces deux appareils proprement dits, mais sur les améliorations spécifiques qui leur ont été apportées et sur une méthode de fonctionnement permettant leur adaptation sur les atomiseurs et leur utilisation dans des conditions de fiabilité in connues à ce jour. 2. DESCRIPTION ET FONCTIONNEMENT DU DISPOSITIF L'air sortant du cyclone de séparation est envoyé dans un cyclone de lavage ( 1 ). On rappelle ici le principe de fonctionnement d'un cy clone. Il s'agit d'une enceinte fermée cyclindrique et verticale, dans laquelle on envoie de l'air chargé de produits divers d'une densité supèrieure à celle de l'air. L'air entre dans la partie supèrieure du cylindre selon une tangente horizontale à la circonférence de ce dernier. Sous l'effet de sa vitesse l'air descend dans le cylindre selon une hélice. La force centrifuge plaque contre les parois du cylindre les produits de plus forte densité dont l'air est chargé.Ces derniers tombent dans le fond du cylindre formant une trémie. L'air est repris par une canalisation verticale, dont l'axe est celui du cylindre et dont l'ouverture est dans le bas du cylindre.On a en fait procédé à une séparation par centrifugation de l'air et des produits qu'il contenait, mais il est bien évident que sous l'effet de la vitesse de l'air, des fines sont entraînées par celui - ci. Le cyclone (1) est amélioré ( schéma 1 ) en ce qui'l comporte in tèrieurement une hélice (2) consituée d'un tôle métallique premettant de canaliser la circulation de l'air dans le cyclone (1). Une autre amélioration consite en l'adjonction ( schéma 2 ) d'une canalisation d'eau (3), placée en sous face de l'hélice (2) et constituant elle même une hélice autour de la canalisation de reprise d'air (5). La canalisation (3) est équipée de rampes d'aspersion (6), placées elles aussi en sous face de l'hélice (2). Une autre amélioration consiste en ce que l'eau, envoyée dans le cyclo ne par les rampes d'aspersion (6), est de l'eau chaude à la température de 90 à 98 o C. Cette eau est destinée à capter les fines con tenues dans l'air.Une autre amélioration consiste en ce que l'hé lice (2) a une forme telle qu'elle s'oriente vers le bas de l'intèrieur vers l'extèrieur du cylindre, un peu comme un abat - jour. Une autre amélioration consiste en ce que l'hélice (2) ne touche pas la paroi extèrieure du cylindre, mais en est séparée par une petite fente continue (7). De la sorte l'eau chaude tombée sur la surface de l'hélice (2) se dirige vers l'extèrieur de cette dernière et s'écoule au travers de la fente (7) le long de la paroi du cyclone (1). Ainsi les fines, qui n'auraient pas été captes par la pulvérisation d'eau chaude, mais qui à un moment ou à un autre iront, en raison de la force centrifuge, ricocher sur la paroi du cyclone (1), se trouveront piègées par le film d'eau s'écoulant le long de cette paroi. L'eau chaude tombe dans le fond (8) du cyclone (1) d'où elle s'ecou- le par gravité vers le bac de décantation (9) ( schéma 3 ). Elle est reprise du bac de décantation (9) par une canalisation (10), qui au moyen d'une pompe (11) la renvoie vers la canalisation (3). L'air quitte le cyclone (1) par la canalisation (5). Il est trés important de noter que, la température de l'eau chaude étant de 90 à 98 O C, la température de l'air sortant du cyclone sera de l'ordre de 95 à 105 O C. Une petite quantité d'eau chaude se sera évaporée, mais l'air sera nettoyé de la presque totalité des fines qu'il contenait. n sera donc à ce moment là utilisable dans un échangeur. L'air quitte le cyclone (1) en direction de l'échangeur (12). On sait que, selon les caractéristiques de fonctionnement de l'atomi seur, il contient entre 30 et 40 gr de vapeur d'eau par kilo. On sait aussi que cette vapeur commence à se condenser lorsque la température de l'air descend au dessous de 500 C. On sait par ail leurs que l'énergie dégagée par la condensation de la vapeur d'eau est trés importante. On sait enfin que l'encrassement des surfaces d'échange d'un échangeur est responsable de trés importantes chutes de rendement.Aussi a - t - on prévu, pour tenir compte des considé- rations ci dessus, que l'échangeur (12), qui est du type air - air à plaques, serait amélioré par les dispositions suivantes : les pla ques métalliques (13) composant l'échangeur sont jointes par deux ( schéma 4 ) pour former une canalisation (1#) de section rectangu laire et de faible épaisseur ( 1 à 5 centimètres ). C'est dans cette canalisation (14) que passe l'air neuf à réchauffer, contre courant de l'air humide et chaud, sortant du cyclone (1). Les canalisations (14) sont courbées à leurs extrémités à 90o , soit dans le mêm sens soit dans le sens contraire. Leurs ouvertures sont prolongées par un sas d'aspiration (15) et un sas de rejet (16) de l'air neuf. Les canalisations (14) sont séparées par un vide de 3 à 5 centimétres dans lequel l'air humide et chaud s'écoule. On note qu'entre les sas (15) et (16) la partie de l'enveloppe de l'échangeur (12), en face de laquelle. les canalisations (14) se présentent dans leur plus faible épaisseur et sont séparées par les vides correspondant au passage de l'air humide, est amovible de façon à permettre le nettoyage des faces extèrieures des canalisations (14) au moyen d'un pistolet de projection d'eau sous pression. Deux ca nalisations (14) sont donc séparées par un espace assez-large pour pouvoir laisser passer le canon du pistolet à eau sous pression. Eh effet, quelque soit son efficacité, le cyclone (1) ne peut garantir un nettoyage à 100 % de l'air humide. Il convient donc de pouvoir nettoyer de temps à autres les faces de l'échangeur sur lesquelles les rares fines sortant du cyclone(1) pourraient se déposer.Mais le vide séparant deux canalisations (14) étant trop important, l'échange thermique en pâtit. Aussi est - il prévu que la surface des canali sations (14) est trés largement surdimentionnée pour rétablir un bon échange thermique. Par ailleurs le refroidissement de l'air humide entraînant la condensation de la vapeur qu'ils contient, un sas d'évacuation (18) des condensats est prévu dans le fond de l'échangeur (12). 3. EXEMPLE D'ECONOMIE D'ENERGIE Nous prendrons pour exemple le cas d'un atomiseur, utilisé en laite rie, pour la fabrication de lait en poudre dans les conditions économiques françaises de Mai 1985. L'air neuf est pris dans l'atmosphère à la température moyenne an nuelle de 12 C à raison de 100 000 m3 / h . Il est porté à 180 c par une batterie de réchauffage à vapeur, produite par une chaudière à fuel lourd. Le poids spécifique de l'air étant de 1,29 kg/m3 et sa chaleur massique étant de 0,24 KCal/kg/ OC C , énergie qui lui est fournie s'élève à 100 000 . 1,29 . 0,24 . ( 180 - 12 ) = 5 160 960 KCal / heure. Compte tenu d'un rendement de chaudière de 85 %, celà représente une dépense d'énergie de 5 160 960 / 0,85 = 6 071 700 KCal/h soit 6 072 Thermies / h. Le fuel lourd ayant un PCI de 9 750 Th / tonne, la dépense de fuel lourd est de 6 072 / 9 750 = 0,622 tonne/h à 2 500 Fr/t, soit 1 555 Fr/h Pour un fonctionnment de 6 000 heures / An, la dépense est de 1 555 Fr/h . 6 000 h = 9 330 000 Frcs / An Si l'air neuf est préchauffé à 85 0 C par le dispositif, objet de la présente demande de brevet d'invention, il faudra que la batterie lui fournisse une énergie nécessaire à une augmentation de température de 180 - 85 = 95 0 C au lieu de 180 - 12 = 168 OC La dépense annuelle sera en conséquence de 9 330 000 . ( 95 / 168 ) = 5 275 000 Frcs et les économies seront de 9 330 000 - 5 275 000 = 4 055 000 Frcs / An REVENDICATIONS J-Dispositif destiné à dépolluer l'air sortant des atomiseurs et à e récupérer partiellement l'énergie dans la limite d'une élévation d température de l'air neuf de 80 à 95t C , composé d'un cyclone et d'ion échageur air - air caractérisé en ce que le cyclone (1) est équipé d'une hélice métallique (2) destinée à canaliser l'air entrant dans le cyclone et d'une canalisa tion (3) d'amenée d'eau, placée en sous face de l'hélice (2) et équipée d rampes d'aspersion (6). 2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce qui l'hélice (2) a une pente oblique vers le bas de l'intèrieur vers l'extè rieur du cyclone et en ce que le rebord extèrieur de l'hélice est sépare de la paroi du cyclone par une fente continue t7). 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2 , caractérisé en ce qui l'eau envoyée dans la cånalisation (3), puis par les rampes d'aspersio (6) est de l'eau chaude à la température de 90 à 980 C, qui s'écoule ver. le fond (8) du cyclone par la fente (7) le long des parois du cyclone. 4. Didpositif selon les revendications 1 , 2 et 3 , caractérisé en ci que l'eau chaude quitte le fond du cyclone vers une cuve de décantatio (9), d'où elle est renvoyée par une pompe (11)-dans la canalisation (3). 5. Dispositif selon les revendications 1 , 2 , 3 et 4 , caractéris en ce que l'échangeur (12) est constitué de plaques métalliques (13) reliées entre elles deux par deux, pour former une canalisation (14) dan laquelle l'air neuf s'écoule à contre courant de l'air humide. 6. Dispositif selon,n les revendications 1 , 2 ,3 , 4 et 5 , carac térisé en ce que les canalisations (14) sont séparées par un espace asse large pour laisser le passage du canon d'un pistolet à eau sous pression qui sera utilisé de temps à autres pour nettoyer les faces extèrieures de; canalisations (14), I'espace séparant deux canalisations (14) étant trop important pour permettre un bon échange thermique, la surface de canalisations (14) est surdimentionnée pour rétablir ce bon échange.