Brevet FR2576522A1 — publié le 19860801

Procédé et appareil pour le traitement de matières en particules L'invention se rapporte au traitement de matières en parti- cules. Elle concerne plus particulièrement le traitement de ma- tières fibreuses en particules,telles que,par exemple,le tabac en feuilles hachées. Des solutions ont déjà été proposées pour le traitement du tabac en particules et d'autres matières en feuilles en particules, suivant des procédés qui sont censés impliquer une fuidisation de la matière. C'est ainsi que le brevet du Royaume Uni NO 1 389 452 fait état d'un appareillage pour le traitement du tabac,dans le- quel le tabac est déplacé au moyen d'un transporteur à vibration présentant une base généralement plane,perméable à l'air,traversée par un courant d'air chaud ascendant venant en contact avec le ta- bac. Le tabac est agité par le mouvement vibratoire du transporteur et par le courant d'air ascendant. Il est indiqué dans la descrip- tion que le tabac est au moins partiellement fluidisé par la combi- naison de ces deux effets. Le brevet du Royaume Uni No 1 486 555 fait état d'un procédé et d'un appareillage pour le séchage du thé. Conformément à la des- cription qui est donnée dans ce brevet,le thé est acheminé à tra- vers une pluralité de surfaces planes perforées successives. De l'air chaud est envoyé vers le haut,à travers chacune de ces sur- faces,des moyens étant prévus pour assurer la vibration de chacune d'elles. Conformément à ce brevet,on provoque la vibration des sur- faces en vue d'empêcher le colmatage des perforations prévues dans les surfaces et,en même temps,d'empécher la formation de creux dans le lit agité du thé. Il est également précisé dans le brevet N 1 486 555,que la vibration des surfaces perforées fournit un 2 2576522 moyen permettant au thé de se déplacer à travers les surfaces. Le brevet du Royaume Uni NO 2 026 668A décrit un appareilla- ge pour le séchage ou le refroidissement de matières en feuilles en particules (thé ou tabac). Lorsque l'appareil est mis en oeuvre, de l'air chaud est employé comme milieu de fluidisation en vue de maintenir,comme cela est spécifié,la matière en feuillesà l'état fluidisé. Afin d'éviter la production de creux dans le lit de ma- tière en feuilles en particules,l'appareil comprend une texture maillée en tissu,servant à répartir l'air de fluidisation unifor- mément sur le lit. La texture maillée en tissu est maintenue par un châssis,de manière à présenter une configuration plane. L'appa- reil peut en outre être animé d'un mouvement de vibration favori- sant l'obtention d'un traitement uniforme de la matière en feuilles. Conformément au brevet des Etats-Unis No 4 148 325,une méthode de traitement du tabac haché consiste à traiter le tabac par un mi- lieu fluide dans une chambre dans laquelle un lit de tabac en for- me de colonne est maintenu à l'état fluidisé par de l'air circulant à travers le lit de tabac,après avoir passé vers le haut,à travers un support diffuseur plan. D4n point de vue plus général,des techniques de fluidisation ont été utilisées pour bon nombre d'usages,dans un grand nombre d'industries. Le brevet du Royaume Uni N 2 085 748A décrit par exemple un appareillage à lit fluidisé pour la combustion ou la gazéification du charbon et autres matériaux en morceaux. Pour l'ingénieur en technique des procédés,l'un des aspects les plus séduisants de la fluidisation réside dans la possibilité de se rapprocher d'un état de mélange parfait des particules en phase solide dans un lit fluidisé. Le mélange parfait peut être défini de plusieurs façons. Si l'on se rapporte aux températures, par exemple,ceci implique que la température maximale des parti- cules diffère,mais cependant très peu,de la température moyenne de cellesci. Ainsi,dans un lit fluidisé dans lequel on obtient un état de mélange presque parfait,une température élevée peut être maintenue,sans que des zones surchauffées se présentent à l'intérieur du lit. Il est possible de se rapprocher facilement d'un état de mé- lange parfait lorsque les particules du lit sont sensiblement uni- formes et de forme à peu près isométrique,ainsi que de grosseur et densité non exagérément disparates. Dans le cas de certaines matiè- res en particulespar exemple de tabac en feuilles hachées,les par- ticules s'écartent sensiblement de ces critères. Dans le cas du ta- bac en feuilles hachées,cette divergence se manifeste sur le plan particulièrement important de la forme. Le tabac en feuilles ha- chées comprend des particules allongées,de longueurs et de sections transversales variables,coexistant avec des particules plus cour- tes,de formes et de masses variant dans une large mesure. Dans un corps de tabac en feuilles hachées,les particules plus petites sont réparties dans une matrice enchevêtrée,perméable à l'air,de particules de forme allongée. Cette constitution du tabac en feuil- les hachées a entrainé certaines difficultés lorsqu'on a cherché à fluidiser la matière. Dans l'appareillage à lit fluidisé utilisé dans la technique connue,on a observé que les particules allongées de tabac en feuilles hachées forment une natte dans laquelle les particules allongées demeurent enchevêtrées. Les plus légères et les plus lourdes des particules plus courtes ont tendance à se sé- parer de la natte précitée,les particules plus légères se plaçant audessus,et celles plus lourdes,au-dessous de la natte. De plus, dans un tel lit divisé,on observe une tendance marquée et inaccep- 4 2576522 table à la formation de "soufflures". On peut donc dire que,dans les méthodes proposées jusqu'à présent pour la fluidisation du ta- bac en feuilles hachées,il n'a pas été possible de se rapprocher d'un état de mélange parfait,pas plus que de réaliser des condi- tions stables de fluidisation. L'invention a pour but de fournir des moyens permettant qu'une matière en particules fibreuses soit efficacement mise en mouvement. Tel qu'utilisé présentement,le terme "matière en particules fibreuses" désigne une matière en particules,dont au moins une proportion substantielle comprend des particules individuelles dont une dimension est grande comparativement aux deux autres di- mensions. En raison de la présence de telles particules allongées dans un corps de matière en particules fibreuses,on observera une tendance à un enchevêtrement. Tel qu'utilisé présentement,le terme "mise en mouvement" ("mobilisation") désigne un processus contr8lé selon lequel,dans un corps de matière en particules,des particules individuelles sont maintenues dans un état sensiblement détaché,de telle façon que les particules soient libres de se déplacer les unes par rap- port aux autres. Si l'on se réfère à une matière en particules fi- breuses,la mise en mouvement signifie en outre que la matière est totalement,ou en grande partie,désenchevêtrée et maintenue dans un état o les particules sont désenchev&trées et détachées. La présente invention a pour objet un procédé de traitement d'une matière en particules,selon lequel ladite matière en particu- les est maintenue dans un état de mise en mouvement,dans unezone de mise en mouvement délimitée par des moyens formant des parois diver- gentes par rapport à la verticale,de façon que l'aire de la section 2576522 trans-versale horizontale de ladite zone s'accroisse en direction du haut, un milieu gazeux de mise en mouvement étant envoyé,par une multiplicité d'emplacements prévus dans les parois,vers ladi- te zone,de manière à obtenir dans cette zone,un modèle de circu- lation comprenant un flux descendant au niveau desdits moyens for- mant les parois,et un flux ascendant,à partir d'une région infé- rieure de ladite zone. La matière en particules peut être une ma- tière fibreuse en particules. Avantageusement,un milieu gazeux d'accélération est envoyé dans la zone de mise en mouvement,suivant une direction ascendante, à partir d'un emplacement se trouvant dans la région inférieure de la zone. La présente invention a également pour objet un appareil de mise en mouvement comprenant des moyens formant des parois délimi- tant une zone de mise en mouvement,lesdits moyens formant les pa- rois étant divergents vers le haut,par rapport à la verticale,de façon que l'aire de la section transversale horizontale de ladite zone s'accroisse en direction du haut,ainsi que des moyens formant des buses de mise en mouvement,fonctionnant de manière à envoyer un milieu gazeux de mise en mouvement dans ladite zone,par une mul- tiplicité d'emplacements prévus dans les parois,de manière à obte- nir dans ladite zone,lors du fonctionnement dudit appareil de mise en mouvement de la matière en particules,un modèle de circulation comprenant un flux descendant,au niveau desdits moyens formant les parois,et un flux ascendant,à partir d'une région inférieure de la- dite zone. Avantageusement,l'appareil de mise en mouvement comprend en outre,des buses d'accélération fonctionnant de manière à envoyer un milieu gazeux d'accélération dans la zone de mise en mouvement, 6 2576522 suivant une direction ascendante,à partir d'un emplacement se trou- vant dans la région inférieure de la zone. La section transversale horizontale de la zone de mise en mou- vement peut être de diverses formes,par exemple,carrée,rectangulai- re,circulaire,elliptique et polygonale. La forme peut être constan- te ou peut varier d'un niveau à l'autre,sur la hauteur de la zone de mise en mouvement. Les parois peuvent être rectilignes dans leur section transversale verticale; elles peuvent encore être in- curvées,de façon concave ou convexe,sur une partie,ou la totalité de leur étendue vers le haut. Si la section transversale horizonta- le de la zone de mise en mouvement est de forme carrée,ou d'une au- tre forme présentant des éléments de parois opposés et parallèles, ces éléments de parois sont de préférence configurés symétrique- ment par rapport à un plan ou à un axe vertical central. Si la sec- tion tranversale horizontale de la zone de mise en mouvement est de forme carrée,et si l'appareil doit être utilisé pour le traite- ment des tabacs en feuilles hachées,l'angle de la divergence vers le haut,par rapport à la verticale,desdites parois,est avantageuse- ment de l'ordre de 30 degrés. A la base de la zone de mise en mouvement,la section transver- sale horizontale sera de préférence petite,comparativement à la section transversale horizontale à la partie supérieure de cette zone. De façon appropriée,les buses assurant la mise en mouvement sont réalisées sous la forme d'une série de perforations dans les parois. Les parois perforées peuvent délimiter une enceinte avec laquelle les perforations communiquent directement. L'appareil conforme à l'invention peut constituer une cellule appartenant à une série de cellules similaires juxtaposées,cette 7 -2576522 série formant un appareil composite de plus grandes dimensions. Les traitements des matières en particules pouvant être mis en oeuvre en utilisant le procédé ou l'appareil selon l'invention comprennent le séchage,l'humidification,le chauffageile refroidis- sement,le mélange,le malaxage,l'expansion ou l'application d'un agent aromatisant ou autre adjuvant. Les traitements peuvent éga- lement comprendre des traitements chimiques. L'air constitue un milieu de mise en mouvement et d'accéléra- tion satisfaisant au point de vue pratique. De la vapeur d'eau,ou une autre vapeur ou un gaz,peut être injecté dans le lit de mise en mouvement de matière en particules,soit directement,soit avec le milieu de mise en mouvement et/ou avec le milieu d'accélération lorsque ce dernier est utilisé. De la vapeur d'eau,ou une autre va- peur ou un gaz,peut être employé comme milieu de mise en mouvement et/ou d'accélération. Un liquide peut être pulvérisé sur le lit mo- bile de matière en particulesou injecté dans ce lit. Le procédé ou l'appareil selon l'invention peut être utilisé en vue d'imprégner uniformément une matière végétale en particules, par exemple, du tabac en feuilles hachées,avec un agent d'expansion, par exemple,un agent d'expansion organique. A cet effet,l'agent d'expansion peut constituer dans sa phase vapeur,la totalité ou une partie du flux du milieu de mise en mouvement et/ou,s'il est présent,du milieu d'accélération. En variante,le lit mobile de ma- tière végétale peut être mis en contact avec un agent d'expansion en phase liquide. Lorsque le procédé selon l'invention est mis en oeuvre en uti- lisant un flux d'accélération ainsi qu'un flux de mise en mouvement, ce dernier sert à déplacer la matière fibreuse ou autre matière en particules,et le flux d'accélération sert à accroître la circula- 8 2576522 tion,et par conséquent le mélange,du corps mobile de matière en particules. On a trouvé que la consommation totale en milieu ga- zeux pouvait être réduite en utilisant un flux d'accélération du milieu gazeux. On a également trouvé que lorsque le flux gazeux employé seul est un flux ascendant,les matières fibreuses en par- ticules demeurent ou deviennent enchevêtrées et ne sont pas dépla- cées dans le sens-précédemment défini. Pour toute matière en par- ticules ou pour un appareil de mise en mouvement construit selon l'invention,les valeurs de la vitesse d'écoulement du milieu de mise en mouvement et du milieu d'accélération se situent dans un intervalle défini,à l'intérieur duquel un fonctionnement contrôlé est possible. Ces intervalles peuvent être établis par de simples essais. De pr6férence-,te flux de mise en mouvement est établi avant que soit amorcé le flux d'accélération. L'invention sera maintenant décrite plus en détail,à titre d'exemple,en référence au dessin annexé,sur lequel: - la figure 1 représente schématiquement une vue en perspective d'un appareil de mise en mouvement; - la figure 2 représente schématiquement une vue en coupe de l'appareil de la figure 1,la coupe étant faite suivant un plan ver- tical central désigné par II-II; - la figure 3 est un diagramme indiquant les plages de la vites- se des gaz de mise en mouvement (axe A) et de la vitesse des gaz d'accélération (axe B),pour lesquelles un fonctionnement contrÈlé est possible lorsque l'appareil des figures 1 et 2 est utilisé pour le séchage du tabac en feuilles hachées,et, - la figure 4 est une vue analogue à la figure 3,mais comportant une indication d'un mode de circulation dans une zone de mise en - mouvement de l'appareil. 9 2576522 L'appareil de mise en mouvement représenté aux figures 1 et 2 comprend une enveloppe 1,de section carrée,dont les quatre parois divergent vers le haut,en faisant un angle de 30 par rapport à la verticale. Un conduit 2 s'étend verticalement vers le bas,à partir de l'extrémité inférieure de l'enveloppe 1. Une plaque de diffusion, ou diffuseur,est disposée intérieurement à chaque paroi de l'enve- loppe,ces diffuseurs étant désignés par 3, 4 et 5 à la figure 2. Chacun de ces diffuseurs 3-5,ainsi qu'un diffuseur exactement iden- tique opposé au diffuseur 4 et associé à la paroi avant de l'enve- loppe 1,est placé à distance de la paroi latérale correspondante et s'étend parallèlement à celle-ci. Une série identique de perfo- rations,comprenant une rangée supérieure et une rangée inférieure de perforations,chacune de 4,5 mm de diamètre,est prévue sur cha- cun des diffuseurs,les perforations de la plaque ou diffuseur 4 étant désignées par 6. Les diffuseurs constituent les parois de l'appareil, cependant que les perforations forment les premières buses. Aux extrémités supérieures des diffuseurs,les espaces compris entre les diffuseurs et les parois latérales associées de l'enve- loppe,deux de ces espaces visibles à. la figure 2,étant désignés par 7 et 8,sont fermés par une plaque 9. Ces espaces constituent une enceinte extérieure. Une paroi de retenue s'étend verticalement vers le haut,à partir de l'extrémité supérieure de chacune des pla- ques de diffusion,ou diffuseurs,les parois de retenue associées aux diffuseurs 3 et 5 étant désignées par 10 et 11 (figure 2);les lignes de jonction de ces parois de retenue sont représentées par des traits interrompus à la figure 1. Un tuyau 12 s'étend vers le haut,à l'intérieur du conduit 2. L'extrémité supérieure du tuyau 12 est raccordée aux extrémités 2576522 inférieures des diffuseurs. Un diaphragme 13 est monté au travers du tuyau 12,à son extrémité supérieure,ce diaphragme comportant un orifice 14 de 7 mm de diamètre,appartenant aux moyens formant les secondes buses. Lors du fonctionnement de la cellule de mise en mouvement en vue du séchage du tabac en feuilles coupées,une quantité de tabac (non représentée) est disposée à l'intérieur de l'espace délimité par les quatre diffuseurs,cet espace constituant une zone de mise en mouvement. De l'air chaud de mise en mouvement est envoyé sous faible pression par le conduit 2 et circule ensuite à travers les espaces 7 et 8 et les espaces correspondants associés aux parois avant et arrière de l'enveloppe 1. A partir de ces espaces,cet air chaud circule à travers les perforations dans les diffuseurs et vient ainsi en contact avec le tabac haché. De l'air chaud d'accé- lération est envoyé sous faible pression à travers le tuyau 12, d'o il s'échappe suivant un courant vertical ascendant,à l'inté- rieur du tabac. Par suite de la géométrie de la zone de mise en mouvement, et du fait de la présence d'air de mise en mouvement et on obtient- d'air d'accélération,,ie mise en mouvement contr8lée du tabac ha- ché,laquelle occasionne un désenchevêtrement des fibres allongées, ce qui permet de se rapprocher étroitement d'un état de mélange parfait. On obtient ainsi un séchage amélioré du tabac haché humi- de. On a constaté que le procédé pouvait être mis en oeuvre en n'occasionnant qu'une très faible dégradation du tabac. Il y a lieu de noter qu'aucune vibration de l'appareil n'est requise. L'aire hachurée indiquée sur le diagramme de la figure 3 re- présente la zone de fonctionnement contrôlée de l'appareil précé- demment décrit,exprimée en vitesse superficielle de l'air de mise en mouvement (axe vertical A) et en vitesse superficielle de l'air : 11 2576522 d'accélération (axe horizontal B),lorsque l'appareil est utilisé pour le séchage d'un tabac "flue-cured" en feuilles hachées,de type commercial courant. Les unités de vitesse sont en mètres par seconde. Il y a lieu de noter qu'à l'intérieur de la zone de fonc- tionnement contr8lé,la vitesse de l'air d'accélération ou de l'air ascendant est inférieure à la vitesse de l'air de mise en mouve- ment ou de désenchevêtrement. On a représenté à la figure 4 le mode de circulation de l'air et des particules de tabac entrainées,que l'on obtient dans le lit mis en mouvement. On peut noter l'existence de flux descendants, sur les parois inclinées délimitant la zone de mise en mouvement, et d'un flux ascendant vertical,au centre de la zone. Les modes de circulation comprennent en outre des flux extérieurs à la zone contrôlée. Le lit mis en mouvement est disposé sensiblement entib- rement à l'intérieur de l'espace délimité par les parois divergen- tes,c'est-à-dire par les diffuseurs. Le mode de circulation que l'on vient de décrire est établi par le flux de mise en mouvement,mais il est amélioré par la pré- sence du flux d'accélération. Le flux de circulation se superpose bien entendu à un flux général d'air ascendant à l'intérieur de l'appareil. Dans l'appareil qui vient d'être décrit,il est prévu une seu- le buse d'accélération;à savoir,l'orifice 12,pour le déplacement du milieu d'accélération vers le lit de tabac. Selon une variante de l'appareil,il est prévu une pluralité d'orifices au moyen des- quels plusieurs courants du milieu d'accélération sont dirigés vers le haut,dans le lit de tabac. Le diaphragme 13 pourrait être remplacé par un élément de construction frittée ou tissée. Bien que la description qui précède prévoit deux rangées de 12 2576522 perforations 6,et qu'il soit prévu de préférence au moins deux rangées,plus de deux rangées pourront &tre utilisées. En ce qui concerne les flux descendants le long des diffu- seurs,il peut être approprié de remplacer les perforations 6 par des buses qui dirigent l'air de mise en mouvement suivant une di- rection descendante,parallèle aux diffuseurs. Toutefois,un tel agencement s'est avéré moins avantageux. L'appareil de mise en mouvement des figures i et 2 pourrait être utilisé pour constituer une cellule destinée à s'insérer dans une série de cellules similaires juxtaposées constituant un plus grand appareil composite de mise en mouvement. L'appareil conforme à l'invention pourrait être utilisé pour constituer un séparateur de particules dans les machines de fabri- cation d'articles à fumer,telles que décrites dans le brevet du Royaume Uni NI 2 129 275A. Revendications 1. Procédé de traitement d'une matière en particules,caracté- risé en ce que la matière en particules est maintenue dans un état de mise en mouvement dans une zone de mise en mouvement délimitée par des moyens formant des parois (3-5) divergentes par rapport à la verticale,de façon que l'aire de la section transversale hori- zontale de ladite zone s'accroisse en direction du haut,un milieu gazeux de mise en mouvement étant envoyé vers ladite zone,par une multiplicité d'emplacements (6) prévus dans les parois,de manière à obtenir dans cette zone,un mode de circulation comprenant un flux descendant,au niveau desdites paroiset un flux ascendant,à partir d'une région inférieure de ladite zone. 2. Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce que la- dite-matière en particulescomprend une matière fibreuse en parti- cules. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2,caractérisé en ce que ladite matière en particules est constituée par du tabac haché. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3,caractérisé en ce que ledit milieu de mise en mouvement comprend de l'air. 5. Procédé selon l'une des revendications 1, 2 ou 3,caracté- risé en ce que ledit milieu de mise en mouvement comprend de la vapeur d'eau. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5,caractérisé en ce qu'un milieu gazeux d'accélération est envoyé dans ladite zone, suivant une direction ascendante,à partir d'un emplacement situé dans une région inférieure de ladite zone. 7. Procédé selon la revendication 6,caractérisé en ce que ledit milieu d'accélération comprend de l'air. 8. Procédé selon la revendication 6,caractérisé en ce que ledit milieu d'accélération comprend de la vapeur d'eau. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8,caractérisé en ce que la matière mobile en particules est mise en contact avec un agent d'expansion. 10. Appareil de mise en mouvement,caractérisé en ce que des moyens formant des parois (3-5) délimitent une zone de mise en mou- vement,lesdites parois (3-5) étant divergentes vers le haut,par rapport à la verticale,de façon que l'aire de la section transver- sale horizontale de ladite zone s'accroisse en direction du haut, et en ce que des moyens formant des buses (6) de mise en mouvement fonctionnent de manière à envoyer un milieu gazeux de mise en mou- vement dans ladite zone,par une multiplicité d'emplacements prévus dans les parois (3-5),de manière à obtenir dans ladite zone,lors du fonctionnement dudit appareil de mise en mouvement de la matière 2576522 en particules,un mode de circulation comprenant un flux descendant, au niveau des parois,et un flux ascendant,à partir d'une région inférieure de ladite zone. 11. Appareil selon la revendication 10,caractérisé en ce que des moyens formant des buses d'accélération (13-14) fonctionnent de manière à envoyer un milieu gazeux d'accélération dans ladite zone,suivant une direction ascendante,à partir d'un emplacement situé dans une région inférieure de ladite zone. 12. Appareil selon la revendication 10 ou 11,caractérisé en ce qu'à l'emplacement de la partie divergente,vers le haut,desdi- vement_ tes parois (3-5),ladite zone de mise en mou/ présente,vue en plan, une configurationsensiblement carrée. 13. Appareil selon la revendication 10 ou 11,caractérisé en ce qu'à l'emplacement de la partie divergente,vers le haut,desdi- tes parois (3-5),ladite zone de mise en mouvement présente,vue en plan,une configuration sensiblement circulaire. 14. Appareil selon l'une des revendications 10 à 13,caracté- risé en ce que l'angle de divergence par rapport à la verticale,de la partie divergente vers le haut,desdites parois (3-5) est de l'ordre de 30 degrés. 15. Appareil selon l'une des revendications 10 à 14,caracté- risé en ce que lesdites buses de mise en mouvement (6) sont cons- tituées par une série de perforations pratiquées dans lesdites parois (3-5). 16. Appareil selon la ivendbcation 15,caractérisé en ce que dans la zone de ladite série de.perforations,les parois (3-5) dé- limitent une enceinte (7, 8). 17. Appareil selon l'une des revendications 10 à 16,caracté- risé en ce que des moyens formant des parois de retenue (10, 11) s'étendent vers le haut de ladite zone de mise en mouvement. 18. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9,mis en oeuvre avec l'appareil selon l'une des revendications 10 à 17.