Brevet FR2607230A1 — publié le 19880527

INSTALLATION INDUSTRIELLE DE SECHAGE D'UN PRODUIT HUMIDE, DU TYPE A RECIRCULATION AU MOINS PARTIELLE D'UN FLUIDE DE SECHAGE L'invention concerne une installation industrielle de séchage d'un produit humide, du type à recirculation au moins partielle d'un fluide de séchage, tel que de l'air ou de la vapeur d'eau surchauffée, avec éventuellement une recompression mécanique du fluide de séchage lorsqu'il s'agit de vapeur d'eau. Une telle installation est applicable au séchage de produits les plus divers, se présentant en vrac, sous forme de morceaux ou de pâtes plus ou moins humides, et trouve une application particulièrement intéressante dans les sucreries, pour le séchage de la pulpe de betterave. On connaît depuis longtemps des procédés et des installations de séchage d'un produit humide par recirculation et recompression mécanique d'un débit constant de vapeur d'eau. Une enceinte dans laquelle circule le débit de vapeur d'eau, est traversée par un débit de produit humide. Une partie de l'eau du produit humide est absorbée par la vapeur d'eau qui vient au contact du produit humide. Une fraction du débit de vapeau d'eau, correspondant à la quantité d'eau évaporée du produit est prélevée pour alimenter un compresseur dont la sortie est reliée à un échangeur de chaleur traversé par la fraction restante du débit de vapeur d'eau. Cette dernière est chauffée pour revenir ensuite au contact du produit humide dans l'enceinte et se charger à nouveau d'humidité, tandis que la vapeur fournie par le compresseur est condensée et ensuite évacuée.Ce procédé présente l'avantage de ne consommer que l'énergie nécessaire au fonctionnement du compresseur et des ventilateurs de circulation du débit de vapeur d'eau, ainsi qu'à la compensation des pertes thermiques. La mise en ceuvre de ce procédé pose toutefois des problèmes techniques importants et les installations connues de ce type sont en général très encombrantes et ont une structure complexe et coûteuse, pour tenter de satisfaire à un certain nombre de conditions telles que l'étanchéité, la résistance à la corrosion, et la résistance à des contraintes thermiques différentielles très elevées. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple et efficace à ces problèmes. Elle propose à cet effet une installation industrielle de séchage d'un produit humide, du type à recirculation au moins partielle d'un fluide de séchage, comprenant une enceinte à structure modulaire équipée de convoyeurs à tapis de déplacement du produit, des ventilateurs de circulation d'un débit de fluide de séchage dans l'enceinte, des moyens de prélèvement d'une fraction de ce débit, et des échangeurs de chaleur traversés par la fraction restante du débit de fluide de séchage, caractérisée en que ladite enceinte comporte une partie inférieure formée par un caisson rigidifié à section transversale rectangulaire supportant les ventilateurs, les échangeurs de chaleur et l'ossature d'une partie supérieure ayant sensiblement la forme d'une portion de cylindre qui recouvre la face supérieure du caisson et est raccordée à celle-ci et qui entoure les convoyeurs et les échangeurs de chaleur. Grâce à cette structure particulière de l'invention, les masses les plus importantes (ventilateurs, échangeurs de chaleur, ossature et convoyeurs) sont supportés par le caisson inférieur, dont la structure est spécialement conçue pour résister à une telle charge, tandis que la forme sensiblement cylindrique de la partie supérieure de l'enceinte lui permet de résister au mieux à la pression interne du fluide de séchage sortant des ventilateurs. En outre, les ventilateurs sont supportés directement par la partie inférieure de l'enceinte et non plus fixés à une structure extérieure à l'enceinte et raccordés à celle-ci par des moyens devant résister à des contraintes thermiques différentielles importantes. Par ailleurs, la forme plane des parois du caisson inférieur de l'enceinte facilite la fixation des brides des ventilateurs sur ces parois. Selon une autre caractéristique de l'invention, la partie supérieure de l'enceinte comprend deux convoyeurs verticalement superposés et des moyens de transfert du produit d'une extrémité du convoyeur supérieur à l'extrémité correspondante du convoyeur inférieur, une paroi de séparation étant prévue entre les convoyeurs sur toute leur longueur pour délimiter dans l'enceinte une zone supérieure de séchage comprenant le convoyeur supérieur et traversée par un premier flux de fluide de séchage, une zone inférieure de séchage comprenant le convoyeur inférieur et traversée par un second flux de fluide de séchage, et une zone de mélange de ces deux flux sortant des zones de séchage, qui est raccordée au caisson inférieur en amont des ventilateurs. De cette façon, et bien que l'enceinte comprenne deux zones de séchage successives, les ventilateurs sont alimentés par un seul flux de fluide de séchage ayant une température sensiblement constante. Selon une autre caractéristique de l'invention, les ventilateurs sont des ventilateurs axiaux qui sont orientés transversalement et supportés à un même niveau par le caisson inférieur de l'enceinte, sur toute la longueur de celui-ci, et qui sont raccordés aux faces d'entrée des échangeurs de chaleur par des diffuseurs transversaux logés dans le'caisson inférieur et s'étendant sur sensiblement toute la largeur des convoyeurs. Ces ventilateurs axiaux sont beaucoup moins encombrants que des ventilateurs centrifuges et peuvent donc être montés au même niveau sur le caisson inférieur, pour être alimentés par le flux résultant du mélange des deux flux de fluide de séchage sortant des deux zones précitées de séchage. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la partie inférieure du caisson repose sur une structure de support fixe par l'intermédiaire de patins de glissement autorisant un déplacement longitudinal et transversal des extrémités du caisson par rapport à son centre fixe, sous l'effet des dilatations thermiques différentielles de l'enceinte. Ce montage évite l'apparition de contraintes inacceptables dans les zones de fixation de l'enceinte à une structure de support fixe. Lorsque le fluide de séchage est de la vapeur, la fraction prélevée du débit de vapeur d'eau, qui correspond à la quantité d'eau évaporée du produit, est amenée à un compresseur qui alimente les échangeurs de chaleur. Dans ce cas, l'invention prévoit que le compresseur alimentant les échangeurs de chaleur est par exemple du type à deux étages, et qu'il est raccordé aux échangeurs par des diffuseurs à ailettes. Cette solution technique permet une adaptation directe du fonctionnement du compresseur aux variations des conditions de fonctionnement de l'installation et la délivrance d'une pression de sortie sensiblement constante. Avantageusement, le compresseur est alimenté en vapeur d'eau par un séparateur, qui permet de séparer et d'extraire les particules de produit contenues dans la fraction prélevée du débit de vapeur d'eau. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de prélèvement de cette fraction du débit de vapeur d'eau sont prévus dans la partie du caisson inférieur, qui est située sous les échangeurs de chaleur. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'enceinte est constituée d'éléments modulaires qui sont assemblés longitudinalement bout à bout et qui comprennent chacun un caisson inférieur et une partie supérieure sensiblement en portion de cylindre, cette dernière étant formée par des tôles à raidisseurs longitudinaux et par des profilés transversaux cintrés en arceau sur lesquels sont soudées les tôles, les éléments modulaires étant fixés les uns aux autres par leurs profilés cintrés d'extrémité. Cette conception modulaire de l'enceinte facilite son montage et son assemblage. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 illustre schématiquement le procédé de séchage mis en ceuvre par l'invention; - la figure 2 représente schématiquement la disposition des convoyeurs dans l'enceinte d'une installation de séchage selon l'invention; - la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale d'une installation selon l'invention; - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation de l'enceinte de l'installation. On se réfère d'abord à la figure 1, qui illustre le procédé de séchage d'un produit humide par recirculation et recompression de vapeur d'eau. Une enceinte 10 contenant des convoyeurs 12 de déplacement d'une couche de produit humide, est traversée par un débit Q sensiblement constant de vapeur d'eau qui a été surchauffée par traversée d'un échangeur de chaleur 14. Le produit humide est amené dans l'enceinte à une extrémité de celle-ci, comme indiqué par la flèche 15, est déplacé sur les convoyeurs 12 et sort de l'enceinte comme indiqué par la flèche 16. Dans l'enceinte 10, une fraction importante de l'eau contenue dans le produit est évaporée par échange de chaleur avec la vapeur d'eau en recirculation et est entraînée vers l'entrée d'un ventilateur 18.En amont du ventilateur, on prélève par un conduit 20 une fraction q du débit de vapeur, correspondant à la quantité d'eau évaporée du produit, on fait passer ce débit q dans un séparateur 22 permettant d'en extraire les particules de produit entraînées, et on comprime, au moyen d'un compresseur 24, ce débit q pour alimenter l'échangeur de chaleur 14. La vapeur d'eau sortant du ventilateur 18 est surchauffée dans l'échangeur 14, tandis que le débit de vapeur comprimée alimentant cet échangeur est condensé et peut être recueilli sous forme liquide dans une bâche 26. Comme le débit q de vapeur d'eau prélevé en amont du ventilateur 18 correspond à la quantité d'eau évaporée du produit dans l'enceinte 10, le débit Q de vapeur d'eau qui est amené à l'enceinte 10 reste sensiblement constant. La consommation en énergie est limitée aux consommations d'énergie nécessaires à l'entraînement du ventilateur 18 et du compresseur 24, et à la compensation des pertes thermiques. La figure 2 représente schématiquement l'agencement du convoyeur 12 dans l'enceinte 10. Une trémie d'alimentation 28, équipée d'une écluse 30 permet une amenée étanche de produit humide 32 dans l'enceinte 10 et le dépôt d'une couche 34 de produit humide sur une extrémité du convoyeur supérieur 12. A l'extrémité opposée de ce convoyeur, leproduit est déversé sur un plan incliné 36 qui l'amène sur l'extrémité correspondante du convoyeur inférieur 12. A l'extrémité opposée de celui-ci, le produit séché est recueilli dans une trémie de sortie, du même type que la trémie d'entrée 28, et est conduit à l'extérieur de l'enceinte 10. Les tapis des convoyeurs 12 sont constitués par un treillis en acier inoxydable à mailles relativement fines, de telle sorte que le fluide de séchage puisse traverser les couches de produit portées par ces tapis sans entraîner de particules de produit ayant une taille importante. On se réfère maintenant à la figure 3, qui représente schématiquement une coupe transversale de l'enceinte d'une installation selon l'invention. Cette enceinte est à structure modulaire, comme on le verra par la suite, et est formée d'éléments assemblés bout à bout et ayant chacun la section transversale représentée en figure 3. Chaque élément modulaire comprend une partie inférieure formée par un caisson parallèlipipédique rectangle 40 qui porte les échangeurs de chaleur 14, les ventilateurs 18 et l'ossature de la partie supérieure 42 de l'élément modulaire, qui est constituée par une enveloppe sensiblement cylindrique à section elliptique recouvrant la face supérieure du caisson 40 et raccordée à celle-ci de façon étanche. L'ossature interne de cet élément modulaire est constituée de trois parois longitudinales verticales 44, 46 et 48 et de planchers horizontaux 50, 52 et 54. Les convoyeurs 12 représentés en figure. 3 par des lignes en traits pointillés, sont supportés par cette ossature et s'étendent entre les parois verticales 44 et 46 en étant contenus à l'intérieur de l'enveloppe 42, c'est-à-dire entre le plancher intermédiaire 52 et le plancher supérieur 54.Un plancher oblique 56 est monté sur les parois verticales 44 et 46 de façon à partager l'espace entre les deux convoyeurs 12. Les échangeurs de chaleur 14 sont portés par le plancher intermédiaire 52, entre les parois verticales 46 et 48 dont la partie supérieure porte des moyens 58 de levage d'une batterie d'échangeurs tels par exemple qu'un pont roulant. Les ventilateurs 18 sont disposés dans le caisson inférieur 40 et sont portés par la partie inférieure de la paroi verticale 44. Chaque ventilateur 18 est entraîné par un moteur électrique 50 qui se trouve à l'extérieur de l'enceinte et est supporté par la partie inférieure de la paroi verticale 44.Un diffuseur transversal et horizontal 60 s'étend à l'intérieur du caisson inférieur 40, entre la roue de chaque ventilateur et la paroi verticale intermédiaire 46, et est raccordé à la face d'entrée des échangeurs 14 par des aubes de guidage fixes 62 logées dans le caisson inférieur 40, entre les parois verticales 46 et 48 de l'osssature. Les flèches de la figure 3 illustrent la circulation du fluide de séchage dans l'enceinte : le fluide de séchage sortant des diffuseurs 60 traverse les échangeurs de chaleur 14 et se partage en deux flux, dont l'un traverse le convoyeur supérieur 12 et dont l'autre, circulant sous le plancher oblique 56, traverse le convoyeur inférieur 12, ces deux flux se mélangeant l'un à l'autre en amont des ventilateurs 18 et des entrées des diffuseurs 60. En raison de ce mélange des flux sortant des deux convoyeurs, la température en amont des ventilateurs est sensiblement constante sur toute la longueur de l'enceinte. Les ventilateurs 18 disposés au même niveau dans le caisson inférieur 40, sont des ventilateurs axiaux, pour des raisons d'encombrement. Chaque élément modulaire comprend par exemple deux ventilateurs 18 délivrant chacun une pression statique relativement élevée, et entraînés chacun directement par un moteur électrique 59. Les diffuseurs 60 ont une longueur qui correspond sensiblement à la largeur des convoyeurs 12, et qui est par exemple de l'ordre de cinq mètres. Le compresseur 24 de l'installation alimente par un diffuseur à aiglettes, une batterie de plusieurs faisceaux de tubes à ailettes qui sont superposés et raccordés en série et dans lesquels les tubes sont orientés transversalement par rapport à la direction longitudinale de l'enceinte et sont légèrement inclinés vers le bas, pour permettre l'évacuation des condensats. Les points les plus bas des boîtes collectrices des différents faisceaux de tubes à ailettes sont raccordés, pour l'évacuation des condensats, à l'entrée haute pression d'un ballon collecteur situé à l'extérieur de l'enceinte. La sortie de ce ballon collecteur peut être reliée à une vanne de détente, permettant de ramener la pression des condensats à la pression atmosphérique ambiante. Le compresseur 24 alimenté par la séparateur 22 est par exemple un compresseur à deux étages, équipé en sortie de diffuseurs à ailettes permettant une adaptation du débit de vapeur sans recyclage par la ligne antipompage du compresseur. La pression de refoulement du compresseur est ainsi sensiblement constante dans toute la gamme de variations du débit de vapeur. On se réfère maintenant à la figure 4 pour décrire un exemple de réalisation pratique d'un élément modulaire de l'installation selon l'invention. Le caisson 40, formant la partie inférieure de l'enceinte et portant les ventilateurs et les échangeurs de chaleur, est constitué de tôles planes munies de raidisseurs, et est rigidifié par un grand nombre de traverses, longerons et croisillons. La partie supérieure 42 de l'enceinte est constituée de tôles planes munies de raidisseurs longitudinaux et soudées sur des profilés transversaux qui sont cintrés en arceaux dans le sens de leur plus grande inertie. L'assemblage de deux éléments modulaires consécutifs se fait par rapprochement et boulonnage des profilés transversaux d'extrémité de ces deux éléments. Les tôles sont ensuite soudées bord à bord à l'intérieur, par des soudures continues, chaque tôle ayant été préalablement fixée par une soudure discontinue sur le profilé transversal cintré correspondant. Une installation selon l'invention peut être constituée de six éléments modulaires assemblés bout à bout, pour avoir une longueur totale d'environ trente mètres, une largeur de douze mètres et une hauteur de douze mètres. L'ensemble de l'installation repose sur une structure fixe de support, par l'intermédiaire de patins de glissement qui permettent un déplacement longitudinal et transversal des parties d'extrémité du caisson inférieur 40, par rapport au centre de ce caisson qui reste fixe. Ce montage permet d'absorber les dilatations thermiques différentielles de l'enceinte, qui peuvent être relativement importantes. Lorsque l'installation est conçue pour permettre l'évaporation d'une quantité d'eau de l'ordre de 20 tonnes par heure, le débit Q de vapeur d'eau est compris entre 700 et 1 500 tonnes/heure selon la pression de refoulement de compresseur choisie. Le débit q de vapeur prélevé pour alimenter le compresseur 24 est de l'ordre de 20 tonnes par heure et est fourni par le compresseur 24 aux échangeurs de chaleur 14 à une température de l'ordre de 150 C et une pression de l'ordre de 4 à 5 bars. L'enceinte est alimentée par un débit d'environ 28 tonnes par heure de pulpe de betterave humide à une température de 50 CC, qui sort de l'enceinte avec une teneur en matière sèche de l'ordre de 90 %. La consommation d'énergie est d'environ 180 kWh par tonne d'eau évaporée. La pression dans l'installation de séchage reste très proche de la pression atmosphérique. Ceci est obtenu au moyen d'un évent permanent mettant en communication une partie de l'installation (par exemple la zone située sous les convoyeurs) avec l'extérieur. L'excédent thermique global du système séchoir + compresseur conduit à une légère fuite de vapeur empêchant les rentrées d'air par cet évent permanent. Les dispositions décrites dans l'invention s'appliquent également à un séchoir à vapeur d'eau, mais sans recompression mécanique de vapeur, ainsi qu'à un séchoir utilisant de l'air comme fluide de séchage, avec recirculation partielle de ce fluide de séchage. REVENDICATIONS 1) Installation industrielle de séchage d'un produit humide, du type à recirculation au moins partielle d'un fluide de séchage, comprenant une enceinte (10) à structure modulaire équipée de convoyeurs (12) à tapis de déplacement du produit, des ventilateurs (18) de circulation d'un débit (Q) de fluide de séchage dans l'enceinte, des moyens (20) de prélèvement d'une fraction (q) de ce débit, et des échangeurs de chaleur (14) traversés par le débit (Q) de fluide de séchage, caractérisée en ce que ladite enceinte comporte une partie inférieure formée par un caisson (40) rigidifié à section transversale rectangulaire, supportant les ventilateurs (18), les échangeurs de chaleur (14) et l'ossature d'une partie supérieure (42) ayant la forme d'une portion de cylindre qui recouvre la face supérieure du caisson (40) et est raccordée à celle-ci, et qui entoure les convoyeurs (12) et les échangeurs de chaleur (14). 2) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie supérieure (42) de l'enceinte comprend deux convoyeurs (21) verticalement super posés et des moyens (36) de transfert du produit d'une extrémité du convoyeur supérieur à l'extrémité correspondante du convoyeur inférieur, une paroi de séparation (56) étant prévue entre les convoyeurs sur toute leur longueur pour délimiter dans l'enceinte une zone supérieure de séchage comprenant le convoyeur supérieur (12) et traversée par un premier flux de fluide de séchage, une zone inférieure de séchage comprenant le convoyeur inférieur et traversée par un second flux de fluide de séchage, et une zone de mélange de ces deux flux sortant des zones de séchage, qui est raccordée au caisson inférieur (40) en amont des ventilateurs (18). 3) Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les ventilateurs (18) sont des ventilateurs axiaux qui sont orientés transversalement et supportés à un même niveau par le caisson inférieur (40) et qui sont raccordés aux faces d'entrée des échangeurs de chaleur (14) par des diffuseurs transversaux (60) logés dans le caisson inférieur (40) et s'étendant sur toute la largeur des convoyeurs (12). 4) Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la partie inférieure du caisson (40) repose sur une structure de support fixe par l'intermédiaire de patins de glissement autorisant un déplacement longitudinal et transversal des parties d'extrémité du caisson (40) par rapport à son centre fixe, sous l'effet des dilatations thermiques différentielles de l'enceinte. 5) Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les échangeurs de chaleur (14) sont constitués par une batterie de plusieurs faisceaux de tubes à ailettes traversés par le fluide de séchage. 6) Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le fluide de séchage étant de la vapeur d'eau, les moyens (20) de prélèvement de la fraction (q) du débit de vapeur d'eau sont reliés à l'entrée d'un compresseur (24) alimentant les échangeurs de chaleur (14). 7) Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le compresseur (24) alimentant les échangeurs de chaleur (14) est raccordé aux échangeurs par des diffuseurs à ailettes. 8Y Installation selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que le compresseur (24) est alimenté en vapeur d'eau par un séparateur (22), permettant la séparation et l'extraction des particules de produits entraînées par ladite fraction prélevée (q) du débit de vapeur d'eau. 9) Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens (20) de prélèvement de ladite fraction (q) du débit de fluide de séchage sont prévus dans la partie du caisson (40) située sous les échangeurs de chaleur (14). 10) Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les échangeurs de chaleur (14) étant formés de faisceaux verticalement superposés de tubes à ailettes, la partie supérieure de l'enceinte comprend, au-dessus des échangeurs, des moyens (58) de levage des faisceaux supérieurs de tubes à ailettes, pour faciliter le nettoyage des échangeurs pendant les périodes d'arrêt de l'installation. 11) Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'enceinte est constituée d'éléments modulaires assemblés longitudinalement bout à bout, comprenant chacun un caisson inférieur (40) et une partie supérieure (42) sensiblement en portion de cylindre, cette dernière étant formée par des tôles à raidisseurs longitudinaux et par des profilés transversaux cintrés en arceaux sur lesquels sont soudées les tôles, ces éléments modulaires étant fixés les uns aux autres par leurs profilés cintrés d'extrémité. 12) Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un évent permanent mettant en communication l'intérieur de l'installation avec l'extérieur, pour maintenir la pression dans l'installation à une valeur voisine de la pression atmosphérique.