Brevet FR2614092A1 — publié le 19881021

PROCEDE ET INSTALLATION DE SECHAGE D'UN PRODUIT HUMIDE L'invention concerne une installation de séchage d'un produit humide, en particulier d'un produit solide divisé, fonctionnant par échange de chaleur avec un débit de fluide de séchage. On connaît déjà des séchoirs dans lesquels circule en circuit fermé un débit constant de vapeur d'eau surchauffée. Une partie de l'eau contenue dans le produit humide traversant le séchoir est évaporée et se mélange au débit de vapeur d'eau circulant dans le séchoir. Une fraction de ce débit, correspondant à la quantité d'eau évaporée du produit, est prélevée en sortie du séchoir et est comprimée pour alimenter un échangeur de chaleur traversé par le débit de vapeur d'eau entrant dans le séchoir. Dans cet échangeur, la vapeur comprimée est condensée et cède sa chaleur au débit de vapeur d'eau, en relevant la température de ce dernier à une valeur prédéterminée. L'avantage essentiel d'un tel séchoir est sa faible consommation en énergie, limitée à la consommation du compresseur et du ou des ventilateurs de circulation du débit de vapeur d'eau dans le séchoir, et à la compensation des pertes thermiques. L'inconvénient est son prix de revient élevé, se traduisant par un investissement important dont l'amortissement par les économies d'énergie est long, notamment lorsque le séchoir est réservé à un seul usage, par exemple au séchage d'un produit agricole tel que la pulpe de betterave et ne fonctionne que quelques mois chaque année. On connaît également des séchoirs à air chaud, tels par exemple que les séchoirs à tambour horizontal rotatif, qui sont traversés par un débit d'air à haute température. Ces séchoirs sont alimentés en air chaud par des bruleurs et présentent divers inconvénients: consommation d'énergie importante, pollution par les fumées, pertes au feu (combustion d'une partie du produit au contact de l'air à haute température) et risque d'incendie par inflammation, ce qui interdit en particulier d'utiliser ces séchoirs pour des produits susceptibles de dégager des gaz inflammables. L'invention a pour objet un procédé et une installation de séchage, qui combinent les avantages des dispositifs antérieurs connus, tout en évitant leurs inconvénients. Elle propose à cet effet un procédé de séchage d'un produit humide par échange de chaleur avec un débit de fluide de séchage, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un premier séchage de produit par échange de chaleur avec un débit sensiblement constant de vapeur d'eau surchauffée à haute température, dont une fraction correspondant à la quantité d'eau évaporée du produit est prélevée, et à réaliser un second séchage de produit par échange de chaleur avec un débit d'air, qui est.lui-mme chauffé par échange de chaleur avec ladite fraction prélevée du débit de vapeur d'eau. Le procédé selon l'invention présente donc tous les avantages du séchage par un débit constant recyclé de vapeur d'eau surchauffée tout en évitant ses inconvénients, puisque la fraction prélevée du débit de vapeur d'eau, correspondant à la quantité d'eau évaporée du produit est utilisée directement, sans être comprimée, pour chauffer un débit d'air permettant de réaliser un autre séchage de produit. L'invention ne nécessite pas l'utilisation de brûleurs, et empêche toute combustion du produit et tout risque incendie, puisque le séchage à haute température est réalisé uniquement en présence de vapeur d'eau. Selon une autre caractéristique de l'invention, ces deux séchages de produits sont réalisés en série sur le même produit, le premier séchage ayant lieu soit avant le second, soit après le second. En variante, les séchages de produit peuvent être réalisés en parallèle sur deux débits de produit humide. Avantageusement, le premier séchage est réalisé dans un séchoir à tambour rotatif, tandis que le second est réalisé dans un séchoir à tapis de transport du produit humide. La température du débit de vapeur d'eau surchauffée à l'entrée de ce séchoir à tambour rotatif est comprise entre 300 et 800 O C environ, et est amenée à cette valeur par des moyens de chauffage électrique. L'invention propose également une installation de séchage d'un produit humide, du type fonctionnant par échange de chaleur avec un débit d'un fluide de séchage et comprenant des moyens de circulation du produit humide, des moyens de chauffage et de circulation du fluide de séchage ainsi que des moyens de prélèvement d'une fraction du débit de fluide de séchage correspondant à la quantité d'eau évaporée du produit, caractérisée en ce qu'elle comprend deux enceintes de séchage de produit humide, dont la première est à circulation en circuit fermé d'un débit sensiblement constant de vapeur d'eau surchauffée à haute température, et dont la seconde est à circulation d'air chaud, les moyens de chauffage de cet air étant constitués par un échangeur de chaleur alimenté directement par les moyens de prélèvement du débit d'eau évaporé du produit dans la première enceinte. Selon les formes de réalisation de l'installation selon l'invention, ces deux enceintes sont placées en série, l'une réalisant un préséchage du produit humide et l'autre terminant le séchage, ou bien elles sont placées en parallèle et sont alors chacune traversée par un débit de produit humide, la première enceinte pouvant être avantageusement un séchoir à tambour rotatif horizontal tandis que la seconde est constituée par un séchoir à tapis de transport du produit humide, ou bien par un séchoir du type conductif. De façon générale, le procédé et l'installation selon l'invention présentent une grande souplesse de fonctionnement qui permet de les utiliser pour le séchage de produits divers, et donc d'accroître leur rentabilité de façon très importante. D'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement une installation de séchage selon l'invention - la figure 2 représente schématiquement une forme de réalisation d'une des enceintes de séchage de cette installation. On a représenté schématiquement en figure 1 une installation de séchage d'un produit humide, qui est un produit solide divisé tel qu'un produit agricole (pulpe de betterave, plantes fourragères ou autres), du bois, des produits chimiques granuleux, etc.... Dans cette forme de réalisation, l'installation comprend deux enceintes de séchage 10 et 12 placées en série et traversées par un même débit 14 de produit humide schématisé par une bande continue en traits hachurés. L'enceinte 10 constitue une enceinte de préséchage et comprend par exemple un tapis de transport du produit humide, permettant de faire défiler le produit au contact d'un débit d'air chaud, dont le circuit est désigné par la référence 16. Ce circuit comprend une entrée 18 d'air, un ventilateur 20 ou analogue de mise en circulation du débit d'air, un échangeur de chaleur 22 de chauffage du débit d'air, une sortie 24 d'air humide, et un recyclage partiel 25 de l'air à l'intérieur de l'enceinte 10. L'autre enceinte 12 terminant le séchage du produit humide est à circulation d'un débit sensiblement constant de vapeur d'eau surchauffée à haute température, dont le circuit fermé à l'intérieur de l'enceinte 12 est désigné par la référence 26 et comprend un ventilateur 28 de mise en circulation de la vapeur d'eau à l'intérieur de l'enceinte et des moyens électriques 30 de chauffage de ce débit de vapeur d'eau, permettant de porter sa température à une valeur comprise entre 300 et 800 O C environ. Un conduit 32 de prélèvement est branché sur le circuit 26 et permet de prélever une fraction du débit de vapeur d'eau circulant dans l'enceinte 12, pour extraire de cette enceinte une quantité de vapeur d'eau correspondant sensiblement à la quantité d'eau évaporée du produit à la traversée de l'enceinte. Ce conduit de prélèvement 32 alimente directement l'échangeur de chaleur 22 placé dans l'enceinte 10. Comme représenté en figure 2, l'enceinte 12 est avantageusement constitué par un séchoir à tambour horizontal 34 monté à rotation autour de son axe longitudinal 36 au moyen de paliers 38. Des moyens d'entraînement, non représentés, permettent de faire tourner le tambour 34 autour de l'axe 36. Les flèches 40 et 42 symbolisent, respectivement, les moyens d'entrée du produit humide dans le tambour rotatif 34 et les moyens de sortie du produit. On retrouve en figure 2 le circuit fermé 26 du débit de vapeur d'eau, les moyens 28 et 30 de mise en circulation et de chauffage, et le conduit de prélèvement 32. L'installation selon l'invention fonctionne de la façon suivante le débit 14 de produit humide entrant dans l'enceinte 10 subit un préséchage par échange de chaleur avec le débit d'air chaud circulant dans cette enceinte, et gagne ensuite l'enceinte 12 où il termine son séchage, par échange de chaleur avec le débit constant de vapeur d'eau à haute température, qui circule dans cette enceinte. La quantité d'eau évaporée du produit dans l'enceinte 12 est extraite de cette enceinte par le conduit 32 et gagne l'échangeur 22 où elle est condensée pour être ensuite recueillie sous forme liquide dans un réservoir 44 et être utilisée éventuellement à d'autres fins. Dans l'échangeur 22, la vapeur d'eau cède sa chaleur sensible et sa chaleur latente de condensation à l'air circulant dans l'enceinte 10 pour le préséchage du produit humide. L'installation selon l'invention peut présenter, par exemple, les caractéristiques suivantes: l'enceinte 10 de préséchage est alimentée par un débit 14 de produit humide de l'ordre de 14 tonnes par heure à 50 O C, contenant 78 % d'eau. Le produit préséché entrant dans l'enceinte 12 contient encore 62 % d'eau et sort de cette enceinte à une température de l'ordre de 120 O C, en contenant environ 12 % d'eau. Les quantités d'eau évaporées dans les deux enceintes sont sensiblement égales, ce qui permet d'optimiser le fonctionnement de l'installation du point de vue énergétique, et sont de l'ordre de 4,5 tonnes par heure dans l'enceinte 10 et de 5,5 tonnes par heure dans l'enceinte 12, la quantité d'eau totale extraite du produit dans l'installation étant donc de 10 tonnes par heure.La température maximale du débit de vapeur d'eau dans l'enceinte 12 est d'environ 700 O C, tandis que la température de la vapeur extraite de cette enceinte et amenée à l'échangeur 22 est d'environ 1500 C. La température des condensats recueillis dans le réservoir 44 à la sortie de l'échangeur 22 est d'environ 50 O C. Le débit d'air nécessaire dans l'enceinte 10 est d'environ 300 tonnes par heure, avec une désurchauffe moyenne de 400 C. La consommation d'énergie électrique de l'ensemble de l'installation est de l'ordre de 400 kwh par tonne d'eau évaporée. Comme indiqué plus haut, le rôle des deux enceintes de séchage peut être inversé, l'enceinte 12 à vapeur d'eau surchauffée à haute température réalisant alors le préséchage du produit humide, tandis que l'enceinte 10 à air chaud réalise le séchage final. En variante, les deux enceintes peuvent être montées en parallèle et traversées chacune par un débit de produit humide. L'enceinte à air chaud 10 ou à vapeur 12 peut également être constituée par un séchoir du type conductif à tubes, en particulier pour le séchage d'un produit humide très finement divisé. De façon générale, les avantages de l'invention sont les suivants: - la circulation d'un débit de vapeur pure dans le séchoir à tambour rotatif évite tous les problèmes de pollution, de pertes au feu et de risque d'incendie rencontrés dans la technique antérieure et permet également de diminuer le temps de séjour du produit dans le tambour rotatif, ce qui se traduit en pratique par un dimensionnement plus faible de ce tambour, - l'échangeur de chaleur vapeur d'eau - air placé dans l'enceinte 10 est de dimension beaucoup plus faible qu'un échangeur fumées - air et permet un chauffage de l'air circulant dans l'enceinte 10 à une température supérieure, - l'invention est adaptable au séchage de nombreux produits et présente une rentabilité élevée. REVENDICATIONS 1) Procédé de séchage d'un produit humide par échange de chaleur avec un débit de fluide de séchage, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un premier séchage de produit par échange de chaleur avec un débit sensiblement constant de vapeur d'eau surchauffée à haute température, dont une fraction correspondant à la quantité d'eau évaporée du produit est prélevée, et à réaliser un second séchage de produit par échange de chaleur avec un débit d'air, qui est lui-même chauffé par échange de chaleur avec ladite fraction prélevée du débit de vapeur d'eau. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux séchages de produits sont réalisés en série sur le même produit, le premier séchage ayant lieu avant le second, ou inversement. 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux séchages de produit sont réalisés en parallèle, sur deux débits de produit humide. 4) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température du débit de vapeur d'eau surchauffée au début du premier séchage est comprise entre 300 et 800 O C environ. 5) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier séchage est réalisé dans un séchoir (12) à tambour rotatif (34), le second séchage étant réalisé dans un séchoir (10) à tapis de transport du produit humide. 6) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, après le premier séchage, la température du débit constant de vapeur d'eau est relevée par des moyens électriques (30) de chauffage. 7) Installation de séchage d'un produit humide, du type fonctionnant par échange de chaleur avec un débit d'un fluide de séchage et comprenant des moyens de circulation du produit humide, des moyens de chauffage et de circulation du fluide de séchage ainsi que des moyens de prélèvement d'une fraction du débit de fluide de séchage correspondant à la quantité d'eau évaporée du produit, caractérisée en ce qu'elle comprend deux enceintes (10, 12) de séchage de produit humide, dont la première est à circulation en circuit fermé d'un débit sensiblement constant de vapeur d'eau surchauffée à haute température et dont la seconde est à circulation d'air chaud, les moyens de chauffage de cet air étant constitués par un échangeur de chaleur (22) alimenté directement par les moyens (32) de prélèvement du débit d'eau évaporée du produit dans la première enceinte (12). 8) Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la première enceinte (12) est un séchoir à tambour (34) monté rotatif autour d'un axe horizontal (36) et traversé longitudinalement par le produit humide (14) et par le débit de vapeur d'eau surchauffée, ou un séchoir du type conductif. 9) Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que ce séchoir (12) comprend des moyens électriques (30) de chauffage de la vapeur d'eau entrant dans le séchoir. 10) Installation selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que la température de la vapeur d'eau à l'entrée dans la première enceinte (12) est comprise entre 300 et 800 OC environ. 11) Installation selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisée en ce que la seconde enceinte (10) est un séchoir à tapis de transport du produit humide, ou un séchoir du type conductif. 12) Installation selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisée en ce que les deux enceintes de séchage (10, 12) sont montées en parallèle et sont chacune traversées par un débit de produit humide. 13) Installation selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisée en ce que les deux enceintes (10, 12) sont montées en série et sont traversées par le même débit (14) de produit humide.