Brevet FR2625300A1 — publié le 19890630

La présente invention concerne une installation et un dispositif en vue d'assurer la déshydratation de matières en vrac. Et l'invention trouvera une application plus particulière dans le domaine des procédés et appareils prévus pour permettre la déshydratation, notamment par étuvage, de matières plastiques destinées à alimenter une presse notamment une presse à injecter. On sait que de nombreux matériaux thermoplastiques, utilisés en plasturgie présentent une certaine affinité par rapport à l'eau présente dans l'air ambiant. Ces matériaux ont ainsi la propriété d'absorber les molécules d'eau qui pénètrent à l'intérieur du réseau de molécules de la matière ou qui sont adsorbées en surface et dont il est extrêmement difficile de se débarrasser. Or il est nécessaire, étant donné la température à laqueLle la matière thermoplastique sera soumise lors de son injection, de se débarrasser de l'eau contenue dans la matière première (sous forme de granules, granulés, perles, etc...), afin d'éviter notamment les problèmes liés à la formation de vapeur d'eau et de surpression tant au niveau de la presse qu'au niveau du moule, outre les défauts que présenteraient les inclusions d'eau. C'est pourquoi il est de pratique courante de soumettre, immédiatement en amont de l'alimentation de. la machine à injecter, la matière première sous forme de granules, etc... à une opération d'étuvage afin d'évacuer l'eau présen#te à la surface ou incluse dans le matériau. Le principe de l'étuvage consiste à enfermer la matière première dans une enceinte en constituant un lit qui est parcouru par un fluide vecteur propre à entraîner les molécules d'eau parasites. L'étuvage consiste donc à diminuer la pression relative de l'eau qui se trouve associée au matériau plastique, de façon à faire migrer les molécules d'eau associées au matériau, vers le milieu extérieur. Le fluide vecteur utilisé le plus couramment, parce que le plus simple et le plus économique est l'air. L'étuvage consiste donc à faire circuler un flux d'air chaud à travers le lit des matières plastiques sous forme de granules, l'air circulant à travers ce lit se chargeant d'humidité qui est ainsi évacuée avec l'air sortant. L'application de cette méthode trouve cependant des limites car l'air ambiant est déjà humide ; dans un cas moyen l'air à température ambiante, c'est-à-dire à 2500 est déjà à 80mua d'humidité relative. Cependant une fois chauffé le taux d'humidité relative de cet air se trouve considérablement diminué et ceci peut être suffisant pour absorber l'eau parasite associée aux granules de matière plastique. Cependant dans de nombreux cas, notamment en fonction du matériau utilisé, il est nécessaire non seulement de chauffer l'air qui va traverser le lit de matière plastique, mais de le sécher de façon à accroitre sa capacité d'absorption. Dans ce cas on adopte de préférence un circuit fermé entre l'enceinte contenant la matière plastique à déshydrater ou enceinte d'étuvage, ou encore étuve, d'une part, et une seconde enceinte qui reçoit l'air chargé d'humidité provenant de l'étuve, cette seconde enceinte contient un lit d'un produit actif apte à piéger l'eau contenue dans l'air circulant et à délivrer par conséquent un air déshydraté, lequel est alors recyclé avec réchauffement et par des moyens de mise en circulation, vers l'étuve. On connait notamment des systèmes comportant deux enceintes de déshydratation de l'air, munies d'un lit de produits apte à piéger l'eau, appelé déshydrateur, et les deux déshydrateurs sont aptes à être amenés chacun successivement en position active pour être couplé avec l'étuve afin d'assurer la déshydratation de l'air saturé provenant de 1 'étuve. D'une façon générale les déshydrateurs sont à leur tour susceptibles d'être régénérés en évacuant l'eau qui après avoir été piégée s'est accumulée sur le produit actif. Et la régénération s'opère de façon classique par chauffage du lit de produit piégeant, tel que un produit du type "tamis moléculaire. Et à cet effet selon les techniques connues, l'air est prélevé sur le milieu extérieur et chauffé, puis dirigé sur le lit de produits piégeant pour, par effet thermique, provoquer l'élimination de l'eau ; et l'air, circulant alors à contre-courant du circuit normal de déshydratation, est évacué vers l'atmosphère ayant été chargée d'humidité, ceci jusqu'à ce que le lit de produits piégeant soit débarrassé de l'eau piégée et retrouve ainsi sa capacité d'absorption intacte. Les dispositifs existants et tels que notamment décrits dans le brevet allemand 3 145 921, présentent l'inconvénient de rejeter dans l'atmosphère du local où se trouvent l'installation et l'équipement, un air saturé en humidité qui vient par conséquent imprégner et baigner le milieu ambiant avec les inconvénients classiques et connus d'une forte humidité au sein d'un atelier ; notamment les granules en cours de stockage vont accumuler une surcharge humide, et le matériel se trouve exposé à des risques de corrosion accrus, ceci indépendamment de la gêne que cette situation peut causer pour le personnel. En outre les équipements ainsi mis en place nécessitent des dispositifs complexes pour assurer la mise en circulation à contre-courant de l'air utilisé dans le cadre du cycle de régénération ; les vannes à quatre voies utilisées dans ce type d'équipements présentent l'inconvénient connu d'être coûteuses à l'achat et à l'investissement et en outre d'être d'un fonctionneme#nt peu fiable. De plus l'humidité qui a été retirée d'une charge de matières plastiques traitées se trouve rejetée dans l'atmosphère sans qu'aucun contrôle et qu'aucune mesure ne permettent de déterminer et de vérifier la réalité de la déshydradation d'une part et sans permettre surtout de pouvoir la quantifier et de mesurer le taux d'humidité que comportait cette charge. La présente invention vise à remédier à ces divers inconvénients et selon un premier objet de l'invention le dispositif prévu pourra permettre de retrouver exactement et sous forme liquide, c'est-à-dire à un état quantifiable et mesurable l'eau qui aura été retirée d'une quantité ou charge déterminée de matières synthétiques traitées. Il sera ainsi possible ensuite d'une opération et d'un cycle correspondant à une quantité ou charge déterminée de granules, de constater d'une part matériellement l'eau qui aura été retirée, en s'assurant ainsi de l'efficacité du procédé de déshydratation ; mais de plus l'opération permettra de mesurer exactement la quantité d'eau que contenait la charge qui aura ainsi été évacuée. Un autre objet de l'invention est de permettre d'assurer le cycle de régénération de l'enceinte de déshydratation de l'air, ou déshydrateur, dans des conditions de sécurité et de fiabilité, le cycle de régénération étant arrêté exactement au moment où toute l'eau présente dans le support piégeant aura été évacuée ; on évite ainsi des risques de surchauffe de l'appareil et de détérioration des produits piégeant qui seraient amenés à une température excessive par une prolongation du cycle de régénération, bien après que toute l'eau piégée ait été en réalité évacuée. On évite ainsi outre les risques de détérioration du support piégeant, une perte d'énergie correspondant à une prologation inutile du cycle tant en ce qui concerne l'énergie nécessaire pour l'élévation thermique qu'en ce qui concerne la mise en circulation de l'air dans le cycle de régénération. Enfin un troisième objet de l'invention est d'améliorer le rendement du cycle de déshydratation en permettant de diminuer la température de l'air chargé d'humidité et qui est acheminé vers chacun des déshydrateurs. En effet dans le cadre de la mise en oeuvre de l'invention on a prévu des moyens permettant de diminuer la température de l'air chargé en humidité et acheminé vers le déshydrateur de sorte que lors du passage sur le lit de produits piégeant, l'eau abandonnée sur ce lit sera plus importante. En effet, plus la température de l'air est basse et plus le lit peut absorber d'eau. Un autre objet de l'invention est de réaliser un dispositif permettre un fonctionnement en circuit totalement fermé sans introduction dans le système d'air ambiant et sans évacuation d'air sortant chargé d'humidité. Et selon encore un autre objet de l'invention on aboutit dans le cadre de la mise en oeuvre et de la réalisation d'un appareil ou d'une installation selon l'invention, à une économie à l'investissement et à une amélioration des conditions de fonctionnement et de la fiabilité de l'installation en mettant en oeuvre des matériels notamment des s à trois voies, sans recourir aux vannes à quatre voies oont les inconvénients ont été précédemment précisés. A cet effet l'invention concerne un dispositif de déshydratation de matières en vrac, notamment de matières plastiques sous forme de granules, du type comportant au moins une enceinte contenant les matières à déshydrater et formant une étuve, cette étuve étant reliée à des moyens de mise en circulation d'un fluide tel que l'air, traversant le lit de granules et ainsi apte à entrainer une partie de l'eau retenue par les granules, sous forme de vapeur d'eau, l'installation comportant encore des moyens de déshydratation de l'air chargé de vapeur d'eau et sortant de l'étuve, tel1 -u'une seconde enceinte contenant un lit de produits act tes à piéger l'eau, ou déshydrateur, et le dispv Wif est caractérisé en ce que ledit déshydrateur est associé à un ensemble de régénérations auquel il est relié en circuit fermé, l'ensemble de régénérations comportant des moyens d'extraction de l'eau, piégée sur le lit de produits actifs du déshydrateur, et apte à être récupéré au niveau desdits moyens d'extraction, à l'état liquide. On voit ainsi immédiatement que contrairement aux dispositifs antérieurs, la régénération ne s'effectue pas avec évacuation de l'eau précédemment piégée, amenée à l'état de vapeur et perdue dans l'atmosphère ou dans l'air ambiant, l'eau piégée dans le déshydrateur est au contraire récupérée intacte., et étant prélevée sur un flux d'air en circuit fermé. Selon une autre caractéristique les moyens de récupération de l'eau provenant du lit de produits piégeant du déshydrateur, sont constitués par un condenseur relié au déshydrateur et apte à recevoir l'air saturé provenant du déshydrateur et à en séparer l'humidité, recueillie après refroidissement à l'état de condensat. De préférence selon une forme de réalisation plus spécifique, le sommet du condenseur est relié au sommet du déshydrateur par un circuit d'acheminement de l'air saturé en humidité provenant du déshydrateur et arrivant au sommet du condenseur, et la base du condenseur est reliée à la base du déshydrateur, par un circuit de recyclage de l'air refroidi et débarrassé de l'humidité condensée et recueillie à l'état liquide, le circuit de recyclage comportant une turbine de mise en circulation de l'air et des moyens de réchauffement de l'air dirigé vers le déshydrateur pour être à nouveau chargé en humidité. Plus spécialement la base du condenseur est reliée à un réservoir récepteur de l'eau condensée et pourvu de-moyens de mesure de la quantité d'eau recueillie à l'état de condensat. Selon une forme avantageuse, l'installation comporte (de façon connue en soi) deux déshydrateurs, aptes à être mis alternativement en position active de déshydratation, le support piégeant se chargeant en humidité prélevé sur l'air circulant et provenant de l'étuve, et en position de régénération, l'air chaud circulant sur le lit de support pigeant se chargeant alors en humidité évacuée dudit support, et chacun des déshydrateurs est relié par son sommet au sommet du condenseur unique, la base du condenseur étant reliée par un circuit de recyclage de l'air à la turbine et au-delà par une vanne à trois. voies alternativement à l'un ou l'autre des déshydrateurs. Selon une particularité de l'invention, le dispositif comporte une sonde thermique apte à mesurer la température de l'air au sortir de l'enceinte de déshydratation fonctionnant en position de régénération, et cette sonde est reliée par un circuit de commande à la turbine de circulation appartenant au circuit de régénération, entre le condenseur et les déshydrateurs, et la sonde thermique est ainsi apte à arrêter le fonctionnement du cycle de régénération lorsque la température de l'air sortant du lit de produit piégeant, s'élève au-dessus d'un seuil programmé, montrant que le produit actif a cessé de rendre l'eau piégée. On a prévu égaiement que le circuit de circulation de l'air saturé au sortir de l'étuve et rejoignant le déshydrateur comporte une vanne à trois voies permettant de connecter ledit circuit avec l'un des deux déshydrateurs, mis ainsi en position active de déshydratation de l'air circulant, l'autre déshydrateur étant mis hors circuit et susceptible d'être couplé sur le circuit particulier de régénération. Selon une particularité avantageuse le circuit de circulation de l'air saturé au sortir de l'étuve et rejoignant le déshydrateur en position active, comporte des moyens de refroidissement permettant de rapprocher la température de l'air saturé d'humidité acheminé vers le déshydrateur du point de rosée. Et avantageusement on a prévu que ces moyens de refroidissement sont associés à une sonde de mesure de la température de l'air au sortir desdits moyens de refroidissement, cette sonde étant connectée à un circuit d'asservissement permettant de réguler la température de l'air saturé acheminé vers le déshydrateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit et qui est donnée en rapport avec une forme de réalisation particulière présentée à titre d'exemple non limitatif. La figure unique représente un schéma d'une installation conforme à l'invention. De façon connue en soi l'équipement ou l'installation selon l'-invention comporte une enceinte d'étuvage 1 contenant une charge de matières synthétiques en cours de déshydratation. Ce matériau après avoir subi le cycle de déshydratation qui sera ci-après décrit, pourra être acheminé vers la trémie d'alimentation 6 d'une presse à injecter 7. L'ensemble de déshydratation comporte de façon connue deux déshydrateurs 2 et 2' formés d'une enceinte comportant un lit d'un produit avide d'eau ou apte à piéger les molécules d'eau et qui sont prélevées sur l'air mis en circulation et traversant le lit de produits piégeant respectivement 8 et 8'. La mise en circulation de l'air qui traverse successivement l'enceinte d'étuvage 1 et l'une des enceintes de déshydratation ou déshydrateur 2 et 2', est obtenue par la turbine 3 ; en amont se trouve le filtre 5 et en aval les moyens de chauffage tels qu'une batterie de résistance électrique 24. On voit ainsi que dans ce système l'air mis en circulation par la turbine 3 est chauffé par la résistance 4 traverse le lit de granulés contenus dans l'étuve 1 où ils se chargent en humidité et il est ensuite dirigé vers le désh Xeur 2 dont il traverse le lit de produits piégeas 8 où il se débarrasse de sa vapeur d'eau et il est alors recyclé par le circuit 9 vers la turbine et l'étuve 1. Les vannes à trois voies respectivement 10, situées sur le circuit 11, et 12 situé sur le circuit 9, permettent de coupler l'étuve avec l'un des deux déshydrateurs respectivement 2 ou 2'. Et selon une caractéristique de l'invention les deux déshydrateurs 2 et 2' sont couplés à un ensemble d'extraction de l'humidité piégée dans l'un et/ou l'autre des dés -eseurs ; et cet ensemble d'extraction est constitué du c. teur 13 dont le sommet est relié par les circuits 14,14' au sommet de chacun des déshydrateurs 2 et 2', tandis que la base du déshydrateur 13 est reliée par le circuit 15 à la pompe ou turbine de circulation 16 dirigeant le flux d'air de régénération par la vanne à trois voies 17 vers la base de l'un ou l'autre des déshydrateurs 2 ou 2' munis de moyens de réchauffement respectivement 18,18'. L'eau -~-densée recueillie à la base du condenseur 13 est reçu s le réservoir 19, contenant lui-même, ou associé à des moyens de mesure de l'eau condensée recueillie depuis le condenseur 13. On voit que le cycle de régénération peut ainsi fonctionner en circuit fermé. En effet contrairement aux systèmes antérieurement connus, la régénération de chacun des déshydrateurs, ne se fait pas avec rejet dans l'atmosphère de l'air saturé d'humidité et provent du déshydrateur traité, l'air chargé d'humidité est dirigé vers le condenseur 13 où, par l'effet du refroidissement lié à la température maintenue au sein du condenseur, la plus grande partie de l'eau contenue dans l'air véhiculé, se condense à la base du condenseur et elle est récupérée dans le réservoir 19 ; l'air déchargé d'une grande partie de son humidité est recyclé par le conduit 15, la turbine 16, la vanne à trois voies 17 et le réchauffeur 18', de sorte que l'air chaud traverse le lit. de produits piégeants 8' pour en évacuer l'eau antérieurement piégée dans le cycle de déshydratation antérieure auquel le déshydrateur 2' avait participé. On voit ainsi, qu'en fin de cycle de régénération, l'eau qui avait été antérieurement piégée dans le lit 8', par exemple de produits du type tamis moléculaire, se trouve évacuée du déshydrateur 2' et a été récupérée par le condenseur 13 et dirigée vers le réservoir 19. Il est ainsi possible de constater et de quantifier l'eau qui se trouvait antérieurement associée à une charge déterminée de matières synthétiques, qui avaient été traitées depuis l'étuve 1 au cours du cycle antérieur de déshydratation lors duquel le déshydrateur 2' était position active. Selon une particularité de l'invention une sonde thermique 20 est placée sur le circuit de retour du déshydrateur en cours de régénération ; il pourrait être situé au sommet du déshydrateur 2 ou 2' ; dans le dessin on a représenté la sonde 20 au sommet du condenseur, là où arrivent les circuits d'air de régénération provenant de l'un ou de l'autre des déshydrateurs 2 ou 2'. Cette sonde 20 est reliée par un circuit de contrôle à la turbine 16. Et la turbine 16 est associée à des moyens permettant de couper automatiquement le fonctionnement de ladite turbine, lorsque la sonde 20 a détecté un niveau déterminé et préalablement programmé de la température de l'air sortant du déshydrateur en cours (et en fin) de régénération. On peut ainsi d'une part automatiser la fin du cycle de régénération. On comprend en effet que la température mesurée par la sonde 20 permette de constater si l'air circulant depuis le sommet du déshydrateur 2' en cours de régénération, est un air sec ou au contraire un air qui continue à se charger d'humidité ; tant que l'air chaud circulant dans le déshydrateur 2' évacue de l'humidité, l'évaporation depuis le tamis moléculaire 8', entraîne une déperdition calorifique et par conséquent un abaissement de la température ; lorsque le tamis moléculaire 8' ne contient plus d'eau, le phénomène -d'abaissement thermique lié à l'évaporation ne se produit plus et par conséquent l'air sortant du déshydrateur 2' est sensiblement à la température entrante, signe que l'évacuation de l'eau depuis le tamis moléculaire est terminée ; il n'y a donc plus lieu dès lors de poursuivre le cycle de régénération et la sonde 20 envoie alors un signal de fin d'opération à la turbine 16 qui peut ainsi être arrêtée automatiquement ; outre la servitude d'une surveillance et d'une vérification manuelle, qui est ainsi évitée et économisée, on est certain d'éviter tout mauvais fonctionnement lié à une erreur d'appréciation humaine ou encore une détérioration des produits par suite d'une surchauffe ; on évite enfin toute perte d'énergie liée à un fonctionnement inutile du cycle de régénération. Selon une autre caractéristique de l'invention le cycle de retour 11 de l'air saturé provenant de l'étuve 1 comporte un refroidisseur 21 qui permet d'ajuster la température de l'air saturé en humidité provenant de 1 'étuve. On comprend en effet que l'air sortant de l'étuve est de l'air chaud puisque cet air a été précédemment chauffé par la résistance 24 afin de lui permettre d'entraîner le maximum d'humidité ; par contre en aval de l'étuve, et au niveau du déshydrateur 2 en cours de fonctionnement, il est souhaitable que l'air passant sur le tamis moléculaire soit le plus froid possible de façon à permettre la rétention maximum de l'humidité au niveau du tamis moléculaire. A cet effet l'ensemble de refroidissement 21 permet d'ajuster la température, en fonction du niveau vérifié instantanément par la sonde thermique 22 afin de rapprocher la température de l'air dirigé vers le déshydrateur, de la température optimale propre à permettre la rétention de l'eau par les lits de produits piégeants 8 et 8'. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de déshydratation de matières en vrac, notamment de matières plastiques sous forme de granules, du type comportant au moins une enceinte (1) contenant les matières à déshydrater et formant une étuve, cette étuve étant reliée à des moyens de mise en circulation (3) d'un fluide tel que l'air, traversant le lit de granules et ainsi apte à entraîner une partie de l'eau retenue par les granules, sous forme de vapeur d'eau, l'installation comportant encore des moyens de déshydratation de l'air chargé de vapeur d'eau et sortant de l'étuve, telle qu'une seconde enceinte (2,2') contenant un lit de produits actifs aptes à piéger l'eau, ou déshydrateur, caractérisé en ce que ledit déshydrateur (2,2') est associé à un ensemble de régénérations auquel il est relié en circuit fermé, l'ensemble de régénérations comportant des moyens (13) d'extraction de l'eau, piégée sur le lit de produits actifs du déshydrateur, et apte à être récupéré au niveau desdits moyens d'extraction, à l'état liquide. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de récupération de l'eau provenant du lit de produits piégeant du déshydrateur, sont constitués par un condenseur (13) relié au déshydrateur (2,2') et apte à recevoir l'air saturé provenant du déshydrateur et à en séparer l'humidité, recueillie après refroidissement à l'état de condensat. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le sommet du condenseur (13) est relié au sommet du déshydrateur (2,2') par un circuit (14,14') d'acheminement de l'air saturé en humidité provenant du déshydrateur et arrivant au sommet du condenseur, et la base du condenseur est reliée à la base du déshydrateur, par un circuit (15) de recyclage de l'air refroidi et débarrassé de l'humidité condensée et recueillie à l'état liquide, le circuit de recyclage (15) comportant une turbine (16) de mise en circulation de l'air et des moyens de réchauffement (18,18') de l'air dirigé vers le déshydrateur pour être à nouveau chargé en humidité. 24 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la base du condenseur est reliée à un réservoir (19) récepteur de l'eau condensée et pourvu de moyens de mesure de la quantité d'eau recueillie à l'état de condensat. 5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte (de façon connue en soi) deux déshydrateurs (2,2'), aptes à être mis alternativeme: en position active de déshydratation, le support piégeant (8,8') se chargeant en humidité prélevé sur l'air circulant et provenant de l'étuve (1), et en position de régénération, l'air chaud circulant sur le lit de support piégeant (8,8') se chargeant alors en humidité évacuée dudit support, et chacun des déshydrateurs (2,2') est relié par son sommet au sommet du condenseur unique (13), la base du condenseur étant reliée par un circuit de recyclage (15) de l'air à la turbine (16) et au-delà par une vanne à trois voies (17) alternativement à l'un ou l'autre des déshydrateurs (2,2'). 6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une sonde thermique (20) apte à mesurer la température de l'air au sortir de l'enceinte de déshydratation (2,2') fonctionnant en position de régénération, et cette sonde (20) est reliée par un circuit de commande à la turbine de circulation (16) appartenant au circuit de régénération, entre le condenseur (13) et les déshydrateurs (2,2'), et la sonde thermique (20) est ainsi apte à arrêter le fonctionnement du cycle de régénération lorsque la température de l'air sortant du lit de produit piégeant (8,8'), s'élève au-dessus d'un seuil programmé, montrant que le produit actif a cessé de rendre l'eau piégée. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit de circulation de l'air saturé au sortir de l'étuve (1) et rejoignant le déshydrateur (2,2') comporte une vanne à trois voies (10) permettant de connecter ledit circuit avec l'un des deux déshydrateurs (2,2'), mis ainsi en position active de déshydratation de l'air circulant, l'autre déshydrateur étant mis hors circuit et susceptible d'être couplé sur le circuit particulier de régénération. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le circuit de circulation de l'air saturé au sortir de l'étuve (1) et rejoignant le déshydrateur (2,2') en position active, comporte des moyens de refroidissement (21) permettant d'abaisser la température de l'air saturé acheminé vers le déshydrateur. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ces moyens de refroidissement (21) sont a#ssociés à une sonde (22) de mesure de la température de l'air au sortir desdits moyens de refroidissement, cette sonde (20) étant connectée à un circuit d'asservissement permettant de réguler la température de l'air saturé acheminé vers le déshydrateur pour permettre une utilisation optimum du lit piégeant.