Brevet FR2636127A1 — publié le 19900309

PROCEDE ET INSTALLATION DE SECHAGE DE BOIS, DU TYPE DISCONTINU EN PRESENCE DE VAPEUR D'EAU L'invention concerne un procédé et une installation de séchage de bois, du type à fonctionnement discontinu en présence de vapeur d'eau. On sait que le séchage du bois à l'air libre est très long (plus de six mois). On a donc cherché à développer des procédés de séchage, permettant de réduire le temps de séchage, ce qui permet simultanément une réduction des stocks, une diminution de la surface occupée par ces stocks et les installations de stockage, et une réduction des délais de livraison. On cherche également à améliorer la qualité du bois séché, par une meilleure homogénéité du séchage, par une absence de déformation et de discoloration, etc... Deux techniques sont actuellement utilisées - Le séchage à haute température (120-140- C) - Le séchage sous vide (pression absolue de l'ordre de 50 mb). La première technique est utilisable pour le séchage de bois tendres tels que des résineux, mais ne convient pas aux bois durs tels que le chêne qui, en raison de leur faible perméabilité, ne supportent pas les températures élevées. Le séchage sous vide, qui a été développé pour les bois durs, est également applicable aux bois tendres. La dépression a deux effets avantageux : l'eau circule dans le bois cinq fois plus vite sous une pression de 50 mb que sous la pression atmosphérique, ce qui permet d'améliorer largement la vitesse de séchage, et la température d'ébullition de l'eau est plus faible, ce qui se traduit par une intensité de l'évaporation en surface du bois. Cette technique est mise en oeuvre dans des installations à fonctionnement continu (le bois est placé sur des plaques chauffantes à l'intérieur d'une enceinte dans laquelle on fait le vide), ou à fonctionnement discontinu (on réalise dans l'enceinte successivement des phases de chauffage à la pression atmosphérique pendant lesquelles on souffle de l'air chaud sur le bois, et des phases de séchage pendant lesquelles on abaisse la pression dans l'enceinte). On connait notamment, par la demande WO 87/04779, un procédé de séchage de bois en atmosphère de vapeur d'eau. Ce procédé consiste à placer le bois à l'intérieur d'une enceinte, dont l'air est évacué et com plètement remplacé par de la vapeur d'eau surchauffée. Le chauffage du bois est réalisé par circulation de la vapeur surchauffée et maintien de cette vapeur en température, ou bien par contact du bois (par aspersion ou par immersion) avec un liquide caloporteur. La pression et la température de la vapeur surchauffée à l'intérieur de l'enceinte sont maintenues à des valeurs constantes, et l'installation peut être à fonctionnement continu ou discontinu. Ce procédé et cette installation connus ont pour inconvénient de nécessiter l'utilisation de ventilateurs ou de soufflantes pour la circulation de la vapeur d'eau surchauffée à l'intérieur meme de l'enceinte. De plus, des moyens relativement complexes et peu commodes doivent être prévus pour assurer le contact du bois avec le liquide caloporteur. La présente invention a pour objet un procédé et une installation de séchage du bois, sous vide et en présence de vapeur d'eau, qui sont plus simples que les moyens comparables de la technique antérieure et qui ont une efficacité très supérieure. L'inv-3ntion a également pour objet un procédé et une installation de ce type, qni soient beaucoup plus économiques que ceux de la technique antérieure. Elle propose donc, à cet effet, un procédé de séchage de bois, du type discontinu en présence de vapeur d'eau, consistant à remplacer par de la vapeur d'eau l'air d'une enceinte contenant le bois à sécher, puis à réaliser en alternance des phases de chauffage du bois et des phases de séchage avec évacuation de la vapeur d'eau, caractérisé en ce que la phase de chauffage consiste à amener de la vapeur d'eau dans l'enceinte et à la condenser sur le bois à sécher, et en ce que la phase de séchage consiste à abaisser ensuite la pression dans l'enceinte pour abaisser la température d'ébullition de l'eau et à évacuer de l'enceinte la vapeur d'eau résultant du séchage du bois. La condensation de la vapeur à la surface du bois assure un très bon transfert de chaleur dans le bois, de façon homogène, la vapeur cédant sa chaleur latente de condensation au bois, et cela sans provoquer de reprise d'eau importante par le bois. De plus, la condensation de la vapeur sur le bois tend à empêcher le phénomène de cémentation (formation d'une zone sèche superficielle sur le bois vert, qui s'oppose au transfert de l'humidité vers l'extérieur du bois). L'invention permet en conséquence de sécher directement des bois verts et d'éviter leur pré-séchage (qui dure de deux à six mois à l'air libre, ou qui est d'environ deux mois en chambre climatisée). Il en résulte des avantages économiques extrêmement importants. Selon une autre caractéristique de l'invention, ce procédé consiste également à évacuer au moins une partie de l'eau condensée dans l'enceinte pendant la phase de chauffage. La vapeur d'eau qui se condense sur le bois s'écoule ensuite par ruissellement et peut donc être collectée et évacuée hors de l'enceinte, avant la phase de séchage. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, on abaisse la pression dans l'enceinte, pour la phase de séchage, par condensation d'un débit déterminé de vapeur d'eau à l'extérieur de l'enceinte. Cette caractéristique de l'invention permet, après démarrage, de ne pas utiliser de pompe à vide pour abaisser cycliquement la pression dans l'enceinte, et se traduit donc par une économie d'énergie. Pour le séchage de bois durs, tels que du chêne par exemple, la pression absolue dans l'enceinte est d'environ 250 mb pendant les phases de chauffage, et d'environ 50 mb pendant les phases de séchage. I1 en résulte encore une économie d'énergie puisque la variation de pression est relativement faible entre les phases de chauffage et les phases de séchage, et est beaucoup plus faible que dans les procédés discontinus classiques de séchage sous vide, où l'on revient à la pression atmosphérique pendant les phases de chauffage. L'invention propose également une installation de séchage, en particulier pour l'exécution du procédé qui vient d'être décrit, cette installation comprenant une enceinte calorifugée dans laquelle est placé le bois à sécher, des moyens d'évacuation de l'air contenu dans l'enceinte, et des moyens d'amenée et d'extraction de vapeur d'eau dans l'enceinte, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour faire varier cycliquement la pression dans l'enceinte entre une valeur supérieure correspondant à une température désirée de vapeur d'eau pour chauffage du bois par condensation de cette vapeur, et une valeur inférieure correspondant à une phase de séchage et permettant l'évaporation de l'eau contenue dans le bois. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'enceinte est à double paroi et comprend des moyens de chauffage de la paroi interne à une température supérieure à la température de la vapeur amenée dans l'enceinte pendant la phase de chauffage. On évite ainsi une condensation parasite de la vapeur sur la paroi interne de l'enceinte. L'installation comprend encore des moyens d'évacuation de l'eau condensée pendant les phases de chauffage et des moyens d'extraction de la vapeur produite pendant les phases de séchage, tels qu'un condenseur associé à des moyens de réglage du débit de vapeur passant dans ce condenseur, ou un compresseur associé à un réservoir de " vapeur haute pression. L'extraction de la vapeur de l'enceinte se traduit par une baisse de pression dans l'enceinte, et le réglage du débit de vapeur condensée permet de déterminer la pression régnant dans l'enceinte pendant les phases de séchage. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparai- tront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement une installation selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique d'une variante de réalisation de l'installation. En figure 1, la référence 10 désigne généralement une enceinte calorifugée à double paroi étanche dans laquelle est placé le bois à sécher, par exemple des planches ou poutres 12 placées sur des tasseaux 14. L'enceinte 10 comprend donc une paroi extérieure 16 garnie d'un calorifugeage 18 et une paroi interne 20 délimitant le volume utile de l'enceinte 10. Des moyens, non représentés, sont prévus pour amener dans l'enceinte 10 la charge de bois à sécher, et pour l'en retirer après séchage. L'installation comprend également un moyen 22 de production de vapeur d'eau, par exemple une chaudière, dont la sortie de vapeur 24 est reliée par une première vanne de détente 26 à un conduit 28 débouchant dans l'enceinte 10 entre sa paroi exterieure 16 et sa paroi in térieure 20, et à un conduit 30 comprenant une seconde vanne de détente 32 et débouchant dans le volume interne délimité par la paroi 20, en se terminant par exemple par une rampe 34 de distribution de la vapeur ou par un moyen analogue. Le volume interne de l'enceinte 10 est relié par un conduit 36 à une pompe à vide 38, qui est classiquement une pompe à anneau liquide, utilisée en raison de l'agressivité chimique des exsudats du bois. Cette pompe 38 comprend une alimentation en eau 40, une sortie de condensats 42, et une sortie de gaz 44. Le conduit 36 est également relié, par l'intermédiaire d'un distributeur 46, à un condenseur 48 dont la sortie de liquide débouche dans une bache 51. Le condenseur est également équipé d'une canne et d'un éjecteur à eau (non représenté) pour l'extraction des gaz non condensables. Le condenseur 48 comprend encore un circuit 50 d'alimentation en eau froide, dont la sortie peut être avantageusement reliée à l'entrée 52 d'eau dans la chaudière 22. En variante, on pourrait aussi utiliser un condenseur à air. L'enceinte 10 comprend encore des moyens 54 d'évacuation d'eau, qui sont ici représentés sous la forme d'un simple conduit traversant la double paroi de l'enceinte 10, mais qui sont prévus pour fonctionner à une pression inférieure à la pression atmosphérique. Cette installation fonctionne de la façon suivante Le bois 12 à sécher est placé à l'intérieur de l'enceinte 10 qui est ensuite refermée de façon étanche. La vapeur d'eau produite par la chaudière 22 et détendue deux fois par les vannes de détente 26 et 32, est amenée dans l'enceinte par le conduit 30. Au démarrage de l'installation, le distributeur 46 est commandé de façon à ce que le conduit 36 soit relié à la pompe à vide 38, pour évacuer tout l'air contenu dans l'enceinte 10 et le remplacer en totalité par de la vapeur d'eau. Pour accélérer ce remplacement de l'air par de la vapeur d'eau, un ventilateur (non représenté) peut être prévu dans l'enceinte et fonctionnera uniquement pendant la phase de démarrage, pour accélérer le circulation de l'air et de la vapeur d'eau dans l'enceinte. Cette enceinte 10 est donc entièrement remplie de vapeur d'eau à une pression qui est déterminée par les vannes de détente 26 et 32, et dont la valeur détermine elle-même la température de la vapeur dans l'enceinte 10. Par exemple, pour le séchage de bois durs tels que du chêne, la pression de la vapeur dans l'enceinte 10 sera d'environ 250 mb, ce qui correspond à une température d'environ 50 - 60 C au maximum. Le bois 12 à l'íntérieur de l'enceinte 10 est à une température de l'ordre de 20 à 30 C, de sorte que la vapeur d'eau se condense sur le bois. La paroi interne 20 de l'enceinte se trouve à une température supérieure à celle de la vapeur, grâce au chauffage par la vapeur prélevée sur la première vanne de détente 26. On évite ainsi la condensation de la vapeur d'eau sur la paroi interne de l'enceinte. La vapeur d'eau cède donc sa chaleur latente de condensation au bois 12, ce qui permet un chauffage homogène de ce bois. L'eau résultant de la condensation ruisselle sur le bois et est en majeure partie au moins évacuée hors de l'enceinte par les moyens 54. La phase de séchage consiste ensuite à abaisser la pression à l'intérieur de l'enceinte 10, par exemple jusqu'à environ 50 mb dans le cas du séchage des bois durs. Cette diminution de la pression se traduit, d'une part, par une augmentation 'rès importante de la vitesse de circulation de l'eau à l'intérieur du bois et, d'autre part, par un abaissement de la température d'ébullition de l'eau, et donc par une augmentation de son évaporation à la surface du bois. La diminution de la pression dans l'enceinte 10 est réalisée de préférence par condensation d'un débit déterminé de vapeur d'eau dans le condenseur 48. Pour cela, le distributeur 46 est commandé pour isoler le conduit 36 de la pompe à vide 38 et le relier au condenseur 48. Le rè- glage du débit d'eau froide circulant dans ce condenseur permet d'ajuster le débit de vapeur qui se condense dans le condenseur 48, et donc de régler la valeur de la pression dans l'enceinte 10. En variante, une vanne 47 disposée entre la vanne 46 et le condenseur 48, permettrait aussi de régler la pression dans l'enceinte, par contrôle du débit de vapeur à condenser.Dans le condenseur 48, la vapeur cède sa chaleur latente de condensation à l'eau froide amenée à l'entrée de la chaudière, ce qui permet de préchauffer cette eau. I1 suffit ensuite de fournir à la chaudière 22 la quantité voulue d'énergie pour l'obtention du débit nécessaire de vapeur d'eau amenée dans l'enceinte pendant les phases de chauffage du bois. Contrairement aux apparences, la condensation de la vapeur d'eau sur le bois ne se traduit pas par une reprise sensible d'humidité par le bois. Il y a plusieurs raisons à cela. Une première raison est que l'eau circule beaucoup plus facilement dans le sens des fibres du bois, que dans une direction perpendiculaire aux fibres. Comme la vapeur d'eau se condense essentiellement sur les grandes faces d'une poutre ou d'une planche, la quantité d'eau condensée aux extrémités de la poutre ou de la planche sera très faible et peu d'eau pourra pénétrer dans le bois en circulant le long des fibres. Une autre raison est que les vitesses de diffusion de la chaleur et de l'eau dans le hois sont très différentes. Pour un gradient de pression identique en eau et en vapeur, la vitesse de migration de l'eau dans le bois est d'environ quarante fois plus faible que celle de la vapeur.Ainsi, pendant une phase de chauffage (une à deux heures environ), la reprise d'eau par dif fusion de l'eau dans le bois sera extrêmement faible et restera superficielle (ce qui permet avantageusement d'éviter le phénomène de cémentation dans le séchage des bois verts). Une autre raison est qu'une grande partie de l'eau condensée sera éliminée par ruissellement. Une dernière raison est que la reprise d'eau par le bois présente un phénomène d'hystérésis : lorsqu'on laisse suffisamment longtemps du bois dans des conditions de température et d'humidité constantes, il s'établit un équilibre entre l'humidité du bois et celle de l'atmosphère. Si le bois qui a atteint cet équilibre est ensuite placé dans une atmosphère plus humide, son taux d'humidité ne remonte pas à la valeur correspondant à celle de ce nouvel équilibre, mais se stabilise à une valeur in férieure. Dans la variante de réalisation de la figure 2, le conduit 36 est relié directement à l'entrée d'une pompe à vide 58, qui peut être du même type que la pompe 38 de la figure 1. La sortie de cette pompe est reliée par une vanne 60 soit à une sortie d'air 62 (pour le démarrage), soit à un réservoir 64 de stockage de vapeur. La pompe à vide 58 fonctionne en fait en compresseur et permet, d'une part, d'abaisser la pression dans l'enceinte 10, et, d'autre part, de relever le niveau de pression et de température de la vapeur d'eau extraite de l'enceinte, pour la stocker dans le réservoir 64. Celui-ci peut au besoin être associé à un moyen de chauffage 66, tel qu'un circuit d'eau chaude d'usine, ou un circuit de chauffage électrique. La vapeur d'eau stockée dans le réservoir 64 au cours de la phase de séchage (les vannes 26 et 32 étant fermées), est ensuite utilisée pour-la phase de chauffage. Cette variante de réalisation est économique, car elle permet de récupérer la chaleur latente d'évaporation de l'eau du bois, et la consommation d'énergie est limitée à celle de la pompe 58. L'invention est applicable en particulier au séchage des bois durs, pour lesquels la température dans les phases de séchage ne doit pas dépasser 55 à 60 C environ. Elle est bien entendu applicable également au séchage des bois tendres, qui supportent des températures de vapeur d'eau de 120 à 130 C environ. Elle est par ailleurs applicable au séchage direct des bois verts, sans préséchage. REVENDICATIONS 1) Procédé de séchage de bois, du type discontinu en présence de vapeur d'eau, consistant à remplacer par de la vapeur d'eau l'air d'une enceinte contenant le bois prêt à sécher, puis à réaliser en alternance des phases de chauffage du bois et des phases de séchage avec évacuation de la vapeur d'eau produite, caractérisé en ce que la phase de chauffage consiste à amener de la vapeur d'eau dans l'enceinte (10) et à la condenser sur le bois (12) à sécher, et en ce que la phase de séchage consiste à diminuer ensuite la pression dans l'enceinte pour abaisser la température d'ébullition de l'eau et à évacuer de l'enceinte (10) la vapeur d'eau résultant du séchage du bois. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à évacuer au moins une partie de l'eau condensée dans l'enceinte (10) pendant la phase de chauffage. 3) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans la phase de chauffage, la température de la vapeur est déterminée par sa pression dans l'enceinte. 4) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour le séchage de bois durs, la pression absolue dans l'enceinte est d'environ 250 mb pendant les phases de chauffage et d'environ 50 mb pendant les phases de séchage. 5) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour le séchage de bois tendres, la température de vapeur dans l'enceinte (10) pendant la phase de chauffage est supérieure à 100. C. 6) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour les phases de séchage, la pression dans l'enceinte (10) est abaissée par condensation d'un débit déterminé de vapeur d'eau à l'extérieur de l'enceinte. 7) Procédé selon l'une des revendications pré cédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à produire au moyen d'une chaudière (22) la vapeur introduite dans l'enceinte (10) pendant la phase de chauffage. 8) Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste à condenser à l'extérieur de l'enceinte (10) la vapeur d'eau extraite pendant la phase de séchage, et à utiliser sa chaleur latente de condensation pour la production de vapeur utilisable pour la phase de chauffage. 9) Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à extraire de la vapeur de l'enceinte (10) pendant la phase de séchage et à relever son niveau de température et de pression, pour l'utiliser ensuite pendant la phase de chauffage. 10) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pendant la phase de chauffage, il consiste à maintenir la paroi interne (20) de l'enceinte (10) à une température supérieure à celle de la vapeur d'eau amenée dans l'enceinte. 11) Installation de séchage de bois, en particulier par exécution du procédé selon l!une des revendications précédentes, comprenant une enceinte calorifugée (10) dans laquelle est placé le bois (12) à sécher, des moyens (38) d'évacuation de l'air contenu dans l'enceinte et des moyens (30, 36, 48) d'amenée et d'extraction de vapeur d'eau dans l'enceinte, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour faire varier cycliquement la pression dans l'enceinte entre une valeur supérieure correspondant à une température désirée de vapeur d'eau pour chauffage du bois par condensation de cette vapeur, et une valeur inférieure correspondant à une phare de séchage et permettant l'évaporation de l'eau contenue dans le bois. 12) Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'enceinte (10) comprend des moyens (54) d'évacuation de l'eau condensée pendant les phases de chauffage. 13) Installation selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que l'enceinte (10) est à double paroi et comprend des moyens de chauffage de la paroi interne (20) à une température supérieure à celle de la vapeur amenée dans l'enceinte pendant la phase de chauffage. 14) Installation selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisée en ce que les moyens d'extraction de vapeur hors de l'enceinte (10) comprennent un condenseur (48), et des moyens de réglage du débit de vapeur passant dans ce condenseur. 15) Installation selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisée en ce que les moyens d'extraction de la vapeur hors de l'enceinte (10) comprennent une pompe/compresseur (58) dont la sortie est reliée à un réservoir (64) de stockage de vapeur, formant moyen de production de vapeur d'eau pour les phases de chauffage.