Brevet FR2868562A1 — publié le 20051007

PROCEDE ET INSTALLATION POUR AUGMENTER L'ENTHALPIE DE L'AIR HUMIDE La présente invention se rapporte aux procédés et installations pour augmenter l'enthalpie de l'air humide. Plus précisément, l'invention vise à augmenter l'enthalpie de l'air humide ayant déjà une teneur en eau supérieure ou égale à 4 kg/kg d'air sec. La teneur en eau peut aller jusqu'à 8 kg/kg d'air sec. Lorsque l'on dispose en sortie d'un sécheur d'air humide ayant une teneur en eau supérieure à 4 kg/kg d'air sec, on peut utiliser cet air humide pour effectuer un chauffage ultérieur. Mais, l'enthalpie de cet air humide est telle que, d'une part, on ne peut pas effectuer un chauffage ultérieur à des températures supérieures à environ 85 C parce que l'air humide a une température humide qui ne dépasse pas 96 C à la pression atmosphérique et 4 kg d'air /kg d'air sec et, d'autre part, le flux thermique qui peut être libéré est limité, de sorte que l'on ne peut pas chauffer de grande quantité de produits. L'invention pallie cet inconvénient en permettant d'augmenter l'enthalpie de l'air humide. Le procédé suivant l'invention consiste à envoyer dans un éjecteur un courant à un débit massique Q2 d'air humide aspiré ayant une teneur en eau supérieure ou égale à 4 kg/kg d'air sec comme fluide aspiré et un courant à débit massique QI de vapeur d'eau surchauffée motrice, tel que l'on obtienne un courant à un débit massique Q3 d'air humide refoulé ayant une teneur en eau supérieure à 7 kg/kg d'air sec et, de préférence, supérieure à 10 kg/kg d'air sec. La teneur en eau de l'air humide refoulé peut atteindre 60 kg/kg d'air sec et, de préférence, elle est supérieure à 15 kg/kg d'air sec, voire davantage selon les perfectionnements et les caractéristiques de la vapeur motrice. On a ainsi trouvé le moyen de mélanger à l'air humide aspiré, sans porter atteinte à ses caractéristiques de pression en amont et donc sans porter atteinte au fonctionnement de l'appareillage permettant de le produire, de la vapeur d'eau surchauffée, ce qui permet d'augmenter le flux thermique porté par l'air humide refoulé et d'en élever la température. On augmente ainsi la teneur en vapeur d'eau dans l'air humide refoulé et on tire mieux partie à des fins de chauffage de la teneur en vapeur d'eau déjà contenue dans de l'air humide aspiré. Suivant un mode de réalisation préféré, la surchauffe de la vapeur est telle que de plus l'air humide refoulé a une température supérieure à 105 C et, de préférence, supérieure à 110 C, en sorte que l'on peut maintenant porter à de plus hautes températures, des produits que l'on souhaite chauffer. De préférence, la vapeur d'eau surchauffée est à une température d'au moins 250 C et, de préférence, supérieure à 400 C, avec des pressions correspondantes d'au moins 20 bar et, de préférence, d'au moins 40 bar. La température peut être comprise notamment entre 400 et 550 C. De préférence, le débit massique QI représente de 0,2 à 5 fois le débit 10 massique Q2. De préférence, on ajoute de 0,8 à 1,5 % en poids d'eau ou de vapeur d'eau d'humidification, au courant de débit Q2 à une température humide d'au moins 90 C, notamment comprise entre 92 C et 98 C environ, pour saturer l'air humide et on ajoute de 20 à 30 % en poids d'eau, selon le rapport Q2/Q1 et selon la surchauffe de la vapeur, au courant de débit QI en vue d'une désurchauffe. Cette eau de désurchauffe est, de préférence, introduite en amont de l'éjecteur pour améliorer le mélange avec la vapeur motrice QI. Il est cependant possible d'injecter cette eau de désurchauffe au refoulement de l'éjecteur de l'air humide Q3. Les deux opérations de saturation d'un part et de désurchauffe d'autre part pourraient être réalisées en une seule étape en amont ou en aval de l'éjecteur. L'invention vise également une installation de production d'air humide, qui comprend un éjecteur dont l'entrée du circuit de fluide moteur communique avec une chaudière de vapeur d'eau surchauffée et dont l'entrée du circuit de fluide aspiré communique avec une source d'air humide ayant une teneur en eau supérieure ou égale à 4 kg/kg d'air sec. De préférence, l'entrée du circuit du fluide aspiré communique avec une source d'eau. De préférence, Il sort de l'éjecteur un courant de fluide refoulé qui sert de fluide de chauffage d'un échangeur de chaleur, le conduit de la sortie pour le fluide de chauffage de l'échangeur débouchant dans le circuit de fluide aspiré. Le procédé et l'installation suivant l'invention sont particulièrement utiles dans la production d'éthanol à partir de céréales pour la concentration des vinasses, pour la distillation de l'éthanol et la déshydratation de l'éthanol. La figure unique du dessin annexé est un schéma d'une installation incorporant l'invention. L'installation représentée au dessin qui fait partie d'une usine de production d'éthanol à partir de blé, comprend un convoyeur 1 à bande transportant des drêches humides à 35 % de matière solide, qui tombent dans une trémie 2 les faisant pénétrer dans un sécheur 3 Swiss-combi, ayant la forme d'un tambour rotatif et alimentée par un conduit 4 d'entrée d'air humide dont la vapeur d'eau est surchauffée. Il sort par un conduit 5 du sécheur 3 un mélange de drêches sèches ou farines et d'air humide, qui est séparé dans un cyclone 6 du bas duquel la farine de drêche est séparée et du sommet duquel part un conduit 7 d'air humide ayant une teneur en eau de 6 kg/kg d'air sec et avec une pression de un bar absolu et une température humide de 97,2 C (on peut déduire la température humide de la température sèche à l'aide du diagramme de Mollier). Le débit massique d'air humide entrant dans le tambour 3 est de - 110 tlh si la température de l'air humide est égale à 150 C et la température à la sortie d'un échangeur de chaleur 9 est égale à 450 C. - 220 t/h si la température de l'air humide est égale à 150 C et la température de sortie en 9 est égale à 300 C. L'air humide à 300-450 C environ, mais à pression atmosphérique, est aspiré dans le tambour 3 où les drêches humides sont séchées à cocourant. L'air humide refroidi au contact des drêches est séparé dans le cyclone 6 et la plus grande partie de ce gaz est renvoyée au réchauffage de l'échangeur 9. Cela forme le "circuit d'air humide fermé". Du conduit 7 part en dérivation un conduit 8 qui mène à l'entrée du circuit secondaire de l'échangeur de chaleur 9, dont la sortie débouche dans le conduit 4. Le circuit primaire de l'échangeur de chaleur 9 a une entrée 10 communiquant avec une source de gaz chaud et une sortie 11 communiquant avec une cheminée 12. La température des fumées sortant par la cheminée 12 est comprise entre 130 C et 170 C. De ce circuit d'air humide, on extrait en continu l'eau évaporée et l'air parasite entrant aux joints de tambour et au niveau de l'écluse. Cette extraction correspond à l'air humide qui va alimenter un ou plusieurs éjecteurs. Avant d'entrer dans les éjecteurs, l'air humide à 6 kg d'eau/kg d'air sec et 125 C est dans un premier temps saturé par injection d'eau provenant d'un ballon 13. L'air humide se sature et sa température sèche s'abaisse de 125 C à 97,20 C grâce à l'injection d'eau. L'air humide saturé (hygrométrie égale à 100 %) reçoit ensuite une seconde injection d'eau. Cette eau a pour résultat de désurchauffer l'air humide Q3. Le débit d'eau représente 11 % en poids de l'eau contenu dans Q3. Dans le conduit 7 qui mène à l'entrée du circuit du fluide aspiré, on injecte donc de l'eau pour désurchauffer à une température proche de 97 C pour d'une part saturer l'air humide Q2, et d'autre part désurchauffer l'air humide Q3 refoulé d'un éjecteur 14. L'injection d'eau de désurchauffe de l'air humide à raison de 6 t/h pour l'éjecteur servant à chauffer la concentration de vinasses (taille de l'unité : 7 000 hl d'alcool base blé/jour) peut se faire en même temps que l'opération de saturation de l'air humide. On a représenté en tirets à la figure que l'injection peut se faire après l'éjecteur 14 Le conduit 7 mène à l'entrée du circuit de fluide aspiré de l'éjecteur 14 de la Société CHACOUX (14-16 place de la Poterie 63000 Clermont-Ferrand). L'entrée du circuit du fluide moteur de l'éjecteur 14 communique par un conduit 15 avec une chaudière 16 fournissant de la vapeur surchauffée à 40 bar et à 430 C. L'air humide refoulé chargé de vapeur d'eau, qui sort par le conduit 17, a une teneur en eau de 12,8 kg d'eau/kg d'air sec et une température de 122 C. Il est envoyé à une installation 18 à échangeur de chaleur de concentration des vinasses, en tant que fluide de chauffage. L'eau provenant de l'installation 8 va dans le ballon 13. A noter que sur le conduit 7 plusieurs éjecteurs peuvent être installés en parallèle. Les caractéristiques de ces éjecteurs étant adaptées aux usages avals de l'air humide refoulé en aval. REVENDICATIONS 1. Procédé d'augmentation de l'enthalpie d'air humide ayant déjà une teneur en eau supérieure ou égale à 4 kg/kg d'air sec, caractérisé en ce qu'il consiste à envoyer dans un éjecteur un débit massique Q2 d'air humide aspiré ayant une teneur en eau supérieure ou égale à 4 kg/kg d'air sec comme fluide aspiré et un débit massique QI de vapeur d'eau surchauffée motrice, tel que l'on obtienne un débit massique Q3 d'air humide refoulé ayant une teneur en eau supérieure à 7 kg/kg d'air sec et, de préférence, supérieure à 10 kg/kg d'air sec. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la surchauffe de la vapeur est telle que l'air humide refoulé a une température humide supérieure à 105 C. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la vapeur d'eau surchauffée est à une température d'au moins 250 C et de préférence supérieure à 400 C, avec des pressions d'au moins 20 bar et, de préférence, d'au moins 40 bar. 4. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le débit massique QI représente de 0,2 à cinq fois le débit massique Q2. 5. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on ajoute au courant de débit Q2 ou Q3 de 20 à 30 % en poids d'eau par rapport au courant de débit QI. 6. Installation de production d'air humide, caractérisée en ce qu'elle comprend un éjecteur (14) dont l'entrée du circuit de fluide moteur communique avec une chaudière (16) de vapeur d'eau surchauffée et dont l'entrée du circuit de fluide aspiré communique avec une source d'air humide ayant une teneur en eau supérieure ou égale à 4 kg/kg d'air sec. 7. Installation de production d'air humide suivant la revendication 6, caractérisée en ce que l'entrée du circuit du fluide aspiré communique avec 30 une source d'eau. 8. Installation de production d'air humide suivant la revendication 7, caractérisée en ce qu'il sort de l'éjecteur (16) un courant de fluide refoulé qui sert de fluide de chauffage d'un échangeur (18) de chaleur, le conduit de sortie pour le fluide de chauffage de l'échangeur débouchant dans le circuit (7) de fluide aspiré.