Brevet FR2877536A1 — publié le 20060505

La présente invention concerne un dispositif de traitement thermique de solides divisés. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les dispositifs de transfert et de traitement thermique couramment utilisés dans l'industrie compren- nent en général un organe de transfert et un moyen chauffant réalisant le traitement thermique. Dans un premier type de dispositif, l'organe de transfert est une enveloppe tubulaire vibrante recevant les solides divisés. Le traitement thermique est alors assuré par chauffage de l'enveloppe tubulaire. De tels dispositifs sont de mise en uvre délicate et sont relativement coûteux. On connaît un deuxième type de dispositif dans lequel l'organe de transfert est une hélice montée pour tourner autour d'un axe longitudinal dans une enveloppe tubulaire. Le moyen chauffant est alors constitué soit par l'enveloppe, soit par un tube autour duquel s'enroule l'hélice, ledit tube étant parcouru par un fluide porté à une température élevée. Cependant, on s'est aperçu que seuls les solides se trouvant à proximité de l'enveloppe chauffante ou du tube chauffant sont effectivement soumis à un flux thermique efficace. Le chauffage des solides divisés est donc incomplet, irrégulier et peu efficace. On connaît aussi des hélices à double enveloppe présentant un passage interne dans lequel on fait passer un fluide thermique. Outre un coût de fabrication élevé, la grande inertie thermique d'un tel agencement interdit tout changement rapide de régime thermique. Plus récemment, la demanderesse a proposé un dis-positif de traitement thermique de solides divisés, comprenant au moins un organe de transfert ayant un axe longitudinal et une partie hélicoïdale montée pour tourner autour dudit axe longitudinal dans une enveloppe tubulaire, ladite partie hélicoïdale étant formée dans sa masse d'un matériau électriquement conducteur et étant reliée à une source d'alimentation en énergie électrique pour constituer un moyen de transfert chaut- fant. Un tel dispositif est illustré dans le document WO-A-99/39549. On est alors parvenu à des résultats techniquement très intéressants, et ce pour une grande variété de traitements et de produits concernés. Il convient tout de fois de noter que l'enveloppe tubu- laire est alors soit une auge traditionnelle pour un traitement à ciel ouvert, soit une auge cylindrique. D'une façon générale, on se borne à contrôler la température en amont et en aval de l'organe de transfert, et éventuellement aussi le taux d'humidité. Le dispositif précité reste encore cependant mal adapté à des traitements tels que la débactérisation sous atmosphère de gaz neutre, ou l'étuvage de légumes secs, ou le séchage de produits thermosensibles, ou encore l'extraction de volatils fragiles, en particulier la dévolatilisation de métaux lourds contenus dans les terres ou matériaux contaminés. OBJET DE L'INVENTION La présente invention a pour objet de concevoir un dispositif de traitement thermique mieux adapté aux 30 traitements particuliers précités, sans pour autant présenter une structure complexe et un coût de fabrication élevé. DEFINITION GENERALE DE L'INVENTION Le problème précité est résolu conformément à l'invention grâce à un dispositif de traitement thermique de solides divisés, comprenant au moins un organe de transfert ayant un axe longitudinal et une partie hélicoïdale montée pour tourner autour dudit axe longitudinal dans une enveloppe tubulaire, ladite partie hélicoïdale étant formée dans sa masse d'un matériau électriquement conducteur et étant reliée à une source d'alimentation en énergie électrique pour constituer un moyen de transfert chauffant, dans lequel l'enveloppe tubulaire est constituée par une enceinte fermée équi- pée d'une part de paliers étanches associés aux extrémités amont et aval de l'organe de transfert, et d'autre part de moyens étanches amont d'entrée de pro-duit à traiter et aval de sortie de produit traité, la- dite enceinte fermée étant en outre reliée à une source d'alimentation en pression pour soumettre l'espace intérieur étanche ainsi délimité à une pression déterminée. Ainsi, pour la première fois, on arrive à combiner le traitement thermique avec une organisation du champ de pression pour l'atmosphère dans laquelle circulent les solides divisés à traiter. Ceci ouvre donc en particulier la voie à des traitements sous pression, tels que débactérisation sous pression de gaz neutre pour conserver les volatils, dévolatilisation de métaux lourds (contenus dans des terres ou matériaux contami- nés), sous pression réduite et à haute température, ou étuvage de légumes secs, ou encore traitement chimique avec régénération ou activation, et ce avec un rende-ment plus satisfaisant dans la mesure où la pression permet d'obtenir un traitement à c ur des produits con-cernés. Par suite, le temps de séjour nécessaire au traitement thermique peut être abaissé, d'où des performances industrielles apparaissant comme très séduisantes. De préférence, les moyens d'entrée et/ou les moyens de sortie sont réalisés sous la forme d'écluses ou de sas étanches. En particulier, les moyens d'entrée et de sortie sont des écluses étanches à vannes guillotines pilotées. Dans un premier mode d'exécution, la source d'alimentation en pression produit une pression positive par injection d'un fluide sélectionné en fonction du type de traitement concerné. En particulier, le fluide de pression positive est de la vapeur d'eau, de l'air, ou un gaz neutre. En variante, la source d'alimentation en pression produit une pression négative ou de vide par aspiration. Avantageusement encore, l'enveloppe tubulaire est 25 constituée par une auge à fond demi-cylindrique et cloisons terminales, qui est fermée supérieurement par un capotage étanche. En variante, on pourra prévoir que l'enveloppe tubulaire est constituée par un réacteur cylindrique 30 fermé à ses deux extrémités par des brides d'extrémité étanches. D'une façon générale, il sera intéressant de pré-voir que l'enveloppe tubulaire est constituée d'un matériau isolant électriquement. Avantageusement enfin, l'enveloppe tubulaire est également équipée d'un circuit de purge avec une vanne pilotée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre et des dessins annexés, concernant un mode de réalisation particulier. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux figures des dessins annexés où : la figure 1 est une vue partielle en perspective, du côté du moteur d'entraînement, d'un dispositif de traitement thermique conforme à l'invention; la figure 2 est une vue schématique du dispositif complet, permettant de mieux distinguer les orga- nes de commande mécanique et électrique associés. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION PREFERE La figure 1 permet de distinguer un dispositif de traitement thermique 10 conforme à l'invention. On ne distingue ici qu'une extrémité du dispositif, dont la longueur pourra varier selon le cas. Le dispositif 10 comporte un bâti 11 dont une première partie formant caisson 12 qui délimite un espace 25 dans lequel sont logés des organes d'entraînement méca- nique et d'alimentation électrique. Le bâti il comporte également, immédiatement juxtaposée au caisson d'extrémité 12, une enveloppe tubulaire 13 délimitant un espace intérieur noté 15. En l'espèce, l'enveloppe tubulaire 13 est constituée par une auge à fond demi- cylindrique et cloisons terminales, dont on ne distingue ici que la cloison amont 16, laquelle auge est fermée supérieurement par un capotage étanche 14 boulonné par des boulons 14.1. Dans la pratique une garniture de calorifugeage (non représentée ici) sera prévue autour de l'enveloppe tubulaire et de son capotage. A l'intérieur de cet espace fermé 15 est disposé un organe de transfert 17 ayant un axe longitudinal X et une partie hélicoïdale 18 montée pour tourner autour dudit axe longitudinal. En l'espèce, la partie hélicoïJale 18 a une forme de bande hélicoïdale plate, qui est fixée sur un arbre central 19. Ceci ne constitue naturellement qu'un exemple, et l'on pourra utiliser toute autre géométrie de type hélicoïdal. Bien que cela ne soit pas visible sur la figure 1, la partie hélicoïdale 18 arrive inférieurement au niveau du fond demi-cylindrique de l'auge constituant l'enveloppe tubulaire 13. Conformément à l'enseignement du document WO-A-99/39549 précité de la demanderesse, la partie hélicoï- date 18 est formée dans sa masse d'un matériau électriquement conducteur, et est relié à une source d'alimentation en énergie électrique pour constituer un moyen de transfert chauffant. C'est ainsi que l'arbre 19 est rigidement soli-30 daire d'un tambour 20 en matériau électriquement con- conducteur, sur lequel frottent des charbons 21 d'amenée du courant électrique reliés par des fils conducteurs (non visibles sur la figure 1) à une source d'alimentation en énergie électrique. La source d'alimentation électrique sera dimensionnée en fonction des caractéristiques dimensionnelles et des résistances électriques de la partie chauffante dans sa masse. Bien entendu, les charbons d'amenée 21 pourraient être rem-placés par des bagues conductrices ou des balais conducteurs frottant sur la surface extérieure des tambours. Le tambour 20 est relié à l'arbre de sortie 23 d'un moteur électrique d'entraînement en rotation 22 par l'intermédiaire d'un joint d'accouplement 24 en matériau électriquement isolant. Ce joint d'accouplement 24 assure aussi une fonction d'isolation électrique entre le moteur 22 et la partie hélicoïdale chauffante 18. Il est à noter que le tambour 20 et l'ensemble d'accouplement au moteur se trouvent logés dans le compartiment 25 délimité dans le caisson 12, ce qui permet d'obtenir une sécurité optimale dans la mesure où ce compartiment est isolé physiquement de la partie de traitement du dispositif. Conformément à une caractéristique de l'invention, l'enveloppe tubulaire 13 est constituée par une enceinte fermée équipée d'une part de paliers étanches associés aux extrémités amont et aval de l'organe de transfert 17, et d'autre part de moyens étanches amont d'entrée de produits à traiter et aval de sortie de produits traités, ladite enceinte fermée étant en outre reliée à la source d'alimentation en pression pour soumettre l'espace intérieur étanche 15 ainsi délimité à une pression déterminée. Sur la figure 1, l'enceinte tubulaire 13 est fermée par le capotage étanche 14 boulonné sur celle- ci, et l'on distingue une conduite d'amenée 30 débouchant en 31 dans l'espace fermé 15, ladite conduite 30 étant reliée à une source d'alimentation en pression (non représentée ici, et simplement symbolisée par la flèche 40). La source d'alimentation en pression peut produire une pression positive par injection d'un fluide sélectionné en fonction du type de traitement concerné, ou en variante produire une pression négative ou de vide par aspiration. En cas de pression positive, le médium utilisé sera de préférence de la vapeur d'eau, de l'air sec ou humide, ou encore un gaz neutre tel que l'azote ou le gaz carbonique. La représentation de la figure 1 ne permet pas de distinguer les paliers étanches et les moyens étan- ches d'entrée et de sortie des produits. Ces moyens sont représentés sur la figure 2 à laquelle on va main-tenant se référer. Sur la figure 2, on retrouve les éléments qui viennent d'être décrits en référence à la figure 1, avec en plus, pour les éléments mécaniques, des paliers de support 26 intégrés dans la paroi du bâti 11, et un accouplement 27 associé à l'arbre de sortie du moteur 22. On distingue maintenant sur la figure 2 les pa-30 liers étanches 37 et 38 associés respectivement aux ex- aval de l'organe de transfert particulièrement en l'espèce trémités amont et c'est-à-dire plus l'arbre 19 portant liers étanches 37, cloisons terminales de est constituée par une cloisons terminales, de partie hélicoïdale 18. Ces pa- sont agencés soit au niveau de l'enveloppe 13 lorsque celle-ci auge à fond demi-cylindrique et soit au niveau de brides la 38 d'extrémité étanches comme les brides 16' illustrées ici lorsque l'on choisit d'avoir une enveloppe tubu- laire 13 constituée par un réacteur cylindrique fermé à ses deux extrémités par des brides d'extrémité. D'une façon générale, quelle que soit la structure retenue pour constituer l'enveloppe tubulaire 13, il sera avantageux de prévoir que celle-ci soit constituée d'un matériau isolant électriquement, afin d'éviter toute création de courants parasites ou d'étincelles avec la partie hélicoïdale 18 qui passe tout près de la face interne de l'enveloppe tubulaire. La figure 2 permet de distinguer les moyens d'entrée des produits à traiter notés 33, et les moyens de sortie des produits traités notés 34. Ces moyens d'entrée 33 et de sortie 34 seront de préférence réalisés sous la forme d'écluses ou de sas étanches. En l'espèce, on a représenté des écluses étan-25 ches du type à vannes guillotines. Ainsi, les moyens d'entrée de produits à traiter 33 comportent une chambre 33.1 fermée supérieurement et inférieurement par des écluses respectivement 33.2, 33.4, lesquelles écluses sont reliées à des vérins d'actionnement alternatif respectifs 33.3, 33.5. Lors- que l'écluse supérieure 33.2 est ouverte, le produit à traiter peut pénétrer, comme schématisé par la flèche 41, dans la chambre 33.1, et ce produit passe ensuite dans l'enveloppe tubulaire 13 lorsque l'écluse infé- rieur 33.4 est à son tour ouverte, en passant alors par un conduit supérieur 33.6 communiquant avec l'espace intérieur 15 de l'enveloppe tubulaire 13, plus précisé-ment dans la partie amont de celle-ci. De la même façon, les moyens de sortie des pro- duits traités 34 comportent une chambre 34.1 fermée supérieurement et inférieurement par des écluses 34.2, 34.4, lesquelles sont respectivement reliées à des vérins d'actionnement 34.3, 34.5. Lorsque l'écluse supérieure 34.2 est ouverte, le produit traité qui a péné- tré par un conduit de sortie 34.6, arrive dans la chambre 34.1. Enfin, quand l'écluse inférieure 34.4 est ou-verte, ce produit traité peut s'écouler librement, comme schématisé par la flèche 42, vers des organes de réception ou de convoyage associés non représentés ici. La conduite 30 représente physiquement la source d'alimentation en pression schématisée par la flèche 40. On a également prévu en l'espèce un circuit de purge 35, avec une vanne pilotée 36. On distingue également sur la figure 2 la pré- sence de capteurs 55, ici au niveau des extrémité amont et aval du capotage étanche 14. L'un au moins de ces capteurs sert à mesurer la pression régnant dans l'espace intérieur 15. Ceci permet de contrôler que le niveau de pression correspond bien à celui qui a été prédéterminé en fonction du type de traitement concer- né. Ces capteurs 55 permettront également de mesurer la température et l'humidité régnant dans l'espace 15. On a illustré schématiquement un ensemble de commande 50, comportant une génératrice de courant 51 reliée par des lignes 52 aux charbons frotteurs 21. De plus, pour permettre un pilotage fin de l'installation, on a prévu d'envoyer au dispositif de commande une in-formation concernant la pression régnant dans l'espace 15, et la température de la partie hélicoïdale 18 for- tuant le moyen de transfert chauffant. Les capteurs 55 précités sont ainsi reliés par des lignes 54 à un dis-positif 53 de traitement du signal, qui envoie l'information correspondante à la génératrice de courant 51. L'ensemble de l'installation sera de préférence piloté par un automate en fonction du type de traite-ment souhaité et du produit concerné. Le temps de séjour du produit dans l'enceinte de traitement sera réglé par la vitesse de rotation de la partie hélicoïdale 18, et le débit de produit, avec l'actionnement des vérins associés aux écluses des moyens d'entrée et de sortie, feront partie du pilotage de l'ensemble avec les asservissements et temporisations nécessaires. A la place des écluses à vannes guillotines pi- lotées, on pourra en variante utiliser des écluses rotatives, mais seulement dans le cas de pressions modérées (ne dépassant pas deux bars), car le niveau d'étanchéité disponible n'est satisfaisant que pour de faibles pressions. On est ainsi parvenu à réaliser un dispositif de traitement thermique qui est à la fois simple, polyvalent et peu encombrant, et aussi faiblement consommateur d'énergie, tout en permettant des traitements sous pression positive ou sous vide de niveau variable. Ce type de dispositif conviendra particulière-ment bien, dans le cadre de traitements sous pression positive, à la débactérisation sous pression de gaz neutre de produits à forte teneur en volatils, tels que les épices, les aromates ou les plantes à infusion, évitant ainsi aux produits volatils de s'échapper. On pourra également envisager une débactérisation sous pression de gaz carbonique, en vue d'une meilleure action sur les micro-organismes. Une autre application du traitement sous pression sera l'étuvage de légumes secs, tels que le riz, le blé, les lentilles, ou les fèves. En particulier, pour le riz, le traitement sous pression permet un traitement à coeur des produits en vue d'une gélatinisation optimale, tout en maintenant une humidité contrôlée, en particulier une humidité constante. On peut également citer les traitements chi- miques de catalyse, avec régénération ou activation. Comme cela a été dit plus haut, on peut envisager des traitements sous vide plus ou moins poussé. Il pourra s'agir par exemple de traitements de séchage de produits thermosensibles, ou d'extraction de volatils fragiles (arômes de fleurs par exemple) à partir de solvants à basse température, ou bien de traitements de produits confinés en vue d'une sécurité optimale, par exemple dans des traitements de pyrolyse. On peut également citer la dévolatilisation de métaux lourds con- contenus dans des terres ou matériaux contaminés, sous pression réduite et haute température. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées plus haut. 2877536 14 REVENDICATIONS 1. Dispositif de traitement thermique de solides divisés, comprenant au moins un organe de transfert (17) ayant un axe longitudinal (X) et une partie hélicoïdale (18) montée pour tourner autour dudit axe longitudinal dans une enveloppe tubulaire (13), ladite partie hélicoïdale étant formée dans sa masse d'un matériau électriquement conducteur et étant reliée à une source d'alimentation en énergie électrique (51) pour constituer un moyen de transfert chauffant, caractérisé en ce que l'enveloppe tubulaire (13) est constituée par une enceinte fermée équipée d'une part de paliers étanches (37, 38) associés aux extrémités amont et aval de l'organe de transfert (17), et d'autre part de moyens étanches amont (33) d'entrée de produit à traiter et aval (34) de sortie de produit traité, ladite enceinte fermée (13) étant en outre reliée à une source d'alimentation en pression (30) pour soumettre l'espace intérieur étanche (15) ainsi délimité à une pression déterminée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'entrée (33) et/ou les moyens de sortie (34) sont réalisés sous la forme d'écluses ou de sas étanches. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'entrée et de sortie (33, 34) sont des écluses (33.1, 34.1) à vannes guillotines pilotées (33.2, 33.4, 34.2, 34.4). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la source d'alimentation en pression (30) produit une pression positive par injection d'un fluide sélectionné en fonction du type de traitement concerné. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le fluide de pression positive est de la vapeur d'eau, de l'air, ou un gaz neutre. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la source d'alimentation en pression (30) produit une pression négative ou de vide par aspiration. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'enveloppe tubulaire (13) est constituée par une auge à fond demicylindrique et cloisons terminales, qui est fermée supérieurement par un capotage étanche (14). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'enveloppe tubulaire (13) est constituée par un réacteur cylindrique fermé à ses deux extrémités par des brides d'extrémité étanches (16'). 9. Dispositif selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que l'enveloppe tubulaire (13) est constituée d'un matériau isolant électriquement. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'enveloppe tubulaire (13) est également équipée d'un circuit de purge (35) avec une vanne pilotée (36).