Brevet FR2971170A1 — publié le 20120810

Dispositif de traitement en continu d'au moins une matière première La présente invention concerne un dispositif de traitement d'au moins une matière première alimentaire ou non- alimentaire, et plus particulièrement le traitement de mélanges solides-liquides, comme par exemple des milieux particulaires et/ou pulvérulents avec des milieux aqueux ou organiques, ou des mélanges solides-gazeux, ainsi que des mélanges solides-liquides-gazeux. Les solides sont par exemple des particules, des grains, des flocons, des farines ou autres, mais aussi des produits lignocellulosiques fragmentés pour mélange et imprégnation sous contrôle de température. Le traitement de ce type de matière première consiste par exemple en un mélange et/ou un préchauffage, et/ou une hydratation, et/ou précuisson et/ou une cuisson de la matière première. Ce genre de traitement est effectué par exemple dans un dispositif comportant une cuve à simple ou double paroi pouvant être mise sous pression ou non et déterminant une chambre de mélange comprenant au moins un orifice d'entrée de la matière première et au moins un orifice de sortie de la matière traitée. La cuve contient entre les orifices, respectivement d'entrée et de sortie, un ou deux arbres parallèles munis généralement de pales séparées et inclinables. Ces pales sont destinées à l'agitation de la matière première et par leur inclinaison à réaliser le mélange et faire progresser cette matière de l'orifice d'entrée vers l'orifice de sortie. La cuve comporte des orifices ou des injecteurs de liquide, comme par exemple de l'eau ou de l'huile ou tout autre liquide, ou de vapeur destinée à réchauffer et à humidifier la matière première. Généralement, l'intensité du mélange et le taux de remplissage dans la cuve sont ajustés par l'inclinaison des pales en mouvement dans la chambre de mélange et par la vitesse de rotation des arbres. L'orientation des pales peut être positive si en tournant celles-ci, ont tendance à faire avancer la matière de l'orifice d'entrée vers l'orifice de sortie et l'orientation de ces pales peut être négative si, au contraire, les pales ont tendance à retarder la matière dans sa progression à l'intérieur de la chambre de mélange. Plus le nombre de pales orientées en négatif est important, c'est-à-dire en opposition à l'avancée de la matière vers l'orifice de sortie, plus grands sont l'intensité de mélange et le taux de remplissage dans la chambre de mélange qui, le plus souvent, n'excèdent pas 40 % à 60 °/O du volume de la cuve. Ce mauvais taux de remplissage entraîne un mauvais échange entre la vapeur, les liquides et la matière première si bien que le rendement du dispositif n'est pas excellent. 2 L'efficacité du dispositif de traitement est ajustée par la modification mécanique de l'orientation des pales des arbres. Cet ajustement pale par pale est une opération longue et fastidieuse reposant sur le savoir-faire de l'intervenant et elle impose un arrêt du dispositif et un nettoyage complet conduisant ainsi à chaque réglage à une perte de production importante. Le compromis de l'orientation des pales dans le sens négatif et dans le sens positif pour assurer un traitement suffisant de la matière première ne permet pas une auto-vidange rapide et efficace du dispositif et nécessite une intervention humaine de nettoyage lourde à chaque changement de formulation ou de production. L'invention a pour but de proposer un dispositif de prétraitement en continu d'une matière première qui évite ces inconvénients et qui permet d'améliorer le rendement. L'invention a donc pour objet un dispositif de traitement en continu d'une matière première formée de mélanges solides-liquides ou solides-gazeux ou solides-liquidesgazeux comprenant une cuve déterminant une chambre de mélange comportant au moins un orifice d'entrée de la matière première et au moins un orifice de sortie de la matière prétraitée et, entre ces orifices, au moins un arbre agitateur muni de pales, caractérisé en ce qu'il comprend, au-dessous et parallèlement audit au moins un arbre, une vis de mélange de fond de cuve à au moins un sens de rotation à l'opposé de l'avancement de la matière de l'orifice d'entrée vers l'orifice de sortie. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - la vis de mélange est à deux sens de rotation, - la vis de mélange s'étend sensiblement entre les orifices, respectivement d'entrée et de sortie, - en configuration marche normale, la vis de mélange entraîne la matière à contre-courant par rapport audit au moins un arbre, - en configuration vidange, la vis de mélange entraîne la matière dans le même sens que ledit au moins un arbre, et - le dispositif comporte, en dessous de l'orifice de sortie de la cuve, une vis complémentaire à double sens de rotation s'étendant perpendiculairement à la vis de mélange. L'invention a également pour objet une utilisation du dispositif de traitement précédemment mentionné comme dispositif de prétraitement d'au moins une matière première pour une machine de traitement ultérieur formée par une machine d'extrusion à une ou plusieurs vis. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un dispositif de traitement, conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale selon la ligne II-II de la figure 1, et - la figure 3 est une vue schématique des pales d'un arbre du dispositif de traitement, conforme à l'invention. Sur les figures 1 et 2, on a représenté un dispositif de traitement 10 en continu d'une matière première constituée par une matière première alimentaire ou non alimentaire, et par exemple des mélanges solides-liquides, des mélanges solides-gazeux ou des mélanges solides-liquides-gazeux. Le dispositif 10 comprend une cuve 11 de forme allongée et déterminant une chambre de mélange 15 comportant, à une première extrémité, au moins un orifice d'entrée 12 de la matière première et, à une seconde extrémité, un orifice 13 de sortie de la matière traitée. Entre les orifices, respectivement d'entrée 12 et de sortie 13, la chambre de mélange 15 de la cuve 11 contient au moins un arbre agitateur 16 muni de pales 17. Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, la chambre de mélange 15 contient deux arbres agitateurs 16 parallèles et munis chacun de pales 17. Chaque arbre 16 est entraîné par un moteur électrique 18 placé à l'extérieur de la cuve 11. Dans ce cas, la cuve 11 est constituée par un tube en forme de huit, ainsi que montré à la figure 2. Dans le cas où la cuve 11 contient un seul arbre 16, cette cuve a la forme d'un simple tube. La cuve 11 comporte une simple ou une double paroi et cette cuve 11 peut être mise sous pression ou non. Comme montré à la figure 3, les pales 17 comportent une extrémité 17a en forme de triangle et le positionnement de ces pales 17 est réalisé de manière à avoir un recouvrement de surface permettant un bon mélange dispersif et un autoraclage de la paroi de la cuve 11. Comme cela apparaît à la figure 1, la cuve 11 comporte un évent 19 et au moins un orifice 20 d'injection de liquide, comme par exemple de l'eau, de l'huile ou tout autre liquide et/ou de gaz, comme par exemple de la vapeur, destiné à réchauffer et à humidifier la matière première. Le dispositif de traitement 10 comporte également une vis de mélange 25 de fond de cuve entraînée en rotation par un moteur électrique 26 disposé à l'extérieur de la cuve 11. La vis de mélange 25 est entrainée en rotation à l'opposé de l'avancement de la matière de l'orifice d'entrée 12 vers l'orifice de sortie 13 et, de préférence, dans les deux sens de rotation. Cette vis de mélange 25 est disposée au-dessous et parallèlement aux arbres 16 et s'étend sensiblement entre les orifices, respectivement d'entrée 12 et de sortie 13. Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures, le dispositif de traitement 10 comporte aussi une vis complémentaire 30 à double sens de rotation disposée au- dessous de l'orifice de sortie 13 de la cuve 11 et s'étendant perpendiculairement à la vis de mélange 25. La vis complémentaire 30 est disposée dans un fourreau 31 qui comporte sensiblement au-dessous de l'orifice de sortie 13 de la cuve 11, un clapet de vidage 32 qui peut être ouvert ou fermé, ainsi qu'on le verra ultérieurement. Dans le cas d'une utilisation du dispositif 10 comme dispositif de prétraitement, la vis complémentaire 30 permet de transférer la matière prétraitée de l'orifice de sortie 13 de la cuve 11 vers une machine de traitement ultérieur, non représentée. Cette vis complémentaire 30 est entraînée en rotation dans les deux sens par un moteur électrique 33 (figure 2). Cette machine de traitement ultérieur est formée par une machine d'extrusion à une ou plusieurs vis ou par un cuiseur ou un réacteur ou par toute autre machine adaptée. La matière première est introduite par l'orifice d'entrée 12 à l'intérieur de la cuve 11 et cette matière première est mélangée avec les différents ingrédients introduits dans la chambre de mélange 15, par les pales 17 entraînées en rotation par les arbres 16. La matière première au cours de son mélange avance progressivement vers l'orifice de sortie 13. Dans la configuration dite marche normale, la vis de mélange 25 est entraînée en rotation par le moteur 26 pour repousser la matière première vers l'amont du dispositif de traitement 10, c'est-à-dire vers l'orifice d'entrée 12, en sens contraire de l'avancée de cette matière première de l'orifice d'entrée 12 vers l'orifice de sortie 13. L'entraînement de la vis de mélange 25 en sens contraire permet d'ajuster le traitement de la matière première de façon plus efficace et plus flexible en fonction des matières premières à traiter. L'action de cette vis de mélange 25 qui, par son effet contre-courant et en fonction de sa vitesse de rotation, freine l'écoulement de la matière première et par effet de turbulence permet d'augmenter le taux de remplissage dans la cuve 11 et ainsi d'avoir une action de régulation sur le temps de séjour de la matière première dans la chambre de mélange 15 de la cuve 11. Cette plus grande flexibilité et efficacité de mélange du dispositif de traitement associée à un taux de remplissage amélioré de la chambre de mélange 15, supérieur à 50 %, contribue à obtenir une réduction des pertes et une hydratation plus ou moins homogène des particules de la matière première à traiter, donc un meilleur rendement énergétique du dispositif de prétraitement. La vis de mélange 25 constitue un moyen de réglage supplémentaire et accessible sans arrêter le dispositif de traitement qui est obtenu en jouant sur la vitesse de cette vis de mélange 25 permettant, de ce fait, d'ajuster les paramètres de fonctionnement sans perte de temps ni de matière première. Par conséquent, le réglage de l'inclinaison des pales 17 de chaque arbre 16 ne constitue plus un élément de réglage indispensable et n'a pas besoin d'être modifié pour chaque matière traitée. Dans la configuration dite vidange, le dispositif de traitement 10 est connecté éventuellement à un système de nettoyage, non représenté, et la vis de mélange 25 est entraînée dans un sens de rotation inverse de façon à ce que cette vis de mélange 25 pousse la matière de l'orifice d'entrée 12 vers l'orifice de sortie 13 de la cuve 11. Cette disposition permet d'évacuer facilement la matière contenue dans le dispositif de traitement 10 ce qui procure un gain de temps dans la phase de nettoyage. Dans la configuration dite marche normale, la vis complémentaire 30 est entraînée en rotation par le moteur 33 dans le sens positif de façon à transférer la matière prétraitée sortant de l'orifice de sortie 13 de la cuve 11 vers la machine d'extrusion dans le sens indiqué par la flèche F1 sur la figure 2, le clapet de vidage 32 étant en position fermée. Dans la configuration dite de vidange, la vis complémentaire 30 est entraînée en rotation dans le sens négatif de façon à évacuer dans le sens de la flèche F2 les résidus solides ou liquides contenus dans la cuve 11, le clapet de vidange 32 étant en position ouverte. En situation de changement de matière à prétraiter sans effectuer un nettoyage intermédiaire de la cuve, le parfait vidage de cette cuve à l'aide de la vis 25 réduit le risque de contamination croisée. Enfin, le dispositif peut être couplé avec un système de nettoyage automatisé pour améliorer les conditions de production et d'hygiène, notamment durant les phases de changement de matière et/ou les phases d'arrêt.30 REVENDICATIONS1.- Dispositif de traitement (10) en continu d'au moins une matière première formée de mélanges solides-liquides ou solides-gazeux ou solides-liquides-gazeux comprenant une cuve (11) déterminant une chambre de mélange (15) comportant au moins un orifice d'entrée (12) de la matière première et au moins un orifice de sortie (13) de la matière traitée et, entre ces orifices (12, 13), au moins un arbre agitateur (16) muni de pales (17), caractérisé en ce qu'il comprend, en dessous et parallèlement audit au moins un arbre (16), une vis de mélange (25) de fond de cuve à au moins un sens de rotation à l'opposé de l'avancement de la matière de l'orifice d'entrée (12) vers l'orifice de sortie (13). 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vis de mélange (25) est à deux sens de rotation. 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la vis de mélange (25) s'étend sensiblement entre les orifices, respectivement d'entrée (12) et de sortie (13). 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'en configuration marche normale, la vis de mélange (25) entraîne la matière à contre-courant par rapport audit au moins un arbre (16). 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'en configuration vidange, la vis de mélange (25) entraîne la matière dans le même sens que ledit au moins un arbre (16). 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, au-dessous de l'orifice de sortie (13) de la cuve (11), une vis complémentaire (30) à double sens de rotation s'étendant perpendiculairement à la vis de mélange (25). 7.- Utilisation du dispositif de traitement (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes comme dispositif de prétraitement d'au moins une matière première pour une machine de traitement ultérieur. 8.- Utilisation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la machine de traitement ultérieur est formée par une machine d'extrusion à une ou plusieurs vis.