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Procède perfectionné pour déshydrater les substances végétales ou les produits d'une nature organique.
La présente invention a trait à un procédé pour déshy- drater les substances végétales ou les produits d'origine organique sous forme de masses relativement minces à l'aide d'un agent de séchage artificiel tel que.l'air chaud. De telles substances sont, par exemple, les cossettes de bette- rave et d'autres substances ou produits qui sont usuellement coupés en tranches ou désagrèges en vue du traitement et qui sont fréquemment sujets à être détériorés par une chaleur excessive.
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La déshydratation artificielle d'une matière de ce genre sous forme défasses relativement épaisses est connue sous la forme d'un procède qui consiste essentiellement à délivrer un agent de séchage artificiel tel que de l'air chaud à la masse de matière en cours de traitement entre des limites de tempe- rature, de pression et de volume qui sont déterminées ou choi- sies et coordonnées de façon à contrecarrer ou retarder la conglomération ou consolidation de la dite masse de matière et à favoriser ou accélérer les réactions naturelles qui s'y produisent, de sorte que la vitesse de déshydratation est augmentée dans la mesure la plus grande possible et que les effets des réactions exothermiques sont utilisés aussi avan- tageusement que possible.
Toutefois, lorsque la matière est traitée sous fonie de masses relativement minces, la conglomération de cette matière et les effets qui en résultent dépendent dans une grande me- sure des conditions particulières dans lesquelles le traite- ment est effectua et varient considérablement avec ces condi- tions.
Ainsi, par exemple, quand la matière est traitée sous forme d'une colonne ou paroi verticale fixe, le degré de con- glomération est proportionnel à la hauteur de la colonne ou paroi, tandis que lorsque la matière est traitée sous forme d'une couche horizontale, que cette couche soit au repos ou en mouvement, la conglomération est limitée par l'épaisseur de la couche, d'ou il résulte que ses effets sont notablement diminuée et pratiquement négligeables dans le cas d'une cou- che horizontale relativement mince.
Que la matière soit trai- tée sous les formes susdites ou sous la forme d'une masse des- cendante qui se sèche progressivement au cours de son mouve- ment, le traitement de cette matière est influencé dans une
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mesure plus grande par le degré de,contraction ou de retrait et par les variations de porosité ou de perméabilité dûes au chauffage et au séchage qui ont lieu dans la masse ou couche de matière.
Par contre, les réactions exothermiques qui sont produi- tes par des causes naturelles subordonnées à l'état physiolo- gique de la matière elle-même et à la présence d'humidité dans cette matière ont lieu d'une façon indépendante des di- vers modes de traitement qui ont été spécifiés, quoique la mesure dans laquelle ces réactions ont lieu, indépendamment de la période de temps pendant laquelle le traitement s'effec- tue, est subordonnée, à l'épaisseur de la couche de matière et varie avec cette épaisseur, d'où il résulte que les effets pro- duits par les dites réactions sont aussi diminués de façon appréciable dans le cas d'une couche ou masse relativement mince.
Toutefois, la façon dont ces réactions exothermiques limitées ou abrégées ont lieu dans la masse ou couche de ma- tière est gouvernée par la façon ''dont l'air est délivré à la matière; comme l'air est presque invariablement contraint passer à travers l'épaisseur de la matière, que ce soit d'une façon continue à travers la masse entière ou par inter- valles à travers des parties successives de cette masse, les dites réactions ont lieu dans les parties les plus froides de la masse sous forme de zones sensiblement parallèles, verti- cales ou horizontales, suivant que la matière en cours de traitement est au repos ou en mouvement et qu'elle est sous forme d'une colonne ou paroi ou sous forme d'une couche hori- zontale.
Toutefois, on a trouvé que la déshydratation artificielle
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de substances ou produits végétaux organiques sous forme de masses d'épaisseur relativement faible, peut, en dépit de l'influence susmentionnée du mode de traitement sur les effets de la conglomération et des réactions exothermiques, être réalisée avec succès par un procédé convenablement équilibré basé sur certains facteurs spécifiques qui dépendent princi- palement de la composition et des propriétés de la matière à traiter ou de la nature du produit final.
Le procédé de déshydratation suivant l'invention consis- te essentiellement à déterminer ou sélectionner et à coordon- ner ou proportionner de telle sorte les conditions de tempé- rature, volume et pression dans-lesquelles un agent de sécha- ge artificiel tel que l'air chaud est conduit à travers la matière, ainsi que l'épaisseur de matière ainsi traversée et le temps pendant lequel la matière est soumise à l'action de l'air ou autre agent, que, dans tous les modes de traitement, la matière est déshydratée avec le maximum d'économie et de la façon la plus avantageuse et n'est pas portée à une tempé- rature dangereuse ou nuisible pendant le cours du traitement.
Le degré d'économie de la déshydratation est influencé dans une grande mesure par le mode de traitement particulier auquel la matière est soumise, l'efficacité de cette opéra- tion dépendant principalement de la température et du de@ré de saturation auxquels l'air s'échappe de la matière et variant directement avec ces facteurs. Toutefois, l'air ne peut pas être évacué à une température d'échappement et à un degré de saturation relativement élevés sans appliquer une température initiale correspondante élevée qui serait dans la plupart des cas dangereuse ou nuisible pour la matière ou son produit fi- nal.
La température de l'air peut néanmoins être augmentée
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considérablement, et l'économie de la déshydratation peut par conséquent être notablement améliorée, en traitant la matière sous forme de masses ou quantités qui reçoivent un mouvement continu ou intermittent pendant le cours du traite- ment, et en faisant -passer l'air à certains intervalles à travers l'épaisseur de la masse de matière de façon que celle- ci, pendant son mouvement ou déplacement, soit séchée par phases successivement progressives, l'air étant d'abord déli- vxé à la matière la plus sèche et s'échappant finalement à travers la matière la plus mouillée, étant réchauffé à des températures convenablement croissantes entre ses passages successifs à travers la matière.
Ainsi, l'humidité superfi- cielle de la matière peut être éliminée rapidement des tem- pératures relativement élevées qui seraient autrement dange- reuses au nuisibles, et la teneur en humidité de la matière peut être ensuite diminuée efficacement et sûrement au pour- centage requis à des températures progressivement décroissan- tes.
La ou les températures maximum auxquelles l'air chauffé peut être délivré à la matière en cours de traitement dépen- dent par conséquent de la nature particulière de la matière envisagée ou de son produit final et du mode de traitement particulier auquel nette matière est soumise. Ainsi, lorsque la matière est traitée sous forme d'une colonne ou paroi fixe ou sous forme d'une couche fixe et que l'air est conduit d'une t'acon continue à travers l'épaisseur de la masse entière, la température initiale est forcément limitée au point dange- reux ou critique auquel la matière envisagée peut être chauffée en toute sécurité.
De même, lorsque la matière est traitée pendant qu'elle recoit un mouvement continu au intermittent
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et que l'air est conduit par intervalles à travers des frac- tions successives de cette matière de la façon susmentionnée, quoique la température initiale appliquée pour le premier pas- sage de l'air seit encore limitée par le risque de détériorer la matière, les températures subséquentes appliquées pour les passages restants de l'air peuvent néanmoins être élevées en faute sécurité à des limites de plus en plus élevées pourvu que ces limites de température soient réglées selon le degré d'humidité de la matière avec laquelle l'air entre successi- vement en contact.
En outre, quand la matière est remuée ou mélangée au cours du traitement, les températures auxquelles l'air est délivré à cette matière peuvent être élevées en toute sécurité à des valeurs encore plus hautes, suivant le degré de remuement ou de mélange de la matière et le degré auquel des surfaces ou parties fraîches de cette matière sont continuellement exposées à l'action de l'air chauffé.
Dans tous les cas, il convient que la ou les températures de l'air admis, appelées ci-après "températures d'entrée", soient telles qu'après que l'humidité superficielle de la matière a été éli- minée, la quantité de chaleur transférée de l'air à la matière ne soit pas supérieure à celle absorbée par l'évaporation de l'humidité d'une quantité susceptible de déterminer un échauf- fement exagéré de la matière pour la teneur en humidité parti- culière de cette matière.
Le caractère avantageux de la déshydratation, abstrac- tion faite de la nature particulière de la matière, est prin- cipalement régi par le temps pendant lequel le traitement s'accomplit, spécialement lorsque la matière est sujette à des détériorations résultant de causes naturelles ou d'une exposition à la chaleur. Le temps pendant lequel la matière
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est soumise à l'action de L'air chaud est alors déterminé et réglé par le degré auquel, et la rapidité avec laquelle, la matière particulière se détériore et par les effets nuisibles ainsi produits sur la matière elle-même ou sur le produit fi- nal qui doit en être obtenu.
Dans le cas d'une matière qui se détériore ainsi à une vitesse relativement grande, par consé- quent, il convient que la durée du traitement soit réduite à la période la plus courte possible, ou que la vitesse de dé- shydratation soit portée à la valeur la plus grande possible, compatibles avec la nécessité d'éviter des effets nuisibles sur la matière ou son produit final.
Par conséquent, le carac- tère avantageux de la déshydratation est encore influencé d'une façon appréciable par le mode de traitement particulier et peut aussi être amplifié sonsidérablement en traitant la ma- tière pendant qu'elle est animée d'un- mouvement continu ou intermittent et en faisant passer l'air par intervalles à travers des fractions successives de la matière de la façon précédemment décrite. De cette facon, on peut enlever plus de la moitié de la teneur totale en humidité de la matière pen- dant le dernier passage de l'air à travers la matière fraîche, et les effets nuisibles de la détérioration, qui sont généra- lement directement proportionnels à la quantité d'humidité présente, peuvent être éliminés plus rapidement.
Le volume d'air chaud délivré à la matière est déterminé par le poids d'air, à un certain degré d'humidité et à l'une des températures d'entrée admissibles, qui est nécessaire pour éliminer la quantité requise d'humidité de la quantité de ma- tière en cours de traitement dans le temps pendant lequel cette matière est soumise à l'action de l'air chaud. Par conséquent, ce volume dépend de la température particulière à laquelle
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l'air est évacué à l'état saturé et du temps nécessaire pour la déshydratation ou de la vitesse de déshydratation.
Pour une durée ou vitesse de déshydratation donnée. le volume peut par conséquent être diminue d'une façon. proportionnée au de- gré auquel la température d'échappement de l'air saturé peut être augmentée, Inversement, pour un volume donné, la durée ou vitesse de déshydratation peut, d'une façon correspondante, être diminuée ou augmentée dans le même rapport.
Si l'on uti- lisait un volume d'air chaud sensiblement plus petit que ce- lui dont il est question ci-dessus, la durée de la déshydra- tation serait augmentée, et sa vitesse retardée, à un degré qui nuirait à la matière elle-même ou à son produit; par con- tre, un volume exagérément grand produirait une saturation effective de l'air d'échappement et exigerait l'application d'une force motrice plus grande sans utilité, d'où. il résulte que le rendement thermique et mécanique du traitement serait notablement diminué.
L'épaisseur de la masse de matière qui doit être traver- sée par l'air chaud est principalement influencée par la com- position de la matière particulière eu égard à la résistance offerte à cette matière nar le passage de l'air. La résistance de la matière dépend de sa porosité ou de sa perméabilité et dépend des effets que le retrait auquel la matière est soumi- se pendant le cours du traitement a sur cette propriété, les dits effets produisant presque invariablement une augmentation de la porosité ou perméabilité d'une façon proportionnée au degré de retrait qui se produit.
En outre, la porosité ou perméabilité de la matière particulière est généralement in- j1uencée par la grosseur et la forme des tranches ou fragments
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sous forme desquels la matière a été divisée en vue du traite- ment, de sorte que la dite propriété de cette matière peut aussi être augmentée par un réglage convenable de ces deux derniers facteurs. Pour une matière donnée, l'épaisseur peut par conséquent être augmentée en proportion du degré auquel la porosité ou perméabilité de la matière peut être élevée.
Toutefois, indépendamment des considérations qui précèdent, il convient que l'épaisseur de la masse de matière soit telle que l'air chaud qui la traverse dans les conditions susmen- tionnées, eu égard à la température et au volume, en sorte à l'état saturé à la température d'échappement la plus élevée qu'il est possible d'obtenir pendant tout le temps ou la plus grande partie du temps pendant lequel le traitement s'accomplit.
Si l'on faisait usage d'une masse de matière d'épaisseur sen- siblement plus petite que celle dont il vient d'être question, on ne pourrait pas obtenir un degré satisfaisant de satura- tion de l'air à la sortie ; par contre, une épaisseur excédant notablement l'épaisseur correcte augmenterait exagérément la durée de la déshydratation et diminuerait la température d'é- chappement de l'air pendant la première phase du procédé, ce qui aurait comme résultat la production possible d'une conden- sation dans les couches externes de matière et d'effets nui- sibles sur la matière elle-même ou son produit.
La pression à laquelle l'air chaud est délivré à la matière est déterminée par l'énergie nécessaire pour faire passer un volume d'air de la façon précédemment décrite à travers la matière dans le temps pendant lequel celle-ci est soumise à l'action de l'air chaud. Par conséquent, la pression dépend de la résistance due à l'épaisseur particulière de la
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matière, résistance influencée comme il a été dit précédem- ment par la porosité ou la perméabilité, et de la vitesse que doit posséder l'air passant ¯ travers la matière.
Pour une épaisseur donnée de la masse de matière et une vitesse donnée de l'air, la pression peut par conséquent être diminuée d'une façon proportionnée au degré auquel la résistance de la ma- tière peut être diminuée. Inversément, pour une pression don- née, l'épaisseur de matière ou la vitesse de l'air peuvent être augmentées d'une façon correspondante dans le même rap- port.
On voit par conséquent que tous les facteurs ou conditions qui ont été envisagés dans ce qui précède ont entre eux des relations ou des rapports de dépendance si étroits que leur détermination ou sélection appropriée et leur coordination ou proportion appropriée, ainsi qu'il a été dit plus haut, sont essentielles pour assurer la déshydratation la plus avanta- geuse et la plus économique de la matière et que tout écart radical ou important par rapport à ces conditions appropriées déséquilibrerait le traitement entier et nuirait à son effica- cité.
Pour mieux faire comprendre et permettre de réaliser plus facilement la détermination et la coordination des fac- teurs ou conditions susmentionnés dans le cas d'une matière particulière du genre susmentionné, on considérera à titre d'exemple l'application-du procédé a la déshydratation des betteraves à sucre en vue d'en extraire le suer.;.
Les données et faits suivants qui concernent la bettera- ve à sucre et qui dépendent de la composition et des proprié- tés de la Entière et de la nature de son produit, peuvent être déterminée par les connaissances générales ou par l'ex
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périence. Pour éviter des effets nuisibles sur la teneur en sucre de la matière, il ne faut pas que la betterave à l'état humide soit chauffée à une température dépassant 104 C., la vitesse de formation du sucre inverti étant fonction de la température et de l'humidité.
Après la récolte, les betteraves: sont sujettes, spécialement lorsqu'elles sont à l'état de cos- settes, à se décomposer et se détériorer naturellement, en présence d'humidité, à une vitesse qui est si grande qu'il est nécessaire que la matière soit traitée presque aussitôt après avoir été découpée en cossettes. Comme la quantité de sucre inverti formée est fonction de la température, de l'humidité et du temps et serait augmentée d'au moins 50% si l'on dou- blait la durée du traitement, il convient d'accélérer la dé- shydratation autant que possible sans toutefois élever la température de la betterave au-dessus du susdit point dange- reux ou critique.
Des résultats satisfaisants seront obtenus en faisant en sorte que-le traitement s'accomplisse dans -tous les cas pendant un temps ne dépassant pas une heure, et pré- férablement encore plus réduit. on a trouvé que toute quan- tité ou poids de cossettes usuellement soumis au traitement peut être déshydraté économiquement et avantageusement en 45 minutes. En ce qui concerne la porosité ou perméabilité, la résistance naturelle offerte par les cossettes au passage de l'air chaud est notablement influencée par leur retrait au cours de la déshydratation, le retrait étant voisin de 50% après le séchage et la''résistance pendant le séchage diminuant graduellement, avec la diminution de la teneur en humidité, jusqu'à 25% environ de la résistance initiale,
on peut encore augmenter la porosité ou perméabilité de la matière par une diminution correspondante de la durée du traitement
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en découpant les betteraves en cossettes minces en forme de tuile faîtière, la surface de matière exposée à l'air par unité de poids étant ainsi augmentée dans la mesure la plus grande possible.
Lorsque la betterave est traitée au repos, que ce soit sous forme d'une colonne ou paroi ou sous forme d'une couche horizontale, et qu'on fait passer l'air d'une façon continue à travers l'épaisseur de la masse entière, la déshydratation est effectuée de la façon la plus avantageuse et la plus éco- nomique en faisant passer l'air à une température d'entrée comprise entre 82 et 100 c. à travers une épaisseur de matière de 20 à 30 centimètres, et il est ainsi cessible, dans ce mo- de de traitement, d'évacuer l'air de la matière à l'état saturé à une température de sortie de 27 à 32 c.
pendant un temps va- riant du tiers aux deux tiers de la durée totale du traitements
La matière peut être séchée en un temps ne dépassant guère une heure à une teneur en humidité de 5 à 10 dans le cas des températures d'entrée et de sortie et de l'épaisseur susmen- tionnées, si l'on applique un volume d'air à 10-15,5 C. saturé avant le chauffage, équivalent à 550-650 kilos d'air par minu- te et par tonne de betteraves, et à une pression initiale, mesurée en hauteur d'eau dans le conduit d'alimentation d'air, variant entre 38m/m et 65m/m et produisant une vitesse de l'air, à la sortie, de 70 à 85 mètres par minute.
Toutefois, par suite de retrait de la matière et des changements que su- bit la porosité ou perméabilité de cette matière pendant le séchage, cette pression initiale peut être graduellement ré- duite, à mesure que le traitement s'accomplit, par un réglage convenable de l'énergie motrice employée pour chasser l'air à travers la matière, jusqu'à une pression finale de 10 à 18m/m de hauteur d'eau, sans diminuer la vitesse de sortie de l'air -
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ou sans augmenter la durée de la déshydratation. Si la pres- sion initiale n'était pas ainsi réduite, la vitesse de l'air augmenterait graduellement à mesure que le traitement se poursuit.
Quand le traitement de la betterave s'effectue pendant que celle-ci est animée d'un mouvement continu ou intermit- tent, et que l'air est conduit par intervalles à travers la dite matière de façon que celle-ci soit progressivement sé- chée, par exemple, en trois phases successives sensiblement égales, les températures d'entrée respectives de l'air pour les divers passages de la ratière, en. supposant que chaque passage soit effectué à une température moyenne ou sensible- ment constante, ne doivent guère dépasser 100 0. pour le pre- mier passage à travers la matière presque sèche, 110 C pour le passage intermédiaire à travers la matière partiellement sèche et 127 0 pour le dernier passage à travers le matière fraîche.
Toutefois, lorsque les différentes températures d'entrée respectives de l'air sont graduées ou réglées pour chaque passage selon la diminution progressive de la teneur en humidité qui se produit pendant la période de chaque pas- sage,, et sont ainsi rendues en tous les points plus directe- ment proportionnelles au degré d'humidité présent dans la matière, les résultats les plus satisfaisants sont obtenus en utilisant des températures- d'entrée qui sont graduées de 88 à 104 C. pour le premier passage, de 104 à 121 C. pour le passage intermédiaire et de 121 à 160 C, pour le dernier passage.
Avec une alimentation d'air aux températures moyen- nes ou graduées spécifiées, la déshydratation es, effectuée de la façon la plus avantageuse et la plus économique en em- pilant la matière fraîche sur une hauteur variant de 12,7 à
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22,8 centimètres, et il est ainsi possible d'évacuer l'air sortant de la matière fraîche à un état de saturation cons- tant à une température de sortie de 43 à 49 c. pendant toute la durée du traitement continu, et d'enlever de 50 à 65% de la teneur en humidité totale de la matière fraîche en 15 à
20 minutes.
La matière peut être séchée en 45-60 minutes à une teneur en humidité de 5 à 10 dans le cas des tempéra- tures d'entrée et de sortie et dtune épaisseur de matière telles que celles mentionnées, en appliquant un volume d'air, possédant ou porté à une température de 21-27 C. et saturé avant le chauffage, équivalent à 200-280 Kg.
d'air par minute et par tonne de betteraves, et une pression initiale ou tota- le, mesurée en hauteur d'eau dans le conduit d'alimentation d'air, variant de 2,5 à 5 centimètres et produisant une vites- se de.l'air, à la sortie, de 55 à 70 mètres par minute. La pression initiale ou totale et la vitesse d'échappement de l'air dans ce mode de traitement sont maintenues sensiblement aux mêmes valeurs que celles mentionnées pendant toute la durée du procède continu, bien que les pressions respectives nécessaires pour effectuer les divers passages varient bien , entendu suivant les variations qui se produisent dans la résis- tance de la matière pendant son séchage progressif, la pres- sion pour le premier passage étant approximativement 25% de celle du dernier passage.
on voit que ce dernier mode de trai- tement, en comparaison avec le traitement stationnaire précé- demment considéré , permet d'utiliser un volume d'air beau- coup plus petit tout en obtenant sensiblement le même effet parce que la température de sortie qui peut être atteinte est beaucoup plus élevée et que la pression totale ou la force motrice qu'il exige est beaucoup plus faible bien que l'air
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soit conduit trois fois à travers la couche de matière.
La détermination et la coordination précédemment spéci- fiées des divers facteurs ou conditions relatifs au traite- ment de la betterave en mouvement sont applicables à tous les modes de traitement de la matière, que celle-ci soit, par exemple, contrainte à descendre sous l'action de la pesanteur, ou qu'elle soit conduite d'une façon continue sur un transpor- teur ou courroie mobile ou en succession sur trois transpor- teurs ou courroies mobiles superposés, ou qu'elle soit dépla- cée dans des plateaux, cuvettes, etc, distincts à l'intérieur d'une ou plusieurs chambres de séchage.
Toutefois, il est bien entendu que les températures d'entrée susmentionnées pourraient être augmentées proportionnellement, dans le cas du dernier passage à travers la matière fraîche, jusqu'à un maximum de, par exemple, 204 C., si l'on remuait ou mélangeait la matière fraîche au cours du traitement; et il est aussi bien entendu que la matière pourrait être empilée, quel que soit le genre de traitement, a des hauteurs plus grandes que celles spécifiées plus haut si l'on augmentait d'une façon correspondante la pression initiale ou totale pour produire la vitesse d'échappement requise de l'air.
On remarquera qu'une telle augmentation de l'épaisseur de la couche de ma- tière exigerait 1'application d'une force motrice plus grande sans utilité et nuirait par conséquent à l'économie du pro- cédé et à son efficacité.