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" Procède et équipement pour la concentration de liquides contenant des matières solides et pour l'obtention de matières solides sous forme de poudre ".
Les liquides contenant des matières solides,tels que les solutions, les émulsions, les suspensions, sont traités dans des appareils de séchage dans lesquels le liquide contenu dans le produit brut est vaporisé en totalité ou en partie, dans le but de les concentrer ou de récupérer la matière solide . La vitesse de vapori- sation est proportionnelle à la température qui règne dans l'enceinte où se fait le traitement,à la vitesse de\circulation de la matière transportée à travers cette enceinte et à la surface sur laquelle le produit brut est réparti, généralement par pulvérisation.
On a conçu
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antérieurement des dispositifs de séchage dans lesquels le produit brut finement pulvérisé est rassemblé dans un milieu chauffé et gazeux en déplacement,généralement de l'air chaud= Dans ces dispositifs, la transmission de chaleur s'opère par convection. Mais, comme la capacité calorifique des milieux gazeux est relativement faible et que ces milieux sont de mauvais conducteurs thermiques, la vaporisation des liquides exige de très grandes quantités de gaz et beaucoup de temps.
Afin de réduire la quantité du liquide à vaporiser dans l'en ceinte de pulvérisation et d'abréger, par suite, le séjour du produit à traiter dans cette dernière et pour réduire la quantité d'air nécessaire pour le séchage, la matière à trai ter est soumise à une concentration et à un chauffage préalables. Cependant,même dans ces conditions,le séchage dans l'enceinte de séchage exige encore une demi-minute environ. Dans la fabrication de produits alimentaires en pou- dre notamment, par exemple le lait ou les jus de fruits contenant des vitamines,il est essentiel que le produit traité soit le plus possible préservé d'une action prolongée de la chaleur.
Indépendamment du fait que cette condition n'est pas remplie de façon satisfaisante par les équipements connus, ceux-ci sont extrêmement encombrants et, en dehors du dispositif de pulvérisation proprement dit, exigent encore de nombreux équipements auxiliaires tels que des préchauffeurs, des épaississeurs préparatoires, des sé- cheurs d'achèvement, etc...
Le procédé conforme à l'invention peut être mis en oeuvre dans des équipements notablement simplifiés et la durée de séjour de la matière traitée dans l'enceinte chauf- fée peut être considérablement abrégée, lorsque parmi les facteurs qui influent sur la vitesse de séchage, on accroît, grâce au phénomène dit de leidenfrost, la température dans une mesure relativement élevée et, en même temps, la vitesse de la matière dans l'enceinte chauffée, compte tenu de la
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température utilisée .
Contrairement aux procédés connus, travaillant par convection, la nouveauté essentielle con- siste en ce que le liquide contenu dans la matière brute pulvérisée est vaporisé en totalité ou en partie au moyen de la chaleur radiante et que, à cet effet, la température et la vitesse de circulation sont choisies telles que la matière solide ne puisse pas s'échauffer de façon nuisible, pendant la vaporisation brusque du liquide.
Ainsi, le li- quide sera soumis, en un temps extrêmement court, à une va- porisation explosive, si la matière est projetée par une tuyère à travers la zone chauffée, à une vitesse telle qu'el le ne puisse y séjourner que quelques millièmes de seconde et que l'on travaille, dans la zone chauffée, avec un ra- diateur thermique à plusieurs centaines de degrés, tandis que les particules solides contenues dans le liquide ne peuvent pas être portées à une température excessive.
Le radiateur thermique consiste, de préférence, en un corps chauffé électriquement, (par exemple en un con- ducteur nu du type courant utilisé dans les fours électri- ques) ou en un corps métallique, en céramique, en verre, ou en une paroi revêtue de verre, chauffée au moyen de résistance . Etant donné que l'énergie rayonnée croît comme la quatrième puissance de la température, le liquide d'une particule projetée à travers une telle enceinte peut être vaporisé beaucoup plus rapidement que par le soutirage de la chaleur par convection. L'absorption de chaleur de la pellicule que l'on admet .comme formant une enveloppe autour de la particule solide est assez grande pour que cette dernière ne puisse s'échauffer'de façon no- table.
Il s'en-suit que,dans le procédé décrit,on peut opérer à des températures élevées, notamment au-dessus de 100 , de préférence à des températures de 700 è 800 , sans que le goût ou la coloration des produits alimentai- res soient affectés. Pour atteindre la vitesse élevée ren
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due nécessaire par la haute température employée, on utili- se une pression choisie en conséquence, de préférence de 60 à 300 atmosphères. A cet effet, on peut utiliser avec succès les pompes à injection et les tuyères employées dans les moteurs Diesel à injection de combustible.
Evidem- ment, lors du choix de l'ouverture de la tuyère, de la pression de pulvérisation et de la température,il y a lieu de prendre en considération les propriétés données de la matière à traiter et les propriétés demandées pour le produit final.
On a trouvé que, pour la production d'un produit final en poudre, il est avantageux, contrairement aux procédés connus jusqu'à présent,de pulvériser la matière à traiter de bas en haut et de projeter les particules pulvérisées hors de l'espace qui surmonte la tuyère au moyen d'un courant de même sens de fluide gazeux,par exemple au moyen d'un courant d'air dirigé de bas en haut et de les récupérer en les sé- parant de l'air qui contient de l'humidité. Au contraire, dans le cas de la préparation d'un produit final aggloméré, il est avantageux d'opérer la pulvérisation en sens inver- se, c'est-à-dire de haut en bas. Dans ce cas,l'air est ame- né en contre-courant.
Dans le cas d'une pulvérisation vers le haut, il est avantageux d'intercaler à la suite de l'enceinte de chauf- fage une zone non chauffée et d'amener dans l'enceinte le courant gazeux mentionné ci-dessus,de même sens,de telle façon qu'en se propageant le long de l'enveloppe du cône de pulvérisation, il produise un séchage additionnel,empê- che en même temps le dépôt de la matière sur la paroi et enlève toutes les vapeurs de l'air qui se trouve à la tempe rature du local. Sur le dessin, on a représenté trois mo- des de réalisation de l'équipement approprié à la mise en oeuvre du procédé, ces modes de réalisation étant donnés à titre d'exemple et représentés en coupe.
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L'équipement représenté sur la fig. 1 est particu- lièrement approprié à la préparation de produits sous for- me de poudre,tels que le lait en poudre. Le lait prove- nant da réservoir est pulvérisé en brouillard par la pompe 3 et la tuyère 4 dans l'enceinte conique 6 enveloppée par le corps cylindrique 5. A cet effet, le liquide est refou- lé par la pompe sous une pression de 85-160 atmosphères dans l'ouverture capillaire de la tuyère. La température intérieure du corps 5, avantageusement calorifuge vers l'extérieur est d'environ 700-$00 , la longueur de l'en- ceinte chauffée est de 400 mm. Suivant les calculs, la durée de passage d'une particule de matière dans la zone chauffée est d'environ 6/1000 de seconde.
Au corps 5 est raccordé un autre corps cylindrique 7, non chauffé,de dia- mètre plus grand que le corps 5, de sorte qu'entre les deux corps reste libre une ouverture annulaire 8. Dans le conduit coudé qui se raccorde au corps 7 tourne un ventila teur 11, entraîné par le moteur 10, au moyen duquel l'air à la température du local est aspiré par l'ouverture sui- vant les flèches et refoulé dans un séparateur centrifuge de poussière de type courant,dans lequel la poudre se sépa- re du milieu gazeux. La poudre tombe dans la trémie 13, tandis que l'air humide est évacué par le conduit 14. La poudre qui tombe a la finesse d'une poudre de beauté,est facilement soluble et a une température de 20-30 . Le par- cours d'une particule de matière à partir du pulvérisateur jusqu'à la trémie 13 ne nécessite que quelques secondes.
Dans l'exemple de réalisation donné, le diamètre du corps chauffant est de 400 mm, celui de la conduite de déviation non chauffée de 700 mm, et la longueur de cette dernière est de 1500 mm.
Dans le corps chauffant 5 se produit un effet de cheminée et l'air qui monte par suite de cet effet circule vers le haut à l'intérieur du corps 7, ainsi qu'à l'inté- rieur du cône de pulvérisation, tandis que les vapeurs
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qui prennent naissance sont éliminées par le courant d'air, ce qui exerce une action de dessiccation supplémentaire.
Le mode de réalisation représenté sur la fig. 2 est approprié, en particulier quand on veut obtenir une agglomé- ration du produit. Au moyen de la tuyère 14, la matière li- quide à traiter est pulvérisée à travers l'espace vide du corps chauffant 15, dans l'espace cylindrique 16 qui s'y raccorde . La température du corps chauffant 15 est réglée de telle sorte qu'une partie seulement de liquide est vapo- risée et qu'il se rassemble dans le collecteur 17 un produit de consistance crémeuse. Par suite de l'effet de cheminée, l'air chargé d'humidité circule de bas en haut dans les zones 15, 16.
Au lieu d'opérer avec de l'air aspiré,on peut le faire au moyen d'air refoulé sous pression. Dans ce cas,dans l'é- quipement représenté sur la fig. 3(lequel d'ailleurs est ana logue à celui représenté sur la fig. 1) l'air d'entraîne- ment est ]refoulé dans le canal 17 formant prolongement de l'enveloppe au moyen du ventilateur 19 commandé par le mo- teur 18. Il est avantageux de travailler avec une introduc- tion d'air de direction périphérique. Un avantage de cette disposition réside dans le fait que la poudre ne peut pas se mouiller dans le ventilateur et sur l'arbre de celui-ci, et arrive au séparateur de poussières dans un état parfait de propreté.
Il est avantageux d'établir le corps chauffant 5 de façon que la température de celui-ci croisse de bas en haut et le corps chauffant 15 de façon que la température crois- se de haut en bas. Dans les deux/cas, la température la plus élevée se trouve à l'orifice de sortie. A cet effet,dans les corps chauffants 5 et 15 sont montés plusieurs éléments chauffants de dimensions appropriées,situés à la suite les uns des autres. La tuyère peut être disposée de façon à per- mettre le changement de sa position par rapport au corps
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chauffant.
Les corps chauffants 5, 15, ainsi que les corps 7, 16, peuvent aussi être réalisés sous une forme qui s'écarte de la forme cylindrique, par exemple en forme de cônes.
Grâce au procédé conforme à l'invention,les équipements auxiliaires tels que ceux qu'on utilise dans les procédés connus,pour le préchauffage,l'épaississement préparatoire et autres buts, ne sont pas absolument nécessaires,l'encein- te de chauffage est relativement très petite et, par suite, l'ensemble de l'équipement exige peu de place et donne un bon rendement thermique . De plus, l'équipement peut être réalisé avec des dimensions appropriées au traitement de quantités de matières aussi faibles qu'on le désire.
Dans ce qui précède, on entend par l'expression "matière solide", la teneur en produit sec du liquide brut à traiter.