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La Société dite : ESCHER-WYSS GmbH à Ravensburg (République Fédérale d'Allemagne)
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- : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - "Installation servant au conditionnement de fractions de fèves de soja avant leur mise en flocons"
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- : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - C. I. : Demande de brevet suisse no 5748/82-1 déposée le 30 septembre 1982
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La présente invention concerne une installation servant au conditionnement de graines oléagineuses, en particulier de fèves de soja, ayant au préalable été concassées et devant être amenées à l'état de flocons après le conditionnement.
Selon un mode de traitement des fèves de soja, celles-ci sont tout d'abord, au cours d'une phase de traitement, concassées au moyen de cylindres cannelés, c'est-à-dire préparées de façon à former une fraction de fèves. Il est dans ces cas visé à obtenir, d'une fève, de 2 à 8 particules et à produire une proportion de matière fine aussi faible que possible. Après le concassage, la fraction de fèves est soumise à une phase de conditionnement. Le but de ce traitement de conditionnement est de réduire, par élévation de la température des fèves à 550 C-75 C, la viscosité de l'huile contenue dans les cellules.
Il est d'autre part attaché une importance particulière au chauffage homogène des particules de fèves de la fraction, lequel doit faire passer à un état de plasticité uniforme la fraction de fèves, initialement dure, et permettre de réduire celle-ci in situ en flocons stables, d'une épaisseur d'environ 0,3 mm, par un laminage dans des appareils à cylindres lisses, lors de la mise en flocons subséquents.
En même temps, selon les conditions de départ particulières, il doit être effectué un séchage complémentaire.
Dans chaque cas, il est nécessaire d'éliminer par séchage l'humidité superficielle ayant été produite sous l'effet du chauffage, l'humidité qui, autrement, mènerait, en aval des cylindres de mise en flocons, c'est- à-dire à l'extraction, à des altérations de la matière par cuisson ainsi qu'à des agglomérations de flocons, et qui entraînerait des difficultés de transport dans les dispositifs transporteurs et provoquerait des problèmes de percolation dans l'appareil d'extraction.
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Selon les procédés auxquels on a habituellement eu recours jusqu'à présent, on tutilise, pour cette phase de conditionnement, dans la plupart des cas, des appareils à tubes de vapeur et, plus rarement, des appareils à plateaux. Dans le cas de ces deux sortes d'appareils, le volume de réaction est relativement grand. Ceci est nécessaire en raison de la mauvaise transmission de chaleur entre les tubes ou les plateaux et les grandes surfaces de transmission de chaleur nécessaires au chauffage. Le produit est transporté dans les appareils par des moyens mécaniques. Les importantes
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dimensions des appareils-ceux-ci peuvent avoir 20 m de longueur-impliquent forcément une durée de séjour de la matière d'environ 20 minutes, ce qui mène le spécialiste de la technique à considérer cette durée comme matériellement nécessaire à un bon conditionnement.
Le transport de la matière par des moyens mécaniques dans les appareils provoque d'autre part un endommagement et un traitement non homogène du produit. Ce traitement non homogène peut être amélioré si la durée de séjour de la matière dans les appareils est prolongée, ce qui porte encore le spécialiste de la technique à concevoir et à réaliser des appareils à long temps de séjour.
Néanmoins, les résultats du traitement de conditionnement appliqué dans les appareils en usage actuellement, qui sont onéreux en ce qui concerne la construction et la consommation d'énergie et qui sont d'un encombrement considérable, ne sont pas toujours satisfaisants.
Malgré la longue durée de séjour de la matière dans les appareils, toutes les particules de la matière ne sont pas amenées à un état de plasticité homogène et, par conséquent, favorable à une bonne mise en flocons. Une partie de ces particules restent ou deviennent cassantes ou friables et sont endommagées par
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frottement. Les particules présentent, au moins en partie, une humidité de surface. Les composants huileux comme les composants albumineux de la matière à traiter ont à souffrir de la longue durée du traitement.
De plus, les appareils de mise en flocons, qui occupent une position d'aval dans l'installation, ont à souffrir du conditionnement défectueux de la matière. La matière, en partie dure, nécessite tout d'abord la mise en oeuvre d'efforts relativement importants pour pouvoir être laminées à plat en flocons, ce qui augmente la dépense d'énergie et de surveillance des appareils.
La présente invention vise à la mise au point d'une installation servant au conditionnement de la fraction de soja citée plus haut immédiatement avant la mise en flocons, et pour celle-ci, au moyen de laquelle la mise en flocons puisse être effectuée de façon plus économique que ce ne fut le cas jusqu'à présent et avec des résultats pleinement satisfaisants en ce qui concerne la qualité voulue de la matière traitée.
L'installation doit pour cela a) être plus simple et moins coûteuse, mais néanmoins mieux réglable et utilisable que les installations connues et employ- ées jusqu'à présent, b) permettre d'effectuer le conditionnement moyennant une faible dépense d'énergie, et c) donner un produit dont les particules soient traitées de façon homogène et sans être endommagées, ce qui signifie que les particules de la matière doivent être amenées à un état de plasticité homogène, ne pas être cassantes ou fria- bles et ne pas présenter d'humidité de
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surface et que les substances oléagineu- ses que ces particules contiennent ne peuvent être ni endommagées, ni alté- rées.
Les conditions qui viennent d'être énoncées sont remplies, suivant la présente invention, dans le cas de l'installation du genre indiqué dans le préambule de ce mémoire, par le fait que cette installation comporte un appareil à lit fluidisé de genre connu en soi, dans la chambre de réaction duquel sont montés des échangeurs de chaleur, appareil qui est conçu et réalisé de telle sorte que la fraction de fèves, qui y passe de façon continue, y soit chauffée de façon homogène, en un laps de temps de séjour de 4 à 8 minutes, à une température de la matière de l'ordre de 550 C à 75 C, la matière, que constitue la fraction de fèves, étant en même temps fluidisée en substance au moyen d'air.
L'installation qui fait l'objet de la présente peut fonctionner de façon particulièrement économique si elle est munie de conduits destinés à ramener au poste de fluidisation de la fraction de fèves, pour cette fluidisation, au moins une partie de l'air usé qui quitte l'appareil à lit fluidisé.
Contrairement aux conceptions qu'avait jusqu'à présent le spécialiste de la technique, il s'est avéré, de façon surprenante, que par le conditionnement effectué dans l'installation proposée par la présente invention, pour des temps de séjour sensiblement plus courts que ce n'était le cas dans les installations connues et utilisées auparavant, il pouvait être obtenu des résultats de conditionnement remarquables et des améliorations concernant d'autres conditions de qualité :
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Il est entendu par là, entre autres, une meilleure digestibilité de l'albumine en raison du peu de produits de coagulation et du peu de phosphatides
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non hydratables. Ceci permet de ne faire qu'une utilisation réduite d'adjuvants chimiques lors d'un raffinage subséquent.
Le conditionnement amélioré de la fraction de fèves, qui, selon la présente invention, a lieu dans des conditions économiques, tant en ce qui concerne la dépense en appareils qu'en ce qui concerne l'utilisation d'énergie, mène notamment aussi à la réalisation d'économies lors de la mise en flocons subséquente. La matière, traitée de façon homogène et rendue plastique, se prête à être plus facilement mise en flocons que ce n'était le cas auparavant, d'où, tout d'abord, on réalise des économies en ce qui concerne l'utilisation d'énergie et, d'autre part, les appareils de mise en flocons sont soumis à de moindres sollicitations, ce qui prolonge leur durée de vie ou permet de les fabriquer en une construction plus légère.
L'installation nécessite un espace relativement faible. Un autre avantage important qu'elle offre est sa bonne possibilité d'utilisation. Lorsqu'elle est à l'arrêt, la matière, étant donné qu'elle ne présente pas d'humidité superficielle, peut, sans risque en ce qui concerne l'agglomération redoutée de ses particules, rester dans l'appareil à lit fluidisé. Lors de la remise en marche de l'installation, la fluidisation peut être directement reprise.
Le traitement de conditionnement des fèves concassées a lieu, selon la présente invention, dans un appareil à lit fluidisé à échangeurs de chaleur incorporés. Les échangeurs de chaleur sont chauffés à la vapeur et portent le produit à la température de chauffage voulue. Les coefficients de transmission de chaleur spécifiques élevés qui sont obtenus de cette façon permettent d'apporter au produit l'énergie nécessaire au moyen d'une surface d'échangeurs de chaleur qui ne re-
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présente que 20 % de celle d'un appareil de conditionnement comparable à faisceau tubulaire. Le volume de réaction et le laps de temps de séjour de 4 à 8 minutes allant de pair avec ce volume ne représentent qu'une fraction de ce qu'ils étaient habituellement.
Le fort tourbillonnement du produit assure cependant un chauffage uniforme de toutes les particules, qui peuvent alors être laminées en flocons stables par les cylindres lisses de l'appareil de mise en flocons se trouvant en aval de l'appareil de conditionnement. Ceci peut même avoir lieu à des températures plus faibles que ce n'était le cas dans les appareils de genre connu et d'utilisation habituelle, car, étant donné le fort tourbillonnement de la matière, on obtient un traitement plus homogène du produit que ce n'était le cas jusqu'à présent. La quantité d'air nécessaire à la fluidisation est répartie uniformément sur la surface de passage par un fond à becs d'ouvertures spécial.
Le fond de passage de l'appareil à lit fluidisé est en effet garni de becs de genre connu en soi destinés à la répartition de l'air apporté pour la fluidisation, becs dans lesquels il ne peut se produire aucun dépôt de particules et qui empê- chent toute obstruction du fond.
Pour le réglage de l'amenée de l'air, il est prévu des organes d'étranglement dans les conduits de liaison. En outre, afin que soient évitées les pertes d'énergie, l'air est largement transporté dans le circuit. Le dépoussiérage de l'air est effectué à l'aide de cyclones à grande puissance. La poussière qui tombe peut être ajoutée au produit après l'achèvement du traitement. Pour l'élimination par séchage de l'humidité de surface qui se forme au cours de la marche du traitement, mais qui est indésirable, une quantité d'air convenable est admise dans le processus et en est retirée. Etant donné la brièveté du temps de séjour de
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la matière et la courte durée de diffusion qui découle de ce bref temps de séjour, le séchage est plus faible que dans le cas des appareils de la concurrence.
Un séchage plus poussé, éventuellement souhaitable, est possible sans difficulté par augmentation de la quantité d'air de remplacement. Cette quantité d'air est de l'air frais qui est aspiré de l'atmosphère, qui est chauffé au moyen de vapeur dans un registre de chauffe et qui est mélangé à l'air remis en circulation. L'air chargé d'humidité est rejeté dans l'atmosphère par une cheminée.
Les avantages que le procédé pouvant être mis en oeuvre à l'aide de l'installation qui fait l'objet de la présente invention offre sur les procédés connus et utilisés jusqu'à présent résident en ce qu'aucun élément de machine déplacé n'entre en contact avec le produit, c'est-à-dire que le produit n'est transporté dans l'appareil que sous l'effet de la fluidisation.
Ceci signifie toutefois également un chauffage très uniforme du produit, ce qui mène à des résultats remarquables. Le procédé utilise pleinement l'énergie disponible. Etant donné la transmission de chaleur directe, dans le lit fluidisé, des tubes d'échangeurs au produit, l'énergie est cédée sans perte au produit. La seule perte d'énergie qui se produise est due à l'apport et au retrait de l'énergie nécessaire au séchage, mais cette perte d'énergie est minime en comparaison de celle qui est à supporter dans le cas d'autres appareils. La fluidisation et le chauffage très homogène des particules de produit permettent d'obtenir, à de faibles températures, de bons résultats de conditionnement, c'est-àdire une bonne mise en flocons. Le court laps de temps d'exposition à ces températures assure une amélioration de la qualité de l'huile.
Etant donné les meilleurs coefficients de transmission de chaleur dans le lit
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fluidisé, on peut donner à l'installation des dimensions de construction relativement réduites, ce qui a pour effet que l'installation est de faible encombrement.
On décrira ci-après, de façon plus amplement détaillée, l'installation qui fait l'objet de la présente invention et on en expliquera en même temps le fonctionnement. On donnera la description qui suit en se référant au dessin annexé à ce mémoire, dessin dont l'unique figure, schématique, illustre un exemple de réalisation de l'installation.
L'installation de conditionnement d'une fraction de fèves de soja qui est représentée dans le dessin ci-annexé comporte un appareil à lit fluidisé 1, dans la chambre de réaction 2 duquel sont montés des échangeurs de chaleur pouvant être chauffés 3. Les échangeurs de chaleur 3 sont chauffés au moyen de vapeur de chauffage débitée par un conduit de vapeur 4, l'alimentation en vapeur des différents échangeurs de chaleur pouvant être réglée au moyen de valves 5. Un produit de condensation est amené des échangeurs de chaleur 3 à un conduit collecteur de produit de condensation 6.
La fraction de fèves de soja à soumettre au traitement de conditionnement, c'est-à-dire les fèves de soja qui ont au préalable été concassées chacune en des fragments ou particules au nombre de 2 à 8, par exemple dans des concasseurs à cylindres cannelés, est introduite de façon continue, par un conduit 7, dans l'appareil à lit fluidisé 1. Elle se dépose dans cet appareil en une couche 8, qui est fluidisée et elle s'écoule vers une sortie 9, après avoir ainsi été soumise au traitement de conditionnement. La fraction de fèves de soja ayant été soumise à ce traitement est acheminée par un conduit 10 vers des appareils à cylindres destinés à sa mise en flocons.
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La fluidisation de la couche de matière 8 a lieu au moyen d'air qui est débité par un ventilateur 11 et qui pénètre dans une boîte de distribution 12 de l'appareil à lit fluidisé 1, de laquelle, en passant par des ouvertures du fond de passage 13 de l'appareil, il entre dans la couche de matière 8, qu'il traverse, pour quitter ensuite l'appareil par un conduit à air usé 14.
En vue d'une meilleure possibilité de réglage, l'air de fluidisation est guidé par différents tronçons de conduit 15 de façon qu'il pénètre dans des chambres séparées de la boîte de distribution 12, par exemple dans la chambre désignée par le nombre de référence 12', le courant d'air étant réglé, dans les différents tronçons de conduit par des organes d'étranglement 16. La fluidisation de la couche de matière est ainsi réglée selon les nécessités le long du trajet d'écoulement de la matière dans l'appareil à lit fluidisé 1.
L'air usé, qui doit être éliminé de l'appareil à lit fluidisé 1 par le conduit 14, contient une partie de fines particules de la fraction de fèves de soja fluidisée, ainsi que de la vapeur d'eau. Le conduit à air usé 14 aboutit à des cyclones à grande puissance 17, dans lesquels les fines particules de matière qui ont été entraînées par l'air usé sont séparées de celui-ci, ces particules de matière étant extraites par un sas à roue 18', pour être ensuite par exemple ajoutées en mélange, avant la mise en flocons, à la fraction de fèves de soja ayant été soumise au traitement de conditionnement.
L'air usé, qui a en substance été débarrassé dans les cyclones des fines particules de matière qu'il contenait, est guidé par un second ventilateur, le ventilateur désigné par le nombre de référence 18, vers un appareil à branchements de répartition 19, duquel une partie de l'air usé est rejetée, par un conduit
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20, dans l'atmosphère, l'autre partie de l'air usé, en substance débarrassé des particules de matière solide qu'il contenait, étant quidée, par un conduit 21, vers le premier ventilateur dont il a été question plus haut, c'est-à-dire vers le ventilateur 11, pour être ensuite utilisée à la fluidisation de la couche de matière 8 dans l'appareil à lit fluidisé 1.
L'air de fluidisation est par conséquent transporté dans le circuit qui a été décrit plus haut, et seule, la partie qui a été séparée dans l'appareil répartiteur 19 pour être rejetée dans l'atmosphère doit être remplacée pour que le volume d'air soit suffisant.
Ce remplacement de la quantité d'air rejetée dans l'atmosphère a lieu par aspiration de l'atmosphère, par un conduit d'aspiration 22, d'un volume d'air convenable.
La température de ce volume d'air prélevé sur l'atmosphère est équilibrée dans un registre de chauffe 26 de façon qu'elle soit égale à celle de l'air de fluidisation transporté dans le circuit, auquel cet air d'apport est ajouté et mélangé en un point de mélange 23.
Pour le réglage de l'installation, il est encore utilisé des organes d'étranglement supplémentaires montés dans les conduits, organes d'étranqlement qui sont désignés par le nombre de référence 24 dans le dessin ci-annexé. Le nombre de référence 25 désigne un appareil prévu pour le réglage du chauffage des échangeurs de chaleur 3 qui sont montés dans la chambre de réaction 2 de l'appareil à lit fluidisé 1, appareil de réglage 25 qui agit par l'intermédiaire de valves 5.
L'air qui est ramené dans le circuit par le conduit 21 entraîne avec lui une quantité de poussière dont il est impossible d'obtenir la séparation dans les cyclones 17. C'est là la raison pour laquelle le fond de passage 13 de l'appareil à lit fluidisé 1 est garni de becs formant des ouvertures en fente annulaire
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de genre connu en soi (tels que ceux dont il est question dans le brevet suisse numéro 629.394 et dans la demande de brevet suisse numéro 5134/82), becs qui empêchent les particules de poussière contenues dans l'air de se déposer lorsque l'air traverse le fond 13 et qui évitent de cette manière la perturbation d'une fluidisation régulière et convenable qu'un tel dépôt pourrait provoquer.
Par ailleurs, en ce qui concerne la forme de construction de la chambre de réaction 2, l'agencement et la forme de réalisation des échangeurs de chaleur 3, le chauffage de ceux-ci, ainsi que la marche de la fluidisation et de l'alimentation de l'appareil en fraction de fèves de soja à soumettre au traitement de conditionnement, l'appareil à lit fluidisé 1 dont l'emploi caractérise l'installation est conçu, de la manière connue du spécialiste de la technique, de telle façon que la fraction de soja passe dans la chambre de réaction en y séjournant pendant un laps de temps de 4 à 8 minutes, la matière étant portée de façon homogène à une température de l'ordre de 550 C à 750 c.
Un appareil à branchements de répartition 19 pourrait également être conçu comme condenseur pour la vapeur d'eau à séparer. La chaleur de condensation ainsi récupérée pourrait par exemple être utilisée au chauffage de la quantité d'air à ramener dans le circuit d'air de fluidisation.
Il est estimé que l'installation conçue pour le traitement de conditionnement d'une fraction de fèves de soja qui est proposé par la présente invention pourrait également se prêter au traitement de conditionnement d'autres sortes de graines oléagineuses, par exemple au traitement de conditionnement de graines de coton.
Dans le cas du conditionnement des graines de coton, on a également obtenu des résultats positifs et constaté des avantages positifs aussi de ce traitement
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thermique de courte durée, qui, précisément en raison de sa courte durée, ménage la matière traitée ; en effet, lors de ce traitement, malgré la courte durée de celuici et le court temps de séjour de la matière dans l'appareil, la matière est traitée de façon homogène et elle est parfaitement chauffée pour les températures relativement peu élevées qui règnent dans la couche. Ce traitement, qui ménage la matière, a lieu ainsi sans endommagement des composants huileux et des composants albumineux de celle-ci, et il mène à un rendement relativement élevé en huile, ainsi qu'à l'obtention d'une meilleure qualité de l'huile.
De plus, on a constaté que selon ce traitement, les matières colorantes qui se trouvaient dans les graines de coton ne provoquaient plus aucune altération de couleur de l'huile extraite rendant celle-ci rougeâtre, ce qui, selon les procédés de conditionnement connus jusqu'à présent, était le cas habituel et indésirable.
Sous ce rapport, la qualité de l'huile extraite est également améliorée. Ceci est vraissembla- blement à attribuer à ce que, dans le cas du traitement homogène qui a lieu dans l'installation faisant l'objet de la présente invention, il n'y a pas de graines qui soient surchauffées, ce qui était toujours le cas jusqu'à présent et avait pour conséquence que les matières colorantes surchauffées provoquaient l'altération indiquée ci-dessus de la couleur de l'huile extraite, et, en même temps, un amoindrissement de la qualité de cette huile.