Procédé pour déshydrater des matières végétales. La présente invention a, pour objet un procédé pour déshydrater des matières végé- tales mises en masses relativement minces, à l'aide d'un :gaz chaud, de préférence l'air chaud. Ces matières peuvent -être, par exem ple, les cossettes (le betteraves et d'autres substances ou produits qui sont usuellement coupés en tranches ou désagrégés en vue d'un tel traitement et qui sont fréquemment sujets à être détériorés par une chaleur excessive.
La déshydratation artificielle de matières de ce genre, mais en masses relativement épaisses, a déjà fait l'objet du brevet ni 129.206, dont le procédé consiste essentielle ment à fournir de l'air chaud à la masse de matière en cours de traitement entre des li mites de température, de pression et de vo lume qui sont déterminées et coordonnées de telle sorte, pour la.
matière particulière en traitement, qu6 pratiquement le plus grand bénéfice possible est retiré des propriétés d'extraction d'humidité de l'air chaud, et de telle sorte que ce dernier passe successive ment, pendant son parcours dans ladite masse et au cours de son refroidissement par l'ab sorption d'humidité, par des températures op tima pour cette matière pour les réactions exothermiques naturelles d'oxydation chi miques et bactériologiques et de respiration, tout en.
retardant au cours du séchage le tas sement naturel de la masse de matière, les dites réactions exothermiques étant rapide ment provoquées et graduellement éliminées, le volume étant tel qu'il maintient lesdites réactions exothermiques et qu'il empêche une condensation dans les parties externes de la dite masse et la pression étant telle qu'elle fasse passer le volume requis à travers ladite masse malgré les variations de résistance dues au tassement, par quoi,
la chaleur natu relle d'oxydation est avantageusement uti lisée pour aider l'air à chauffer la masse de matière et cette dernière est déshydratée ef fectivement à un fort degré. Lorsque la matière est traitée sous forme de masses relativement minces, le tassement de cette matière et les effets qui en résultent dépendent dans une grande mesure des con ditions particulières dans lesquelles le trai tement est effectué et varient considérable ment avec ces conditions.
Ainsi, par exemple, quand la matière est traitée sous forme d'une colonne ou d'une paroi verticale fixe, le de gré clé tassement est proportionnel à la hau teur de cette colonne ou de cette paroi, tan dis que lorsque la matière est traitée sous forme d'une couche horizontale, que cette cou che soit au repos ou en mouvement, le tas sement est limité pair l'épaisseur de la. couche cl'où il résulte que ses effets sont notablement diminués et pratiquement négligeables dans le cas d'une couche horizontale relativement mince.
Que la matière soit traitée sous les formes susdites ou sous la forme d'une masse descendante qui se sèche progressive ment au cours de son mouvement, le traite ment de cette matière est influencé dans une mesure plus grande par le degré de contrac tion ou de retrait et par les variations de porosité ou de perméabilité dues au chauf fage et au séchage qui ont lieu dans la masse, ou couche de matière.
Par contre, les réactions exothermiques qui sont produites pair des causes naturelles subordonnées à l'état physiologique de la ma tière elle-même et à la présence d'humidité dans cette matière ont lieu d'une façon indé pendante des divers modes de traitement qui ont été spécifiés, quoique la mesure dans la quelle ces réactions ont lieu, soit subordon riée à l'épaisseur de la .e.ouche @de matière et varie avec cette épaisseur, les effets produits par lesdites réactions étant diminués de fa çon appréciable dans le cas d'une couche ou d'une masse relativement mince.
Toutefois, la façon dont ces réactions exothermiques li initées ou abrégées ont lieu dans la masse ou couche de matière, est gouvernée par l: façon dont le gaz est fourni à la matière; comme le gaz est contraint à passer à tra vers l'épaisseur de la matière, que ce soit d'une façon continue à travers la masse en- tière ou par reprises à travers des parties suc cessives de cette masse, lesdites réactions ont lieu dans ides zones sensiblement parallèles, verticales ou horizontales., suivant que la, ma tière en cours de traitement est sous forme d'une colonne ou d'une paroi ou sous forme d'une couche horizontale.
Toutefois, on a trouvé que la déshydrata tion artificielle de substances ou produits vé gétaux organiques sous forme de masses d'épaisseur relativement faible peut, en dé pit de l'influence susmentionnée du mode (le traitement sur les effets du tassement et des réactions exothermiques, être réalisée avec succès pair un procédé convenablement équili bré basé sur certains facteurs spécifiques qui dépendent principalement de la composition et des propriétés de la matière à traiter ou de la nature du produit final.
Le procédé de déshydratation, objet de la présente invention, est caractérisé en ce due la température à laquelle le ga.z chaud est fourni à la matière traitée et le temps pen dant lequel ledit gaz paisse à travers cette dernière, sont tels que l'humidité superfi cielle et interne de la matière est enlevée aussi vite ,que possible, sans cependant que la chaleur transmise dudit gaz à ladite ma tière n'excède la chaleur absorbée pair l'éva poration .de l'humidité, à n'importe quelle phase (le la déshydratation,
.d'une quantité pouvant provoquer un chauffage nuisible de cette matière pour sa teneur particulière en humidité<B>à</B> la phase considérée, et en ce que l'épaisseur de la matière traitée est telle que le gaz en sort saturé à une température aussi haute que possible pour ladite température d'arrivée pendant au moins la majeure par tie de la durée de la déshydratation, le gaz étant fourni â la matière sous un volume dé pendant de ladite température de sortie et de ladite durée de la déshydratation et sous une pression réglée selon les variations de la per méabilité de ladite épaisseur de matière pen dant la déshydratation,
le tout de telle sorte que la matière soit déshydratée économique ment et avantageusement, sains que n'importe quel effet nuisible se produise sur la matière elle-même ou sur le produit qui en résulte.
Dans ce qui suit, on n'a considéré que l'oemploid'air chaud:, comme gaz de @déshy- dratation, mais il est néanmoins en tendu que d'autres gaz, tels que par exemple des gaz .de combustion de carneaux ou de fours, peuvent être employés dans ce but.
Dans une déshydratation avec de l'air traversant la masse, le degré d'économie de la déshydratation est influencé dans une grande mesure par le mode de traitement particulier auquel la matière est soumise, 1'efficacit;é de cette opération dépendant principalement de la température et du degré de saturation aux quels l'air s'échappe de la, matière et variant directement avec ces facteurs.
Toutefois, l'air ne peut pas être ordinairement évacué saturé L une température d'échappement élevée sans appliquer une température initiale correspon- da.nte élevée qui serait dans la plupart des cas dangereuse ou nuisible pour la matière ou son produit final.
La, température de l'air peut néanmoins être augmentée considérable ment, et l'économie de la déshydratation peut, par conséquent, être notablement améliorée, en traitant la matière sous forme de masses recevant un mouvement continu ou intermit tent au cours du traitement, et en faisant pas ser l'air par intermittence à reprises succes sives à travers des parties consécutives de la.
masse de matière, de façon que celle-ci, pen dant son mouvement, soit séchée par phases successivement progressives, l'air étant d'a bord délivré à la matière la plus sèche et s'échappant finalement à travers la, matière la plus mouillée, étant réchauffé à des tem pératures convenablement croissant entre ses passages successifs à travers la matière. L'air le plus chaud se trouvant en présence de la matière la plus humide, il n'y a pas de risque de détérioration de cette dernière.
De cette manière, l'humidité superficielle de la matière peut être éliminée rapidement à des températures relativement élevées qui se raient dangereuses ou nuisibles lors d'un traitement sans mouvement continu ou in- termitànt. La teneur en humidié de la ma- tière peut être ainsi diminuée efficacement et sûrement au pourcentage requis à des tem pératures progressivement décroissantes.
La, ou les températures maximum auxquelles l'air chauffé peut & re -délivré à la matière en cours de traitement dépendant par conséquent de la nature particulière de la matière envisagée ou de son produit final et du mode de trai tement particulier auquel cette 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 façon continue à travers l'épais seur de la masse entière, la température ini tiale est forcément limitée au point dangereux ou critique auquel la matière envisagée peut être chauffée en toute sécurité.
Lorsque la matière est traitée pendant qu'elle reçoit un mouvement continu ou intermittent et que l'air est conduit: à reprises à travers cette ma tière de la façon susmentionnée, quoique la température initiale appliquée pour le pre mier passage de l'air soit encore limitée par l e risque de détériorer la matière, les tempé ratures subséquentes appliquées pour les! pas sages restants<B>de</B> l'air peuvent néanmoins être élevées en toute sécurité à des limites -de plus en plus élevées pourvu que ces limites de tempéra ture soient réglées selon le degré d'humidité de la matière avec laquelle l'air entre succes sivement en contact.
En outre, quand la ma tière est remuée ou mélangée au cours du traitement, les températures auxquelles l'air est délivré à cette matière peuvent être éle- v6es en toute sécurité à des valeurs encore plus hautes, suivant le degré de brassage ou de mélange de la matière et le degré auquel des surfaces ou parties fraîches de cette ma tière sont continuellement exposées à l'action de l'air chauffé.
La température à laquelle l'air est fourni à la matière, comme indiqué ci-dessus, est appelée dans la description suivante ,,tempé-. rature d'entrée".
Le caractère avantageux de la déshydra tation, abstraction faite de la nature particu lière de la matière, est principalement Tégi 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 est soumise à l'action de l'air chaud est alors déterminé et réglé par le -degré ,auquel., ci la rapidité avec laquelle, la matière particu lière se détériore et par les effets nuisibles ainsi produits sur la matière elle-même ou sur le produit final qui doit en être obtenu. D'ans le cas d'une matière qui se détériore ainsi à une vitesse relativement grande, il convient par conséquent que la durée du traitement soit réduite à la période la.
plus courte pos sible, ou que la vitesse de déshydratation soit portée à la va-leur la plus grande possible, compatibles avec la nécessité d'éviter -des ef fets nuisibles sur la matière ou son produit final.
Par conséquent, le caractère avanta geux .de la !déshydratation est encore influencé d'une façon appréciable par n'importe quel mode de traitement particulier et peut être aussi amplifié considérablement en traitant <B>là</B> matière pendant qu'elle est animée d'un mouvement continu ou intermittent et en fai sant passer l'air à reprises à travers des frac tions successives de la, matière, de la façon précédemment décrite.
De cette façon, on peut enlever plus .de la moitié de la teneur totale en humidité de la matière pendant le dernier passage de l'air â travers la matière fraîche, et les effets nui sibles de la détérioration, qui sont générale ment directement proportionnels à. la quantité d'humidité présente, peuvent être éliminés plus rapidement.
Le volume d'air chaud délivré à la. ma tière est déterminé par le poids d'air, à un certain degré d'humidité et à l'une des tempé ratures d'entrée admissibles, qui est néces saire pour éliminer la quantité requise d'hu midité de la quantité de matière en cours die traitement dans le temps pendant lequel cette matière est soumise à l'action de l'air chaud. Par conséquent, ce volume dépend de la tem pérature particulière @à laquelle l'air est éva cué 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 diminué d'une façon propor tionnée au degré auquel la température d'é chappement de l'air saturé peut être augmen tée. Inversement, pour un volume donné, la durée ou vitesse de déshydratation peut, d'une façon correspondante., être .diminuée ou aug mentée dans le même rapport. Si l'an utili sait un volume d'air chaud sensiblement plias petit que celui dont il est question ci-dessus, la durée de la déshydratation serait aug mentée et sa vitesse retardée, à un degré qui nuirait à la matière elle-même ou à son pro duit;
par contre, un volume exagérément grand ne produirait pas une saturation effec tive de l'air d'échappement et exigerait l'ap plication 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 traversée par l'air chaud est princi palement influencée par la composition de la matière particulière eu égard à, la résistance offerte à cette matière par le passage de l'air.
La résistance de la matière dépend de sa po rosité ou de sa perméabilité et dépend des effets que le retrait auquel la matière est sou mise pendant le cours du traitement a sur cette propriété, lesdits effets produisant presque invariablement une augmentation de la porosité ou perméabhlité d'une façon pro portionnée au degré de retrait qui se produit.
En outre, la porosité ou la perméabilité de la matière particulière est influencée par la grosseur et la forme des tranches ou frag ments sous forme desquels la, matière a. été divisée en vue du traitement, de sorte que ladite 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 con ditions mentionnées ci-dessus se rapportant à la température, au temps et au volume, en sorte à l'état saturé à la température d'échap pement la plus élevée qu'il est possible d'ob tenir 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 sensiblement plus pe tite que celle dont<B>dl</B> vient d'être question, on ne pourrait pas obtenir un degré satisfai sant de saturation de l'air à la sortie;
par contre, une épaisseur excédant notablement l'épaisseur correcte augmenterait exagéré ment la durée de la déshydratation et dimi nuerait la température d'échappement de l'air pendant la première phase du procédé, ce qui aurait comme résultat la production possible d'une condensation dans les couches externes de matière et d'effets nuisibles sur la matière elle-même ou son produit.
La pression à laquelle l'air chaud est dé livré à la matière est déterminée par l'énergie nécessaire pour faire passer un volume d'air de .1a 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 résis tance due à l'épaisseur particulière de la ma tière, résistance influencée comme il a été dit précédemment par la porosité ou la perméabi lité, et de la vitesse que doit posséder l'air passant :à travers la matière.
Pour une épais seur donnée de la masse de matière et une vi tesse donnée de l'air, la pression peut,- par conséquent, être diminuée d'une façon propor tionnée au degré auquel la résistance de la matière peut :être diminuée.. Inversement, pour une pression donnée, l'é=paisseur de ma tière ou la vitesse de l'air peuvent être aug mentées d'une façon correspondante dans le même rapport.
On voit, par conséquent, que tous les fac teurs 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 et leur coordination appro- priées, ainsi qu'il a été dit plus haut,
sont essentielles pour assurer la déshydratation la plus avantageuse et la plus économique de la matière et que tout écart radical ou im- portant par rapport à ces conditions appro priées déséquilibrerait le traitement entier et nuirait à son efficacité.
Voici, à titre d'exemple, comment on peut appliquer le présent procédé à la déshydra tation des betteraves destinées à l'extraction t112 sucre.
Les données et faits suivants qui con cernent la betterave :à sucre et qui dépendent de la composition. et des propriétés de la ma tière et de la nature de son produit, peuvent être déterminés par les connaissances géné rales ou par l'expérience.
Pour éviter des ef fets nuisibles sur .la teneur en sucre de la ma tière, il ne faut pas que la betterave elle- même à l'état humide soit chauffée dans sa masse 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 cossettes, à se décomposer et se détériorer na turellement, en présence d'humidité,
à une vi tesse 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 fonc tion de la température, de l'humidité et du temps et serait augmentée d'au moins 50 %, si l'on doublait la durée du traitement, il convient d'accélérer la déshydratation autant que possible sans toutefois élever la tempé rature de la betterave au-dessus du susdit point dangereux 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 préférablement encore plus réduit. On a trouvé que toute quantité ou poids de cossettes usuellement soumis au trai tement peut être déshydraté économiquement et avantageusement en 45 minutes.
En ce qui concerne la porosité ou perméabilité, la ré sistanee naturelle offerte par les cossettes au passage de l'air chaud est notablement in- fluencée par leur retrait au cours de la déshy dratation, le retrait étant voisin de 50 après le séchage et la résistance pendant le: séchage diminuant graduellement avec la di minution 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 correspon dante de la durée du traitement en décou pant les betteraves en cossettes minces en forme de tuile faitière, la surface de matière exposée à l'air par unité de poids étant ainsi augmentée dans la mesure la plus grande pos sible.
Lorsque la betterave est traitée au repos, que ce soit sous forme d'une colonne ou pa roi ou. sous forme d'une couche horizontale, et qu'on fait passer l'air d'une façon continue de la manière habituelle à travers l'épaisseur de la masse entière, la déshydratation est effec tuée de la façon la. plus avantageuse et la plus économique en faisant passer l'air à une température d'entrée comprise entre 82 e1:
100 C à travers une épaisseur de matière de 20 à 30 centimètres, et il est ainsi possible, dans ce mode<B>de</B> traitement, d'évacuer l'air de la matière à l'état saturé à une tempéra ture de sortie de 27 à<B>32'</B> C pendant un temps variant du tiers aux deux tiers de la durée totale du traitement, selon l'épaisseur de la masse de matière traitée.
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 sus mentionnées, si l'on applique un volume tI'air saturé à, 10-1.5,5 C avant chauf fage, équivalent à 550-650 kilos d'air par minute et par tonne de betteraves, et à pres- sion. initiale, mesurée en hauteur d'eau dans le conduit d'alimentation d'air, variant entre 38 mm et 65 mm et produisant une vitesse de l'air à la sortie,
.de 70 à 85 mètres par mi nute. Toutefois, par suite du retrait de la, ma Hère et des changements que subit la poro sité ou perméabilité de cette matière pendant le séchage, cette pression initiale peut être graduellement réduite, .à mesure que le trai- tement s'accomplit, par un réglage convena ble de l'énergie motrice employée pour chas ser l'air à travers la matière, jusqu'à une pression finale de 110 à 18 mm de hauteur d'eau, sans diminuer la vitesse de sortie de l'air ou,sans augmenter la.
durée de la, déshy dratation. Si la pression 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'ef fectue pendant que cclle-ci est .animée d'un mouvement continu ou intermittent, et que l'air est conduit à plusieurs reprisses, comme indiqué ci-dessus, à travers ladite matière de façon que celle-ci soit progressivement sé chée, par exemple, @en trois phases successives sensiblement égales en durée, les températu res d'entrée respectives de l'air pour les di vers passages de la matière, en supposant que chaque passage soit effectué à une tempé rature moyenne ou sensiblement constante, ne doivent guère dépasser<B>100'</B> C pour le passage à travers la matière presque sèche,
<B>110'</B> C pour le passage ,à travers la matière partiellement sèche et<B>127'</B> C pour le pas sage à travers la matière fralche. 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 directement.
proportionnelles au degré d'humidité présent dans la matière, les ré sultats les plus satisfaisants sont obtenus en utilisant des températures d'entrée qui sont graduées de 88 à 104' C pour le passage ;à travers la matière sèche, de 104 à 121 C pour le passage à travers la matière partiel lement séchée et de 121 à 160 C pour le pas sage à travers la matière fraîche.
Avec une alimentation d'air aux températures moyen nes ou graduées spécifiées, la déshydratation est effectuée de la façon la plus avantageuse et la plus économique en empilant la matière fraîche sur une hauteur variant de 12,7 à 22,8 centimètres, et il est ainsi possible d'é- vacuer l'air sortant de la matière fraîche à un état de saturation constant -à une tempé rature de sortie de 48 à 49 C pendant toute la durée du traitement continu, et d'enlever de 50 à 65 % die 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 températures d'entrée et de sortie et d'une épaisseur de matière telles que celles mentionnées, en appliquant un volume d'air saturé à 21-27 C avant le chauffage, équi valent ià 200-280 kg d'air par minute et par tonne de betteraves., et une pression initiale ou totale, mesurée en hauteur d'eau dans le conduit d'alimentation d'air, variant de, 2,5 à 5 centimètres et produisant une vitesse de l'air,
à la sortie, .de 55 à 70- mètres par minute. La pression initiale ou totale et -la. vitesse d'é chappement de l'air dans. ce mode de traite ment sont maintenues sensiblement aux mê mes valeurs que celles mentionnées pendant toute la durée du procédé continu, bien que les pressions respectives nécessaires pour ef fectuer les divers passages varient, bien en tendu, suivant les variations qui se produisent dans la résistance de la matière pendant son séchage progressif, la pression pour le pre mier passage étant approximativement 25 % de celle du dernier passage.
On voit que ce dernier mode de traitement, en comparaison avec le traitement stationnaire précédemment considéré, permet d'utiliser un volume d'air beaucoup plus petit, tout en obtenant sensi blement le même effet parce que la tempé rature de sortie qui peut être atteinte est beaucoup plus élevée et que la pression to tale de la force motrice qu'il exige est beau coup plus faible, bien que l'air soit conduit trois fois là travers la couche de matière.
La détermination :et la coordination pré cédemment spécifiée des divers facteurs ou conditions relatifs au traitement de la bette- rave en mouvement sont applicables à tous les modes de traitement de la matière, que celle-ci soit, par exemple, contrainte à des cendre sous .l'action de la pesanteur, ou qu'elle soit conduite d'une façon continue sur un transporteur ou courroie mobile ou en succession sur trois transporteurs ou cour roies mobiles - superposées, ou qu'elle soit déplacée dans des plateaux, cuvettes,
etc. dis tincts â l'intérieur d'une -ou plusieurs cham bres de séchage. Toutefois, il est bien en tendu que les températures d'entrée sus mentionnées pourraient être augmentées pro portionnellement, dans le, cas du passage à travers la matière fraîche, jusqu'à un maxi mum de 204' C, par exemple, si l'on re muait ou mélangeait la matière fraîche au cours du traitement;
et il -est aussi bien en tendu que la matière pourrait être empilée, quel que soit le genre de traitement, à des hauteurs plus :grandes -que celles spécifiées plus haut si l'on augmentait d'une façon cor respondante la pression initiale ou totale pour produire la vitesse d'échappement re quise de l'air. On remarquera qu'une telle augmentation de l'épaisseur de la couche de matière exigerait l'application d'une force motrice plus grande sans utilité et nuirait par conséquent à l'économie du procédé et à son efficacité.