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"Procédé perfectionne pour déshydrater des végétaux de caractère organique."
La présente invention concerne un procédé pour déshydrater des végétaux de caractère organique, plus spé- cialement applicable dans les cas où ces substances ou pro- duits sont mis en tas ou en piles pour être traités au moyen d'un agent de dessication artificielle tel que l'air chaud.
On a constaté que la déshydratation artificielle d'une masse de matière végétale composée par exemple de cé- réales, de fourrage ou d'autres plantes fraîches, est régie principalement par le tassement de la masse et que le degré ce déshydratation dépend en grande partie du degré de tas-
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sement et du temps que celui-ci exige pour se produire. De l'examen du tassement d'une masse de matière de ce genre, il ressort que ce tassement varie de zéro à la partie supé- rieure à un maximum à la partie inférieure de la masse et produit dans celle-ci une réaction qui dépend principale- ment de la pression et de la température auxquelles l'air chaud est introduit et réparti dans cette masse de matière.
On a aussi constaté que la déshydratation artifi- cielle d'une masse de matière du genre indiqué est affectée de façon appréciable par le caractère animé de la matière qui dépend de sa condition physiologique et des moyens na- turels qui font mourir la plante, et qu'il se produit pendant la déshydratation certains effets, dûs à des causes natu- relles, qui constituent des facteurs importants du traite- ment satisfaisant de la masse de matière, en outre de l'ef- fet de l'évaporation artificielle qui est produite par l'air chaud.
Les effets naturels mentionnés ci-dessus sont pro- duits par un certain nombre de réactions physiques ou phy- siologiques et de réactions chimiques qui se produisent dans la masse de matière. Ces réactions physiques ou physiologi- ques comprennent l'exsudation et la transpiration, en plus de la réaction due au tassement.
On a constaté que l'exsuda- tion, c'est-à-dire l'expulsion de l'humidité contenue dans la matière sous forme liquide, varie directement avec le degré du tassement produit et la pression qui en résulte, et que la transpiration, c'est-à-dire l'évacuation de l'humidité de la plante fraîche sous forme de vapeur, varie directe- ment avec des facteurs physiques tels que la vitesse du dépla- cement de l'air chaud à, travers la masse de matière, le pour- centage d'humidité de l'air chaud arrivant à la matière et des conditions déterminées de température.
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Les réactions chimiques mentionnées ci-dessus com- prennent la respiration) l'action bactérienne et l'oxydation chimique et sont du genre des réactions exothermiques ayant pour résultat la production de chaleur. On a constaté que la quantité de chaleur ainsi produite dépend des facteurs ou conditions suivantes.
La respiration, ou le dégagement d'é- nergie par l'organisme vivant dû à la combustion d'hydra- tes de carbone, produit une certaine chaleur d'oxydation qui se dégage jusqu'à, ce que la céréale ou plante s'échauffe et atteigne la température à laquelle elle meurt, L'action bac- térienne, due au développement de bactéries en présence de l'humidité, produit une quantité de chaleur d'oxydation qui s'accroît matériellement lorsqu'est atteinte la phase à la- quelle les organismes colibacillaires cessent d'agir et les bacilles générateurs de chaleur commencent à se développer.
L'oxydation chimique, due à la présence d'eau et à, la com- binaison du -carbone avec l'oxygène, produit une quantité de chaleur d'oxydation qui varie avec la température à la- quelle la réaction s'effectue et augmente considérablement quand cette température s'élève.
Une étude de ces réactions naturelles a montré qu'elles se produisent dans la masse de matière de la fa- çon décrite ci-dessous, et que les effets de ces réactions sont matériellement influencés par les conditions dans les- quelles l'air chaud est introduit dans cette masse de matière.
Comme l'air chaud est habituellement introduit au centre de la masse de matière et distribué de la dans celle-ci, cette masse est progressivement chauffée concentriquement et il en résulte que ses parties centrales atteignent rapidement la température de l'air introduit et qu'il faut quelques heures avant que les parties périphériques de la masse at-
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teignent cette température. L'évaporation artificielle pro- duite par l'air chaud s'effectue donc en une zone concentri- que qui s'étend graduellement vers la surface extérieure de la masse au fur et à mesure de la progression du traitement.
Les parties restantes plus froides de la masse sont entre- temps sous l'influence des réactions chimiques mentionnées ci -dessus, qui se produisent dans des zones concentriques séparées suivant les différentes conditions de température et de pression qui prévalent autour de la zone d'évapora- tion artificielle, ces dernières zones concentriques -étant repoussée vers l'extérieur et éliminées graduellement à mesure que la zone d'évaporation artificielle $*étend comme on l'a dit ci-dessus et la masse périphérique graduellement chauffée aux diverses températures auxquelles ces réactions cessent respectivement de se produire.
La chaleur d'oxyda- tion qui est produite par les réactions exothermiques com- me on l'a dit ci-dessus, aide ainsi chauffer la masse de matière jusqu'à un degré qui dépend principalement de la température initiale de l'air introduit.
Le procédé de déshydratation suivant la présente invention consiste essentiellement à commander ou régler le tassement de la masse de matière en traitement et à pro- voquer ou accélérer les réactions naturelles qui se produi- sent dans cette masse, en introduisant un agent de dessica- tion artificielle tel que l'air chaud dans cette masse de matière, dans des limites de température, de pression et de volume qui sont déterminées ou choisies et coordonnées de manière à augmenter le plus possible raclure de la déshydra- tation et à. utiliser le mieux possible les effets des réac- tions exothermiques.
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La température initiale de l'air chaud introduit doit être telle qu'on retire le plus grand bénéfice possi- ble de la propriété que possède l'air chaud d'extraire l'hu- midité, cette propriété étant beaucoup plus marquée aux températures élevées qu'aux basses températures, et des ef- fets calorifiques des réactions exothermiques qui sont augmentés et accélérés par l'emploi d'air à des températures plus élevées, L'avantage qu'il y a à employer une température initiale relativement élevée ressortira des considérations suivantes. En ce qui concerne l'évaporation artificielle, la quantité d'humidité extraite par un volume donné d'air chauffé a 82 C. est à peu près dix fois plus grande que celle extraite à une température initiale de 44 C.
Pour ce qui est des réactions exothermiques, la quantité de cha- leur produite par oxydation chimique à une température de 93 C. est à peu près quinze fois plus grande que celle qui est produite à 37 C. De même, la quantité de chaleur d'o- xydation due à l'action bactérienne qui commence à se pro- duire aux environs de 40 C., augmente jusqu'à ce que la tem- pérature s'élève à peu près à 51 C. lorsque les organismes colibacillaires cessent d'agir, et augmente encore au-delà de cette dernière température par suite du développement des bacilles générateurs de chaleur, jusqu'à, ce qu'une tem- pérature d'environ 70 C. soit atteinte, à laquelle les ba- cilles générateurs de chaleur cessent d'agir, et au-delà de laquelle seule l'oxydation chimique se produit.
En ou- tre, la chaleur d'oxydation due à la respiration se dégage jusqu'à ce que la matière atteigne une température d'environ 49 C., à laquelle les céréales ou plantes meurentet la res- piration cesse. Toutefois, l'air introduit ne doit pas d'au- tre part être chauffé à une température qui pourrait avoir
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un effet nuisible ou contraire sur la matière particulière en traitement ou sur le produit final de celle-ci.
La détermination ou le choix des limites de tem- pérature les plus favorables pour l'air employé au traite- ment de différentes matières est régi par les considéra- tions qui précèdent. Ainsi, dans le cas de plantes fourra- gères croissant à la surface du sol, comme le foin par exem- ple, l'effet voulu serait produit en employant une tempéra- ture initiale comprise entre 710 c. et 93 c., tandis que dans le cas de céréales susceptibles d'être détériorées par une chaleur excessive, comme le froment par exemple, on obtien- drait des résultats satisfaisants en employant une tempéra- ture initiale comprise entre 54 C. et 68 C.
Toutefois, dans le cas de certaines racines comestibles et autres pro- duits non susceptibles d'être détériorés par un excès de chaleur, l'air introduit pourrait être chauffé initialement à des températures plus élevées, de 93 C. à 1180' C. par exemple, suivant la nature et le caractère des plantes ou produits considérés. Si l'on employait une température ini- tiale sensiblement inférieure aux températures les plus basses mentionnées ci-dessus, les propriétés que possède l'air chaud d'extraire l'humidité diminueraient hors de proportion et les effets calorifiques des réactions exother- miques ne seraient pas utilisés au mieux.
Par l'emploi d'air chauffé initialement aux tem- pératures mentionnées ci-dessus, on provoque et on accélère le plus qu'il est possible la naissance des diverses réac- tions exothermiques dans la masse de matière, en zones concentriques séparées, ainsi qu'on l'a déjà expliqué, l'oxydation chimique qui a lieu dans la zone voisine de la zone intérieure d'évaporation artificielle et de respira- Ion s'effectuent dans la zone voisine de la surface exté-
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rieure de la masse de matière, tandisque l'action bacté- rienne se développe dans la zone comprise entre les zones d'oxydation chimique et de respiration,
jusqu'à ce qu'au cours de l'opération on atteigne successivement les phases auxquelles ces réactions exothermiques cessent respective- ment de se produire comme on l'a dit ci-dessus.
Le volume initial d'air chaud introduit dans la masse de matière dépend des dimensions de celle-ci et de- vrait être tel que, pour une matière contenant un maximum d'humidité, il ne se produise pas de condensation préalable dans cette masse dans les limites des températures citées plus haut. Un volume d'air compris entre 255 et 340 mètres cubes à la minute pour une masse de matière de 99 à 127,5 mètres cubes conviendrait dans la plupart des cas pour atteindre le but proposé. Si le volume était relativement moindre, il se produirait dans les parties extérieures de la masse en traitement une condensation préalable due à l'excès d'humidité et de plus, les effets de l'oxydation ne seraient pas utilisés au mieux par suite de la diminution consécutive de la quantité d'oxygène contenue dans l'air introduit.
Si, d'autre part, le volume était relativement plus grand et la température beaucoup plus basse, cela. nui- rait à l'efficacité de la déshydratation.
La pression initiale sous laquelle l'air chaud est introduit devrait être telle que la rapidité du tassement de la masse de matière diminue aussi rapidement que possible et que le volume approprié d'air mentionné ci-dessus soit introduit dans la masse suivant les variations qui se pro- duisent au cours du tassement.
Le tassement relativement rapide de la masse de matière durant la première phase de l'opération, alors que la matière est chauffée par l'air, a
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d'abord pour effet une augmentation proportionnée de la ré- sistance offerte par cette masse au passage de l'air qui la traverse ; toutefois, à mesure que le traitement se poursuit et que la dessiccation de la matière s'effectue; la résis- tance de la masse de matière diminue en rapport avec la di- minution conséquente de la vitesse de tassement et l'augmen- tation de la déshydratation qui se produisent durant les phases suivantes du procédé.
Comme l'air est habituellement aspiré à travers le réchauffeur et refoulé dans la masse de matière au moyen d'un ventilateur actionné mécaniquement, les variations de résistance dues au tassement provoquent des variations correspondantes de la force motrice néces- saire pour refouler le volume voulu d'air chaud dans la masse de matière, et des variations conséquentes du volume et de la température de cet air. Ces variations de volume et de température qui sont relativement minimes dans des conditions normales peuvent cependant être combattues ou rectifiées par l'emploi d'une pression initiale appropriée, avantageusement mesurée en hauteur de colonne d'eau et mise dans l'impossibilité de varier au-delà de certaines limites prédéterminées.
La pression initiale sous laquelle l'air doit être in¯roduit dépend aussi jusqu'à un certain point, en dehors des précédentes considérations, de la teneur en humidité de la salière et devrait être plus forte dans le cas de ma- tières relativement mouillées que dans le cas de matières relativement sèches, proportionnellement au pourcentage d'humidité existant. Lorsqu'on emploie un moteur de 12 à 20 HP pour actionner un ventilateur du type à simple et- fet, on obtiendra des résultats satisfaisants dans la plu-
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part des cas en employant une pression initiale comprise entre 3,75 et 7,5 centimètres de colonne d'eau dans la con- duite amenant l'air à la masse de matière.
Si les variations mentionnées ci-dessus et dues au tassement étaient telles qu'elles dépassent de façon excessive la limite inférieure ou supérieure de l'échelle de pressions indiquée ci-dessus, la force motrice actionnant le ventilateur devrait être variée de façon correspondante de manière à maintenir la pres- sion dans les limites indiquées. Toutefois, dans le cas où l'on emploie un moteur plus puissant et où la capacité du réchauffeur est suffisamment grande, la pression pour- rait être élevée jusque par exemple 10 cm. de colonne d'eau, mais le volume devrait alors être augmenté dans une propor- tion correspondante.
Si l'on utilisait une pression sensiblement plus faible que la moins forte des pressions indiquée ci-dessus, l'augmentation conséquente du tassement aurait pour effet' de diminuer le volume d'air au point de provoquer une pré- condensation; cette augmentation du tassement aurait en ou- tre pour effet de diminuer la vitesse de déplacement de l'air à travers la masse de matière et la rapidité de la déshydra- tation de celle-ci, et tout le procédé, dont l'efficacité dépend des relations mutuelles de tous ces -facteurs et con- ditions, serait déséquilibré.
L'efficacité du procédé est augmentée par l'emploi d'air chauffé de manière à posséder un coefficient d'absorp- tion élevé et un faible pourcentage d'humidité) et débité dans des conditions assurant une distribution égale et une pénétration uniforme de l'air dans toute la masse de matière.
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"An improved process for dehydrating plants of an organic character."
The present invention relates to a process for dehydrating plants of an organic character, more especially applicable in cases where these substances or products are piled up or in piles to be treated by means of an artificial drying agent such as. hot air.
It has been found that the artificial dehydration of a mass of plant material, for example composed of cereals, fodder or other fresh plants, is governed mainly by the compaction of the mass and that the degree of this dehydration depends largely of the degree of tas-
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sement and the time it takes to happen. From the examination of the settlement of a mass of material of this kind, it appears that this settlement varies from zero at the upper part to a maximum at the lower part of the mass and produces in it a reaction which depends mainly from the pressure and temperature at which hot air is introduced and distributed in this mass of material.
It has also been found that the artificial dehydration of a mass of material of the kind indicated is appreciably affected by the liveliness of the material which depends on its physiological condition and on the natural means which kill the plant, and that certain effects occur during dehydration, due to natural causes, which are important factors in the satisfactory treatment of the mass of matter, in addition to the effect of artificial evaporation which is produced by hot air.
The natural effects mentioned above are produced by a number of physical or physiological reactions and chemical reactions which take place in the mass of matter. These physical or physiological reactions include exudation and sweating, in addition to the reaction due to compression.
It has been found that the exudation, that is to say the expulsion of the moisture contained in the material in liquid form, varies directly with the degree of compaction produced and the pressure which results therefrom, and that the transpiration, that is, the removal of moisture from the fresh plant in the form of vapor, varies directly with physical factors such as the speed of movement of hot air through the mass of matter, the percentage of humidity of the hot air reaching the matter and determined temperature conditions.
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The chemical reactions mentioned above include respiration) bacterial action and chemical oxidation and are of the type of exothermic reactions resulting in the production of heat. It has been found that the amount of heat thus produced depends on the following factors or conditions.
Respiration, or the release of energy by the living organism due to the combustion of carbon hydrates, produces a certain heat of oxidation which is given off until the cereal or plant s' heats up and reaches the temperature at which it dies. The bacterial action, due to the development of bacteria in the presence of humidity, produces a quantity of heat of oxidation which materially increases when the phase at the - when the colibacillary organisms cease to act and the heat-generating bacilli begin to develop.
Chemical oxidation, due to the presence of water and the combination of carbon with oxygen, produces a quantity of heat of oxidation which varies with the temperature at which the reaction takes place and increases considerably when this temperature rises.
A study of these natural reactions has shown that they occur in mass of matter in the manner described below, and that the effects of these reactions are materially influenced by the conditions under which hot air is introduced into this mass of matter.
As hot air is usually introduced to the center of the mass of matter and distributed therein, this mass is gradually heated concentrically and as a result its central parts quickly reach the temperature of the introduced air and that it takes a few hours before the peripheral parts of the mass have
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tint this temperature. The artificial evaporation produced by the hot air therefore takes place in a concentric zone which gradually extends towards the outer surface of the mass as the treatment progresses.
The remaining colder parts of the mass are meanwhile under the influence of the chemical reactions mentioned above, which occur in separate concentric zones according to the different temperature and pressure conditions which prevail around the evaporator zone. - artificial tion, these latter concentric zones - being pushed outwards and gradually eliminated as the zone of artificial evaporation $ * expands as said above and the peripheral mass gradually heated to the various temperatures at which these reactions respectively cease to occur.
The heat of oxidation which is produced by the exothermic reactions as stated above, thus helps to heat the mass of matter to a degree which depends mainly on the initial temperature of the introduced air. .
The dehydration process according to the present invention consists essentially in controlling or regulating the settlement of the mass of material being treated and in causing or accelerating the natural reactions which take place in this mass, by introducing a drying agent. artificial such as hot air in this mass of matter, within limits of temperature, pressure and volume which are determined or chosen and coordinated so as to increase the scraping of the dehydration as much as possible and to. make the best possible use of the effects of exothermic reactions.
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The initial temperature of the hot air introduced must be such that the greatest possible benefit is obtained from the property which the hot air possesses of extracting moisture, this property being much more marked at high temperatures. than at low temperatures, and from the calorific effects of exothermic reactions which are increased and accelerated by the use of air at higher temperatures. The advantage of employing a relatively high initial temperature will be apparent from following considerations. With regard to artificial evaporation, the amount of moisture extracted by a given volume of air heated to 82 C. is about ten times greater than that extracted at an initial temperature of 44 C.
As for exothermic reactions, the amount of heat produced by chemical oxidation at a temperature of 93 C. is about fifteen times greater than that produced at 37 C. Likewise, the amount of heat d Oxidation due to bacterial action which begins to occur at around 40 C. increases until the temperature rises to approximately 51 C. when the colibacillary organisms cease to 'act, and rises further above the latter temperature as a result of the development of the heat-generating bacilli, until a temperature of about 70 C. is reached, at which the generating baskets of heat cease to act, and beyond which only chemical oxidation occurs.
In addition, the heat of oxidation due to respiration is given off until the material reaches a temperature of about 49 C., at which the cereals or plants die and the respiration ceases. However, the introduced air must not on the other hand be heated to a temperature which could have
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a detrimental or adverse effect on the particular material being processed or on the final product thereof.
The determination or selection of the most favorable temperature limits for the air used for the treatment of different materials is governed by the foregoing considerations. Thus, in the case of forage plants growing on the surface of the soil, such as hay, for example, the desired effect would be produced by employing an initial temperature of between 710 c. and 93 c., while in the case of cereals susceptible to deterioration by excessive heat, such as wheat for example, satisfactory results would be obtained by employing an initial temperature of between 54 C and 68 C .
However, in the case of certain edible roots and other products not susceptible to deterioration by excess heat, the introduced air could be heated initially to higher temperatures, from 93 ° C. to 1180 ° C. per example, depending on the nature and character of the plants or products considered. If an initial temperature appreciably lower than the lower temperatures mentioned above were employed, the properties of hot air of extracting moisture would diminish out of proportion and the calorific effects of exothermic reactions would not. would not be used at best.
By the use of air initially heated to the above-mentioned temperatures, the birth of the various exothermic reactions in the mass of matter, in separate concentric zones, is caused and accelerated as much as possible. as already explained, the chemical oxidation which takes place in the area adjacent to the inner area of artificial evaporation and respiration takes place in the area adjacent to the outer surface.
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of the mass of matter, while the bacterial action develops in the zone between the zones of chemical oxidation and respiration,
until, during the operation, the phases are successively reached at which these exothermic reactions respectively cease to occur as mentioned above.
The initial volume of hot air introduced into the mass of material depends on the dimensions of the latter and should be such that, for a material containing a maximum of humidity, no prior condensation occurs in this mass in the temperature limits mentioned above. An air volume of between 255 and 340 cubic meters per minute for a mass of matter of 99 to 127.5 cubic meters would be adequate in most cases to achieve the proposed goal. If the volume were relatively less, there would be in the outer parts of the mass under treatment a prior condensation due to excess humidity and moreover, the effects of oxidation would not be utilized to the best as a result of the consequent decrease in the quantity of oxygen contained in the introduced air.
If, on the other hand, the volume was relatively larger and the temperature much lower, that. would interfere with the effectiveness of dehydration.
The initial pressure under which the hot air is introduced should be such that the rate of settling of the mass of material decreases as quickly as possible and that the appropriate volume of air mentioned above is introduced into the mass according to the variations which occur during settlement.
The relatively rapid settling of the mass of material during the first phase of the operation, as the material is heated by air, has
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first, the effect of a proportionate increase in the resistance offered by this mass to the passage of the air which crosses it; however, as processing continues and the material is dried; the strength of the mass of material decreases in relation to the consequent decrease in the rate of compaction and the increase in dehydration which occurs during subsequent stages of the process.
As air is usually sucked through the heater and forced back through the mass of material by means of a mechanically operated fan, changes in resistance due to settlement cause corresponding changes in the motive force required to deliver the desired volume. hot air in the mass of matter, and consequent variations in the volume and temperature of this air. These variations in volume and temperature, which are relatively minimal under normal conditions, can however be combated or rectified by the use of an appropriate initial pressure, advantageously measured at the height of the water column and made impossible to vary at -beyond certain predetermined limits.
The initial pressure under which the air is to be introduced also depends to some extent, apart from the previous considerations, on the moisture content of the salt shaker and should be greater in the case of relatively wet materials. than in the case of relatively dry materials, in proportion to the percentage of existing humidity. When a 12 to 20 HP motor is employed to drive a single-stage type fan, satisfactory results will be obtained in most cases.
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starts with the use of an initial pressure of between 3.75 and 7.5 centimeters of water column in the duct bringing the air to the mass of matter.
If the above-mentioned variations due to settlement were such that they excessively exceed the lower or upper limit of the pressure scale indicated above, the motive force operating the fan should be correspondingly varied. to keep the pressure within the limits indicated. However, if a more powerful motor is used and the capacity of the heater is sufficiently large, the pressure could be raised up to for example 10 cm. of water column, but the volume should then be increased by a corresponding proportion.
If a pressure substantially lower than the lesser of the pressures indicated above were used, the consequent increase in settlement would have the effect of decreasing the volume of air to the point of causing pre-condensation; this increase in settlement would also have the effect of reducing the speed of movement of air through the mass of material and the rapidity of dehydration thereof, and the entire process, on which the efficiency depends. mutual relations of all these factors and conditions would be unbalanced.
The efficiency of the process is increased by the use of air heated so as to have a high absorption coefficient and a low percentage of humidity) and delivered under conditions ensuring an even distribution and uniform penetration of the air. air in all the mass of matter.