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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.
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Process perfected for dehydrating plant substances or products of an organic nature.
The present invention relates to a process for dehydrating plant substances or products of organic origin in the form of relatively thin masses using an artificial drying agent such as hot air. Such substances are, for example, beet chips and other substances or products which are usually sliced or broken up for processing and which are frequently subject to deterioration by excessive heat.
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The artificial dehydration of such material into relatively thick flakes is known as a process which essentially consists of delivering an artificial drying agent such as hot air to the mass of material being processed. between temperature, pressure and volume limits which are determined or chosen and coordinated so as to thwart or retard the conglomeration or consolidation of said mass of matter and to promote or accelerate the natural reactions therein produce, so that the rate of dehydration is increased to the greatest possible extent and the effects of exothermic reactions are utilized as advantageously as possible.
However, when the material is treated under a relatively thin body, the conglomeration of this material and the resulting effects depend to a great extent on the particular conditions under which the treatment is carried out and vary considerably with these conditions. tions.
Thus, for example, when the material is treated as a fixed vertical column or wall, the degree of congestion is proportional to the height of the column or wall, while when the material is treated as a horizontal layer, whether this layer is at rest or in motion, the conglomeration is limited by the thickness of the layer, hence its effects are notably reduced and practically negligible in the case of a relatively horizontal layer. thin.
Whether the material is processed in the above forms or in the form of a descending mass which gradually dries up during its movement, the processing of this material is influenced in a
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greater measure by the degree of contraction or shrinkage and by the variations in porosity or permeability due to heating and drying which take place in the mass or layer of material.
On the other hand, the exothermic reactions which are produced by natural causes subordinate to the physiological state of the matter itself and to the presence of humidity in this matter take place in a manner independent of the various methods of treatment which have been specified, although the extent to which these reactions take place, regardless of the period of time during which the treatment is carried out, is dependent on the thickness of the layer of material and varies with this thickness, whereby the effects produced by said reactions are also appreciably reduced in the case of a relatively thin layer or mass.
However, how these limited or abbreviated exothermic reactions take place in the mass or layer of matter is governed by how air is delivered to the matter; as air is almost invariably forced to pass through the thickness of matter, whether continuously through the whole mass or at intervals through successive parts of that mass, the said reactions take place in the colder parts of the mass in the form of substantially parallel, vertical or horizontal zones, depending on whether the material being treated is at rest or in motion and whether it is in the form of a column or wall or as a horizontal layer.
However, it has been found that artificial dehydration
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of organic plant substances or products in the form of masses of relatively small thickness, can, despite the aforementioned influence of the mode of processing on the effects of conglomeration and exothermic reactions, be carried out successfully by a suitably balanced process based on certain specific factors which depend mainly on the composition and properties of the material to be treated or on the nature of the final product.
The dehydration process according to the invention essentially consists in determining or selecting and coordinating or proportioning in such a way the conditions of temperature, volume and pressure under which an artificial drying agent such as hot air is conducted through the material, as well as the thickness of material thus traversed and the time during which the material is subjected to the action of air or other agent, that, in all modes of treatment, the material is dehydrated with the maximum economy and in the most advantageous manner and is not brought to a dangerous or harmful temperature during the course of the treatment.
The degree of economy of dehydration is influenced to a great extent by the particular mode of treatment to which the material is subjected, the efficiency of this operation depending mainly on the temperature and the degree of saturation at which the air is subjected. material escapes and varying directly with these factors. However, air cannot be discharged at a relatively high exhaust temperature and degree of saturation without applying a corresponding high initial temperature which would in most cases be dangerous or detrimental to the material or its end product. .
The air temperature can however be increased
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considerably, and the economy of dehydration can therefore be markedly improved, by treating the material in the form of masses or quantities which receive continuous or intermittent movement during the course of the treatment, and by passing the air through. certain intervals through the thickness of the mass of matter so that the latter, during its movement or displacement, is dried in successively progressive phases, the air being first delivered to the drier matter and s 'eventually escaping through the wettest material, being heated to suitably increasing temperatures between its successive passes through the material.
Thus, the surface moisture of the material can be quickly removed from relatively high temperatures which would otherwise be hazardous to the pest, and the moisture content of the material can then be effectively and reliably reduced to the required percentage. at gradually decreasing temperatures.
The maximum temperature or temperatures at which heated air can be delivered to the material being processed will therefore depend on the particular nature of the material contemplated or its end product and the particular mode of processing to which the material is subjected. Thus, when the material is treated in the form of a column or fixed wall or in the form of a fixed layer and the air is conducted continuously through the thickness of the entire mass, the temperature initial is necessarily limited to the dangerous or critical point at which the material under consideration can be safely heated.
Likewise, when the material is processed while it receives continuous movement to intermittent
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and that the air is conducted at intervals through successive fractions of this material in the aforementioned manner, although the initial temperature applied for the first passage of the air is still limited by the risk of deteriorating the material, the subsequent temperatures applied for the remaining passages of the air can nevertheless be raised in safety fault to increasingly higher limits provided that these temperature limits are set according to the degree of humidity of the material with which the air enters successively in contact.
Further, when the material is stirred or mixed during processing, the temperatures at which air is supplied to that material can be safely raised to even higher values, depending on the degree of stirring or mixing of the material. and the degree to which fresh surfaces or portions of such material are continuously exposed to the action of heated air.
In all cases, the inlet air temperature (s), hereinafter referred to as "inlet temperature", should be such that after the surface moisture of the material has been removed, the amount of heat transferred from the air to the material is not greater than that absorbed by the evaporation of moisture by an amount likely to determine an exaggerated heating of the material for the particular moisture content of that matter.
The desirability of dehydration, apart from the peculiar nature of the material, is governed primarily by the time during which the treatment is accomplished, especially when the material is subject to deterioration resulting from natural causes or damage. 'exposure to heat. The time during which the material
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is subjected to the action of the hot air is then determined and regulated by the degree to which, and the speed with which, the particular material deteriorates and by the deleterious effects thus produced on the material itself or on the product fi - nal which must be obtained from it.
In the case of a material which thus deteriorates at a relatively high rate, therefore, the treatment time should be reduced to the shortest possible period, or the dehydration rate should be increased to. the greatest possible value, consistent with the need to avoid adverse effects on the material or its final product.
Therefore, the advantageous nature of dehydration is still appreciably influenced by the particular mode of treatment and can also be greatly enhanced by treating the material while it is in continuous or continuous motion. intermittent and passing the air at intervals through successive fractions of the material as previously described. In this way, more than half of the total moisture content of the material can be removed during the last passage of air through the fresh material, and the deleterious effects of spoilage, which are usually directly proportional to the amount of moisture present, can be removed more quickly.
The volume of hot air delivered to the material is determined by the weight of air, at a certain degree of humidity and at one of the allowable inlet temperatures, which is necessary to remove the required amount of moisture from the quantity of material being treated over the time during which this material is subjected to the action of hot air. Therefore, this volume depends on the particular temperature at which
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the air is discharged in the saturated state and the time required for dehydration or the rate of dehydration.
For a given duration or speed of dehydration. the volume can therefore be decreased in some way. proportionate to the degree to which the exhaust temperature of the saturated air can be increased. Conversely, for a given volume, the duration or rate of dehydration can correspondingly be decreased or increased in the same ratio.
If a volume of hot air appreciably smaller than that referred to above were used, the duration of the dehydration would be increased, and its rate retarded, to a degree which would adversely affect the performance. material itself or its product; on the other hand, an excessively large volume would produce an effective saturation of the exhaust air and would require the application of a larger motive force without use, hence. it follows that the thermal and mechanical efficiency of the treatment would be significantly reduced.
The thickness of the mass of material which is to be traversed by the hot air is primarily influenced by the composition of the particular material having regard to the resistance afforded to that material to the passage of air. The strength of the material depends on its porosity or its permeability and depends on the effects which the shrinkage to which the material is subjected during the course of processing has on this property, the so-called effects almost invariably producing an increase in porosity or permeability. in a manner commensurate with the degree of withdrawal that occurs.
Further, the porosity or permeability of the particular material is generally influenced by the size and shape of the slices or fragments.
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in which the material has been divided for processing, so that said property of this material can also be increased by proper adjustment of these latter two factors. For a given material, the thickness can therefore be increased in proportion to the degree to which the porosity or permeability of the material can be high.
However, irrespective of the foregoing considerations, the thickness of the mass of material should be such that the hot air which passes through it under the above-mentioned conditions, having regard to temperature and volume, so as to saturated state at the highest exhaust temperature achievable during all or most of the time that the treatment is being performed.
If one made use of a mass of matter of thickness appreciably smaller than that just discussed, one could not obtain a satisfactory degree of saturation of the air at the outlet; on the other hand, a thickness notably exceeding the correct thickness would excessively increase the duration of the dehydration and would decrease the exhaust temperature of the air during the first phase of the process, which would result in the possible production of condensate. - sation in the outer layers of matter and harmful effects on the matter itself or its product.
The pressure at which hot air is delivered to the material is determined by the energy required to pass a volume of air in the manner previously described through the material in the time that the latter is subjected to the hot air action. Therefore, the pressure depends on the resistance due to the particular thickness of the
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matter, resistance influenced as it was said previously by the porosity or the permeability, and of the speed which must have the air passing through the matter.
For a given thickness of the mass of material and a given air velocity, the pressure can therefore be decreased in proportion to the degree to which the resistance of the material can be decreased. Conversely, for a given pressure, the material thickness or the air speed can be correspondingly increased in the same ratio.
It can therefore be seen that all the factors or conditions which have been envisaged in the foregoing have with each other such close relations or relations of dependence that their appropriate determination or selection and their appropriate coordination or proportion, as has been said above, are essential to ensure the most advantageous and economical dehydration of the material and that any drastic or substantial deviation from these appropriate conditions would unbalance the entire process and impair its effectiveness.
In order to better understand and enable the determination and coordination of the above-mentioned factors or conditions to be carried out more easily in the case of a particular material of the above-mentioned kind, the application of the process to dehydration will be considered by way of example. sugar beets in order to extract the sweat.;.
The following data and facts which relate to sugar bea and which depend on the composition and properties of the whole and the nature of its product, can be determined by general knowledge or by the ex
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perience. To avoid adverse effects on the sugar content of the material, the wet beet should not be heated to a temperature exceeding 104 C., the rate of formation of invert sugar being a function of temperature and humidity.
After harvest, beets: are liable, especially when in the state of pods, to decompose and deteriorate naturally, in the presence of moisture, at a rate which is so great that it is necessary that the material is processed almost immediately after being cut into chips. As the amount of invert sugar formed is a function of temperature, humidity and time and would be increased by at least 50% if the duration of the treatment were doubled, dehydration should be accelerated. as much as possible without, however, raising the temperature of the beet above the aforesaid dangerous or critical point.
Satisfactory results will be obtained by ensuring that the treatment is carried out in all cases for a time not exceeding one hour, and preferably still less. it has been found that any quantity or weight of cossettes usually subjected to the treatment can be dehydrated economically and advantageously in 45 minutes. With regard to porosity or permeability, the natural resistance offered by the cossettes to the passage of hot air is notably influenced by their shrinkage during dehydration, the shrinkage being close to 50% after drying and the `` resistance during drying gradually decreasing, with decrease in moisture content, to about 25% of the initial strength,
the porosity or permeability of the material can be further increased by a corresponding reduction in the duration of the treatment
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by cutting the beets into thin cossettes in the form of a ridge tile, the surface area of material exposed to the air per unit of weight thus being increased as much as possible.
When the beet is treated at rest, whether in the form of a column or wall or in the form of a horizontal layer, and the air is passed continuously through the thickness of the mass whole, the dehydration is carried out in the most advantageous and economical manner by passing the air at an inlet temperature of between 82 and 100 ° C. through a material thickness of 20 to 30 centimeters, and it is thus transferable, in this mode of treatment, to evacuate air from the material in the saturated state at an outlet temperature of 27 to 32 ° C .
for a time varying from one third to two thirds of the total duration of treatment
The material can be dried in a time of not more than one hour to a moisture content of 5 to 10 in the case of the aforementioned inlet and outlet temperatures and thickness, if a volume of d is applied. 'air at 10-15.5 C. saturated before heating, equivalent to 550-650 kilos of air per minute and per ton of beets, and at an initial pressure, measured as the height of water in the duct d air supply, varying between 38m / m and 65m / m and producing an air speed, at the outlet, of 70 to 85 meters per minute.
However, as a result of the shrinkage of the material and the changes in the porosity or permeability of that material during drying, this initial pressure can be gradually reduced, as the treatment proceeds, by suitable adjustment. motive energy used to expel air through the material, up to a final pressure of 10 to 18m / m of water height, without reducing the air outlet speed -
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or without increasing the duration of dehydration. If the initial pressure were not thus reduced, the air speed would gradually increase as the treatment continued.
When the treatment of the beet is carried out while the latter is animated by a continuous or intermittent movement, and the air is conducted at intervals through said material so that the latter is progressively separated chée, for example, in three substantially equal successive phases, the respective inlet temperatures of the air for the various passages of the dobby, in. assuming that each pass is effected at an average or substantially constant temperature, should hardly exceed 100 0. for the first pass through almost dry matter, 110 C for the intermediate pass through partially dry matter, and 127 0 for the last pass through the fresh material.
However, when the various respective inlet air temperatures are graduated or adjusted for each pass according to the gradual decrease in moisture content which occurs during the period of each pass ,, and are thus rendered in every points more directly proportional to the degree of humidity present in the material, the most satisfactory results are obtained by using inlet temperatures which are graduated from 88 to 104 C. for the first pass, from 104 to 121 C for the intermediate passage and from 121 to 160 C, for the last passage.
With a supply of air at the specified medium or graduated temperatures, the dehydration is most advantageously and economically carried out by stacking the fresh material to a height varying from 12.7 to
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22.8 centimeters, and thus it is possible to exhaust the air leaving the fresh material to a constant saturation state at an outlet temperature of 43 to 49 ° C. during the entire period of continuous processing, and to remove from 50 to 65% of the total moisture content of the fresh material in 15 to
20 minutes.
The material can be dried in 45-60 minutes to a moisture content of 5 to 10 in the case of inlet and outlet temperatures and material thickness such as those mentioned, by applying a volume of air, possessing or brought to a temperature of 21-27 C. and saturated before heating, equivalent to 200-280 Kg.
air per minute and per ton of beets, and an initial or total pressure, measured as the height of water in the air supply duct, varying from 2.5 to 5 centimeters and producing a velocity de.l'air, at the outlet, 55 to 70 meters per minute. The initial or total pressure and the air exhaust velocity in this mode of treatment are maintained substantially at the same values as those mentioned throughout the duration of the continuous process, although the respective pressures required to effect the various passages vary well. , understood according to the variations which occur in the resistance of the material during its progressive drying, the pressure for the first pass being approximately 25% of that of the last pass.
it can be seen that this last mode of treatment, in comparison with the stationary treatment previously considered, makes it possible to use a much smaller volume of air while obtaining substantially the same effect because the outlet temperature which can be achieved is much higher and that the total pressure or motive force that it requires is much lower than air
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or driven three times through the material layer.
The previously specified determination and co-ordination of the various factors or conditions relating to the processing of moving beet are applicable to all modes of processing the material, whether the material is, for example, forced to descend below l the action of gravity, or whether it is carried out continuously on a conveyor or moving belt or in succession over three superimposed conveyors or moving belts, or whether it is moved in trays, Separate cuvettes, etc., within one or more drying chambers.
However, it is understood that the aforementioned inlet temperatures could be increased proportionally, in the case of the last pass through the fresh material, to a maximum of, for example, 204 C., if one stirred or mixed the fresh material during processing; and it is also understood that the material could be stacked, regardless of the kind of processing, to heights greater than those specified above if the initial or total pressure were correspondingly increased to produce the velocity. required exhaust air.
It will be appreciated that such an increase in the thickness of the material layer would require the application of a larger motive force of no use and therefore adversely affect the economy of the process and its efficiency.