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BREVET D'INVENTION au nom de Monsieur Jörgen BRABAEK PROCEDE ET APPAREIL POUR LA DESSICCATION DE LIQUIDES ET DE MATIERES HUMIDES
La présente invention concerne un procédé pour la dessiccation de liquides et de matières humides, procédé qui n'exige qu'un temps très court, dans lequel on peut en outre maintenir constamment une température très basse de la matière traitée, et qui se laisse réaliser en particulier sans que la matière séchée restante subisse par le traitement une modification quelconque au point de vue du goût, de l'odeur, etc...
Pour atteindre le résultat désiré, on utilise dans ce procédé quelques conditions physiques particulières, qui se produisent pour un liquide se trouvant en cours d'évaporation. L'invention est par suite basée sur les constatations suivantes :
Dans un liquide, les molécules sont animées d'un mouvement énergique. Celui-ci est d'autant plus énergique que la quan-
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tité dténergie, apportée par unité de temps lors du chauffage du liquide, est plus grande. Le mouvement des molécules, pendant lequel il se produit des actions de choc entre celles-ci, est principalement dirigé vers la surface du liquide.
Quelques molécules peuvent ainsi parvenir au-dessus de la surface, mais la vitesse de leur mouvement devient alors rapidement nulle, à savoir en partie en raison de la force d'attraction du liquide, en partie par des actions de choc de molécules, qui reviennent dans le liquide, et enfin par l'influence des molécules d'air. Une partie des molécules retombent par suite dans le liquide. Toutefois, une autre partie des molécules de liquide traversent le- champ de force constitué par la force d'attraction du liquide et se dégagent à l'état de vapeur dans l'air. Dans le cas où il existe un courant naturel ou artificiel d'air, celui-ci entraînera les molécules de vapeur.
En outre, ce courant, pour autant qu'i provoque une action de force, possédant une composante plus grande ou plus petite, agissant en sens opposé du champ de force, facilite le passage des molécules à partir de la surface du liquide à travers le champ de force, c'est-à-dire a pour effet qu'un nombre de molécules de liquide, plus grand que ce ne serait autrement le cas, passent à travers le champ de force et sont ensuite entraînées par le courant d'air mentionné. De cette manière, la vitesse d'évaporation est accrue ou, ce qui revient au même, le temps nécessaire à l'évaporation est réduit.
La condition physique suivante présente également une importance à ce sujet. Il est en effet connu, d'après les lois de l'évaporation,qu'un liquide, qui est exempt d'air, s'évapore plus difficilement qu'un liquide contenant de l'air. Lorsqu'il s'agit de la dessiccation d'un liquide, la matière à sécher constitue habituellement une couche très mince. Une telle couche est ou devient presque immédiatement exempte d'air; il arrive même qu'on prévoit des dispositions particulières qui rendent l'évaporation plus difficile .
Si l'on dispose, pour la dessiccation d'un liquide,- qui
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consiste en une couche mince et qui se trouve sur une surface de support,- d'un courant d'air, rencontrant avec une grande vitesse, sous forme d'un jet d'une très grande énergie cinétique, communi- quée par contraction de ce. jet,. par exemple, la surface de la cou- che de liquide sous un angle approprié, ce courant d'air pénètre à travers la couche de liquide et rend ainsi libresune partie des moléoules. Il rencontre alors aussi le support mentionné ou une couche moléculaire de la matière à sécher adjacente à celui-ci. Le jet d'air est renvoyé par. cette surface avec une pression accrue.
Le jet, qui contient déjà un certain nombre de molécules d'eau (il est supposé que le liquide est aqueux), passe par suite à nou- veau à travers la couche de liquide ou le long de la couche molé- culaire mentionnée de liquide, et entraîne ainsi encore une partie des molécules. Sous l'action du jet sur les molécules d'eau en- traînées par lui, une grande partie de celles-ci.reçoivent une charge cinétique suffisante pour passer également à travers le champ de force.
Si l'on admet en outre qu'on dispose encore d'un autre courant d'air, exerçant une aspiration et s'éloignant du champ de ,qui forcet engendré à une distance suffisante, mais qui possède toutefois, au voisinage du champ de force et à une faible distance de l'endroit d'écoulement du courant d'air mentionné en premier lieu, une énergie cinétique déterminée, et qui possède toutefois, relativement à ce premier courant d'air, une vitesse notablement plus petite, l'énergie cinétique de ce courant d'aspiration a pour effet qu'un nombre plus grand de molécules qu'autrement peuvent pénétrer à travers le champ de force mentionné précédemment.
Le courant d'air aspirant produit également une forte dispersion et un entraînement rapide de presque toutes les molécules de vapeur, qui sont sorties.de la partie, comprise entre les deux courants d'air, de la surface de la matière à sécher. En raison de l'accrois- sement de volume, la vitesse augmentera encore et par suite aussi la vitesse d'évaporation.
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On peut aller plus loin et imaginer que chacun des deuxcourants d'air mentionnésconstitue un branchement latéral d'un courant d'air unique; il existerait alors un branohement du courant, qui forme la liaison entre ces deux branchements latéraux.
Ce courant d'air unique doit par 'suite être dirigé de telle manière que le courant modifie deux fois sa direction principale et que les propriétés spéciales mentionnées des deux courants d'air précédemment spécifiés entrent en ligne de compte pour les courants ou branchements latéraux. On peut en outre imaginer que le trajet du courant d'air unique est également tel que le courant, dans la région reliant les deux branchements latéraux du courant, passe avec une vitesse extraordinairement élevée au voisinage immédiat et au-dessus de la couche de liquide.
En raison du mouvement des molécules de cette couche, la partie considérée du courant d'air passera également jusqu'à un certain degré à travers la couche de liquide dans la région .considérée, En outre du fait que l'entraînement des molécules rendues libres est facilité, il entre encore en jeu une autre action favorable. En effet, la partie mentionnée du courant d'air assure,-par le fait qu'elle passe comme un fort vent sur et à travers la matière à sécher et agit elle-même comme un agent de dessiccation réellement énergique,en même temps la présence constante d'air dans la matière à sécher pendant l'opération de dessiccation.
Il n'a jusqu'ici pas été donné d'indications précises sur la température, ou plutôt sur le chauffage de la matière à sécher.
Il est évident qu'il faut appliquer un certain chauffage, pour achever la dessiccation en un court espace de temps. Toutefois, il faut faire entrer en ligne de compte que la matière à sécher ne doit habituellement pas être soumise à une température élevée. La matière peut être chauffée par des courants d'air chauds, $'il doit se produire une dessiccation rapide, on n'obtient toutefois pas de cette manière que la matière à sécher reste toujours à la basse température nécessaire. Il a toutefois été constaté qu'on peut obvier à cet inconvénient par le fait que la couche de support de
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la matière à sécher est maintenue, au moyen d'un dispositif de ohauffage, pendant l'opération de dessiccation, à une température pratiquement constante.
Il est à recommander de rendre, comme d'habitude, tout à fait mince la couche de matière à sécher. En raison des courants de convection, de la conduction de chaleur et du rayonnement de chaleur, il ne peut pas se produire de grandes différences de température dans une telle couche; au contraire, la matière à sécher qui, comme mentionné plus haut, est soumise à une influence énergique de la partie de chaque courant agissant comme ent, est maintenue pratiquement à la même température que ce vent, En d'autres mots, le support de la matière à sécher peut, dans le cas où il est désirable, être maintenu à une température très élevée, pour activer ainsi l'évaporation, tandis que la matière à sécher peut être maintenue pour ainsi dire à toute basse température voulue.
En se basant sur ces constatations, la présente invention porte sur le procédé de dessiccation suivant :
On répartit plusieurs courants d'air, possédant des énergies cinétiques élevées, sur toute l'étendue du support ou sur une partie importante de celui-ci. Chacun de ces courants d'air possède un trajet tel que les courants d'air mentionnés précédemment, A cet effet, on emploie un dispositif approprié déterminant et commandant chacun de ces courants d'air. C'est ainsi, par exemple, qu'on peut utiliser des buses ou tuyères d'amenée et d'évacuation, dont les extrémités de sortie et d'entrée sont disposées à une certaine distanoe l'une de l'autre, dans la direction longitudinale ou sur la surface latérale du support, toutefois toutes les deux au voisinage de la couche de matière à sécher.
La section transversale d'écoulement d'un canal, qui fait communiquer entre elles les deux buses mentionnées, peut également être déterminée de telle manière qu'il se produise les fonctions précédemment mentionnées. Le nouveau procédé peut par suite être réalisé aussi bien avec des courants d'air sous forme de filets que sous forme de
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lames et possédant de grandes vitesses d'écoulement.
Il y a encore lieu de remarquer qu'on peut, aulieu d'air, également employer un gaz approprié. En vue de la simplicité, il n'est toutefois question que d'air dans la présente description.
Comme expliqué, le procédé consiste en partie à maintenir constante la température du support de dessiccation sur lequel la matière à sécher est placée en une,couche mince, pendant toute l'opération de dessiccation,-en partie à employer plusieurs cou- rants d'air ou de gaz, répartis sur toute l'étendue ou sur une par- tie seulement du support et possédant une température notablement plus basse que le support, et dont chacun est influencé et comman- dé de telle manière que le courant considéré rencontre la couche de matière à sécher sous un certain angle avec une grande vitesse et qu'il est ensuite;
en même temps qu'il est rejeté en arrière par ce support, forcé de se déplacer, en partie sous l'action d'un tirage, sur une certaine distance sur et à travers la couche de matière à sécher, dans la direction longitudinale ou périphérique . du support, avec une vitesse encore plus grande que précédemment, après quoi ce courant, toujours sous l'influence du tirage, s'écou- le à l'extérieur.
On obtient de cette manière que chacun des courants d'air ou de gaz mentionnés sert directement.et énergiquement à l'évacua- tion des vapeurs dégagées par le chauffage de la matière. L'évapo- ration est facilitée par le fait que les molécules de la matière à sécher sont mise en mouvement et qu'elles reçoivent en outre une direction de mouvement s'éloignant de la matière. L'agent, produi- sant ce mouvement des molécules de la matière, agit lui-même comme agent de dessiccation, par le fait qu'il agit comme un fort vent sur la matière et entraîne ainsi de l'humidité à partir de la ma- tière, et sert d'agent de refroidissement pour la matière à sécher soumise au traitement, de sorte qu'il est ainsi maintenu pratique- ment en-dessous de la température que possèdent les courants d'air ou de gaz.
En outre, ces courants garantissent qu'il existe tou- jours un peu d'air dans la matière à sécher pendant l'opération
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de dessiccation.
Les dessins ci-joints représentent schématiquement quelques exemples de réalisation de l'invention :
La fig. 1 est une vue en élévation de côté d'un tambour de dessiccation pour l'exécution du nouveau procédé.
La fig. 2 est une vue en coupe longitudinale axiale suivant la ligne A-B de la fig.l.
La fig. 3 est une vue partielle en coupe, à échelle agran- die, suivant la ligne C-D de la fig..2, en regardant de la gauohe.
Les fig. 4 à 6 sont des vues partielles en perspective, par- tie en coupe, représentant des détails du guidage par des canaux et de l'écoulement d'air dans différents dispositifs.
Un tambour de dessiccation 1, sur la surface 8 duquel est amenée une pellicule ou mince couche de liquide, est entouré d'une enveloppe/.La partie intérieure concentrique de cette enveloppe contient des canaux avec des cloisons 6 et 7. 4. 4 désignent des canaux d'amenée, dont la disposition ressort plus clairement de la fig.2. 2 et 2' désignent les tourillons du tambour 1. 5 désigne le canal pour l'évacuation d'air, qui débouche dans le tuyau 10.
9 désigne un râoloir pour la matière dont la dessiccation est achevée.
Il ressort des fig. 1 et 2 que l'air, destiné à la dessic- cation, pénètre à l'intérieur de 'l'enveloppe 3 par les canaux 4 dans les buses 6,7, munies de fentes, - que cet air sèche énergi- quement la matière en raison du fait qu'il vient en contact avec celle -ci ou passe à travers celle --ci avec une grande énergie ci- nétique,et quitte alors l'appareil en passant par les canaux 5 et le tuyau 10.
La fig. 3 montre que, pour assurer un meilleur guidage de l'air à travers la mince couche de liquide, les cloisons 6 sont étendues avantageusement jusqu'au voisinage immédiat de la couche de liquide, que par contre les cloisons 7 sont notablement plus courtes, de sorte que, comme le montrent en perspective les fig.4 à 6, les jets d'air de dessiccation sont rejetés obliquement d'un
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canal dans l'autre.
Comme représenté sur la fig.4, la périphérie du tambour 1 est entourée d'un anneau circulaire formé de canaux dirigés suivant l'axe du tambour. Les espaces vides de ces canaux sont désignés par 5, les parois extérieures par 12, les parois latérales par 11. Ces parois 11 sont décalées l'une par rapport à l'autre aux deux extrémités. 3 désigne un disque ou cloison annulaire circulaire, qui forme, avec les parois latérales du système de canaux en forme de fentes mentionné, les canaux 4 pour le passage de l'air.
Comme le montrent les flèches, l'air de dessiccation, sortant des deux côtés des canaux 4, pénètre dans les mêmes canaux en forme de fentes. Il est ensuite rejeté obliquement et sort des canaux adjacents par l'ouverture à la périphérie.
La disposition suivant la fig. 5 montre également des cloisons 3 disposées sur les côtés du système de canaux en forme de fentes, qui sont déterminés par des parois latérales et des parois d'extrémité. Toutefois, un couvercle 14 s'étend dans ce cas audessus de toute la périphérie, extérieurement au système de canaux.
L'airpénètre dans ce cas, suivant la direction indiquée par les flèches, par l'un des côtés d'un canal et sort par le canal immédiatement adjacent, en étant rejeté/suivant un courant oblique.
La construction suivant la fig. 6 correspond à celle de la fig. 4, toutefois avec la différence que le système de canaux en forme de fentes est divisé par une cloison verticale 15 en deux moitiés. La cloison 15, servant à diriger l'écoulement, se termine à quelque distance au-dessus de la couche de liquide. L'air s'écoule, des canaux 4, intérieurement aux cloisons latérales 3, par les extrémités ouvertes du système de canaux, frappe la couche de liquide, traverse celle-ci, est rejetée par la surface du tambour et sort de l'appareil en 5. 12 désigne les parois extérieures des canaux en forme de fentes, dans lesquels a lieu la dessiccation; 11 désigne les parois latérales des canaux d'écoulement ouverts vers l'extérieur.
Bien qu'il soit décrit des exemples de réalisation, qui
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impliquent l'emploi d'un tambour rotatif, il ressort immédiatement des explications de principe données au début de la présente description que le procédé suivant l'invention peut également être réalisé lorsque la mince couche de liquide à sécher se trouve sur un plan ou sur un support .d'une courbure quelconque. Pour autant qu'on emploie un tambour rotatif, il est en outre manifestement tout à fait sans importance,que le tambour possède une section transversale de forme circulaire ou de toute autre forme, ou qu'il possède une forme cylindrique, tronconique ou autre. La surface d'appui pour la matière à sécher peut en outre être immobile ou se déplacer.
Etant donné le rendement élevé du procédé, on peut même employer des vitesses périphériques relativement élevées.
Les canaux en forme de fentes n'ont en outre pas besoin d'Âtre dirigés axialement et parallèlement l'un à l'autre sur la surface latérale du tambour. Ils peuvent également être disposés d'une manière désirée quelconque dans une direction oblique ou présenter une autre forme. Il n'est nullement nécessaire, pour la réalisation du nouveau procédé, d'employer des canaux rectilignes, qui donnent lieu à un éooulement de l'air sous forme de lames ; peut au contraire également utiliser des jets d'air sous forme de filets, s'écoulant de buses distinctes, disposées par exemple suivant des rangées. Il y a lieu toutefois de.faire remarquer finalement que les exemples spécifiés dans la présente description donnent lieu à des constructions particulièrement simples.
REVENDICATIONS
1 ) Procédé pour la dessiccation de couches minces de liquides ou de matières humides sur des supports à l'aide d'un courant d'air rapide, caractérisé en ce que des courants d'air ou de gaz, d'une énergie cinétique élevée, sont soufflés contre la couche mince de liquide jusqu'au support et sont rejetés en arrière par celui-ci, en passant éventuellement à nouveau à travers cette couche mince de liquide.