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"PROCEDE ET DISPOSITIF DE SECHAGE DE LIQUIDES
PAR PULVERISATION".
L'invention se réfère à un procédé de séchage de liquides par pulvérisation,en particulier du lait,avec ou sans précondensa- tion,dans un courant d'air,de gaz ou de mélanges de gaz sur- chauffé.
Il existe des dispositifs permettant de sécher des liquides par injection sous pression de ces derniers dans un courant d'air chaud,l'introduction du liquide dans le dit courant s'ef- fectuant dans une chambre adjacente à la chambre de dessicoa- tion. Cette dernière est pourvue d'une ouverture pour l'entrée du jet d'air chaud. Il est inévitable que le courant d'air chaud , entraine avec lui au travers de cet orifice,une certaine quantité d'air froid environnant,c'est à dire d'air additionnel,dans la chambre de dessiccation.
Si la quantité d'air chaud vient à va- ri'er,par exemple à cause de variations dans la tension du courant électrique moteur,la quantité d'air additionnel peut devenir, proportionnellement à celle d'air chaud;suffisamment,grande pour
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que la température dans la chambre de dessiccation tombe au point qu'un séchage suffisant des particules n'est plus possible. De plus,on a constaté que si l'ouverture,pré- vue dans la paroi de la chambre de dessiccation,pour l'éva- cuation des vapeurs formées pendant le séchage et de l'air cha.ud se trouvait à proximité de la paroi opposée à celle portant l'orifice d'entrée,nombre de particules du produit sec ne se déposaient pas dans la chambre de dessiccation, mais étaient entrainées par le courant d'air chaud.
De plus, avec une telle position de l'orifice de sortie, les parti- cules sèches restent trop longtemps en contact avec l'air chaud chargé d'humidité,ce qui exerce une influence défavo- nable sur la texture et le degré d'hygroscopicité des parti- cules séchées.
La présente invention pare à ces inconvénients en opérant le mélange des jets de liquide et d'un jet d'air ou de gaz surchauffé hors d'une chambre de séparation et en réglant la quantité d'air additionnelle entrainée par lejet formé par le mélange d'air ou de gaz surchauffé et de liquide pulvérisé,l'air additionnel enveloppant ce dernier jet, au moyen d'un ou de plusieurs écrans, à ouverture centrale et réglable,et mobiles parallèlement à l'axe du jet d'air sur- chauffé.
Une partie de cet air additionnel,sitôt après avoir pénétré dans la chambre de séparation,est aspiré par un ori- fice de sortie,tandis que la direction du jet d'air surchauf- fé se modifie progressivement jusqu'à un angle maximum de I80 C à mesure qu'il se rapproche de la paroi de fond,lais- sant échapper,ce faisant,les particules de uroduit séché qu' il contenait,et refluer à une vitesse sensiblement réduite en direction de la paroi portant l'orifice d'entrée. Il sort alors avec le solde d'air additionnel de la chambre de sépa- ration par l'orifice de sortie, tandis que le nroduit sec et solide,après sa séparation de l'air,se dépose au point le plus bas de la chambre et est évacué par un dispositif étanche à l'air.
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Il est indiqué, de vaporiser et de pulvériser le liquide dans un jet de gaz surchauffé,dont le poids spécifique est plus grand aux températures de travail que celui des vapeurs de liquide qui se dégagent de ce dernier.
Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, deux dispositifs permettant de réaliser l'objet de l'invention ainsi que les résultats obtenus en appliquant ce dernier.
La fig.I est un croquis schématique, en coupe,d'un tel dispositif, dans lequel le jet d'air surchauffé se déplace le long d'un axe vertical.
La fig.2 représente,en coupe,un dispositif analogue,mais dans lequel le jet d'air chaud est horizontale
La fig. 3 montre comparativement l'hygroscopioité d'une poudre de lait fabriquée selon le pouveau procédé et celle d'une poudre préparée suivant les procédés habituels.
La fig. 4 est une microphotographie de particules de poudre de lait agrandies 95 fois, fabriquées suivant le procédé de l'invention.
Le jet d'air, de gaz ou de mélange de gaz surchauffé- on peut également utiliser des gaz inertes,tels que le dioxyde de carbone ou l'azote- qui jaillit de la conduite 1 de la fig.I ren- contre de préférence à angle droit les jets de lait à sécher,sor- tant sous pression'également,des tuyères 2 et 2a. Ces jets de lait,sortant des tuyères et 2a ,sont instantanément désagrégés et pulvérisés par le jet d'air surchauffé dès leur prénétration dans ce dernier et les fines particules irrégulières qui se sont formées emportées dans le courant d'air surchauffé. Le mé- lange d'air surchauffé et de particules sèches de lait pénètre alors dans la chambre de séparation 3,après avoir passé dans les ouvertures des écrans 4 et 4a.
L'écran! ,mobile parallèlement à l'axe du jet d'air surchauffé est fixé sur un support 4b .
La chambre de séparation 3 comprend un corps principal cy- lindrique 3a,qui a sa partie supérieure,adjacente à celle por- tant l'orifice d'entrée,est pourvue d'une gorge évasée annulaire
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7a.La partie inférieure 3b de la chambre de séparation 3 est en forme de tronc de cône renveré 8. Cette extrémi- té inférieure 8 du collecteur est munie d'un disposi- tif de transport adéquat pour l'évacuation de la -coudre, à marche continue ou intermittente. La poudre sèche est ex- traite de la chambre de séparation 3,sans que de l'air ex- térieur ne puisse pénétrer dans cette dernière, ou que du gaz de séchage ne parvienne à s'échapper. Cette partie in- férieure peut,en ce qui concerne le processus de sépara- tion, être considérée comme hermétiquement fermée.
Un ventilateur aspirant ou un appareil semblable est branché sur l'orifice de sortie 7, à l'extérieur de la cham- bre de séparation 3,afin d'aspirer en premier lieu,sitôt après son entrée dans la chambre froide,l'air additionnel, chargé d'humidité,entourant lejet d'air chaud.
La fig.2 montre un dispositif qui,en principe,est le même que celui de la fig. I, sauf que le jet d'air sur- chauffé se déplace suivant un axe horizontal. La forme de la chambre de séparation 11 diffère quelque peu de celle de la fig.I,mais le mode de fonctionnement des deux appareils est le même,tout au moins en ce qui concerne l'essentiel du procédé.
Le jet d'air surchauffé,qui se déplace à grande vi- tesse, tend à entrainer une partie de l'air extérieur qui l'entoure. Les tuyères 2 et 2a sont montées à si courte distance de l'orifice de sortie de la conduite 1 que la quantité d'air extérieur entrainée par le jet d'air sur- chauffé avant sa rencontre avec les jets de liquide peut être considérée comme négligeable.
De plus, du fait de la vaporisation de l'eau contenue dans le lait,la pression augmente à l'intérieur du jet d'air chaud,de telle sorte que sur le parcours dès l'orifice de la conduite 1 à la flèche supérieure 5 peu ou point d'air extérieur n'est aspiré; par contre il se forme de forts tourbillons dans les couches extérieures dujet d'air surchauffé .La vites-
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se à l'intérieur de ce dernier est toutefois si grande,que l'effet d'aspiration commence à se faire sentir au-dessous de la flèche 5; dès ce point,de l'air extérieur est entrai- né par le jet d'air chaud. Cet air extérieur,nommé air ad- tionnel forme en fait une enveloppe autour du jet d'air surchauffé central et du lait pulvérisé.
La quantité d'air additionnel ainsi entrainée est réglée par les écrans à ou- verture centrale 4 et 4a de façon à créer sur le parcours entre les dits écrans les conditions nécessaires à un sécha- ge parfait du lait. Le diamètre des ouvertures centrales des écrans 4 et 4a est réglable,par exemple en utilisant un type connu de fermeture iris±pas indiqué sur les dessins).
De plus,l'écran peut être déplacé parallèlement au jet d'air surchauffé.
La transformation du lait en poudre de lait et vapeur d'eau s'effectue donc essentiellement entre les écrans 4 et '4a et, par conséquent,la zone entre les deux écrans peut être qualifiée de zone de dessiccation, quand bien même une solidification partielle des particules de lait puisse déjà se produire au-dessus de l'écran 4.
La vapeur produite par la vaporisation de l'eau contenue dans le lait ou un autre liquide se détend latéralement vers l'extérieur dans l'enveloppe d'air atmosphérique mentionnée ci-dessus,entraînée par lejet d'air surchauffé,et dont la température est plus basse que celle à l'intérieur du jet.
Le jet central d'air surchauffé,contenant les particules de lait sec,entouré de l'air additionnel qui a absorbé la plus grande partie de la vapeur d'eau formée,pénètre alors dans la chambre de séparation 3.
Ainsi que le montre les courbes IO,seule une très petite quantité,si même il en parvient,de la vapeur d'eau pénétrant dans le corps central de la chambre de séparation parvient à l'extrémité de la chambre dans la partie en tronc de cône renversé 3b. L'échappement latéral de la vapeur d'eau dans
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la partie évasée annulaire 7a, de même que l'ascension laté- rale de l'air humide dans le corps cylindrique 3a sont gran- dement favorisés lorsque le noids spécifique d.e la vapeur d'eau est plus petit que celui de l'air à la même température.
De plus,par la transformation en pression de l'énergie cinéti- que contenue dans le jet central,il se crée à la partie inférieure 8 du segment de chambre 3b une pression supérieu- re à celle régnant dans la partie supérieure 3a de la cham- bre et à l'orifice de sortie 7.
En ce qui concerne la séparation de la poudre de lait, il faut noter que celle-ci est transportée une vitesse re- lativement grande par le jet d'air surchauffé en direction de l'extrémité 8 de la chambre de séparation. Mais en pro- gressant dans cette dernière,l'air surchauffé est obligé de modifier progressivement sa direction jusqu'à un angle maximum de 180 ,alors que la poudre de lait, grâce à sa masse d'inertie,poursuit sa course plus ou moins rectili- gne; l'air chaud reflue finalement à une vitesse réduite en direction de l'extrémité supérieurede la chambre, où il est aspiré en même temps que l'air additionnel humide. Le mouve- ment ascensionnel latéral de cet air empêche la poudre de se déposer sur les parois latérales.
La séparation et le dép8t de la poudre s'effectuent donc dans une partie de la chambre de séparation,où l'humidité relative de l'air est la plus faible et bien plus petite que dans l'orifice de sortie 7. De plus la poudre est séparée et collectée dans une partie de la chambre où la température de l'air est supérieure à celle de l'air et de la vapeur d'eau s'échappant par l'orifice 7.
En appliquant le procédé décrit dans la présente inven- tion seule une partie de l'air total utilisé dans le procédé entre en contact direct avec la poudre de lait,de sorte que l'action de l'oxygène sur cette dernièreest fortement rédui- te. Pendant toute l'opération,la poudre n'est en contact qu'
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avec de l'air dont l'humidité relative est très faible,si bien que la poudre préparée par ce procédé a une texture amé- liorée et plus compacte,de même qu'une teneur d'eau, en % minimum.
La chaleur nécessaire à la pulvérisation etau sécha' ge est fournie-par lejet d'air surchauffé, ou par un jet de gaz ou d'un mélange de gaz surchauffé,qui peuvent con- tenir de l'oxygène ou être inerte,comme par exemple du dioxyde de carbone ou de l'azote.
Dans la fig.3,on a montré,entre autre, le degré d'hy- groscopicité de la poudre fabriquée suivant le procédé de la présente invention. La courbe A représente l'hygroscopi- cité d'une poudre de lait fabriquée par les procédés appli- qués jusqu'à maintenant,tandis que la courbe A' montre celle plus faible,d'une poudre préparée suivant le nouveau procédé.
Les analyses des échantillons ayant servi à l'établissement de ces courbes ont été effectuées dans un air dont l'humidité relative était de 35% .
Sur le diagramme, on a porté les temps en abcisses et en ordonnées l'humidité, en % poids,absorbée par la poudre.
On constate ainsi qu'après 3 heures 20 minutes la poudre de lait améliorée ne montre qu'une augmentation d'humidité de 2.7% en ---- poids, tandis que l'humidité d'une poudre fabriquée suivant les anciens procédés s'est accrue de 3.3 % en poids.
Si les essais sont effectués dans de l'air d'une humidité relative de 50%, la différence entre les deux types de poudre s'accroit encore.
La fig.4 montre que les particules ou les agglomérats de particules de poudre améliorée sont plus irrégulières et diffèrent plus les unes des autres,quant à leur grosseur et à leur forme, que ceux d'une poudre fabriquée selon les métho- des connues. Cette texture est à l'avantage de la poudre fabriquée suivant le procédé de l'invention,car elle se laisse plus facilement remplir à la machine, s'humecte plus facilement et est plus facilement soluble dans l'eau ou un autre liquide.
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La vitesse de l'air surchauffé au sortir de la conduite N I est de 100 à 300 m. par seconde; on utilise de préférence une vitesse de l'ordre de 100 à 200 m. par seconde. La température de cet air ou de ce gaz surchauf- fé peut s'élever jusqu'à 500 C, maisen général des tempéra- tures de 400 à 430 C sont suffisantes.
La pulvérisation du lait et le séchage de ses parti- cules solides ou en solution s'effectuent en un temps ex- cessivement court soit en moins de 1/100e de seconde.
Le liquide à sécher peut Atre au préalable con- densé,par exemple en lui enlevant une partie de son eau par vaporisation ou congélation de celle-ci. Les axes des jets de liquide sortant des buses 2 et 2a sont en général perpendiculaires l'axe du jet d'air surchauffé sortant de la conduite 1. Toutefois,ces jets peuvent couper le jet d'air surchauffé sous tout autre angle désiré,le choix de l'angle dépendant de la nature du liquide à pulvériser et à sécher.
Lorsque le liquide est pulvérisé et séché dans un jet de gaz surchauffé ou dans un jet formé d'un mélange de gaz sur- chauffé,il est indiqué d'utiliser un gaz ou des gaz dont le poids spécifique est supérieur à celui de la vapeur dégagée par le liquide à la température à laquelle les particules so- lides,finement pulvérisées,se séparent de la vapeur ou des gaz.
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"METHOD AND DEVICE FOR DRYING LIQUIDS
BY SPRAYING ".
The invention relates to a process for drying liquids by spraying, in particular milk, with or without precondensation, in a stream of superheated air, gas or gas mixtures.
There are devices for drying liquids by injecting them under pressure into a stream of hot air, the introduction of the liquid into said stream taking place in a chamber adjacent to the drying chamber. The latter is provided with an opening for the entry of the hot air jet. It is inevitable that the current of hot air carries with it, through this orifice, a certain quantity of surrounding cold air, that is to say additional air, into the drying chamber.
If the quantity of hot air changes, for example because of variations in the voltage of the motor electric current, the quantity of additional air may become, in proportion to that of hot air; sufficiently, large to
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that the temperature in the drying chamber drops to the point that sufficient drying of the particles is no longer possible. In addition, it has been found that if the opening, provided in the wall of the drying chamber, for the evacuation of the vapors formed during the drying and of the hot air, is in the vicinity of the drying chamber. wall opposite to that carrying the inlet orifice, a number of particles of the dry product were not deposited in the drying chamber, but were carried away by the current of hot air.
In addition, with such a position of the outlet orifice, the dry particles remain too long in contact with the hot air laden with moisture, which has an adverse influence on the texture and the degree of moisture. hygroscopicity of the dried particles.
The present invention overcomes these drawbacks by mixing the jets of liquid and a jet of superheated air or gas outside a separation chamber and by adjusting the additional quantity of air entrained by the jet formed by the mixture. air or superheated gas and sprayed liquid, the additional air enveloping the latter jet, by means of one or more screens, with central and adjustable opening, and movable parallel to the axis of the air jet on - heated.
Some of this additional air, soon after entering the separation chamber, is sucked in through an outlet, while the direction of the superheated air jet gradually changes to a maximum angle of I80 C as it approaches the bottom wall, thereby allowing the particles of dried uroduct which it contained to escape, and flow back at a substantially reduced speed towards the wall carrying the orifice of Entrance. It then exits with the additional balance of air from the separation chamber through the outlet, while the dry and solid product, after its separation from the air, is deposited at the lowest point of the chamber. and is evacuated by an airtight device.
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It is indicated, to vaporize and atomize the liquid in a superheated gas jet, the specific weight of which is greater at working temperatures than that of the liquid vapors which emanate from the latter.
The appended drawings show, by way of example, two devices making it possible to achieve the object of the invention as well as the results obtained by applying the latter.
Fig.I is a schematic, sectional sketch of such a device, in which the superheated air jet moves along a vertical axis.
Fig. 2 shows, in section, a similar device, but in which the hot air jet is horizontal
Fig. 3 shows comparatively the hygroscopioity of a milk powder produced according to the method and that of a powder prepared according to the usual methods.
Fig. 4 is a photomicrograph of milk powder particles magnified 95 times, made according to the process of the invention.
The jet of air, gas or a mixture of superheated gases - inert gases, such as carbon dioxide or nitrogen can also be used - which emerges from the pipe 1 of fig. at right angles the jets of milk to be dried, also exiting under pressure, from the nozzles 2 and 2a. These jets of milk, coming out of the nozzles and 2a, are instantly disintegrated and sprayed by the superheated air jet as soon as they pre-enter the latter and the fine irregular particles which have formed carried away in the superheated air stream. The mixture of superheated air and dry milk particles then enters the separation chamber 3, after having passed through the openings of the screens 4 and 4a.
The screen! , movable parallel to the axis of the superheated air jet is fixed on a support 4b.
The separation chamber 3 comprises a cylindrical main body 3a, which has its upper part, adjacent to that carrying the inlet orifice, is provided with an annular flared groove.
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7a.The lower part 3b of the separation chamber 3 is in the form of an inverted truncated cone 8. This lower end 8 of the collector is provided with a suitable transport device for the discharge of the sewing, continuously or intermittently. The dry powder is extracted from the separation chamber 3 without any outside air being able to enter the latter, or any drying gas being able to escape. This lower part can, with regard to the separation process, be regarded as hermetically closed.
A suction fan or similar device is connected to the outlet 7, outside the separation chamber 3, in order to suck in the first place, immediately after entering the cold chamber, the air. additional, moisture-laden, surrounding the hot air jet.
Fig. 2 shows a device which, in principle, is the same as that of fig. I, except that the superheated air jet moves along a horizontal axis. The shape of the separation chamber 11 differs somewhat from that of FIG. I, but the mode of operation of the two devices is the same, at least as regards the essentials of the process.
The superheated air jet, which moves at high speed, tends to entrain part of the outside air which surrounds it. Nozzles 2 and 2a are mounted so close to the outlet of line 1 that the quantity of outside air entrained by the jet of superheated air before it meets the jets of liquid can be considered as negligible.
In addition, due to the vaporization of the water contained in the milk, the pressure increases inside the hot air jet, so that on the route from the opening of the pipe 1 to the upper arrow 5 little or no outside air is sucked in; on the other hand, strong vortices form in the outer layers of the superheated air jet.
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is inside the latter, however, so large that the suction effect begins to be felt below arrow 5; from this point, outside air is drawn in by the hot air jet. This outside air, called additional air, in fact forms an envelope around the central superheated air jet and the sprayed milk.
The quantity of additional air thus entrained is regulated by the screens with central opening 4 and 4a so as to create on the path between said screens the conditions necessary for perfect drying of the milk. The diameter of the central openings of the screens 4 and 4a is adjustable, for example using a known type of iris closure (not shown in the drawings).
In addition, the screen can be moved parallel to the jet of superheated air.
The transformation of the milk into powdered milk and water vapor therefore takes place essentially between the screens 4 and '4a and, consequently, the zone between the two screens can be qualified as a drying zone, even if a partial solidification. milk particles may already be occurring above screen 4.
The vapor produced by the vaporization of water contained in milk or another liquid expands laterally outwards in the envelope of atmospheric air mentioned above, entrained by the jet of superheated air, and whose temperature is lower than that inside the jet.
The central jet of superheated air, containing the particles of dry milk, surrounded by the additional air which has absorbed most of the water vapor formed, then enters the separation chamber 3.
As shown in the IO curves, only a very small amount, if any, of the water vapor entering the central body of the separation chamber reaches the end of the chamber in the trunk part of the chamber. inverted cone 3b. The lateral escape of water vapor into
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the annular flared part 7a, as well as the lateral ascent of the humid air in the cylindrical body 3a are greatly favored when the specific node of the water vapor is smaller than that of the air at the same temperature.
In addition, by the transformation into pressure of the kinetic energy contained in the central jet, there is created in the lower part 8 of the chamber segment 3b a pressure greater than that prevailing in the upper part 3a of the chamber. - bre and at the outlet 7.
With regard to the separation of the milk powder, it should be noted that the latter is transported at a relatively high speed by the jet of superheated air towards the end 8 of the separation chamber. But as it progresses in the latter, the superheated air is forced to gradually change its direction up to a maximum angle of 180, while the milk powder, thanks to its mass of inertia, continues its course more or less rectilinear; the warm air eventually flows back at a reduced rate to the upper end of the chamber, where it is sucked in along with the additional humid air. The lateral upward movement of this air prevents the powder from settling on the side walls.
The separation and the dep8t of the powder therefore take place in a part of the separation chamber, where the relative humidity of the air is the lowest and much smaller than in the outlet orifice 7. In addition the powder is separated and collected in a part of the chamber where the temperature of the air is higher than that of the air and the water vapor escaping through the orifice 7.
By applying the process described in the present invention, only part of the total air used in the process comes into direct contact with the milk powder, so that the action of oxygen on the latter is greatly reduced. . During the entire operation, the powder is only in contact with
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with air of very low relative humidity, so that the powder prepared by this process has an improved and more compact texture, as well as a water content, in minimum%.
The heat necessary for spraying and drying is supplied by the jet of superheated air, or by a jet of gas or a mixture of superheated gases, which may contain oxygen or be inert, as by example of carbon dioxide or nitrogen.
In Fig. 3, it has been shown, among other things, the degree of hygroscopicity of the powder produced according to the process of the present invention. Curve A represents the hygroscopicity of a milk powder produced by the methods applied heretofore, while curve A 'shows that of a weaker powder prepared by the new method.
The analyzes of the samples used to establish these curves were carried out in air with a relative humidity of 35%.
In the diagram, we plotted the times on the abscissa and on the ordinate the humidity, in% by weight, absorbed by the powder.
It is thus observed that after 3 hours 20 minutes the improved milk powder only shows an increase in humidity of 2.7% by weight, while the humidity of a powder produced according to the old processes s' is increased by 3.3% by weight.
If the tests are carried out in air with a relative humidity of 50%, the difference between the two types of powder increases further.
Fig. 4 shows that the particles or agglomerates of improved powder particles are more irregular and differ more from each other in size and shape than those of a powder made according to known methods. This texture is to the advantage of the powder produced according to the process of the invention, since it can be filled more easily with the machine, is more easily moistened and is more easily soluble in water or another liquid.
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The speed of the superheated air leaving the pipe N I is 100 to 300 m. per second; a speed of the order of 100 to 200 m is preferably used. per second. The temperature of this superheated air or gas can rise to 500 ° C, but in general temperatures of 400 to 430 ° C are sufficient.
The spraying of the milk and the drying of its solid particles or in solution are carried out in an excessively short time, ie in less than 1 / 100th of a second.
The liquid to be dried can be condensed beforehand, for example by removing part of its water from it by vaporization or freezing thereof. The axes of the jets of liquid coming out of the nozzles 2 and 2a are generally perpendicular to the axis of the superheated air jet coming out of the pipe 1. However, these jets can cut the superheated air jet at any other desired angle, the choice of angle depending on the nature of the liquid to be sprayed and dried.
When the liquid is sprayed and dried in a superheated gas jet or in a jet formed from a superheated gas mixture, it is advisable to use a gas or gases whose specific weight is greater than that of the vapor. given off by the liquid at the temperature at which the solid, finely pulverized particles separate from the vapor or gases.
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