Appareil de séchage ou de cristallisation par pulvérisation
L'invention se rapporte aux appareils de séchage ou de cristallisation par pulvérisation, dits atomiseurs, comportant une tour de séchage traversée par un courant de gaz pouvant être chaud ou froid, suivant qu'il s'agit d'une opération de séchage ou de cristallisation, et dans laquelle la matière par exemple liquide ou pâteuse à traiter est pulvérisée éventuellement au moyen d'un organe rotatif ou non pour obtenir un brouillard finement dispersé. Sous l'effet du courant de gaz, ce brouillard sèche ou cristallise en suspension dans l'air. L'humidité est emportée par le courant de gaz et la plus grande partie du produit séché ou cristallisé se dépose dans le fond de la tour de séchage sous forme de poudre.
Une faible partie du produit séché est cependant entraînée par le courant de gaz et doit être récupéi rée au moyen d'un dispositif de séparation de poussières approprié, tel qu'un filtre à manches ou à choc.s, multicyclone etc. La poussière récupérée est en règle générale extrêmement fine, dite folle, et de ce fait, difficile à manipuler. En outre, elle présente souvent l'inconvénient de différer en texture et en teinte, voire en composition, du produit accumulé au fond de la tour de séchage. Cette poussière a tendance à s'agglomérer, particulièrement quand il s'agit de produits hygroscopiques, comme c'est le cas de beaucoup de produits tels que lait, sang, glucose, oeufs, etc.
Ces agglomérats se dissolvent mal, enferment une partie notable du produit à grains normaux si les fines poussières sont mélangées avec le produit du fond de la tour de séchage et dérobent celui-ci à l'action du solvant. I1 n'est donc pas possible de joindre les fines poussières au produit à grains normaux sans compromettre l'un des avantages. du séchage par atomisation, c'est-à-dire la formation d'un produit en poudre coulante, facile à manipuler et à utiliser et se dissolvant aisément. Comme les fines poussières peuvent atteindre 20 à 40 o/o de la pro duction totale, et comme les exigences économiques imposent leur utilisation, on était obligé de les rame ner dans les réservoirs de matière liquide ou pâteuse à traiter.
Cela augmente les frais de traitement tout en réduisant la capacité de production d'une installation déterminée et, partant, nécessite des installations surdimensionnées. Aussi, une quantité notable du produit à traiter subit plusieurs opérations de séchage, ce qui lorsqu'il s'agit de produits délicats s'altérant facilement à la dissolution ou au séchage peut être préjudiciable à la qualité.
On exige de plus en plus que les produits séchés ou cristallisés se présentent sous forme de poudre à grains homogènes et de dimensions uniformes, correspondant à une granulométrie définie entre des limites assez étroites, de préférence sous forme de petites perles creuses ayant une vitesse de dissolu tion n particulièrement favorable. Ces tendances aug- mentent l'importance de la question des fines poussières indésirables et on a tenté par différents moyens de réduire leur production ou de leur trouver une utilisation rationnelle.
A cet effet, on a proposé de donner au courant de gaz traversant la tour de séchage, une forme particulière, ou d'influencer la forme et la répartition du brouillard atomisé par des courants de gaz secondaires et d'accorder au dispositif de pulvérisation un emplacement choisi qui peut être modifié suivant la nature et la densité des produits à traiter. Ces mesures permettent de façon plus ou moins parfaite de réaliser la condition primordiale de tout traitement par atomisation, c'est-à-dire la transformation de la matière à traiter en fins grains ou en petits cristaux qui sont suffisamment consistants et secs pour ne plus s'agglomérer ou former des croûtes quand ils atteignent la paroi de la tour de séchage ou de cris tallisation, mais elles ne peuvent pas réduire de façon notable la formation de fines poussières.
Quant à l'utilisation des fines poussières, on a proposé de les prélever par un courant de gaz à l'endroit où elles ont été séparées du courant de gaz humide ayant servi au séchage de la matière dans la tour d'atomisation, et de les réintroduire dans cette tour tangentiellement à la paroi, et près de celleoci éventuellement ensemble avec des additifs. en forme de fine poudre transportés également par ce courant de gaz, afin d'y rencontrer le produit venant de l'atomiseur se trouvant dans un état de séchage très avancé et de se fixer sur les grains du produit sous forme d'un enrobage. Ces grains enrobés constituent de petits agglomérats hétérogènes assez fragiles qui peuvent, sous l'effet du frottement entre les ; grains, perdre une partie des constituants fins, ce qui altère la composition granulométrique du produit.
L'appareil de séchage ou de cristallisation selon l'invention permet d'éviter les inconvénients dus à la formation des fines poussières et d'utiliser celles-ci de façon rationnelle, éventuellement ensemble avec des additifs solides finement pulvérisés, pour la formation de grains homogènes.
A cet effet, cet appareil de séchage ou de cris- tallisation par pulvérisation, comportant une tour de séchage dans laquelle la matière à sécher ou à cristalliser est dispersée dans un courant de gaz traversant la tour, est caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif par lequel une matière sèche en fine poudre est amenée en suspension gazeuse à l'endroit même où la matière à traiter est dispersée, la matière sèche pouvant être de la poussière récupérée en aval de la tour de séchage ou une autre matière. Le dispositif amenant la matière sèche en suspension gazeuse est avantageusement une conduite qui débouche sur la face supérieure d'un plateau tournant assurant la dispersion de la matière à sécher. Cette conduite est de préférence disposée concentriquement autour de la conduite amenant la matière à sécher.
De préférence, la matière liquide ou pâteuse à traiter et les fines poussières, entraînées par le courant de gaz de séchage, et séparées de ce dernier par filtration ou au moyen d'un cyclone, ainsi que, éventuellement, d'additifs finement pulvérisés, sont donc dispersées simultanément par le plateau tournant, pour former un brouillard dans lequel la matière à traiter et la matière sèche en fine poudre sont intimement mélangées.
I1 en résulte que, en cas de séchage, la matière liquide ou pâteuse se condense sur les particules de matière sèche, ce qui diminue la quantité de liquide à évaporer par rapport à la quantité totale de matière et, partant, augmente la vitesse de séchage, tandis que, en cas de cristallisation, les particules de matière sèche constituent des germes de cristallisation qui favorisent la vitesse de formation des cristaux et influencent leur forme et leur nombre. Dans les deux cas, la vitesse de l'opération est accrue et le rendement de l'appareil augmenté. Les grains des matières séchées sont homoF gènes, car les particules des fines poussières ou les additifs ont été soit dissous complètement ou partiellement dans les gouttelettes de matière à traiter, soit mélangés à celle-ci, lorsqu'il s'agit d'additifs insolubles.
Aussi, les matières à traiter, enrichies de matières sèches à l'endroit même de la pulvérisation, se laissent facilement transformer en une matière perlée à grains creux de dimensions uniformes, sans produire simultanément une quote-part appréciable de folles poussières.
Un tel appareil permet en outre d'augmenter sensiblement la quantité des additifs que l'on peut incor- porer dans la matière à traiter et d'y apporter à l'état sec des produits que l'on était jusqu'à présent obligé de dissoudre ou de mettre préalablement en suspension.
Ainsi, par exemple, pour la préparation de farine lactée, la farine ou la fleur de mais peut être incorporée à l'état sec sur le plateau atomiseur dans le constituant lacté liquide, au lieu d'en préparer une suspension aqueuse jointe au constituant lacté, ce qui diminue la quantité d'eau à évaporer. I1 en est de même pour la fabrication de lait en poudre sucré, en ce qui concerne le sucre qui peut y être apporté à l'état sec.
Une augmentation sensible de la production peut aussi être réalisée dans la fabrication de poudres à lessiver, où 20 à 30 o/o des constituants, par exemple le polyphosphate ou le sulfate, ou encore les composés peroxygénés peuvent facilement être incorporés à sec dans le produit atomisé sans passer par l'état liquide. I1 est encore possible d'incorporer à sec, dans les matières à traiter, des composés qui se décomposent en contact avec l'eau, comme par exemple le bicarbonate de sodium, car la durée du contact avec le brouillard aqueux est si courte que ce produit ne subit pas de décomposition notable.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil faisant l'objet de l'invention.
I1 montre en coupe schématique l'appareil comprenant une tour 1 dans laquelle est montée sur un croisillon 2 une colonne 3 portant à son sommet un plateau d'atomisation tournant 4 entraîné par un moteur enfermé dans la colonne 3. Sur le plateau 4 débouchent des conduites concentriques 5 et 6. La première est reliée par une pompe 7 à un réservoir 8 contenant la matière à traiter dissoute dans un solvant approprié, normalement dans l'eau, ou en suspension pâteuse suffisamment liquide pour être transportée par la pompe 7 au plateau tournant 4.
La seconde est reliée par un tuyau 9 à un ventilateur 10 qui aspire par un tuyau 1 1 de la matière sèche en fine poudre se trouvant dans un sas 12 et/ou dans une trémie 13, et transporte cette matière en suspension gazeuse vers l'embouchure de la conduite 6.
Une conduite 14 est reliée à une source 15 de gaz chaud ou froid, suivant que l'appareil sert de séchoir ou de cristallisoir, et pénètre tangentiellement dans la tour au bas de celle-ci; une conduite 16 prenant naissance dans le dôme 17 permet l'évacuation du gaz introduit par 14.
La matière à traiter liquide et la matière sèche en fine poudre sont amenées par les conduites 5 et 6 au plateau tournant 4 qui atomise ces matières et les disperse dans la tour 1 sous forme de brouillard.
Celui-ci rencontre le courant de gaz qui entre par la conduite tangentielle 14, remonte en tourbillons dans la tour et quitte celle-ci par la conduite 16. Si l'ap- pareil travaille comme séchoir, le courant de gaz chaud - normalement de l'air, ou un gaz inerte tel que de l'azote ou de l'acide carbonique si les matières à traiter sont susceptibles de s'altérer en présence de l'oxygène de l'air - sèche les particules du brouillard et emporte le solvant sous forme de vapeur. Les particules de brouillard qui constituent des gouttelettes, englobant de la fine matière sèche comme décrit ci-dessus, perdent brusquement le solvant, avant même d'avoir eu le temps de modifier sensiblement leur forme et se transforment ainsi en grains ou en perles creuses qui subissent un classement par le courant de gaz remontant dans la tour.
Les grains ou perles de dimensions normales descendent vers le fond de la tour qui peut être plat et muni de racleurs, ou formé d'un cône renversé 18 comme représenté sur la figure, d'où ils sont enlevés par un clapet de déchargement 19. Les fines parties de la matière séchée sont emportées par le courant d'air humide dont elles sont séparées dans un cyclone 20 à ventilateur 21, moteur 22 et cheminée d'évacuation du gaz humide 23. La matière sèche se dépose en fine poussière dans le sas 12 d'où elle est prélevée comme décrit pour être réinjectée sur le plateau tournant 4, le cas échéant ensemble avec des additifs. en fine poudre se trouvant dans la trémie 13.
Spray drying or crystallization apparatus
The invention relates to apparatuses for drying or crystallization by spraying, called atomizers, comprising a drying tower traversed by a stream of gas which may be hot or cold, depending on whether it is a drying operation or crystallization, and in which the material, for example liquid or pasty to be treated, is optionally sprayed by means of a rotating member or not to obtain a finely dispersed mist. Under the effect of the gas stream, this mist dries or crystallizes in suspension in the air. The moisture is carried away by the gas stream and most of the dried or crystallized product settles on the bottom of the drying tower as a powder.
A small part of the dried product, however, is entrained by the gas stream and must be recovered by means of a suitable dust separation device, such as a bag filter or shock filter, multicyclone etc. The dust collected is generally extremely fine, called insane, and therefore difficult to handle. In addition, it often has the drawback of differing in texture and color, or even in composition, from the product accumulated at the bottom of the drying tower. This dust has a tendency to clump together, especially when it comes to hygroscopic products, as is the case with many products such as milk, blood, glucose, eggs, etc.
These agglomerates dissolve poorly, trap a significant portion of the normal-grained product if the fine dust is mixed with the product from the bottom of the drying tower and steal it from the action of the solvent. It is therefore not possible to join the fine dust to the normal grain product without compromising one of the advantages. spray drying, that is, the formation of a flowing powder product, easy to handle and use and easily dissolving. As fine dust can reach 20 to 40 o / o of the total production, and as economic requirements dictate their use, it was necessary to return them to reservoirs for liquid or pasty material to be treated.
This increases processing costs while reducing the production capacity of a particular facility and hence requires oversized facilities. Also, a significant quantity of the product to be treated undergoes several drying operations, which in the case of delicate products which easily deteriorate upon dissolution or drying can be detrimental to the quality.
It is increasingly required that the dried or crystallized products be in the form of powder with homogeneous grains and of uniform dimensions, corresponding to a particle size defined between fairly narrow limits, preferably in the form of small hollow beads having a dissolving rate. n particularly favorable tion. These trends increase the importance of the issue of unwanted fine dust and various means have been attempted to reduce their production or find a rational use for them.
For this purpose, it has been proposed to give the gas stream passing through the drying tower a particular shape, or to influence the shape and the distribution of the atomized mist by secondary gas streams and to give the spray device a chosen location which can be modified according to the nature and density of the products to be treated. These measures allow more or less perfect way to achieve the essential condition of any treatment by atomization, that is to say the transformation of the material to be treated into fine grains or small crystals which are sufficiently consistent and dry to no longer clump or crust when they reach the wall of the drying or crystallization tower, but they cannot significantly reduce the formation of fine dust.
As for the use of fine dust, it has been proposed to take them by a gas stream at the place where they were separated from the wet gas stream having served for drying the material in the atomization tower, and to reintroduce them in this tower tangentially to the wall, and near thatoci possibly together with additives. in the form of fine powder also transported by this gas stream, in order to meet there the product coming from the atomizer being in a very advanced state of drying and to attach itself to the grains of the product in the form of a coating. These coated grains constitute small fairly fragile heterogeneous agglomerates which may, under the effect of friction between them; grains, lose some of the fine constituents, which alters the particle size composition of the product.
The drying or crystallization apparatus according to the invention makes it possible to avoid the drawbacks due to the formation of fine dust and to use them rationally, optionally together with finely pulverized solid additives, for the formation of grains. homogeneous.
To this end, this spray drying or crystallization apparatus, comprising a drying tower in which the material to be dried or to be crystallized is dispersed in a stream of gas passing through the tower, is characterized in that it comprises a device by which a dry material in fine powder is brought into a gaseous suspension at the same place where the material to be treated is dispersed, the dry material possibly being dust recovered downstream of the drying tower or another material. The device bringing the dry matter in gaseous suspension is advantageously a pipe which opens onto the upper face of a turntable ensuring the dispersion of the material to be dried. This pipe is preferably arranged concentrically around the pipe bringing the material to dry.
Preferably, the liquid or pasty material to be treated and the fine dust, entrained by the stream of drying gas, and separated from the latter by filtration or by means of a cyclone, as well as, optionally, finely pulverized additives, are therefore dispersed simultaneously by the turntable, to form a mist in which the material to be treated and the dry material in fine powder are intimately mixed.
It follows that, in the event of drying, the liquid or pasty material condenses on the particles of dry material, which decreases the quantity of liquid to be evaporated in relation to the total quantity of material and, therefore, increases the drying speed. , while, in the event of crystallization, the particles of dry matter constitute seeds of crystallization which promote the rate of formation of crystals and influence their shape and number. In both cases, the speed of the operation is increased and the efficiency of the apparatus increased. The grains of the dried materials are homogeneous, because the fine dust particles or the additives have either been completely or partially dissolved in the droplets of material to be treated, or mixed with it, in the case of insoluble additives .
Also, the materials to be treated, enriched with dry materials at the spot where the spraying is carried out, can easily be transformed into a pearly material with hollow grains of uniform dimensions, without simultaneously producing an appreciable proportion of crazy dust.
Such an apparatus also makes it possible to appreciably increase the quantity of additives which can be incorporated into the material to be treated and to add therein, in the dry state, products which up to now have been required to. dissolve or suspend beforehand.
Thus, for example, for the preparation of milk flour, the flour or corn flower can be incorporated in the dry state on the atomizer tray in the liquid milk component, instead of preparing an aqueous suspension attached to the milk component. , which decreases the amount of water to evaporate. The same is true for the manufacture of sweetened powdered milk, as regards the sugar which can be added to it in the dry state.
A substantial increase in production can also be achieved in the manufacture of washing powders, where 20 to 30% of the constituents, for example polyphosphate or sulphate, or the peroxygen compounds can easily be incorporated dry into the product. atomized without going through the liquid state. It is still possible to incorporate in the dry, in the materials to be treated, compounds which decompose in contact with water, such as for example sodium bicarbonate, because the duration of the contact with the aqueous mist is so short that this product does not undergo significant decomposition.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the apparatus forming the subject of the invention.
I1 shows in schematic section the apparatus comprising a tower 1 in which is mounted on a spider 2 a column 3 carrying at its top a rotating atomization plate 4 driven by a motor enclosed in the column 3. On the plate 4 open out concentric pipes 5 and 6. The first is connected by a pump 7 to a tank 8 containing the material to be treated dissolved in a suitable solvent, normally in water, or in a pasty suspension sufficiently liquid to be transported by the pump 7 to the plate turning 4.
The second is connected by a pipe 9 to a fan 10 which sucks through a pipe 11 of the dry fine powder material located in an airlock 12 and / or in a hopper 13, and transports this material in gaseous suspension to the mouth of pipe 6.
A pipe 14 is connected to a source 15 of hot or cold gas, depending on whether the apparatus serves as a dryer or a crystallizer, and penetrates tangentially into the tower at the bottom thereof; a pipe 16 originating in the dome 17 allows the evacuation of the gas introduced by 14.
The liquid material to be treated and the fine powdered dry material are fed through lines 5 and 6 to the turntable 4 which atomizes these materials and disperses them in tower 1 in the form of a mist.
This encounters the gas stream which enters through tangential pipe 14, swirls up the tower and leaves it through pipe 16. If the appliance works as a dryer, the stream of hot gas - normally from air, or an inert gas such as nitrogen or carbonic acid if the material to be treated is liable to deteriorate in the presence of oxygen in the air - dries the particles of the mist and carries away the solvent in vapor form. The fog particles which constitute droplets, including fine dry matter as described above, suddenly lose the solvent, even before having had time to appreciably modify their shape and thus transform into grains or hollow pearls which are classified by the gas flow going up the tower.
The grains or pearls of normal dimensions descend to the bottom of the tower which can be flat and provided with scrapers, or formed of an inverted cone 18 as shown in the figure, from where they are removed by an unloading valve 19. The fine parts of the dried material are carried away by the current of humid air from which they are separated in a cyclone 20 with a fan 21, a motor 22 and a damp gas exhaust pipe 23. The dry material settles as fine dust in the chamber. airlock 12 from which it is taken as described in order to be reinjected onto the turntable 4, if necessary together with additives. fine powder in the hopper 13.