FR3032590A1

FR3032590A1 - Dispositif perfectionne a cuve rotative pour le traitement d'un produit par micro-ondes

Info

Publication number: FR3032590A1
Application number: FR1600073A
Authority: FR
Inventors: Francois Barbier
Original assignee: Erpim
Current assignee: Erpim
Priority date: 2015-01-14
Filing date: 2016-01-14
Publication date: 2016-08-12
Anticipated expiration: 2036-01-14
Also published as: FR3032590B1; FR3032589A1

Abstract

L'invention concerne un dispositif de traitement par micro-ondes d'un produit, notamment pour l'extraction d'un actif, comprenant a. une enceinte (100) fermée métallique apte à réaliser un applicateur multimode, le produit à traiter étant à l'intérieur de ladite enceinte ; b. un magnétron et un guide d'onde (110) apte à amener un rayonnement électromagnétique à une fréquence fdans ladite enceinte ; c. un dispositif de brassage (150) à l'intérieur de l'enceinte comprenant : ci. un plateau de diffusion, cii. un bras (151) de diffusion ; d. des moyens (160, 161) d'entraînement aptes à établir un mouvement rotatif relatif entre l'enceinte et le dispositif de brassage ; caractérisé en ce que le plateau et le bras (151) de diffusion sont constitués d'un matériau diélectrique à faible facteur de perte à la fréquence f

Description

1 L'invention concerne un dispositif perfectionné à cuve rotative pour le traitement d'un produit par micro-ondes. L'invention est plus particulièrement, mais non exclusivement, destinée à l'extraction d'un actif d'un produit, tel qu'une substance odorante, colorante, médicinale ou cosmétique d'un produit, plus particulièrement un 5 produit végétal. L'invention est également adaptée la fonte ou à la pré-fusion de produits fragiles tels que la cire d'abeille ou le beurre de karité ou encore à la stérilisation de matières premières naturelles. L'utilisation des micro-ondes, particulièrement dans le domaine de l'extraction d'un actif permet d'évier l'utilisation de solvants hydrocarbures et ainsi de réaliser cette 10 extraction dans des conditions plus respectueuses de l'environnement. Le principe général consiste à placer les produits à traiter dans une enceinte et à les soumettre à une excitation électromagnétique alternative à une fréquence appropriée. Typiquement pour les produits hydrocarbonés tels que les végétaux, cette fréquence est approximativement comprise entre 1 GHz et 40 GHz (109 à 40.109 s-1) et couramment 15 fixée industriellement à 2,45 GHz (2,45. 109 s-1) ou à 915 Mhz pour les puissances élevées. Les molécules d'eau contenues dans la matière organique sont excitées, mises en vibration, sous l'effet des variations du champ électrique ce qui entraîne une forte élévation de leur température et la vaporisation de celles-ci, la chaleur et la vapeur se propageant de l'intérieur de la plante vers l'extérieur en emportant l'actif. Le procédé 20 d'extraction par micro-ondes sans solvant est ainsi plus particulièrement adapté au traitement de végétaux de récolte comportant un pourcentage d'humidité suffisant pour obtenir l'évaporation de l'eau contenue dans les fibres ligneuses. Il est également adapté au traitement de végétaux congelés. La réussite du procédé d'extraction et plus généralement de tout procédé de 25 traitement par micro-ondes de produits divisés repose sur une exposition homogène desdits produits à l'action des micro-ondes. Le document FR 2 976 061 décrit une cuve de traitement rotative inclinée soumise aux micro-ondes pour le traitement de produits divisés. Ce dispositif de l'art antérieur est adapté à des traitements à haute température, supérieure à 200° C, dans le but de 30 réaliser des traitements thermiques sur des matériaux essentiellement minéraux tels que le plâtre, la silice, le verre ou les mâchefers, sans extraction d'actif. Dans le cas des applications visées par l'invention la condition d'homogénéité de l'exposition des 3032590 2 matériaux traités et plus contraignante, les matériaux traités et leur actifs étant plus fragiles de sorte le brassage obtenu par la simple rotation de la cuve est insuffisant pour obtenir le résultat escompté. Il est connu dans d'autres domaines d'utiliser des brasseurs, par exemple à pâles pour parfaire l'homogénéisation dans une cuve tournante. Ces solutions de l'art antérieur sont néanmoins délicates d'utilisation dans le domaine des micro-ondes, car lorsque lesdits brasseurs sont soumis au micro-ondes, les charges électriques tendent à s'accumuler sur leurs extrémités qui forment des pointes et provoquent des arcs, qui, compte tenu des puissances en jeu, sont susceptibles de détruire la cuve de traitement.

L'invention vise à résoudre les inconvénients de l'art antérieur et concerne à cette fin un dispositif de traitement par micro-ondes d'un produit, comprenant : a. une enceinte fermée métallique apte à réaliser un applicateur multimode, le produit à traiter étant à l'intérieur de ladite enceinte ; un magnétron et un guide d'onde apte à amener un rayonnement électromagnétique à une fréquence fdans ladite enceinte ; c. un dispositif de brassage à l'intérieur de l'enceinte comprenant : ci. un plateau de diffusion , cii. un bras de diffusion ; d. des moyens d'entraînement aptes à établir un mouvement rotatif relatif entre l'enceinte et le dispositif de brassage ; dans lequel le plateau et le bras de diffusion sont constitués d'un matériau diélectrique à faible facteur de perte à la fréquence f Ainsi le matériau diélectrique utilisé pour la constitution du dispositif de brassage ne chauffe par sous les l'effet des micro-ondes du fait de son faible facteur de perte mais transmet les micro-ondes à l'intérieur du tas de produit à traiter dans la cuve. Ainsi, en plus de l'effet de brassage mécanique, le dispositif de brassage favorise la répartition de l'exposition aux micro-ondes dans la masse de produit à traiter. Dans tout le texte, un facteur de perte faible représente un facteur de perte inférieur à 10-2. À titre d'exemples, le polytétrafluroéthylène (PTFE), le polyéthylène, des 30 silicates tels que le quartz, le verre ou encore des composites mettant en oeuvre ces matériaux sont adaptés à cet usage sans que cette liste ne soit exhaustive ou limitative.

3032 590 3 L'invention est avantageusement mise en oeuvre selon les modes de réalisation exposés ci-après, lesquels sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante. Avantageusement les moyens d'entraînement comprennent un arbre 5 d'entraînement et des moyens de liaison en rotation à l'enceinte ou au moyens de brassage. Selon un mode de réalisation, f=2,45.109 Hz et le matériau constituant le plateau et le bras de diffusion est un polytétrafluoroéthylène. Ce mode de réalisation est plus particulièrement adapté à l'application du dispositif objet de l'invention à l'extraction de 10 l'actif d'un produit végétal, compte tenu des températures atteintes, de la neutralité chimique de ce matériau vis-à-vis des produits traités et de son absence de souillure et d'absorption des molécules constituant lesdits actifs. Selon une variante de réalisation, l'arbre d'entraînement est lié en rotation au dispositif de brassage. Ce mode de réalisation est plus simple, l'enceinte étant fixe les 15 micro-ondes sont aisément amenées dans celle-ci par l'intermédiaire du guide d'onde. Selon une autre variante de réalisation, l'enceinte comprend : ai. une cuve métallique fixe fermée par un couvercle sur lequel arrive le guide d'onde ; aii. une cuve rotative à l'intérieur de la cuve fixe ; 20 et dans lequel les moyens de brassage sont à l'intérieur de la cuve rotative et où l'arbre d'entraînement est lié en rotation à la cuve rotative. Cette variante de réalisation, qui n'est pas pour autant incompatible avec la précédente, et permet notamment d'adapter le dispositif de brassage à des cuves rotatives de l'art antérieur.

25 Selon un mode de réalisation avantageux du dispositif objet de l'invention, l'arbre d'entraînement est guidé en rotation par une garniture comprenant une partie fixe et une partie mobile en rotation comprises dans une chambre remplie d'eau. L'eau comprise dans la chambre entourant les garnitures, permet d'une part d'assurer un refroidissement desdites garnitures, mais de plus, l'eau constitue un barrage pour les micro-ondes entre l'intérieur de l'enceinte et l'extérieur du dispositif assurant ainsi une protection des biens et des personnes se trouvant à proximité du dispositif objet de 3032590 4 l'invention au cours de son fonctionnement. Finalement cette couche d'eau entre les parties fixes, la cuve, et mobiles, l'arbre d'entraînement , empêche la création d'arcs électriques entre ces deux parties. Ainsi, cette solution technique est plus efficace et plus durable entre les pièces en mouvement que les solutions techniques de l'art 5 antérieur utilisant des tresses métalliques. Avantageusement, l'enceinte est inclinée d'un angle compris entre 15° et 45° par rapport à la direction verticale. Ainsi, le brassage des produits traités et plus efficace. L'invention est exposée ci-après selon ses modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, et en référence aux figures 1 à 5 dans lesquelles : 10 - la figure 1 montre selon une vue simplifiée en coupe un exemple de réalisation d'un dispositif objet de l'invention, dans lequel l'enceinte est fixe et les moyens de brassage sont mobiles à l'intérieur de ladite enceinte , - la figure 2 représente, selon une vue en perspective, un exemple de réalisation du dispositif de brassage adapté au dispositif de la figure 1 ; 15 - la figure 3 est une vue simplifiée selon la même coupe que la figure 1, d'un exemple de réalisation du dispositif objet de i'invention, comprenant une cuve fixe et une cuve mobile et dans lequel le dispositif de brassage est fixé à la cuve mobile ; - la figure 4 montre, selon une vue en perspective une exemple de réalisation d'un 20 dispositif de brassage adapté au dispositif de la figure 3 ; - et la figure 5 représente selon une vue simplifiée en coupe, un exemple de réalisation de la garniture de guidage de l'arbre d'entraînement d'un dispositif selon l'invention. Figure 1, selon un exemple de réalisation, le dispositif objet de l'invention 25 comprend une enceinte (100) comprenant une cuve (101) et un couvercle (102). Selon cet exemple de réalisation, la cuve (101) est fixe. Un guide d'one (120) constitué par exemple d'un tube carré en acier inoxydable austénitique, et connecté à une extrémité à un magnétron (non représenté) lequel magnétron génère des ondes électromagnétiques dans des longueurs d'onde comprises entre 10 et 30 cm et à son 30 autre extrémité à l'intérieur de l'enceinte (100). À titre d'exemple non limitatif, ladite enceinte est constituée d'un acier inoxydable austénitique. Ainsi, ladite enceinte constitue une cavité résonante, dite multimode. À titre d'exemple non limitatif, la 3032590 5 fréquence f, des ondes électromagnétiques produites par le magnétron est de l'ordre de 2,45.109 Hz. À titre indicatif, la puissance du magnétron est comprise, selon l'installation, entre 10 kW et 75 kW ce que ces valeurs ne soient limitatives. L'enceinte comprend des moyens de remplissage et de vidange (non représentés) de sorte à y 5 introduire le produit à traiter et en retirer les résidus après traitement. À titre d'exemple le produit à traiter est un végétal de récolte, par exemple, du géranium, des roses du jasmin, de l'ylang, des tubéreuses, des herbes tels que la sauge, le romarin ou la verveine, des menthes, des fruits tels que des agrumes. L'exposition du produit au rayonnement électromagnétique des micro-ondes conduit à une hydro-distillation 10 naturelle du produit par la vaporisation de l'eau contenue de ses fibres, cette vaporisation entraînant avec elle l'actif du produit, par exemple sous la forme d'une huile essentielle. Ladite vapeur est récupérée par un conduit (120) en communication avec l'intérieur de l'enceinte, avant de subir un traitement, selon des procédés connus de l'art antérieur, pour en séparer l'actif de la phase aqueuse. Durant le traitement, des 15 moyens de brassage (150) comprenant des pâles (151) ou bras de brassage tournant à l'intérieur de la cuve (101), entraînés par un arbre (160) d'entraînement, mis en rotation par un moteur (161). Ledit arbre d'entraînement (160) est guidé en rotation par rapport à la cuve (161) par un palier (170). L'enceinte (100) est inclinée par rapport à la verticale que sorte que les moyens (150) de brassage assure un mélange efficace 20 des produit et une exposition homogène aux micro-ondes. Le produit remplissant la cuve approximativement à mi-hauteur (190). Figure 2, selon un exemple de réalisation, les moyens (150) de brassage comprennent un plateau (251) liés aux bras (151). Lesdits moyens comporte un ou plusieurs bras. Selon ce mode de réalisation où les moyens de brassage sont entraînés 25 en rotation, ceux-ci comprennent un moyeu (250) lié à l'arbre d'entraînement et auquel les bras (151) sont raccordés. Le plateau (251), les bras (151) et le moyeu (250) sont constitués d'un matériau diélectrique présentant un faible facteur de perte à la fréquence f des micro-ondes auxquelles est soumise la cuve, par exemple un PTFE. La hauteur des bras (151) et leur nombre sont choisis en fonction de l'application visée, 30 plus particulièrement en fonction du niveau du produit dans la cuve lors du traitement et de l'inclinaison de l'enceinte.

3032590 6 Figure 3, selon un autre exemple de réalisation, l'enceinte (300) du dispositif objet de l'invention comporte une cuve fixe (303) et une cuve (301) mobile en rotation par rapport à ladite cuve fixe. Le produit à traiter est contenu dans la cuve (301) mobile et les micro-ondes sont guidées dans l'enceinte par le couvercle (302) solidaire de la cuve 5 (303) fixe. Le dispositif (350) de brassage est fixé à la cuve (301) mobile et comporte, selon cet exemple de réalisation, une pluralité de bras (351) constitués de PT FE. Figure 4, selon ce mode de réalisation, le dispositif (350) de brassage étant fixe, relativement à la cuve, la réalisation de celui-ci est simplifiée et comporte une pluralité de bras (351) assemblés sur un plateau (451) à encoches, également constitué de 10 PTFE, et assemblés entre eux par boulonnage à l'aide d'une visserie en polyamide (non représentée). Figure 5, selon un exemple de réalisation le guidage de l'arbre (160) d'entraînement du dispositif de brassage ou de la cuve mobile, comprend une garniture (561) tournante fixée à l'arbre (160) et une garniture (571) fixe, fixée au palier (170). Les 15 deux garnitures sont emprisonnée dans un une chambre (570) étanche dans laquelle circule de l'eau par des moyens (511, 512) appropriés. La présence de l'eau fait barrage au micro-ondes et empêche celles-ci de sortir de la cavité. La description ci-avant et les exemples de réalisation montrent que l'invention atteint les objectifs visés, en particulier elle permet d'assurer un brassage efficace des 20 produits traités soumis au micro-ondes de sorte que l'ensemble du contenu de l'enceinte de traitement soit exposé de manière homogène à l'action desdites micro- ondes.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de traitement par micro-ondes d'un produit, notamment pour l'extraction d'un actif, comprenant a. une enceinte (100, 300) fermée métallique apte à réaliser un applicateur multimode, le produit à traiter étant à l'intérieur de ladite enceinte ; b. un magnétron et un guide d'onde (110) apte à amener un rayonnement électromagnétique à une fréquence f dans ladite enceinte ; c. un dispositif de brassage (150, 350) à l'intérieur de l'enceinte comprenant : ci. un plateau (251, 451) de diffusion , cii. un bras (151, 351) de diffusion ; d. des moyens (160, 161) d'entraînement aptes à établir un mouvement rotatif relatif entre l'enceinte et le dispositif de brassage ; caractérisé en ce que le plateau (251, 451) et le bras (151, 351) de diffusion sont constitués d'un matériau diélectrique à faible facteur de perte à la fréquence f
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens d'entraînement comprennent un arbre (160) d'entraînement et des moyens de liaison en rotation à l'enceinte ou au dispositif de brassage.
3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel f=2,45.109 Hz et le matériau constituant le plateau et le bras de diffusion est un polytétrafluoroéthylène
4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'arbre d'entraînement est lié en rotation au dispositif de brassage (150).
5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'enceinte comprend : 3032590 8 ai. une cuve métallique (303) fixe fermée par un couvercle sur lequel arrive le guide d'onde ; aii. une cuve (301)rotative à l'intérieur de la cuve fixe, et dans lequel les moyen (350) de brassage sont à l'intérieur de la cuve 5 rotative (301) et où l'arbre d'entraînement est lié en rotation à la cuve rotative.
6. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel l'arbre d'entraînement est guidé en rotation par une garniture (170) comprenant une partie fixe (571) et une partie (561) mobile en rotation, comprises dans une chambre (570) 10 remplie d'eau.
7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'enceinte (100, 300) est inclinée d'un angle compris entre 15° et 45° par rapport à la direction verticale.