WO2003104734A1 - Procede de traitement thermique en continu de solides divises, et dispositif de mise en oeuvre dudit procede - Google Patents

Procede de traitement thermique en continu de solides divises, et dispositif de mise en oeuvre dudit procede Download PDF

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WO2003104734A1
WO2003104734A1 PCT/FR2003/001594 FR0301594W WO03104734A1 WO 2003104734 A1 WO2003104734 A1 WO 2003104734A1 FR 0301594 W FR0301594 W FR 0301594W WO 03104734 A1 WO03104734 A1 WO 03104734A1
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divided solids
vibrating bottom
vibrating
gas stream
mass
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Olivier Lepez
Philippe Sajet
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Olivier Lepez
Philippe Sajet
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for continuous thermal treatment of divided solids.
  • Devices for the transfer and thermal treatment of divided solids are already known, which can be in the form of bulk materials or powdered materials, in particular in the food industry.
  • the materials concerned can be for example spices, herbs,. grain or powder cereals, etc.
  • Devices have been used continuously, for example with a heating conveyor screw, as described in document No. O-A-99/39549.
  • the refrigerating energy necessary for cooling the product is provided essentially by the fluid circulating in the jacket of the shaft of the screw, the dry and cold air blown through the product serving to very significantly improve the coefficient of exchange of equipment by improving collective transfer, and at the same time avoiding condensation of ambient air.
  • the object of the present invention is to design a technique for the continuous thermal treatment of divided solids which does not have the drawbacks or limitations of the above-mentioned techniques, and which allows in particular an effective treatment of fragile divided solids without risk of deterioration of said solids. products, and this in favorable economic conditions and space.
  • GENERAL DEFINITION OF THE INVENTION This problem is solved in accordance with the invention by a process of continuous heat treatment of divided solids, in which the mass concerned of divided solids is conveyed in a determined direction by passing over an exchange wall.
  • the exchange walls delimiting the parallel channels are constituted by the side walls of hollow sections in each of which a heat-transfer or refrigerant fluid circulates continuously depending on the type of heat treatment concerned, the bottom of each individual channel being constituted by the vibrating bottom which lets pass the gas current.
  • the gas stream passing through the subdivided mass of divided solids is blown from bottom to top through the vibrating bottom, substantially perpendicular to the direction of conveyance.
  • the gas stream is fragmented in the conveying direction, with temperature and / or hygrometry characteristics possibly variable from one section to another.
  • the invention also relates to a heat treatment device for implementing the aforementioned treatment method.
  • the thermal treatment device comprises:
  • an elongated treatment enclosure in which is arranged a wall which is permeable to gases while being capable of retaining divided solids to be treated, said wall being mechanically connected to vibration means capable of causing said wall to vibrate so that it constitutes a vibrating bottom capable of conveying a mass of divided solids;
  • vibration means capable of causing said wall to vibrate so that it constitutes a vibrating bottom capable of conveying a mass of divided solids;
  • the hollow sections have a triangular section, and are joined by their base to the vibrating bottom, so that the parallel channels formed by said sections have a substantially trapezoidal section, with a width which increases as one moves away from said vibrating bottom.
  • the vibrating base may consist of at least one grid panel of generally square or rectangular shape, preferably fixed in a removable manner on an associated frame integral with the elongated enclosure. This facilitates cleaning operations by dismantling the grid panel (s).
  • the grid panel (s) may be made of sintered metal or of sintered composite, or even of stainless steel fabric.
  • the device may comprise, in the space delimited inside the elongated treatment enclosure below the vibrating bottom, at least one intermediate wall providing a compartment floor of said interior space.
  • the elongated treatment enclosure has vertical lateral walls which define, with the vibrating bottom equipped with its hollow sections, a U-shaped or rectangular trough, possibly provided with an upper cover.
  • FIG. 1 illustrates in cross section a heat treatment device implementing the method of the invention
  • FIG. 2 is a section on II-II of Figure 1, on an enlarged scale, to better distinguish the parallel channels defined by the hollow sections, here of triangular section, overcoming the vibrating bottom;
  • FIG. 3 is a detail view illustrating in section, on a larger scale still enlarged, a trapezoidal section channel defined between two hollow sections of triangular section.
  • the figures illustrate a heat treatment device denoted 1, which comprises an elongated treatment enclosure 2 constituted by a bottom 3 flanked by essentially vertical side walls 4, and here covered with a cover 5 at a peripheral edge 6.
  • a wall 10 is provided which is both permeable to gases while being capable of retaining divided solids to be treated.
  • This wall 10 which can be consisting of one or more grid panels of generally square or rectangular shape, is preferably removably attached to an associated frame 7 integral with the elongated enclosure 2. The purpose of the removable attachment is to allow the disassembly and cleaning of the grid panels.
  • the grid panel (s) 10 will be made of sintered metal or of sintered composite (polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene), or even of stainless steel fabric, which are materials that are both resistant and easy to clean.
  • the porous wall 10 is also mechanically connected to vibration means capable of causing said wall to vibrate so that the latter constitutes a vibrating bottom capable of conveying a mass of divided solids M.
  • vibration means have been shown in line mixed in Figure 1 only, so as not to overload the representation.
  • the vibration means 22 thus comprise a vibration frame 23 connected in the upper part, by associated connection means 24, to the wall
  • vibration means are well known in the use of fluidized vibrating beds, so that it is unnecessary to dwell on their structure.
  • the porous wall 10 mechanically connected to the vibration means 22, will hereinafter be called “vibrating bottom”.
  • the hollow sections 11 are arranged in the elongated enclosure 2 by being arranged on the vibrating bottom 10, said sections extending parallel to the conveying direction which is denoted X, and being traversed internally by a coolant or coolant depending on the type heat treatment concerned.
  • the hollow sections 11 have a triangular section here, but this is of course only an example. However, finding different cross-sectional shapes for them hollow sections internally traversed by a coolant or coolant has shown that the triangular section was one of the most efficient, insofar as its side walls, noted 14, are both favorable for heat exchange and good progression of each mass of divided products advancing in the associated longitudinal channel which is noted 15.
  • each hollow section 11, of triangular section is secured by its base 13 to the vibrating bottom 10, and longitudinal weld beads 13.1 have been illustrated here.
  • the side walls 14 then delimit, with the visible parts of the vibrating bottom 10, channels 15 parallel to the conveying direction X, the section of which is essentially trapezoidal in shape, with the small base facing downwards.
  • the width of the section of each channel 15 thus increases as one moves away from the vibrating bottom 10.
  • the number of hollow sections 11 will vary according to the dimensions of the enclosure and the desired performances.
  • the elongated treatment enclosure 2 is further equipped with blowing or air suction means 17 communicating with a space 16 delimited inside said enclosure below the vibrating bottom 10.
  • a sheath is thus distinguished 18 opening into the aforementioned space 16 at the bottom 3 of the elongated treatment enclosure 2, said pipe being connected to an air blowing member 19.
  • the air thus blown passes through the vibrating bottom 10 and the mass of divided solids M which is subdivided by flowing through parallel channels 15, as ⁇
  • the air then enters the upper space 21 of the enclosure 2, and can escape via an outlet 20 formed on the cowling 5.
  • the arrows 103 and 104 respectively diagram the entry air conditioning, and the humid air outlet.
  • the air passing through the product achieves a "fluidization" of said product, which is in fact more precisely a percolation insofar as the speed of circulation of the air in the product is always much lower than the speed of flight of the particles or at the average particle fall speed.
  • fluidization and “fluidize”, but remaining attached to this nuance of terminology which is linked to a notable advantage of the process and the device of the invention, namely to avoid the flight of particles above the channeled bed which is treated as it progresses.
  • the hollow sections 11, here of triangular section are traversed internally, that is to say in their interior space denoted 12, by a coolant or coolant as the case may be.
  • a fluid inlet 26 has thus been illustrated on the upstream side of the elongated enclosure 2, this inlet 26 supplying coolant or coolant to each interior space 12 of hollow profile 11.
  • the fluid can exit at a common outlet 27.
  • the fluid inlets and outlets are shown diagrammatically by arrows 106 and 107 respectively.
  • the divided solids to be treated are admitted via an inlet hopper 28 as shown by the arrow 101. These products fall directly on the inlet of the vibrating bottom 10, and are distributed between the different channels 15 delimited by the side walls. 14 of the hollow sections 11.
  • a zone without channels (not shown here) over a short distance (for example a length of 50 cm), in order to distribute uniformly and stabilize the the whole product at a uniform height.
  • the mass of divided solids M thus subdivided is therefore distributed between the different channels 15, as can be seen in FIG. 2.
  • the height of the fluidized vibrating bed which can be adjusted conventionally by a flap 30 shown in Figure 1, will be chosen so that it does not exceed the height of the hollow sections 11, that is to say the plane pas- sant by the upper edges 31 of said profile.
  • the elongated treatment enclosure 2 thus comprises vertical lateral walls 4 which define, with the vibrating bottom 10 equipped with its hollow sections 11, a rectangular trough. It will naturally be possible as a variant to provide a more curved trough bottom, so as to obtain a U-shaped trough.
  • the mass of divided solids M to be treated is subdivided in a direction parallel to the conveying direction X, and circulates in parallel channels 15 open above, passing on a vibrating bottom 10 allowing the gas stream 105 to pass and between exchange walls delimiting said parallel channels.
  • the exchange walls 14 delimiting the parallel channels 15 are in this case constituted by the lateral walls of the profiles 11, here of triangular section, in each of which circulates a heat-transfer or coolant fluid continuously depending on the type of heat treatment concerned, the bottom of each individual channel 15 being constituted by the vibrating bottom 10 which allows the gas stream to pass.
  • the gas stream 105 passing through the subdivided mass of divided solids M is here blown from bottom to top, through the vibrating bottom 10, substantially perpendicular to the conveying direction X. It is naturally possible to provide, as a variant, a suction mechanism arranged in part high of the enclosure, and replacing the aforementioned blowing mechanism. If we refer to the more detailed view of Figure 3, we see that the gaseous fluid acts not only on the divided solids present in each of the channels 15, but also on the base 13 of the hollow section 11 of triangular section.
  • each channel 15 The divided solids lying in the lower area of each channel 15 is strongly fluidized, for example up to a theoretical border illustrated here in phantom 15.1, above which the upper layer of divided solids is quieter, which makes it possible to prevent the flight of fine particles without harming the regular and controlled progression of solids in the conveying direction X.
  • the lower part of the trough allows the percolation air conditioned in temperature and humidity to be conveyed, as well as its passage through the product by the porous vibrating bottom.
  • the upper part of the trough ensures the transport and the heat treatment of the product as well as the evacuation of gaseous fluids (humid air, vapors, etc.).
  • the triangular section of the hollow profiles for circulation of coolant or coolant provides an optimal shape and arrangement of the exchange surface.
  • the height of the triangle corresponding to the height of the product bed, it follows an optimization of the available exchange surface.
  • L being the distance between the vertices 31 of said hollow sections
  • a favorable distribution of the exchange surfaces is obtained, with for example two thirds for the transfer of heat or cold to the product, and a third for the transfer of heat or cold towards the vibrating bottom, thus allowing optimal conditioning of the temperature of the entire porous passage of the product circulation.
  • the inverted trapezoidal shape of the section of each circulation channel also allows a reduction in the speed of the air as it crosses the bed of product, thus limiting the flight of fine particles on the surface of the product. bed, while ensuring strong convection within it.
  • the spacings between hollow profiles of triangular section for circulation of heat transfer fluid allow the passage of percolation air through the product, hence a contribution to the heat exchange by the calories provided by the gaseous fluid, and a significant increase in the external exchange coefficient of the heat-transfer fluid circulation conduits, this in the particular case of using the treatment device as a heating assembly.
  • the elimination of the condensation process by capturing the humidity of the product by the percolation air passing through the porous corridor and the product bed.
  • porous corridor assembly and the hollow profiles of triangular section, which are produced by welded stainless steel profiles along the length of the porous corridor, produced itself. in frit or stainless steel cloth.
  • grid assembly porous bottom
  • the grid assembly removably attached can be very easily disassembled for cleaning, or replaced by another assembly having a different porosity coefficient, to adapt optimally to the nature of the process and / or the particle size of the products to be treated.
  • the invention is not limited to the embodiments which have just been described, but on the contrary encompasses any variant incorporating, with equivalent means, the essential characteristics set out above.

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Abstract

ABREGEL'invention concerne un procédé un dispositif de traitement thermique en continu de solides divisés. Conformément ô l'invention, la masse de solides divisés (M) est subdivisée dans une direction parallèle ô la direction de convoyage (X), et circule dans des canaux parallèles (15) ouverts supérieurement, en passant sur un fond vibrant (10) laissant passer le courant gazeux (105) et entre des parois d'échange délimitant les canaux parallèles. Le courant gazeux sert ô la fois ô fluidiser la masse de solides divisés et ô augmenter le coefficient d'échange thermique des parois d'échange.Figure 1

Description

Procédé de traitement thermique en continu de solides divisés, et dispositif de mise en œuvre dudit procédé.
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé et un dispositif de traitement thermique en continu de solides divisés . ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
On connaît déjà des dispositifs de transfert et de traitement thermique de solides divisés, qui peuvent se présenter sous la forme de matériaux en vrac ou de matériaux pulvérulents, notamment dans l'industrie agro- alimentaire. Les matériaux concernés peuvent être par exemple des épices, des herbes, des . céréales en grain ou en poudre, etc. On a ainsi utilisé des dispositifs travaillant en continu, par exemple avec une vis transporteuse chauffante, comme cela est décrit dans le document n° O-A-99/39549.
On connaît également des techniques utilisant un lit fluidisé vibré, basées sur le principe d'un transport vibrant horizontal avec passage à travers une auge perforée d'un air chaud ou froid en fonction de la nature du procédé concerné. On pourra à ce titre se référer aux documents FR-A-2 784 742 et DE-A-3 308 962. Sur le plan thermique, la fluidisation est bien entendu favorable, et on sait qu'elle procure un très bon coefficient d'échange thermique. Toutefois, ce type de technique présente l'inconvénient de nécessiter de très gros débits d'air, puisque l'air est alors utilisé comme fluide caloporteur (faible densité et faible capacité calorifique) . Les forts débits d'air génèrent des vitesses importantes de passage du fluide gazeux à travers le produit à traiter, ayant pour conséquence l'envol des particules les plus fines. Ceci implique aussi la présence d'équipements assurant le traitement aval des poussières, avec des cyclo- nés ou filtres à manches afin d'éviter le rejet de fines particules dans l'atmosphère. En outre, il est difficile avec cette technique de maîtriser les temps de séjour. En définitif, ce type de technique apparaît dans la pratique peu adapté au traitement des produits pulvérulents, et nécessite souvent l'implantation d'une unité de traitement des poussières augmentant considérablement les coûts d'investissement et d'exploitation du procédé.
On connaît également des échangeurs de chaleur utilisant un lit vibrant fluidisé traversé par le fluide concerné (voir par exemple le document US-A-6 263 958) . Il convient cependant de noter qu'à la différence des techniques précitées, les particules du lit fluidisé ne sont aucunement convoyées : il ne s'agit donc pas d'un traitement de solides divisés.
On peut également citer les techniques utilisant une vis à double enveloppe, basées sur le principe d'une vis de transfert tournant dans une auge à deux enveloppes, les parois constitutives de la double enveloppe étant des parois pleines délimitant un espace dans lequel on fait circuler un fluide caloporteur ou frigoporteur. Ce type de technique convient globalement à tout type de produits. De plus, elle assure une relativement bonne maîtrise des temps de séjour, et elle présente également l'avantage d'éviter l'envol de fines particules dans la mesure où on ne retrouve aucun soufflage d'air, puisque seul le fluide caloporteur ou frigoporteur circulant dans la double enveloppe assure, à travers la paroi de l'auge et/ou des vis, l'échange thermique. Cependant, cette technique est onéreuse à mettre en œuvre, et les coefficients d'échange restent relativement médiocres, ce qui implique des surfaces d'échange importantes conduisant à des équipements volumineux et onéreux. Ceci est particulièrement néfaste lorsque l'on souhaite refroidir des so- lides divisés qui présentent un taux d'hygrométrie très élevé à la sortie de l'installation de traitement thermique, car on trouve alors un risque important de voir une condensation des produits accompagnant la diminution de température, laquelle condensation est généralement indé- sirable car elle induit la formation d'agglomérats ou de grumeaux plus ou moins gros de produits. D'autres conséquences néfastes peuvent également être rencontrées avec ce type de techniques, à savoir le développement de micro-organismes, levures, moisissures, etc. La demanderesse a enfin tout récemment conçu une technique de refroidissement en continu de solides divisés qui apparaît plus performante que les techniques précitées, en permettant un refroidissement efficace de solides divisés de types très divers quant à leur granulo- métrie, et ce dans des conditions économiques et d'encombrement très favorables. On pourra à cet effet se référer au document FR-A-2 811 745. Cette technique utilise le principe d'une vis de transport dans laquelle la masse concernée de produit à refroidir est brassée, con- voyée horizontalement et refroidie par convection en passant sur 1 ' axe creux de la spire de transport dans laquelle circule un fluide frigorifique. En même temps, le produit est traversé par un courant gazeux sec et froid servant à la fois à fluidiser le produit tout en captant l'humidité de l'air ambiant, en évitant ainsi le processus de condensation rappelé plus haut. Ainsi, l'énergie frigorifique nécessaire au refroidissement du produit est apportée essentiellement par le fluide circulant dans la double enveloppe de l'arbre de la vis, l'air sec et froid soufflé à travers le produit servant à améliorer très sensiblement le coefficient d'échange de l'équipement par amélioration du transfert collectif, et en même temps à éviter la condensation de l'air ambiant.
La technique précitée paraît extrêmement bien adaptée au refroidissement des produits pulvérulents et divisés. Cependant, il existe une catégorie de produits plus fragiles qui peuvent souffrir des agressions mécaniques produites par la ou les vis à double enveloppe circulant dans une auge. Les produits fragiles risquent en effet d'être écrasés et déformés de manière irréversible entre l'arbre de la vis et la paroi interne de l'auge. A titre d'exemple non limitatif, on peut citer comme tels produits fragiles des bonbons, des légumes bouillis ou blanchis, des fruits secs, etc. De tels produits s'écrasent fréquemment sur la vis, ce qui est néfaste à la bonne circulation et au traitement de la masse de solides divisés. De plus, ceci oblige à un nettoyage extrêmement fréquent des composants de l'installation.
OBJET DE L'INVENTION La présente invention a pour objet de concevoir une technique de traitement thermique en continu de solides divisés ne présentant pas les inconvénients ou limitations des techniques précitées, et permettant en particulier un traitement efficace de solides divisés fragiles sans risque de détérioration desdits produits, et ce dans des conditions économiques et d'encombrement favorables. DEFINITION GENERALE DE L'INVENTION Ce problême est résolu conformément à l'invention grâce à un procédé de traitement thermique en continu de solides divisés, dans lequel la masse concernée de solides divisés est convoyée dans une direction déterminée en passant sur une paroi d'échange et en étant en permanence traversée par un courant gazeux servant à la fois à flui- diser ladite masse de solides divisés et à augmenter le coefficient d'échange thermique de ladite paroi d'échange, ledit procédé étant remarquable en ce que la masse de solides divisés à traiter est subdivisée dans une direction parallèle à la direction de convoyage, et circule dans des canaux parallèles ouverts supérieure- ment, en passant sur un fond vibrant laissant passer le courant gazeux et entre des parois d'échange délimitant lesdits canaux parallèles.
Ainsi, la progression de la masse de solides divisés s'effectue sans agression mécanique comme c'était le cas dans les techniques précitées utilisant une ou plusieurs vis de convoyage.
De préférence, les parois d'échange délimitant les canaux parallèles sont constituées par les parois latérales de profilés creux dans chacun desquels circule en continu un fluide caloporteur ou frigoporteur selon le type de traitement thermique concerné, le fond de chaque canal individuel étant constitué par le fond vibrant qui laisse passer le courant gazeux.
Conformément à un mode d'exécution particulier du procédé, le courant gazeux traversant la masse subdivisée de solides divisés est soufflé de bas en haut au travers du fond vibrant, sensiblement perpendiculairement à la direction de convoyage. En particulier, on pourra éventuellement prévoir que le courant gazeux est fragmenté dans la direction de convoyage, avec des caractéristiques de température et/ou d'hygrométrie éventuellement variables d'une section à l'autre.
L'invention concerne également un dispositif de traitement thermique servant à mettre en œuvre le procédé de traitement précité.
Conformément à l'invention, le dispositif de traitement thermique comporte :
- une enceinte allongée de traitement dans laquelle est agencée une paroi qui est perméable aux gaz tout en étant apte à retenir des solides divisés à traiter, ladite paroi étant reliée mécaniquement à des moyens de vibration susceptibles de faire vibrer ladite paroi pour que celle-ci constitue un fond vibrant capable de convoyer une masse de solides divisés ; - des profilés creux agencés dans l'enceinte al- longée en étant disposés sur le fond vibrant, lesdits profilés s'étendant parallèlement à la direction de convoyage et étant parcourus intérieurement par un fluide caloporteur ou frigoporteur selon le type de traitement thermique concerné ;
- des moyens de soufflage ou d'aspiration d'air communiquant avec un espace délimité à l'intérieur de l'enceinte allongée de traitement en dessous du fond vibrant . Conformément à un mode particulier d'exécution qui s'avère très avantageux, les profilés creux ont une section triangulaire, et sont solidarisés par leur base au fond vibrant, de sorte que les canaux parallèles formés par lesdits profilés ont une section sensiblement trapézoïdale, avec une largeur qui augmente au fur et à mesure que l'on s'éloigne dudit fond vibrant. En particulier, on pourra prévoir que les profilés creux sont espacés entre eux, au niveau du front vibrant, d'une distance qui est suffisante pour permettre le passage du courant gazeux nécessaire au travers du fond vibrant, en étant de préférence de l'ordre de L/3 à L/2 , L étant la distance entre les sommets desdits profilés creux.
On pourra en outre prévoir que le fond vibrant est constitué par au moins un panneau de grille de forme générale carrée ou rectangulaire, de préférence fixé de manière amovible sur un encadrement associé solidaire de l'enceinte allongée. Ceci permet de faciliter les opérations de nettoyage par démontage du ou des panneaux de grille. En particulier, on pourra prévoir que le ou les panneaux de grille sont réalisés en métal fritte ou en composite fritte, ou encore en toile d'acier inoxydable.
On pourra en outre prévoir que le dispositif comporte, dans l'espace délimité à l'intérieur de l'enceinte allongée de traitement en dessous du fond vibrant, au moins une paroi intermédiaire réalisant un compartimen- tage dudit espace intérieur.
Avantageusement enfin, l'enceinte allongée de traitement comporte des parois latérales verticales qui définissent avec le fond vibrant équipé de ses profilés creux, une auge en U ou rectangulaire, éventuellement munie d'un capotâge supérieur.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre et des dessins annexés, con- cernant un mode d'exécution particulier.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux figures où :
- la figure 1 illustre en coupe transversale un dispositif de traitement thermique mettant en œuvre le procédé de l'invention ;
- la figure 2 est une coupe selon II-II de la figure 1, à une échelle agrandie, permettant de mieux distinguer les canaux parallèles délimités par les profilés creux, ici de section triangulaire, surmontant le fond vibrant ;
- la figure 3 est une vue de détail illustrant en coupe, à plus grande échelle encore agrandie, un canal de section trapézoïdale délimité entre deux profilés creux de section triangulaire. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Les figures illustrent un dispositif de traitement thermique noté 1, qui comporte une enceinte allongée de traitement 2 constituée par un fond 3 flanqué de parois latérales essentiellement verticales 4, et ici recouverte d'un capotage 5 au niveau d'une bordure périphérique 6.
Dans cette enceinte allongée 2, ici de structure essentiellement parallélipédique, avec un fond 3 sensiblement horizontal, on a prévu une paroi 10 qui est à la fois perméable aux gaz tout en étant apte à retenir des solides divisés à traiter. Cette paroi 10, qui peut être constituée par un ou plusieurs panneaux de grille de forme générale carrée ou rectangulaire, est de préférence fixée de manière amovible sur un encadrement associé 7 solidaire de l'enceinte allongée 2. La fixation amovible a pour but de permettre aisément un démontage et un nettoyage des panneaux de grille. De préférence, le ou les panneaux de grille 10 seront réalisés en métal fritte ou en composite fritte (polytétrafluoréthylène, polypropy- lène, polyéthylène) , ou encore en toile d'acier inoxyda- ble, qui sont des matériaux à la fois résistants et faciles à nettoyer.
La paroi poreuse 10 est en outre reliée mécaniquement à des moyens de vibration susceptibles de faire vibrer ladite paroi pour que celle-ci constitue un fond vi- brant capable de convoyer une masse de solides divisés M. Ces moyens de vibration ont été représentés en trait mixte sur la figure 1 seulement, afin de ne pas surcharger la représentation. Les moyens de vibration 22 comportent ainsi un châssis de vibration 23 relié en partie haute, par des moyens de liaison 24 associés, à la paroi
10, et inférieurement , à deux moteurs à balourd 25. De tels moyens de vibration sont bien connus dans l'utilisation de lits vibrants fluidisés, de sorte qu'il est inutile de s'apesantir sur leur structure. La paroi poreuse 10 mécaniquement reliée aux moyens de vibration 22, sera par la suite appelée «fond vibrant ».
Les profilés creux 11 sont agencés dans l'enceinte allongée 2 en étant disposés sur le fond vibrant 10, lesdits profilés s'étendant parallèlement à la direction de convoyage qui est notée X, et étant parcourus intérieurement par un fluide caloporteur ou frigoporteur selon le type de traitement thermique concerné. Les profilés creux 11 ont ici une section triangulaire, mais ceci ne constitue naturellement qu'un exemple. Cependant, la recherche de différentes formes de section transversale pour les profilés creux parcourus intérieurement par un fluide caloporteur ou frigoporteur a permis de constater que la section triangulaire était l'une des plus performantes, dans la mesure où ses parois latérales, notées 14, sont à la fois favorable à l'échange thermique et à la bonne progression de chaque masse de produits divisés avançant dans le canal longitudinal associé qui est noté 15.
Comme cela est mieux visible sur la figure 3, chaque profilé creux 11, de section triangulaire, est solidarisé par sa base 13 au fond vibrant 10, et l'on a illustré ici des cordons de soudure longitudinaux 13.1. Les parois latérales 14 délimitent alors, avec les parties apparentes du fond vibrant 10, des canaux 15 parallèles à la direction de convoyage X, dont la section est de forme essen- tiellement trapézoïdale, avec la petite base tournée vers le bas. La largeur de la section de chaque canal 15 augmente ainsi au fur et à mesure que l'on s'éloigne du fond vibrant 10. Le nombre de profilés creux 11 variera selon les dimensions de l'enceinte et les performances recher- chées . A titre indicatif, pour un débit de 500 kg/heure, on pourra prévoir 10 à 17 profilés, triangulaires, ayant une hauteur de 30 à 50 mm et une base de 20 à 40 mm, avec un espacement à la base 1 de l'ordre de 20 mm. On reviendra plus loin sur les avantages pratiques d'une telle géométrie dans le cadre de la description du procédé.
L'enceinte allongée de traitement 2 est en outre équipée de moyens 17 de soufflage ou d'aspiration d'air communiquant avec un espace 16 délimité à l'intérieur de ladite enceinte en dessous du fond vibrant 10. On distin- gue ainsi une gaine 18 débouchant dans l'espace 16 précité au niveau du fond 3 de l'enceinte allongée de traitement 2 , ladite conduite étant raccordée à un organe de soufflage d'air 19. L'air ainsi soufflé traverse le fond vibrant 10 et la masse de solides divisés M qui est sub- divisée en circulant dans les canaux parallèles 15, comme ιυ
cela est schématisé par les flèches 105. L'air pénètre alors dans l'espace supérieur 21 de l'enceinte 2, et peut s'échapper par une sortie 20 ménagé sur le capotage 5. Les flèches 103 et 104 schématisent respectivement l'entrée d'air conditionné, et la sortie d'air humide.
L'air traversant le produit réalise une « fluidisation » dudit produit, qui est en fait plus précisément une percolation dans la mesure où la vitesse de circulation de l'air dans le produit est toujours très inférieure à la vitesse d'envol des particules ou à la vitesse moyenne de chute des particules. Pour plus de simplicité, on utilisera le terme « fluidisation » et « fluidiser », mais en restant attaché à cette nuance de terminologie qui est liée à un avantage notable du procé- dé et du dispositif de l'invention, à savoir d'éviter l'envol des particules au-dessus du lit canalisé qui est traité au fur et à mesure de sa progression.
Dans la variante illustrée ici, on utilise une entrée d'air unique alimentant l'espace intérieur 16 dans lequel régnent des conditions sensiblement uniformes de température et d'hygrométrie. Ceci signifie que ces conditions sont les mêmes sur toute la longueur de l'enceinte, et donc pour toute la masse de solides divisés traitée en continu. On pourra toutefois prévoir de fragmenter le courant gazeux dans la direction de convoyage X, avec des caractéristiques de température et/ou d'hygrométrie éventuellement variables d'une section à l'autre. Ceci peut être réalisé en prévoyant au moins une paroi intermédiaire dans l'espace 16, qui réalise un com- partimentage dudit espace. En l'espèce, on a illustré sur la figure 1, de façon schématique, de telles parois 35, représentées en trait mixte, qui définissent ainsi un compartimentage en trois sous-espaces intérieurs. Dans ce cas, chaque espace compartimenté comporte sa propre en- trée d'air conditionné, en l'espèce des entrées 17' et 17'' pour les deux espaces.
Ainsi que cela a été dit plus haut, les profilés creux 11, ici de section triangulaire, sont parcourus intérieurement, c'est-à-dire dans leur espace intérieur no- té 12, par un fluide caloporteur ou frigoporteur selon le cas. Comme cela est illustré sur la figure 1, on a ainsi illustré une entrée de fluide 26 du côté amont de l'enceinte allongée 2, cette entrée 26 amenant du fluide caloporteur ou frigoporteur à chaque espace intérieur 12 de profilé creux 11. Le fluide peut sortir au niveau d'une sortie commune 27. Les entrées et sorties de fluide sont schématisées respectivement par les flèches 106 et 107.
Les solides divisés à traiter sont quant à eux admis par une trémie d'entrée 28 comme schématisé par la flèche 101. Ces produits tombent directement sur l'entrée du fond vibrant 10, et se répartissent entre les différents canaux 15 délimités par les parois latérales 14 des profilés creux 11. Dans la pratique, il sera avantageusement prévu pour l'entrée du produit une zone sans canaux (non représenté ici) sur une courte distance (par exemple une longueur de 50 cm) , afin de répartir uniformément et stabiliser l'ensemble du produit sur une hauteur homogène. La masse de solides divisés M ainsi subdivisée se répar- tit donc entre les différents canaux 15, comme cela est visible sur la figure 2. On constitue ainsi un lit vibrant fluidisé subdivisé qui progresse de proche en proche sur toute la longueur du fond vibrant 10, pour s'échapper enfin, du côté aval de l'enceinte de traite- ment allongée 2, par une sortie commune 29, comme schématisé par la flèche 102. Il convient de noter que la hauteur du lit vibrant fluidisé, qui peut être réglée de façon classique par un volet 30 représenté sur la figure 1, sera choisie de telle façon qu'elle ne dépasse pas la hauteur des profilés creux 11, c'est-à-dire le plan pas- sant par les arêtes supérieures 31 dudit profilé.
L'enceinte allongée de traitement 2 comporte ainsi des parois latérales verticales 4 qui définissent, avec le fond vibrant 10 équipé de ses profilés creux 11, une auge rectangulaire. On pourra naturellement prévoir en variante un fond d'auge plus incurvé, de façon à obtenir une auge en U.
Ainsi, et conformément à un aspect essentiel du procédé de traitement selon l'invention, la masse de solides divisés M à traiter est subdivisée dans une direction parallèle à la direction de convoyage X, et circule dans des canaux parallèles 15 ouverts supérieurement, en passant sur un fond vibrant 10 laissant passer le courant gazeux 105 et entre des parois d'échange délimitant les- dits canaux parallèles. Les parois d'échange 14 délimitant les canaux parallèles 15 sont en l'espèce constituées par les parois latérales des profilés 11, ici de section triangulaire, dans chacun desquels circule en continu un fluide caloporteur ou frigoporteur selon le type de traitement thermique concerné, le fond de chaque canal individuel 15 étant constitué par le fond vibrant 10 qui laisse passer le courant gazeux.
Le courant gazeux 105 traversant la masse subdivisée de solides divisés M est ici soufflé de bas en haut, au travers du fond vibrant 10, sensiblement perpendiculairement à la direction de convoyage X. On pourra naturellement prévoir en variante un mécanisme d'aspiration agencé en partie haute de l'enceinte, et remplaçant le mécanisme de soufflage précité. Si l'on se reporte à la vue plus détaillée de la figure 3, on constate que le fluide gazeux agit non seulement sur les solides divisés présents dans chacun des canaux 15, mais aussi sur la base 13 du profilé creux 11 de section triangulaire. Les solides divisés se trouvant dans la zone inférieure de chaque canal 15 est fortement fluidisée, par exemple jusqu'à une frontière théorique illustrée ici en trait mixte 15.1, au-dessus de laquelle la couche supérieure de solides divisés est plus tranquille, ce qui permet d'éviter l'envol de fines particu- les sans pour autant nuire à la progression régulière et contrôlée des solides dans la direction de convoyage X.
On parvient ainsi, par une solution particulièrement élégante, à combiner les avantages du principe du transporteur vibrofluidisé et de celui de l'échangeur à double enveloppe à circulation d'eau. Grâce à l'utilisation d'un transporteur vibrant horizontal, on peut en outre parfaitement contrôler la vitesse de progression des solides divisés, et donc leur temps de séjour dans l'enceinte de traitement, par le réglage adéquat des paramètres des mo- teurs à balourd. En outre la circulation du fluide caloporteur ou frigoporteur à l'intérieur des profilés creux triangulaires 11 pourra être organisée selon le cas à co ou contre-courant .
L'effet simultané de l'échange thermique du produit à traiter au contact des profilés triangulaires et du courant d'air sec qui traverse le couloir poreux constitué par le fond vibrant et le produit transporté durant son transport, permet :
- une amélioration très importante du coefficient global d'échange, et donc des performances énergétiques de l'appareil grâce à la percolation du produit par l'air le traversant ; et
- la non-condensâtion de l'air ambiant sur le produit lors de l'utilisation du présent dispositif en re- froidisseur ou en sécheur, grâce à l'utilisation d'un air sec captant tout ou partie de l'humidité de l'air ambiant.
La partie inférieure de l'auge permet l'acheminement de l'air de percolation conditionné en température et en humidité, ainsi que son passage à travers le produit par le fond vibrant poreux. La partie supérieure de l'auge assure quant à elle le transport et le traitement thermique du produit ainsi que l'évacuation des fluides gazeux (air humide, vapeurs, etc) . L'agencement structurel qui vient d'être décrit, mettant en œuvre le procédé de traitement en continu de solides divisés conforme à l'invention, comporte plusieurs avantages qui seront rappelés ci-après.
Tout d'abord, il convient de noter que la section triangulaire des profilés creux de circulation de fluide caloporteur ou frigoporteur procure une forme et une disposition de surface d'échange optimale. En effet, la hauteur du triangle correspondant à la hauteur du lit de produit, il s'ensuit une optimisation de la surface d'échange disponible. En outre, comme cela est illustré sur la figure 3, si l'on prévoit une distance 1 pour la largeur de chaque canal 15 au niveau du fond vibrant 10, qui est de l'ordre L/3 à L/2, L étant la distance entre les sommets 31 desdits profilés creux, on obtient une ré- partition favorable des surfaces d'échange, avec par exemple deux tiers pour le transfert de chaleur ou de froid vers le produit, et un tiers pour le transfert de chaleur ou de froid vers le fond vibrant, permettant ainsi un conditionnement optimal en température de l'ensemble du couloir poreux de la circulation de produit. La forme trapézoïdale renversée de la section de chaque canal de circulation permet aussi une diminution de la vitesse de l'air au fur et à mesure que celui-ci traverse le lit de produit, limitant ainsi l'envol des fines particules à la surface du lit, tout en assurant une forte convection au sein de celui-ci.
En outre, les espacements entre profilés creux de section triangulaire de circulation de fluide caloporteur permettent le passage d'air de percolation à travers le produit, d'où une contribution à l'échange thermique par les calories apportées par le fluide gazeux, et une augmentation importante du coefficient d'échange externe des conduits de circulation fluide caloporteur, ceci dans le cas particulier d'une utilisation du dispositif de trai- tement comme ensemble chauffant. Enfin, il faut noter l'élimination du processus de condensation par captation de l'humidité du produit par l'air de percolation traversant le couloir poreux et le lit de produit.
Enfin, on relèvera la simplicité et la réduction du coût de réalisation, pour l'ensemble de couloir poreux et les profilés creux de section triangulaire, qui sont réalisés par des profilés soudés en acier inoxydable sur la longueur du couloir poreux, réalisé lui-même en fritte ou toile en acier inoxydable. En outre, l'ensemble de grille (fond poreux) fixé de manière amovible peut être très facilement démonté pour nettoyage, ou remplacé par un autre ensemble ayant un coefficient de porosité différent, pour s'adapter de façon optimale à la nature du procédé et/ou à la granulométrie des produits à traiter. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations qui viennent d'être décrits, mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées plus haut .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement thermique en continu de solides divisés, dans lequel la masse concernée de soli- des divisés (M) est convoyée dans une direction déterminée (X) en passant sur une paroi d'échange et en étant en permanence traversée par un courant gazeux servant à la fois à fluidiser ladite masse de solides divisés et à augmenter le coefficient d'échange thermique de ladite paroi d'échange, caractérisé en ce que la masse de solides divisés (M) à traiter est subdivisée dans une direction parallèle à la direction de convoyage (X) , et circule dans des canaux parallèles (15) ouverts supérieurement, en passant sur un fond vibrant (10) laissant passer le courant gazeux (105) et entre des parois d'échange (14) délimitant lesdits canaux parallèles.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois d'échange (14) délimitant les canaux parallèles (15) sont constituées par les parois latérales de profilés creux (11) dans chacun desquels circule en continu un fluide caloporteur ou frigoporteur selon le type de traitement thermique concerné, le fond de chaque canal individuel (15) étant constitué par le fond vibrant (10) qui laisse passer le courant gazeux.
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le courant gazeux (105) traversant la masse subdivisée de solides divisés (M) est soufflé de bas en haut au travers du fond vibrant (10) sensiblement perpendiculairement à la direction de con- voyage (X) .
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le courant gazeux (105) est fragmenté dans la direction de convoyage (X) , avec des caractéristiques de température et/ou d'hygrométrie éventuellement variables d'une section à l'autre.
5. Dispositif de traitement thermique servant à mettre en œuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte :
- une enceinte allongée de traitement (2) dans laquelle est agencée une paroi (10) qui est perméable aux gaz tout en étant apte à retenir des solides divisés à traiter, ladite paroi étant reliée mécaniquement à des moyens de vibration (22) susceptibles de faire vibrer ladite paroi pour que celle-ci constitue un fond vibrant capable de convoyer une masse de solides divisés (M) ;
- des profilés creux (11) agencés dans l'enceinte allongée (2) en étant disposés sur le fond vibrant (10) , lesdits profilés s'étendant parallèlement à la direction de convoyage (X) et étant parcourus intérieurement par un fluide caloporteur ou frigoporteur selon le type de traitement thermique concerné ; des moyens (17, 17' , 17' ' ) de soufflage ou d'aspiration d'air communiquant avec un espace (16) délimité à l'intérieur de l'enceinte allongée de traitement (2) en dessous du fond vibrant (10) .
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les profilés creux (11) ont une section triangulaire, et sont solidarisés par leur base (13) au fond vibrant (10) , de sorte que les canaux parallèles (15) formés par lesdits profilés ont une section sensiblement trapézoïdale, avec une largeur qui augmente au fur et à mesure que l'on s'éloigne dudit fond vibrant.
7.Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les profilés creux (11) sont espacés entre eux, au niveau du fond vibrant (10) d'une distance (1) qui est suffisante pour permettre le passage du courant gazeux nécessaire (105) au travers du fond vibrant (10) en étant de préférence de l'ordre de L/3 à L/2, L étant la distance entre les sommets (31) desdits profilés creux.
8.Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le fond vibrant (10) est constitué par au moins un panneau de grille de forme générale carrée ou rectangulaire, de préférence fixé de manière amovible sur un encadrement associé (7) solidaire de l'enceinte allongée (2).
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le ou les panneaux de grille (10) sont réalisés en métal fritte ou en composite fritte, ou en- core en toile d'acier inoxydable.
10. Dispositif selon l'une des revendications 5 à
9, caractérisé en ce qu'il comporte, dans l'espace (16) délimité à l'intérieur de l'enceinte allongée de traitement (2) en dessous du fond vibrant (10) , au moins une paroi intermédiaire (35) réalisant un compartimentage dudit espace intérieur.
11. Dispositif selon l'une des revendications 5 à
10, caractérisé en ce que l'enceinte allongée de traitement (2) comporte des parois latérales verticales (4) qui définissent, avec le fond vibrant (10) équipé de ses profilés creux (11) , une auge en U ou rectangulaire, éventuellement munie d'un capotage supérieur (5) .
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