WO2024013456A1 - Dispositif et ensemble de déshydratation, procédé d'obtention d'un tel ensemble - Google Patents

Dispositif et ensemble de déshydratation, procédé d'obtention d'un tel ensemble Download PDF

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Jean-Gabriel DIJOUD
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    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B01D53/0476—Vacuum pressure swing adsorption

Definitions

  • the present invention relates to the field of dehydration and in particular that of dehydration installations.
  • Dehydration generally corresponds to the removal of water present in a product. This operation can have various objectives, for example to allow a long conservation of a product, or to concentrate certain elements.
  • Dehydration includes in particular the processes of drying or desiccation under vacuum.
  • freeze-drying consists of the desiccation of a previously frozen product, by sublimation. Lyophilization is thus carried out by maintaining the product at a low temperature under vacuum.
  • freeze-drying processes the water extracted from the products is generally condensed by a cold plate system and then discharged from the freeze-drying installation.
  • Vacuum dehydrating has several main advantages. Lowering the boiling point and therefore working at a lower temperature makes it possible to preserve the qualities of the dehydrated product. Dehydrating in the absence of oxygen or in the presence of little oxygen prevents the oxidation of certain molecules.
  • Vacuum dehydration processes generally involve the use of a condensation device, or may include the use of a water trap containing an adsorbent material.
  • An installation for implementing such processes using an adsorbent material generally comprises an enclosure which receives bins of products to be dehydrated and assemblies containing the adsorbent material. Evacuating the enclosure causes evaporation of the water initially contained in the products and the water vapor thus produced is adsorbed by the adsorbent material.
  • the main applications of the dehydration technologies referred to in the present invention concern the dehydration of food products, cosmetic products, and pharmaceutical products, bio-sourced products (for example wood), or products used in the composition of such products. food, cosmetics or pharmaceuticals, etc.
  • document US2374232 discloses a vacuum dehydration device (in this case freeze-drying), using a desiccant material such as silica gel.
  • a desiccant material such as silica gel.
  • the product to be dehydrated is placed in a container which is in communication with a chamber which contains the desiccant material, which allows free gas exchange and a pressure balance between the container where the product is placed and the chamber which contains the desiccant material .
  • Document FR2805759 relates to a dehydration process in a similar system comprising at least one solid/gas reversible adsorption reactor of the usual type which contains, in an enclosure, an adsorbent such as zeolite, a tank containing a product to be adsorbed (for example placed on trays); and a fluid connection provided with a valve to allow communication between the enclosure and the tank and a pressure balance between the enclosure and the tank.
  • an adsorbent such as zeolite
  • a tank containing a product to be adsorbed for example placed on trays
  • a fluid connection provided with a valve to allow communication between the enclosure and the tank and a pressure balance between the enclosure and the tank.
  • the device and the process presented in this document concern in particular the conditions applied to the adsorbent, which can nevertheless be further optimized.
  • Document FR2868520 also discloses a zeolite dehydration installation in which the product to be dehydrated is positioned in a receptacle which is received in a compartment, the whole being placed in an enclosure.
  • the objective is to place the adsorbent as close as possible to the dehydrated product, which, for a food, would better preserve its taste properties.
  • the whole is extracted from the enclosure for the regeneration of the zeolites. This manipulation is, however, complex, and increases the cycle times of the device.
  • Document W02004/043574 discloses a drying system with a chamber and a drying device located upstream of a dehydration enclosure.
  • a drying device can also be placed downstream of the dehydration enclosure, but only when it is in the regeneration phase, so that the water eliminated from the drying device during regeneration is carried away by the flow of humid air from of the dehydration chamber. It is proposed in this document to operate the drying system at a pressure below atmospheric pressure of up to 400 millibars below atmospheric pressure (600 millibars absolute pressure).
  • the present invention aims to provide an optimized dehydration device.
  • the invention relates to a dehydration device comprising a chamber and a drying device adapted to reduce the partial pressure of water vapor of a carrier fluid when said carrier fluid is in contact with said drying device or passes through it, said device dryer being placed in said chamber.
  • the chamber has a separate inlet and an outlet arranged so that the water-laden carrier fluid entering the chamber via said inlet comes into contact with or passes through the drying device and exits through the outlet with a lower water content.
  • the dehydration device also includes:
  • a flow management module adapted to generate and control the flow of carrier fluid in the dehydration device, said flow management module being configured to apply, at the outlet of the dehydration device, a pressure of at least 500 millibars lower than atmospheric pressure, and control the relative humidity in the carrier fluid at the outlet of the dehydration device.
  • the dehydration device comprises a device for compressing the carrier fluid, adapted to raise the pressure of said carrier fluid between the inlet interface of the dehydration device and the drying device.
  • the device thus proposed is distinguished from known devices, in particular in the food field, operating in batches ("batch" according to the English terminology more common in the field) by a drying device, for example a water trap, deported from the dehydration chamber.
  • a drying device for example a water trap
  • This allows, if necessary, regeneration of an adsorbent material present in the water trap directly in the chamber, without special handling and without immobilizing the dehydration chamber.
  • This makes it possible, for example, to unload and reload the enclosure with product to be dehydrated during the regeneration of the adsorbent material.
  • this makes it possible to launch a new dehydration cycle in the dehydration chamber using a water trap other than the one whose adsorbent material is being regenerated.
  • the present invention relates firstly to a dehydration device independently of the dehydration enclosure intended to receive the product to be dehydrated.
  • This makes it possible in particular to use the dehydration device, thanks to the interfaces it includes, to equip and update a pre-existing dehydration installation.
  • any pre-existing dehydration tunnel can be used to form a dehydration system according to the invention.
  • the flow management module includes a technology device adapted to circulating the water vapor extracted from the products under vacuum: rotor pump type systems (see below ) or compressor can be used.
  • vacuum is meant throughout this document a pressure lower than at least 500 millibars compared to atmospheric pressure, and preferably lower than 700 millibars compared to atmospheric pressure. This allows the product to be dried at relatively low temperatures (typically below 70°C) and therefore to less degrade the heat-sensitive molecules of the product.
  • the flow management module also allows fine control of the dehydration conditions of the product which is processed, in order to preserve the desired properties (for example taste).
  • the flow management module being configured to control vacuum dehydration, a vacuum is applied at the outlet of the dehydration device. Vacuum dehydration allows it to be carried out at low temperature, which preserves certain qualities of the product which is dehydrated.
  • low pressure has a strong negative impact on the ability of the dryer device to reduce the partial pressure of water vapor in the carrier fluid.
  • a low pressure level limits the adsorption capacity of materials such as silica gels or zeolites. This is why the invention provides a device for compressing the carrier fluid between the dehydration chamber and the drying device.
  • this device for compressing the carrier fluid, once a dehydration system is constituted by connecting a dehydration enclosure to the dehydration device, it allows (for example under the control of the management system) to impose two levels of pressure in the system .
  • a significant vacuum of at least 500 millibars with respect to atmospheric pressure, is imposed at the outlet of the dehydration device, and therefore in the dehydration enclosure where the product to be dehydrated is located.
  • the dehydration device makes it possible to obtain different and optimized pressure conditions on the one hand for the dehydration of a product, and on the other hand for the reduction of the water content of the carrier fluid, in particular using a water trap.
  • the carrier fluid compression device includes a positive displacement pump.
  • a suitable positive displacement pump can be for example a beak pump or a lobe pump, in particular a pump generally referred to by the English expressions "roots pump” or “booster pump” comprising two bilobed rotors which rotate in a synchronized manner and which is suitable for operating under vacuum.
  • a pump makes it possible to control the suction flow at the inlet of the device.
  • a buffer tank forming a volume for receiving the carrier fluid, can be interposed between the device for compressing the carrier fluid and the inlet of the chamber.
  • the buffer tank makes it possible to form a reserve of steam at excess pressure compared to the pressure in the dehydration chamber. This reserve allows better control of the pressure in the dryer device, and makes it possible to optimize the operation of the dryer device.
  • the flow management module can further be adapted to control the mass flow of carrier fluid leaving the dehydration device via its output interface.
  • the flow management module can also be adapted to control the temperature of the carrier fluid leaving the dehydration device via its output interface.
  • the outlet of the chamber can be fluidly linked to the outlet of the dehydration device, via the flow management module.
  • the carrier fluid is completely or partially re-circulated, that is to say the fluid leaving the dehydration enclosure is returned to said dehydration enclosure after its water content has been lowered by the device dryer.
  • This closed, or partially closed, loop allows better conservation of molecules of interest (typically aromatic) in dehydrated products.
  • the drying device may include an adsorbent material, suitable for adsorbing water present in the carrier fluid.
  • the adsorbent material used may in particular comprise a zeolite.
  • Zeolites are known for their water adsorption performance.
  • the zeolite used may in particular be a 4 angstrom zeolite (or 4A zeolite), that is to say a type of aluminosilicate crystal with average pores measuring 4 angstroms (0.4 nm).
  • an absorbent polymer including a biosourced polymer
  • the drying device may include a system for condensing the water vapor present in the carrier fluid, for example a cold plate device.
  • the flow management module can also include a vacuum source making it possible to reduce the pressure at the outlet interface of the dehydration device.
  • the scanning means thus makes it possible to apply the pressure (that is to say, in practice, the vacuum level) desired for dehydration.
  • the vacuum evaporation thus carried out requires a low energy input.
  • the vacuum source may include a vacuum pump or a vacuum network.
  • the vacuum supply is advantageously carried out, if necessary, according to instructions. This instruction can in particular be adapted depending on the nature of the dehydrated product.
  • the invention also relates to a dehydration system comprising a dehydration device as described above and a dehydration enclosure, the dehydration enclosure being equipped with an entry interface into the dehydration enclosure fluidly connected to the outlet interface of the dehydration device and an outlet interface of the dehydration enclosure fluidly connected to the inlet interface of the dehydration device.
  • the invention therefore also relates to the complete system, comprising the dehydration chamber.
  • This enclosure can in particular be adapted to the dehydration of food (or other) products by evaporation under vacuum.
  • the dehydration enclosure may include a set of shelves for receiving bins adapted to contain a product to be dehydrated.
  • This configuration optimizes the ratio between the evaporation surface exposed by the product and the volume of the dehydration chamber.
  • the carrier fluid used can be, for example, air or nitrogen.
  • the dehydration system may include several drying devices, each drying device comprising an adsorbent material adapted to adsorb water present in the carrier fluid, the system being configured such that one of the drying devices is used to reduce the water content in the carrier fluid, while the adsorbent material from another of the drying devices is regenerated, and/or another drying device is used to dry the carrier fluid which enters the dehydration chamber.
  • the device can thus operate, alternating the adsorption phases and the regeneration phases on different drying devices, for example different water traps. This greatly increases the time the dehydration chamber is used to dehydrate products.
  • the invention finally relates to a method for obtaining a dehydration system as described above, by transforming a pre-existing dehydration installation. This process includes the following steps:
  • the device proposed in the invention thanks to its drying device(s) remote from the dehydration chamber and thanks to its modular design, thus allows the modernization of pre-existing installations. This makes it possible, for example, to convert freeze-drying tunnels into a dehydration system according to the present invention.
  • Figure 1 represents, according to a principle diagram, a dehydration device and a dehydration system conforming to embodiments of the present invention
  • Figure 2 represents, according to a simplified industrial diagram, a dehydration system according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 1 represents, according to a block diagram, a dehydration system according to one embodiment of the present invention.
  • the dehydration system comprises a dehydration device 1, which is primarily the subject of the present invention, and a dehydration enclosure 2 to which the dehydration device 1 is connected.
  • the dehydration device 1 has an inlet interface of the dehydration device 3, through which a carrier fluid containing water in gaseous form enters the dehydration device for drying.
  • the input interface of the dehydration device 3 is intended to be linked to an output interface of the corresponding dehydration enclosure 4.
  • the carrier fluid is a gas, which can be air or advantageously nitrogen.
  • the inlet interface of the dehydration device 3 and the outlet interface of the dehydration enclosure 4 provide a fluid connection between the dehydration enclosure 2 and the dehydration device 1. These interfaces can thus take various forms, they can be screwed, clamped, welded, etc.
  • the dehydration device includes a flow management module 5.
  • the flow management module 5 has the particular function of ensuring the circulation of the carrier fluid in the dehydration system, and thus controlling the relative humidity level in the dehydration enclosure 2. It also makes it possible to control the flow rates and the pressure in the dryer device 6 (described below).
  • the flow management module is itself made up of two interoperating modules, namely a circulation module 7 and a scanning module 8.
  • the circulation module 7 is positioned downstream of the inlet interface of the dehydration device 3.
  • the circulation module aims firstly to generate and control the flow of carrier fluid in the dehydration device .
  • it comprises mechanical equipment, of the rotor pump type (roots pump), or any other equipment adapted to operate under high vacuum and to manage the flow of the carrier fluid at the outlet of the dehydration enclosure and corollarily at the inlet of the drying device.
  • This equipment also forms a device for compressing the carrier fluid.
  • the compression device makes it possible to raise the pressure of the carrier fluid between the inlet interface of the dehydration device and the drying device.
  • a buffer tank 9 can be placed between the mechanical equipment of the circulation module 7 and the dryer device 6.
  • the buffer tank 9 allows better control and temporal smoothing of the operating conditions of the dryer device 6 (pressure and temperature) .
  • the circulation module can be formed by a device controlling the pressure differential between the outlet and the inlet of the dehydration device. In this case it is essentially a pressure game between a vacuum source and a vent which can cause the flow of carrier fluid in the dehydration enclosure 2 and in the dehydration device 1.
  • the carrier fluid introduced may be air or another dried gas into a second drying device 6' of the dehydration device.
  • the circulation module can include a device for determining the relative humidity of the carrier fluid entering the dehydration device 1, for example a humidity sensor, and use this information for controlling the flow rates. in the dehydration system.
  • a device for determining the relative humidity of the carrier fluid entering the dehydration device for example a humidity sensor, and use this information for controlling the flow rates. in the dehydration system.
  • the dehydration device comprises, as mentioned above, a drying device 6, intended to capture the water present in the carrier fluid coming from the dehydration chamber.
  • the drying device 6 is generally arranged in a chamber of the dehydration device.
  • the drying device 6 makes it possible to reduce the quantity of water present in the carrier fluid which is present around the drying device or which passes through it.
  • the drying device can thus include a cold plate device which causes the condensation of the water present in the form of vapor in the carrier fluid on the surface of said cold plates.
  • the drying device may alternatively comprise a material suitable for adsorbing a significant quantity of water, called adsorbent material, under appropriate temperature and pressure conditions.
  • Zeolites are known for their great capacity to adsorb water, without gaining volume, and can therefore be used as an adsorbent material for a water trap.
  • the adsorbent material can be installed in a basket or a cassette placed in the chamber containing the drying device 6, so as to be brought into contact, or even to be crossed if necessary, by the vapor-laden carrier fluid which enters the trap with water.
  • the flow control module 5 further comprises a scanning module 8.
  • the scanning module 8 makes it possible in particular to control the quantity of air which enters the dehydration chamber 2.
  • a vacuum source 10 for example a vacuum pump or a central vacuum (via a vacuum network).
  • the dehydration device 1 comprises an outlet interface of the dehydration device 11, through which the dried carrier fluid leaves the dehydration device to be used for drying or evaporating a product in a dehydration chamber.
  • the output interface of the dehydration device 11 is intended to be linked to an input interface of the corresponding dehydration enclosure 12.
  • the outlet interface of the dehydration device 11 and the inlet interface of the dehydration enclosure 12 provide a fluid connection between the dehydration device 1 and the dehydration enclosure 2.
  • these interfaces can take various forms, they can be screwed, clamped, welded, etc.
  • the means described above of the dehydration device allow it to operate to dehydrate a product present in a dehydration enclosure 2 linked to said device, described in more detail below.
  • the drying device is a water trap
  • the adsorbent material having adsorbed a significant quantity of water must be regenerated by making it desorb the water it contains, so that it recovers its adsorption capacity.
  • the dehydration device comprises a regeneration module 13.
  • the regeneration module 13 makes it possible to place the adsorbent material of the water trap in temperature and pressure conditions suitable for its regeneration.
  • the regeneration module can in particular be configured to carry out vacuum regeneration.
  • the regeneration module 13 is selected and configured according to the general operating mode of the dehydration device. This can advantageously operate in vacuum-assisted adsorption, in particular in vacuum modulated adsorption (VSA according to the English acronym for “Vacuum Swing Adsorption”), in wherein a low pressure is imposed during regeneration and a relatively higher pressure is imposed during adsorption.
  • VSA vacuum modulated adsorption
  • the dehydration device thus developed is linked (via the input interface of the dehydration device 3 and the output interface of the dehydration device 11) to a dehydration enclosure 2 in order to form a dehydration system conforming to the invention.
  • the dehydration enclosure 2 can be produced on purpose, or can alternatively be a pre-existing enclosure, for example a freeze-drying tunnel which one would like to develop into a system conforming to the present invention.
  • the dehydration chamber 2 is adapted to receive the products to be dehydrated. It is suitable for operating at the target pressure during the dehydration of products.
  • a generally tubular shape is therefore particularly well suited to systems operating at a high vacuum level.
  • This enclosure can have large dimensions to allow the dehydration of products on an industrial scale.
  • a tubular enclosure with an internal diameter of approximately 2.5 m and an internal length of 5 m can be used. These dimensions are given purely as an example. Systems whose chamber has a much larger volume can in particular be considered.
  • Enclosure 2 includes a suction tube allowing the evacuation of the carrier fluid loaded with air (typically air and water vapor).
  • the suction tube thus includes the output interface of enclosure 4.
  • the enclosure 2 comprises an inlet pipe making it possible to ensure the supply of carrier fluid making it possible to ensure a sweeping flow in the enclosure 2.
  • the inlet pipe thus comprises the inlet interface of the enclosure 12.
  • suction pipe and the inlet pipe are chosen to promote uniform scanning of the interior volume of enclosure 2.
  • the enclosure is obviously equipped with a door allowing the loading and unloading of the products to be dehydrated.
  • the products can advantageously be loaded on trays or bins, suitable for food contact if necessary.
  • the treated products can be in solid or liquid form (including pasty).
  • the speaker configuration tends to maximize the exchange surface of the products with the carrier fluid, for example with air.
  • the products to be dehydrated can be heated (however, under vacuum, dehydration is carried out at low temperature, which ensures that certain qualities of the treated products are not altered).
  • a molecular preservation module 14 can be interposed in the flow of carrier fluid leaving the enclosure.
  • the molecular preservation module 14 includes a molecular sieve so that only water in gaseous form leaves the enclosure with the carrier fluid, and not certain molecules of interest (aromatic compounds in particular) which are thus maintained in the environment of the product being dehydrated.
  • the molecular preservation module 14, which is optional, can therefore be located at any point in the flow between the dehydration enclosure 2 and the flow management module 5: in the dehydration enclosure 2, between the dehydration enclosure 2 and the dehydration device 1, or at the inlet of the dehydration device 1.
  • Figure 2 represents, according to a simplified industrial diagram (most of the valves, sensors, venting, and peripheral systems being omitted), an example of a dehydration system conforming to one embodiment of the invention.
  • the system includes a dehydration chamber 2 in which the product to be dehydrated is placed.
  • thermoregulating system 16 makes it possible to heat the product present in the dehydration chamber 2, using a heat transfer fluid.
  • the dehydration device comprises, in the example shown, three drying devices, namely three water traps 6, 6', 6”. Each water trap features a bed of 4 Angstrom zeolite as the adsorbent material.
  • the carrier fluid used is air, under low pressure.
  • the flow is created in the device using a rotor pump from the circulation module 7 of the flow management module.
  • the circulation module 7 is placed, in the example shown, downstream of the water traps 6, 6', 6”.
  • the dehydration device is configured, with regard to these inlet pipes 17 (which are linked to the outlet interface of the enclosure 2), so that each water trap can be, or not be, crossed by the carrier fluid and the water vapor coming from the dehydration enclosure 2.
  • a valve is thus provided at the inlet of each water trap to authorize or prohibit the entry of the carrier fluid charged with water vapor.
  • only one of the water traps can be used to adsorb the water present in the carrier fluid coming from enclosure 2.
  • the carrier fluid is dried by adsorption of the water vapor that it contains in the zeolite of the water trap passed through.
  • the outlet tubes of the water trap are fluidically linked to the equipment of the circulation module 7 adapted to create the flow of carrier fluid.
  • the carrier fluid then circulates towards the scanning module 8, via a return conduit 18.
  • the scanning module 8 controls the flow of carrier fluid directed towards the inlet interface of the enclosure 2 via an outlet nozzle 19. If additional vacuum is necessary, the pressure can be reduced thanks to the vacuum source 9, here in the form of a vacuum pump.
  • this supply can be carried out via a supply branch 20 which takes air from the atmosphere through a filter 21, and dries it in one of the traps water trap 6, 6', 6” of the dehydration device, different from the water trap then used to dry the carrier fluid coming from the dehydration enclosure 2.
  • all of the dry carrier fluid introduced into the enclosure can come from the supply branch 20, while there is no return conduit 18 and that the circulation module has a vacuum pump (as equipment to generate the flow) which discharges the dried carrier fluid into the atmosphere.
  • a water trap can be simultaneously regenerated.
  • the regeneration module 13 ensures the heating of the air sucked into the regenerating water trap, while the vacuum source allows the depression of the water trap in order to carry out vacuum regeneration.
  • the invention thus developed therefore makes it possible to first form a dehydration device, adapted to form a dehydration system when it is associated with a suitable dehydration enclosure.
  • a scanning module makes it possible to control the dehydration conditions of the product which is treated, in order to preserve the desired properties (for example taste). It also makes it possible to optimize the conditions for adsorption of water by the adsorbent material of the water trap. Finally, it allows energy optimization of the dehydration process.
  • the modular approach proposed in the invention, as well as the offset of the water traps with respect to the enclosure (allowed by circulation means adapted to create a flow under low pressure), also makes it possible to consider upgrade existing dehydration installations to a system conforming to the present invention.

Abstract

L'invention porte sur un dispositif de déshydratation comportant dispositif assécheur (6) placé dans une chambre et adapté à réduire la pression partielle de vapeur d'eau d'un fluide porteur. La chambre comporte une entrée et une sortie distinctes et agencées de sorte que le fluide porteur chargé d'eau entrant dans la chambre par ladite entrée vient au contact ou traverse le dispositif assécheur (6) et ressort par la sortie avec une moindre teneur en eau. Le dispositif de déshydratation comporte également une interface d'entrée du dispositif de déshydratation (3) adaptée à être reliée à une interface correspondante de sortie d'une enceinte de déshydratation (4), une interface de sortie du dispositif de déshydratation (11) adaptée à être reliée à une interface correspondante d'entrée de l'enceinte de déshydratation (12), et un module de gestion de flux (5), adapté à générer et piloter le flux de fluide porteur dans le dispositif de déshydratation, ce module de gestion de flux (5) étant configuré pour appliquer, à la sortie du dispositif de déshydratation, une pression d'au moins 500 millibars inférieure à la pression atmosphérique, et pour contrôler l'humidité relative dans le fluide porteur à la sortie du dispositif de déshydratation.

Description

Dispositif et ensemble de déshydratation, procédé d’obtention d’un tel ensemble
La présente invention concerne le domaine de la déshydratation et en particulier celui des installations de déshydratation.
La déshydratation correspond de manière générale au fait de retirer de l’eau présente dans un produit. Cette opération peut avoir divers objectifs, par exemple de permettre une longue conservation d’un produit, ou d’en concentrer certains éléments.
La déshydratation comporte notamment les procédés de séchage ou dessiccation sous vide.
Ces procédés comportent notamment les procédés de lyophilisation. La lyophilisation, consiste en la dessiccation d’un produit préalablement congelé, par sublimation. La lyophilisation est ainsi réalisée en maintenant le produit à une basse température sous vide. Dans les procédés de lyophilisation, l’eau extraite des produits est généralement condensée par un système de plaques froides puis évacuée de l’installation de lyophilisation.
D’autres procédés de déshydratation sous vide sont connus.
Déshydrater sous vide présente plusieurs avantages principaux. Le fait de baisser le point d'ébullition et donc de travailler à plus basse température permet de préserver les qualités du produit déshydraté. Le fait de déshydrater en absence d'oxygène ou en présence de peu d’oxygène évite l'oxydation de certaines molécules.
Cependant, les faibles pressions impliquent des volumes très importants de vapeur d'eau, qui doit donc être "piégée". Il existe différentes façons de piéger l'eau: par physiosorption, chimiosorption, condensation.
Les procédés de déshydratation sous vide comportent généralement l’utilisation d’un dispositif à condensation, ou peuvent comporter l’utilisation d’un piège à eau contenant un matériau adsorbant. Une installation pour la mise en œuvre de tels procédés utilisant un matériau adsorbant comporte généralement une enceinte qui reçoit des bacs de produits à déshydrater et des ensembles contenant le matériau adsorbant. Une mise sous vide de l'enceinte provoque une évaporation de l'eau initialement contenue dans les produits et la vapeur d'eau ainsi produite est adsorbée par le matériau adsorbant. Les principales applications des technologies de déshydratation visées dans la présente invention concernent la déshydratation de produits alimentaires, de produits cosmétiques, et de produits pharmaceutiques, de produits bio-sourcés (par exemple le bois), ou de produits entrant dans la composition de tels produits alimentaires, cosmétiques ou pharmaceutiques, etc.
Divers dispositifs de déshydratation sont connus dans l’état de la technique de longue date.
Par exemple, le document US2374232 divulgue un dispositif de déshydratation sous vide (en l’occurrence de lyophilisation), utilisant un matériau dessiccateur tel qu’un gel de silice. Le produit à déshydrater est placé dans un contenant qui est en communication avec une chambre qui contient le matériau dessiccateur, ce qui permet des libres échanges gazeux et un équilibre de pression entre le contenant où est placé le produit et la chambre qui contient le matériau dessiccateur.
Le document FR2805759 porte sur un procédé de déshydratation dans un système similaire comportant au moins un réacteur à adsorption réversible solide/gaz de type usuel qui contient, dans une enceinte, un adsorbant tel que de la zéolite, une cuve contenant un produit à adsorber (par exemple posé sur des plateaux); et une liaison fluidique munie d'une vanne pour permettre la mise en communication de l'enceinte et de la cuve et un équilibre de pression entre l’enceinte et la cuve.
Ce document rappelle notamment qu’un procédé pour mettre en œuvre un tel dispositif comporte classiquement les trois phases successives suivantes:
- une phase d'adsorption, pendant laquelle on met l'enceinte contenant l'adsorbant en communication avec une cuve contenant le produit à déshydrater ;
- une phase de régénération, pendant laquelle on met ladite enceinte contenant l'adsorbant en communication avec un système de condensation, on isole ladite enceinte par rapport à ladite cuve, et on réchauffe ledit adsorbant ; et
- une phase de refroidissement, pendant laquelle on isole ladite enceinte et on refroidit ledit adsorbant.
Le dispositif et le procédé présentés dans ce document concernent en particulier les conditions appliquées à l’adsorbant, qui peuvent néanmoins être encore optimisés.
Le document FR2868520 divulgue par ailleurs une installation de déshydratation par zéolites dans laquelle le produit à déshydrater est positionné dans un réceptacle qui est reçu dans un compartiment, le tout étant placé dans une enceinte. L’objectif est de placer l’adsorbant au plus près du produit déshydraté, ce qui, pour un aliment, permettrait de mieux en conserver les propriétés gustatives. Lorsque les produits sont déshydratés, l’ensemble est extrait de l’enceinte pour la régénération des zéolites. Cette manipulation est cependant complexe, et augmente les temps de cycle du dispositif.
Le document W02004/043574 divulgue un système de séchage avec une chambre et un dispositif assécheur situé en amont d’une enceinte de déshydratation. Un dispositif assécheur peut aussi être placé en aval de l’enceinte de déshydratation, mais uniquement lorsqu’il est en phase de régénération, de sorte que l’eau éliminée du dispositif assécheur pendant la régénération est entraînée par le flux d’air humide issu de l’enceinte de déshydratation. Il est proposé dans ce document de faire fonctionner le système de séchage à une pression inférieure à la pression atmosphérique pouvant aller jusque 400 millibars sous la pression atmosphérique (600 millibars de pression absolue).
En séchant des produits à une pression inférieure à la pression atmosphérique, l’évaporation de l’eau des produits à sécher est favorisée. Néanmoins, cela augmente fortement le volume spécifique de vapeur d’eau issue des produits.
Les installations connues à ce jour ne sont ainsi pas optimisées dans une approche globale du processus de déshydratation, afin de conserver les propriétés du produit tout en permettant une mise en œuvre efficace du dispositif.
La présente invention vise à proposer un dispositif de déshydratation optimisé.
Ainsi, l’invention porte sur un dispositif de déshydratation comportant une chambre et un dispositif assécheur adapté à réduire la pression partielle de vapeur d’eau d’un fluide porteur lorsque ledit fluide porteur est au contact dudit dispositif assécheur ou le traverse, ledit dispositif assécheur étant placé dans ladite chambre.
La chambre comporte une entrée et une sortie distinctes et agencées de sorte que le fluide porteur chargé d’eau entrant dans la chambre par ladite entrée vient au contact ou traverse le dispositif assécheur et ressort par la sortie avec une moindre teneur en eau. Le dispositif de déshydratation comporte également :
- une interface d’entrée du dispositif de déshydratation adaptée à être reliée à une interface correspondante de sortie d’une enceinte de déshydratation,
- une interface de sortie du dispositif de déshydratation adaptée à être reliée à une interface correspondante d’entrée de l’enceinte de déshydratation,
- un module de gestion de flux, adapté à générer et piloter le flux de fluide porteur dans le dispositif de déshydratation, ledit module de gestion de flux étant configuré pour appliquer, à la sortie du dispositif de déshydratation, une pression d’au moins 500 millibars inférieure à la pression atmosphérique, et contrôler l’humidité relative dans le fluide porteur à la sortie du dispositif de déshydratation.
Le dispositif de déshydratation comporte un dispositif de compression du fluide porteur, adapté à relever la pression dudit fluide porteur entre l’interface d’entrée du dispositif de déshydratation et le dispositif assécheur.
Le dispositif ainsi proposé se distingue des dispositifs connus, en particulier dans le domaine alimentaire, fonctionnant par lots (« batch » selon la terminologie anglophone plus courante dans le domaine) par un dispositif assécheur, par exemple un piège à eau, déporté de l’enceinte de déshydratation. Cela permet, le cas échéant, une régénération d’un matériau adsorbant présent dans le piège à eau directement dans la chambre, sans manipulation particulière et sans immobiliser l’enceinte de déshydratation. Cela permet par exemple de décharger et de recharger l’enceinte en produit à déshydrater pendant la régénération du matériau adsorbant. Dans certains modes de réalisation, cela permet de lancer un nouveau cycle de déshydratation dans l’enceinte de déshydratation en utilisant un autre piège à eau que celui dont le matériau adsorbant est en cours de régénération.
Il est notable que la présente invention porte en premier lieu sur un dispositif de déshydratation indépendamment de l’enceinte de déshydratation destinée à recevoir le produit à déshydrater. Cela permet notamment d’employer le dispositif de déshydratation, grâce aux interfaces qu’il comporte, pour équiper et mettre à jour une installation de déshydratation préexistante. Notamment, tout tunnel de déshydratation préexistant peut être utilisé pour former un système de déshydratation conforme à l’invention.
Dans la mesure où le dispositif propose une déshydratation sous vide, le module de gestion de flux comporte un dispositif de technologie adaptée à faire circuler sous vide la vapeur d’eau extraite des produits : des systèmes de type pompe à rotor (voir ci- après) ou compresseur peuvent être utilisés.
Par « vide », il est entendu dans l’ensemble du présent document une pression inférieure d’au moins 500 millibars vis-à-vis de la pression atmosphérique, et préférentiellement inférieure de 700 millibars vis-à-vis de la pression atmosphérique. Cela permet de sécher le produit à des températures relativement faibles (typiquement en dessous de 70°C) et donc de moins dégrader les molécules thermosensibles du produit.
Ainsi, le module de gestion de flux permet également un contrôle fin des conditions de déshydratation du produit qui est traité, afin d’en conserver les propriétés souhaitées (par exemple gustatives).
Autrement dit, le module de gestion de flux étant configuré pour contrôler une déshydratation sous vide, une dépression est appliquée au niveau de la sortie du dispositif de déshydratation. La déshydratation sous vide permet de la réaliser à basse température, ce qui préserve certaines qualités du produit qui est déshydraté.
Néanmoins, le fait d’imposer une très faible pression augmente le volume spécifique de vapeur d’eau. C’est pourquoi un dispositif assécheur est proposé, dans le cadre de la présente invention, en aval de l’enceinte dans laquelle est placé le produit à sécher, pour réduire la pression partielle de vapeur d’eau dans le fluide porteur.
Néanmoins, une faible pression a un fort impact négatif sur la capacité du dispositif assécheur à réduire la pression partielle de vapeur d’eau dans le fluide porteur. Typiquement, un si faible niveau de pression limite la capacité d’adsorption des matériaux tels que les gels de silice ou les zéolithes. C’est pourquoi il est prévu dans l’invention un dispositif de compression du fluide porteur entre l’enceinte de déshydratation et le dispositif assécheur.
Concernant ce dispositif de compression du fluide porteur, une fois un système de déshydratation constitué en reliant une enceinte de déshydratation au dispositif de déshydratation, il permet (par exemple sous le contrôle du système de gestion) d’imposer deux niveaux de pression dans le système. Une dépression importante, d’au moins 500 millibars vis-à-vis de la pression atmosphérique, est imposée en sortie du dispositif de déshydratation, et donc dans l’enceinte de déshydratation où est situé le produit à déshydrater. Une plus faible dépression, voire idéalement une pression proche de la pression atmosphérique ou même supérieure à celle-ci, est obtenue en entrée du dispositif assécheur.
Cela favorise la réduction, par le dispositif assécheur, de la teneur en eau (pression partielle de vapeur d’eau) dans le fluide porteur qui entre dans le dispositif de déshydratation.
Ainsi, le dispositif de déshydratation permet l’obtention de conditions de pression différentes et optimisées d’une part pour la déshydratation d’un produit, et d’autre part pour la réduction de la teneur en eau du fluide porteur, en particulier à l’aide d’un piège à eau.
Le dispositif de compression du fluide porteur comporte une pompe volumétrique.
Une pompe volumétrique adaptée peut être par exemple une pompe à bec ou une pompe à lobes, en particulier une pompe généralement désignée par les expressions anglophones « pompe roots » ou « pompe booster » comportant deux rotors en forme bilobée qui tournent de manière synchronisée et qui est adaptée à fonctionner sous vide. Une telle pompe permet de contrôler le débit d’aspiration en entrée du dispositif.
Dans le dispositif de déshydratation un ballon tampon, formant un volume de réception du fluide porteur, peut être interposé entre le dispositif de compression du fluide porteur et l’entrée de la chambre.
Le ballon tampon permet de former une réserve de vapeur en surpression comparativement à la pression dans l’enceinte de déshydratation. Cette réserve permet un meilleur contrôle de la pression dans le dispositif assécheur, et permet d’optimiser le fonctionnement dispositif assécheur.
Le module de gestion de flux peut en outre être adapté à contrôler le débit massique de fluide porteur sortant du dispositif de déshydratation par son interface de sortie.
Le module de gestion de flux peut en outre être adapté à contrôler la température du fluide porteur sortant du dispositif de déshydratation par son interface de sortie.
La sortie de la chambre peut être liée fluidiquement à la sortie du dispositif de déshydratation, via le module de gestion de flux.
Ainsi, le fluide porteur est en tout ou partie re-circulé, c’est-à-dire que le fluide sortant de l’enceinte de déshydratation est renvoyé dans ladite enceinte de déshydratation après que sa teneur en eau a été abaissée par le dispositif assécheur. La mise en place de cette boucle fermée, ou en partie fermée, permet une meilleure conservation des molécules d’intérêt (typiquement aromatiques) dans les produits déshydratés.
Le dispositif assécheur peut comporter un matériau adsorbant, adapté à adsorber de l’eau présente dans le fluide porteur.
Le matériau adsorbant utilisé peut notamment comporter une zéolite. Les zéolites sont connues pour leurs performances d’adsorption de l’eau. La zéolite utilisée peut être notamment une zéolite 4 angstroms (ou zéolite 4A) c’est-à-dire un type de cristal d'aluminosilicate avec des pores moyens mesurant 4 angstroms (0,4 nm).
Alternativement d’autres matériaux adsorbants peuvent être utilisés, notamment
- l’alumine activée (ou oxyde d'aluminium) ;
- un gel de silice ;
- un charbon activé ;
- un tamis moléculaire au carbone (souvent désigné CMS selon l’acronyme anglophone de carbon molecular sieve)
- un absorbant
- un polymère absorbant (y compris un polymère biosourcé).
Le dispositif assécheur peut comporter un système de condensation de la vapeur d’eau présente dans le fluide porteur, par exemple un dispositif à plaques froides. Le module de gestion de flux peut aussi comporter une source de vide permettant de diminuer la pression à l’interface de sortie du dispositif de déshydratation.
Le moyen de balayage permet ainsi d’appliquer la pression (c’est-à-dire, en pratique, le niveau de vide) souhaité pour la déshydratation. L’évaporation sous vide ainsi réalisée nécessite un faible apport d’énergie. La source de vide peut comporter une pompe à vide ou un réseau de vide. L’apport de vide est avantageusement réalisé, si nécessaire, selon une consigne. Cette consigne peut notamment être adaptée selon la nature du produit déshydraté.
L’invention porte également sur un système de déshydratation comportant un dispositif de déshydratation tel que décrit ci-dessus et une enceinte de déshydratation, l’enceinte de déshydratation étant équipée d’une interface d’entrée dans l’enceinte de déshydratation reliée fluidiquement à l’interface de sortie du dispositif de déshydratation et une interface de sortie de l’enceinte de déshydratation reliée fluidiquement à l’interface d’entrée du dispositif de déshydratation.
L’invention porte donc également sur le système complet, comportant l’enceinte de déshydratation. Cette enceinte peut en particulier être adaptée à la déshydratation de produits alimentaires (ou autres) par évaporation sous vide. L’enceinte de déshydratation peut comporter un ensemble d’étagères de réception de bacs adaptés à contenir un produit à déshydrater.
Cette configuration optimise le rapport entre la surface d’évaporation exposée par le produit et le volume de l’enceinte de déshydratation.
Le fluide porteur employé peut être, par exemple, de l’air ou de l’azote.
L’utilisation d’azote évite l’oxydation du produit qui est déshydraté. Lorsque le système met en œuvre un recyclage du fluide porteur, la consommation d’azote du système reste limitée. L’utilisation de dioxyde de carbone (CO2) est également possible.
Le système de déshydratation peut comporter plusieurs dispositifs assécheurs, chaque dispositif assécheur comportant un matériau adsorbant adapté à adsorber de l’eau présente dans le fluide porteur, le système étant configuré de sorte qu’un des dispositifs assécheurs est utilisé pour réduire la teneur en eau dans le fluide porteur, pendant que le matériau adsorbant d’un autre des dispositifs assécheurs est régénéré, et/ou qu’un autre dispositifs assécheurs est utilisé pour assécher le fluide porteur qui entre dans l’enceinte de déshydratation.
Le dispositif peut ainsi fonctionner, en alternant les phases d’adsorption et les phases de régénération sur différents dispositifs assécheurs, par exemple différents pièges à eau. Cela permet d’augmenter fortement le temps d’utilisation de l’enceinte de déshydratation pour déshydrater des produits.
L’invention porte enfin sur un procédé d’obtention d’un système de déshydratation tel que décrit ci-dessus, par transformation d’une installation de déshydratation préexistante. Ce procédé comporte les étapes suivantes :
- fourniture d’une installation de déshydratation comportant une enceinte de déshydratation ;
- fourniture d’un dispositif de déshydratation tel que décrit ci-avant,
- retrait des équipements de déshydratation internes de l’enceinte de déshydratation,
- installation sur l’enceinte de déshydratation d’une interface d’entrée de l’enceinte de déshydratation et d’une interface de sortie de l’enceinte de déshydratation, adaptées à être connectées respectivement à l’interface de sortie du dispositif de déshydratation et à l’interface d’entrée du dispositif de déshydratation,
- connexion de l’interface d’entrée dans l’enceinte de déshydratation à l’interface de sortie du dispositif de déshydratation et connexion de l’interface de sortie de l’enceinte de déshydratation à l’interface d’entrée du dispositif de déshydratation.
Le dispositif proposé dans l’invention, grâce à son ou ses dispositifs assécheurs déportés de l’enceinte de déshydratation et grâce à sa conception modulaire permet ainsi une modernisation d’installations préexistantes. Cela permet par exemple de convertir des tunnels de lyophilisation en un système de déshydratation conforme à la présente invention.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs : la figure 1 représente, selon un schéma de principe, un dispositif de déshydratation et un système de déshydratation conformes à des modes de réalisation de la présente invention, la figure 2 représente, selon un schéma industriel simplifié, un système de déshydratation conforme à un mode de réalisation de l’invention.
La figure 1 représente, selon un schéma de principe, un système de déshydratation conforme à un mode de réalisation de la présente invention. Le système de déshydratation comporte un dispositif de déshydratation 1 , qui est en premier lieu l’objet de la présente invention, et d’une enceinte de déshydratation 2 à laquelle le dispositif de déshydratation 1 est relié.
Le dispositif de déshydratation 1 comporte une interface d’entrée du dispositif de déshydratation 3, par laquelle un fluide porteur contenant de l’eau sous forme gazeuse pénètre dans le dispositif de déshydratation en vue de son assèchement. L’interface d’entrée du dispositif de déshydratation 3 est destinée à être liée à une interface de sortie de l’enceinte de déshydratation 4 correspondante. Le fluide porteur est un gaz, qui peut être de l’air ou avantageusement de l’azote.
L’interface d’entrée du dispositif de déshydratation 3 et l’interface de sortie de l’enceinte de déshydratation 4 assurent une liaison fluidique entre l’enceinte de déshydratation 2 et le dispositif de déshydratation 1 . Ces interfaces peuvent ainsi prendre diverses formes, elles peuvent être vissées, bridées, soudées, etc.
Le dispositif de déshydratation comporte un module de gestion de flux 5. Le module de gestion de flux 5 a notamment pour fonction d’assurer la circulation du fluide porteur dans le système de déshydratation, et de piloter ainsi le taux d’humidité relative dans l’enceinte de déshydratation 2. Il permet également en cela de contrôler les débits et la pression dans le dispositif assécheur 6 (décrit ci-après).
Dans l’exemple représenté, le module de gestion de flux est lui-même constitué de deux modules inter-opérants, à savoir un module de circulation 7 et un module de balayage 8.
Dans l’exemple représenté, le module de circulation 7 est positionné en aval de l’interface d’entrée du dispositif de déshydratation 3. Le module de circulation vise en premier lieu à générer et contrôler le flux de fluide porteur dans le dispositif de déshydratation. Il comporte dans cet exemple un équipement mécanique, de type pompe à rotors (pompe roots), ou tout autre équipement adapté à fonctionner sous forte dépression et à gérer le débit du fluide porteur en sortie de l’enceinte de déshydratation et corollairement en entrée du dispositif assécheur. Cet équipement forme également un dispositif de compression du fluide porteur. Le dispositif de compression permet d’élever la pression du fluide porteur entre l’interface d’entrée du dispositif de déshydratation et le dispositif assécheur.
Dans l’ensemble du présent document, la notion d’amont et la notion d’aval s’entend selon la direction d’écoulement du fluide porteur.
Optionnellement, un ballon tampon 9 peut être disposé entre l’équipement mécanique du module de circulation 7 et le dispositif assécheur 6. Le ballon tampon 9 permet un meilleur contrôle et un lissage temporel des conditions de fonctionnement du dispositif assécheur 6 (pression et température).
L’emploi d’un équipement mécanique a également l’avantage de permettre une recompression du fluide porteur avant son entrée dans le dispositif assécheur. Néanmoins, alternativement, dans un mode de réalisation ou le fluide porteur n’est pas (ou pas totalement) recyclé à l’entrée de l’enceinte de déshydratation, comme expliqué ci-après, le module de circulation peut être formé par un dispositif de contrôle du différentiel de pression entre la sortie et l’entrée du dispositif de déshydratation. Dans ce cas c’est essentiellement un jeu de pression entre une source de vide et une mise à l’atmosphère qui peut entrainer le flux de fluide porteur dans l’enceinte de déshydratation 2 et dans le dispositif de déshydratation 1 . Dans le cas où le fluide porteur n’est pas recyclé en totalité, ou, de manière générale, s’il est nécessaire de réaliser un apport de fluide porteur dans le système de déshydratation, le fluide porteur introduit peut être de l’air ou un autre gaz asséché dans un deuxième dispositif assécheur 6’ du dispositif de déshydratation.
Dans tous les modes de réalisation, le module de circulation peut comporter un dispositif de détermination de l’humidité relative du fluide porteur entrant dans le dispositif de déshydratation 1 , par exemple un capteur d’humidité, et utiliser cette information pour le pilotage des débits dans le système de déshydratation.
Le dispositif de déshydratation comporte, comme évoqué ci-dessus, un dispositif assécheur 6, destiné à capter l’eau présente dans le fluide porteur issu de l’enceinte de déshydratation.
Le dispositif assécheur 6 est disposé de manière générale dans une chambre du dispositif de déshydratation.
Le dispositif assécheur 6 permet de faire baisser la quantité d’eau présente dans le fluide porteur qui est présent autour du dispositif assécheur ou qui le traverse.
Le dispositif assécheur peut ainsi comporter un dispositif à plaques froides qui provoque la condensation de l’eau présente sous forme de vapeur dans le fluide porteur à la surface desdites plaques froides.
Le dispositif assécheur peut alternativement comporter un matériau adapté à adsorber une quantité importante d’eau, dit matériau adsorbant, dans des conditions de température et de pression appropriées.
Les zéolites sont connues pour leur grande capacité à adsorber l’eau, sans prise de volume, et peuvent donc être utilisées comme matériau adsorbant d’un piège à eau.
Le matériau adsorbant peut être installé dans un panier ou une cassette disposée dans la chambre contenant le dispositif assécheur 6, de sorte à être mis au contact, voire à être traversé le cas échéant, par le fluide porteur chargé de vapeur qui pénètre dans le piège à eau.
Le module de contrôle de flux 5 comporte en outre un module de balayage 8.
Le module de balayage 8 permet notamment de contrôler la quantité d’air qui rentre dans l’enceinte de déshydratation 2.
Il permet également d’en contrôler certaines caractéristiques, à savoir la pression et/ou la température. Il permet par exemple de maintenir le niveau de vide souhaité par un appoint de vide réalisé avec une source de vide 10, par exemple une pompe à vide ou une centrale de vide (via un réseau de vide).
Le dispositif de déshydratation 1 comporte une interface de sortie du dispositif de déshydratation 11 , par laquelle le fluide porteur asséché sort du dispositif de déshydratation pour être utilisé pour le séchage ou l’évaporation d’un produit dans une enceinte de déshydratation.
L’interface de sortie du dispositif de déshydratation 11 est destinée à être liée à une interface d’entrée de l’enceinte de déshydratation 12 correspondante.
L’interface de sortie du dispositif de déshydratation 11 et l’interface d’entrée de l’enceinte de déshydratation 12 assurent une liaison fluidique entre le dispositif de déshydratation 1 et l’enceinte de déshydratation 2.
Tout comme l’interface d’entrée du dispositif de déshydratation 3 et l’interface de sortie de l’enceinte de déshydratation 4, ces interfaces peuvent prendre diverses formes, elles peuvent être vissées, bridées, soudées, etc.
Les moyens décrits ci-avant du dispositif de déshydratation en permettent le fonctionnement pour déshydrater un produit présent dans une enceinte de déshydratation 2 liée audit dispositif, décrite plus en détail ci-après. Néanmoins, lorsque le dispositif assécheur est un piège à eau, le matériau adsorbant ayant adsorbé une quantité importante d’eau doit être régénéré en le faisant désorber l’eau qu’il contient, afin qu’il recouvre sa capacité d’adsorption.
Le dispositif de déshydratation comporte pour cela un module de régénération 13.
Le module de régénération 13 permet de mettre le matériau adsorbant du piège à eau dans des conditions de température et de pression adaptées à sa régénération. Le module de régénération peut en particulier être configuré pour réaliser la régénération sous vide.
Le module de régénération 13 est sélectionné et configuré selon le mode de fonctionnement général du dispositif de déshydratation. Celui-ci peut avantageusement fonctionner en adsorption aidée par le vide, notamment en adsorption modulée sous vide (VSA selon l’acronyme anglophone de « Vacuum Swing Adsorption »), dans lequel une faible pression est imposée pendant la régénération et une pression relativement plus haute est imposée pendant l'adsorption.
Le dispositif de déshydratation ainsi développé est lié (via l’interface d’entrée du dispositif de déshydratation 3 et l’interface de sortie du dispositif de déshydratation 11 ) à une enceinte de déshydratation 2 afin de former un système de déshydratation conforme à l’invention.
L’enceinte de déshydratation 2 peut être produite à dessein, ou peut être alternativement une enceinte préexistante, par exemple un tunnel de lyophilisation que l’on souhaiterait faire évoluer en un système conforme à la présente invention.
Dans un tel système, l’enceinte de déshydratation 2 est adaptée à recevoir les produits à déshydrater. Elle est adaptée à fonctionner à la pression visée lors de la déshydratation des produits.
Une forme généralement tubulaire est ainsi particulièrement bien adaptée aux systèmes fonctionnant à un niveau de vide important. Cette enceinte peut avoir des dimensions importantes pour permettre la déshydratation de produits à une échelle industrielle. Par exemple, une enceinte tubulaire d’un diamètre intérieur de 2,5 m environ et d’une longueur intérieure de 5m peut être employée. Ces dimensions sont données à simple titre d’exemple. Des systèmes dont la chambre présente un volume bien plus important peuvent notamment être envisagés.
L’enceinte 2 comporte une tubulure d’aspiration permettant l’évacuation du fluide porteur chargé d’air (typiquement de l’air et de la vapeur d’eau). La tubulure d’aspiration comporte ainsi l’interface de sortie de l’enceinte 4.
L’enceinte 2 comporte une tubulure d’entrée permettant d’assurer l’apport de fluide porteur permettant d’assurer un flux de balayage dans l’enceinte 2. La tubulure d’entrée comporte ainsi l’interface d’entrée de l’enceinte 12.
La disposition de la tubulure d’aspiration et de la tubulure d’entrée (en particulier de leur piquage dans l’enceinte) est choisie pour favoriser un balayage uniforme du volume intérieur de l’enceinte 2.
L’enceinte est bien évidemment dotée d’une porte permettant le chargement et le déchargement des produits à déshydrater.
Les produits peuvent avantageusement être chargés sur des plateaux ou bacs, adaptés au contact alimentaire le cas échéant. Les produits traités peuvent être sous forme solide ou liquide (y compris pâteuse). La configuration de l’enceinte tend à maximiser la surface d’échange des produits avec le fluide porteur, par exemple avec l’air.
Afin de favoriser leur déshydratation, dans un fluide porteur sec, les produits à déshydrater peuvent être chauffés (néanmoins, sous, vide, la déshydratation est réalisée à faible température, ce qui permet de ne pas altérer certaines qualités des produits traités).
Enfin, en complément de la faible température de déshydratation et du recyclage complet ou partiel du fluide porteur, un module de préservation moléculaire 14 peut être interposé dans le flux de fluide porteur sortant de l’enceinte. Le module de préservation moléculaire 14 comporte un tamis moléculaire afin que seule l’eau sous forme gazeuse sorte de l’enceinte avec le fluide porteur, et non certaines molécules d’intérêt (composés aromatiques notamment) qui sont ainsi maintenues dans l’environnement du produit en cours de déshydratation. Le module de préservation moléculaire 14, qui est optionnel, peut donc être situé en tout point du flux entre l’enceinte de déshydratation 2 et le module de gestion de flux 5 : dans l’enceinte de déshydratation 2, entre l’enceinte de déshydratation 2 et le dispositif de déshydratation 1 , ou à l’entrée du dispositif de déshydratation 1.
La figure 2 représente, selon un schéma industriel simplifié (la plupart des vannes, capteurs, mise à l’air libre, et systèmes périphériques étant omis), un exemple de système de déshydratation conforme à un mode de réalisation de l’invention.
Le système comporte une enceinte de déshydratation 2 dans laquelle le produit à déshydrater est mis en place.
Un circuit de chauffage 15 associé à un système thermorégulateur 16 permet de chauffer le produit présent dans l’enceinte de déshydratation 2, à l’aide d’un fluide caloporteur.
Le dispositif de déshydratation comporte, dans l’exemple représenté, trois dispositifs assécheurs, à savoir trois pièges à eau 6, 6’, 6”. Chaque piège à eau comporte un lit de zéolite 4 angstroms en tant que matériau adsorbant. Le fluide porteur utilisé est de l’air, sous basse pression. Le flux est créé dans le dispositif à l’aide d’une pompe à rotor du module de circulation 7 du module de gestion de flux. Le module de circulation 7 est placé, dans l’exemple représenté, en aval des pièges à eau 6, 6’, 6”. Le dispositif de déshydratation est configuré, pour ce qui concerne ces tubulures d’entrée 17 (qui sont liées à l’interface de sortie de l’enceinte 2), de sorte que chaque piège à eau peut être, ou ne pas être, traversé par le fluide porteur et la vapeur d’eau issue de l’enceinte de déshydratation 2. Une vanne est ainsi prévue à l’entrée de chaque piège à eau pour autoriser ou interdire l’entrée du fluide porteur chargé de vapeur d’eau.
Notamment, un seul des pièges à eau peut être utilisé pour adsorber l’eau présente dans le fluide porteur issu de l’enceinte 2. En traversant un piège à eau, le fluide porteur est asséché par adsorption de la vapeur d’eau qu’il contient dans la zéolite du piège à eau traversé.
Les tubulures de sortie du piège à eau sont fluidiquement liées à l’équipement du module de circulation 7 adapté à créer le flux de fluide porteur. Le fluide porteur circule alors vers le module de balayage 8, via un conduit de retour 18.
Le module de balayage 8 pilote le flux de fluide porteur dirigé vers l’interface d’entrée de l’enceinte 2 via une tubulure de sortie 19. Si un appoint de vide est nécessaire, la pression peut être diminuée grâce à la source de vide 9, ici sous la forme d’une pompe à vide.
Si un apport de fluide porteur sec est nécessaire, cet apport peut être réalisé via une branche d’apport 20 qui prélève de l’air dans l’atmosphère au travers d’un filtre 21, et l’assèche dans l’un des pièges à eau 6, 6’, 6” du dispositif de déshydratation, différent du piège à eau alors utilisé pour assécher le fluide porteur issu de l’enceinte de déshydratation 2.
Ainsi, alternativement au dispositif représenté à la figure 2, l’ensemble du fluide porteur sec introduit dans l’enceinte peut être issu de la branche d’apport 20, tandis qu’il n’y a pas de conduit de retour 18 et que le module de circulation comporte une pompe à vide (en tant qu’équipement pour générer le flux) qui rejette le fluide porteur asséché dans l’atmosphère.
Enfin, tandis qu’un des pièges à eau 6, 6’, 6” est utilisé pour récupérer l’eau issue du produit contenu dans l’enceinte de déshydratation, et optionnellement un autre est utilisé pour un apport de fluide porteur sec, un piège à eau peut être simultanément régénéré. Pour cela le module de régénération 13 assure le chauffage de l’air aspiré dans le piège à eau en régénération, tandis que la source de vide permet la mise en dépression du piège à eau afin de réaliser une régénération sous vide.
L’invention ainsi développée permet donc de former en premier lieu un dispositif de déshydratation, adapté à former un système de déshydratation lorsqu’il est associé à une enceinte de déshydratation adaptée. L’emploi d’un module de balayage permet de contrôler les conditions de déshydratation du produit qui est traité, afin d’en conserver les propriétés souhaitées (par exemple gustatives). Il permet aussi d’optimiser les conditions d’adsorption de l’eau par le matériau adsorbant du piège à eau. Il permet enfin une optimisation énergétique du procédé de déshydratation. L’approche modulaire proposée dans l’invention, ainsi que le déport des pièges à eau vis-à-vis de l’enceinte (permis par des moyens de circulation adaptés à créer un flux sous faible pression), permet également d’envisager de faire évoluer des installations de déshydratation existantes vers un système conforme à la présente invention.

Claims

Revendications
1. Dispositif de déshydratation comportant
- une chambre et un dispositif assécheur (6) adapté à réduire la pression partielle de vapeur d’eau d’un fluide porteur lorsque ledit fluide porteur est au contact dudit dispositif assécheur (6) ou le traverse, ledit dispositif assécheur (6) étant placé dans ladite chambre, caractérisé en ce que la chambre comporte une entrée et une sortie distinctes et agencées de sorte que le fluide porteur chargé d’eau entrant dans la chambre par ladite entrée vient au contact ou traverse le dispositif assécheur (6) et ressort par la sortie avec une moindre teneur en eau, le dispositif de déshydratation comportant également :
- une interface d’entrée du dispositif de déshydratation (3) adaptée à être reliée à une interface correspondante de sortie d’une enceinte de déshydratation (4),
- une interface de sortie du dispositif de déshydratation (11) adaptée à être reliée à une interface correspondante d’entrée de l’enceinte de déshydratation (12),
- un module de gestion de flux (5), adapté à générer et piloter le flux de fluide porteur dans le dispositif de déshydratation,
- ledit module de gestion de flux (5) étant configuré pour appliquer, à la sortie du dispositif de déshydratation, une pression d’au moins 500 millibars inférieure à la pression atmosphérique, et pour contrôler l’humidité relative dans le fluide porteur à la sortie du dispositif de déshydratation, et
- un dispositif de compression du fluide porteur, adapté à relever la pression dudit fluide porteur entre l’interface d’entrée du dispositif de déshydratation et le dispositif assécheur (6).
2. Dispositif de déshydratation selon la revendication 1 , dans lequel le dispositif de compression du fluide porteur comporte une pompe volumétrique.
3. Dispositif de déshydratation selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel un ballon tampon (9), formant un volume de réception du fluide porteur, est interposé entre le dispositif de compression du fluide porteur et l’entrée de la chambre.
4. Dispositif de déshydratation selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le module de gestion de flux (5) est adapté à contrôler le débit massique de fluide porteur sortant du dispositif de déshydratation par l’interface de sortie du dispositif de déshydratation (11 ).
5. Dispositif de déshydratation selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le module de gestion de flux (5) est adapté à contrôler la température du fluide porteur sortant du dispositif de déshydratation par l’interface de sortie du dispositif de déshydratation (11 ).
6. Dispositif de déshydratation selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la sortie de la chambre est liée fluidiquement à la sortie du dispositif de déshydratation, via le module de gestion de flux (5).
7. Dispositif de déshydratation selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif assécheur (6) comporte un matériau adsorbant, adapté à adsorber de l’eau présente dans le fluide porteur.
8. Dispositif de déshydratation selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif assécheur (6) comporte un système de condensation de la vapeur d’eau présente dans le fluide porteur, par exemple un dispositif à plaques froides.
9. Dispositif de déshydratation selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le module de gestion de flux (5) comporte une source de vide (10) permettant de diminuer la pression à l’interface de sortie du dispositif de déshydratation.
10. Système de déshydratation comportant un dispositif de déshydratation selon l’une des revendications précédentes et une enceinte de déshydratation (2), l’enceinte de déshydratation (2) étant équipée d’une interface d’entrée dans l’enceinte (12) reliée fluidiquement à l’interface de sortie du dispositif de déshydratation (11 ) et une interface de sortie de l’enceinte (4) reliée fluidiquement à l’interface d’entrée du dispositif de déshydratation (3).
11. Système de déshydratation selon la revendication 10, dans lequel l’enceinte de déshydratation (2) comporte un ensemble d’étagères de réception de bacs adaptés à contenir un produit à déshydrater.
12. Système de déshydratation selon la revendication 10 ou la revendication 11 , dans lequel le fluide porteur est de l’air ou de l’azote.
13. Système de déshydratation selon l’une des revendications 10 à 12, comportant plusieurs dispositifs assécheurs (6, 6’, 6”), chaque dispositif assécheur (6) comportant un matériau adsorbant adapté à adsorber de l’eau présente dans le fluide porteur, le système étant configuré de sorte qu’un des dispositifs assécheurs est utilisé pour réduire la teneur en eau dans le fluide porteur, pendant que le matériau adsorbant d’un autre des dispositifs assécheurs est régénéré, et/ou qu’un autre des dispositifs assécheurs est utilisé pour assécher le fluide porteur qui entre dans l’enceinte de déshydratation.
14. Procédé d’obtention d’un système de déshydratation selon l’une des revendications 10 à 13 par transformation d’une installation de déshydratation préexistante, le procédé comportant les étapes suivantes :
- fourniture d’une installation de déshydratation comportant une enceinte de déshydratation (2) ;
- fourniture d’un dispositif de déshydratation conforme à l’une des revendications 1 à 10,
- retrait des équipements de déshydratation internes de l’enceinte de déshydratation
(2),
- installation sur l’enceinte de déshydratation (2) d’une interface d’entrée de l’enceinte de déshydratation (12) et d’une interface de sortie l’enceinte de déshydratation(4), adaptées à être connectées respectivement à l’interface de sortie du dispositif de déshydratation (11 ) et à l’interface d’entrée du dispositif de déshydratation (3),
- connexion de l’interface d’entrée de l’enceinte de déshydratation (12) à l’interface de sortie du dispositif de déshydratation (11 ) et connexion de l’interface de sortie de l’enceinte de déshydratation (4) à l’interface d’entrée du dispositif de déshydratation
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