AMBIANTE
984. Le renouvellement de Tair au contact des matières à sécher étant un élément important de la marche rapide de la dessiccation, on s'est appliqué à établir une ventilation active dans les séchoirs ; pour cela, on laisse arriver l'air en grande quantité par une extrémité de la chambre de séchage et on l'aspire par l'extrémité opposée. Le mouvement de l'air peut être produit à l'aide d'une cheminée ou d'un ventilateur.
Dans le premier cas, il faut que l'air sortant conserve une tempécature suffisante pour déterminer le tirage, mais le rendement calorifique de ce procédé est moins avantageux que celui obtenu par la ventilation mécanique, ce dont il est facile de se rendre compte par le calcul.
Quand on a recours aux moyens mécaniques, il faut donner de grandes sections aux gaines et aux orifices d'entrée et de sortie d'air, afin de réduire le plus possible la dépense de travail nécessaire au fonctionnement des ventilateurs. Pour mettre l'air en mouvement, il convient de se servir de préférence d'appareils analogues aux ventilateurs hélicoïdaux, qui permettent de mouvoir de grandes masses d'air sous de faibles dépressions.
Il faut remarquer que, par suite de Tévaporation qui se produit dans le séchoir, la température tend à s'abaisser rapidement, mais comme il y a avantage à maintenir cette dernière aussi élevée que possible, il convient de faire les parois extérieures minces et en matériaux bons conducteurs de la chaleur pour que l'équilibre de température s'établisse facilement entre
Textérieur et Tintérieur; on devra évidemment rechercher les conditions absolument inverses lorsqu'il s'agira d'établir des séchoirs à air chaud.
Ce procédé présente les mêmes inconvénients que le séchage à l'air libre ; de plus, il exige des frais d'installation ainsi que de fonctionnement et le séchage reste toujours irrégulier.
Pour activer la dessiccation, on pourrait, avant son entrée dans le séchoir, priver l'air de l'humidité qu'il renferme et, dans ce but, le faire passer au contact de substances avides d'eau, telles que la chaux vive^ le chlorure de calcium, etc. Mais, si l'on n'a pas l'emploi de ces substances après leur hydratation, on est conduit, par raison d'économie, à revivifier ces matières, afin de pouvoir les réutiliser. Cette revification oblige à recourir à l'emploi de la chaleur et en général, il sera préférable de chauffer directement les corps, sans passer par un intermédiaire, à moins que ceux-ci ne puissent, comme la colle, etc., supporter le contact de l'air, à température un peu élevée sans subir d'altération.
Pour réduire les frais que le séchage occasionne quand on l'effectue à l'aide d'un courant d'air forcé, on doit prendre certaines précautions pour que l'air s'échappant du séchoir reste toujours saturé jusqu'à la fin de l'opération. La saturation incomplète de l'air évacué entraîne une dépense supplémentaire de travail et, par suite, une augmentation du prix de revient delà dessiccation. Pour éviter cet inconvénient, on divise le séchoir en deux parties que l'air parcourt successivement et on dispose les orifices d'entrée et de sortie de façon à pouvoir renverser le mouvement. On a soin de faire arriver l'air neuf dans la chambre où l'opération est sur le point d'être terminée et de lui faire parcourir avant de le laisser s'échapper dans l'atmosphère, le compartiment qui vient de recevoir les matières mouillées. Quand on a, dans la première chambre, remplacé les matières sèches par des matières humides, on renverse le sens du mouvement gazeux, l'air neuf entre dans la seconde chambre au contact de matières presque sèches, puis passe ensuite dans la première.
On verra^ dans le paragraphe relatif aux séchoirs à air chaud, le moyen d'obtenir facilement ces deux circulations en sens différent.
Les procédés de séchage que nous venons de décrire sont généralement longs et irréguliers, et ne sauraient convenir dans la plupart des industries, aussi le séchage s'opère-t-il le plus souvent en faisant intervenir Tair chaud en mouvement dans des locaux spéciaux désignés sous le nom de séchoirs.
Ces séchoirs sont disposés les uns pour servir d'une manière intermittente et les autres pour permettre des opérations continues.
985. Les phénomènes qui se produisent dans un séchoir à air chaud à chargement intermittent sont eux-mêmes discon* tinus.
On peut considérer l'opération du séchage comme étant ellemême divisée en trois périodes différentes :
i"" On vient d'introduire le corps mouillé et à la température de l'air extérieur 0.
L'air chaud entre à la température T, il se refroidit rapidement au contact des matières qui se trouvent sur son parcours, et finalement arrive aux orifices de sortie par lesquels il s'échappe à l'état de saturation et à la température de l'air extérieur.
Les matières à sécher s'échauffent progressivement et leur température dépend de la position qu'elles occupent dans le séchoir. Les surfaces voisines des houches d'arrivée d'air chaud sont à une certaine température i et celles qui se trouvent près des orifices d'évacuation sont à la température 8. On utilise toute la chaleur apportée par l'air affluent et cette période dure jusqu'au moment où les dernières surfaces mouillées commencent à s'échauffer à leur tour.
a' A partir de l'instant où cet échauffement a lieu, l'air s'é-
chappe à des températures croissant jusqu'à une certaine limite, laquelle dépend de la température de Tair entrant dans le séchoir. Dans cette période, Tair sort toujours saturé, mais on n'utilise pas toute la chaleur qu'il peut céder.
3"^ Dans la troisième période, la température augmente dans le séchoir, Fair sort de moins en moins saturé jusqu'au moment où la dessiccation est obtenue. Il y a une perte de chaleur généralement assez importante provenant de ce que Tair qui s'échappe conserve une température élevée et sort du séchoir sans être saturé.
Après que le séchage est produit, si Ton continue à faire arriver l'air chaud, la température continuera à s'élever dans le séchoir, et finalement les objets prendront la température de l'air chaud affluent. En pratique, il est rare qu'on ait besoin de continuer le chauffage après que la dessiccation complète est obtenue. Quel que soit le but poursuivi, on peut réduire notablement les pertes de chaleur que nous venons de signaler en disposant le séchoir de manière a effectuer méthodiquement la dessiccation.
D'ordinaire, un séchoir à air chaud se compose d'une chambre close dans laquelle sont étendues les matières à sécher et d'un calorifère, fournissant à l'air destiné au séchage, une certaine quantité de chaleur que celui-ci transmet à l'eau qui mouille les corps et qu'on veut vaporiser.
La chambre de séchage est pourvue de deux séries d'ouvertures, l'une servant à l'entrée de l'air chaud, et l'autre à la sortie de l'air humide qui est évacué dans l'atmosphère. Les orifices d'introduction d'air chaud sont généralement placés près du plafond de la chambre, mais ils sont quelquefois disposés près du plancher. Les orifices d'évacuation sont ordinairement réservés à la partie basse, quelle que soit la position des arrivées d'air chaud.
Dans certams cas, on effectue cependant l'évacuation de l'air humide à la partie haute du séchoir, l'air chaud arrivant à la partie basse et sur toute la surface de la chambre. Les matières à sécher sont disposées de telle façon que l'air ne puisse gagner
le plafond sans passer à leur contact. Mais il arrive ordinairement que le séchage par circulation ascendante d'air chaud est obtenu dans des conditions moins avantageuses que la dessiccation par circulation descendante.
Afin de diminuer autant que possible les pertes de chaleur, il convient de ne laisser sortir du séchoir que de Tair complètement saturé, du moins pendant la durée des deux premières périodes de séchage. Pour obtenir ce résultat, les dimensions du séchoir ont moins d'influence que la division et le rangement convenables des produits à sécher et que le mode de circulation de Tair chaud.
Il faut éviter que Tair saturé ne séjourne et ne se refroidisse dans certaines parties du séchoir, il empêcherait la dessiccation des corps voisins et Thumidité qu'il abandonnerait pourrait, dans certains cas, altérer les produits à sécher ou tout au moins nuire à leur qualité.
On fait passer Tair encore chaud et non saturé sur des matières récemment chargées et très humides afin d'utiliser son excès de chaleur et de compléter sa saturation. Nous verrons plus loin des dispositions de séchoir méthodique.
986. Calcul d'un séchoir à air ctaaud. — Dans les appareils où l'on sèche à l'air chaud, on fait, dans un temps donné passer au contact des corps humides un certain poids d'air préalablement chauffé.
Pour arriver à connaître le poids d'air qu'il convient de faire circuler dans le séchoir, étant donnée la quantité d'eau à évaporer, nous allons d'abord déterminer le poids d'air nécessaire pour enlever au corps mouillé i kilogr. d'eau, ce qui permettra de calculer facilement le poids total d'air nécessaire au séchage. Nous calculerons ensuite la quantité de chaleur qu'il faut fournir à cet air et la température à laquelle il convient de le porter avant de l'utiliser.
Appliquons la formule établie au chapitre précédent, § 966.
KF
dans laquelle
W représeate le poids de vapeur contenu dans le mélange gazeux sortant du séchoir.
H la tension totale de ce mélange.
F la tension maxima de la vapeur à f". K le coefficient de saturation.
Nous admettons que Tair évacué sort saturé, nous devons donc prendre K= i et la relation devient :
en posant m^ = 0,622 g — =.
Si dans Téquation (i) nous faisons P=i kilogr., il vient W^ = m^ et m^ représente le poids de vapeur emporté par 1 kilogr. d'air saturé sortant du séchoir à la température /.
Ce poids m^ de vapeur serait tout entier emprunté au corps humide placé dans le séchoir, si Tair entrant était complètemeol sec, mais il en est rarement ainsi. Nous pouvons nous placer dans les conditions les plus défavorables en supposant que Tair extérieur est saturé à la température 0. La tension correspondante de la vapeur est / et le poids d'air employé au séchage apporte un poids W^ de vapeur donné par Téquation :
Wo =3 0,622 :^f = moP W
en écrivant que 711^=0,622 r^ — 7.
Prenant P = i kilogr., comme ci-dessus, nous avons W^^Wo et m^ représente le poids de vapeur d'eau dissous dans i kilogr. d'air entrant dans le séchoir.
Le poids réel d'eau enlevé au corps humide par 1 kilogr. d'air pris saturé à 6** et sortant du séchoir également saturé à «• est
\V z= Wi - Wo = m, - Wo. [3:
SÉCHAGE PAR GOURANT D'AIR CHAUFFÉ. 41 i
Le poids d'air A nécessaire pour enlever i kilogr. d*eau au corps mouillé sera donné par la relation :
OU si nous prenons H = 0,76 et si nous admettons que Tair affluent ne contienne aucune humidité, ce qui revient à supposer que/=o, il viendra :
Connaissant le poids W d'eau qu'il s'agit d'évaporer, on détermine facilement le poids P d'air qu'il est nécessaire de faire passer dans le séchoir.
Calculons maintenant la quantité de chaleur C qu'il faut fournir à cet air entrant dans le séchoir. Cette quantité, abstraction faite des causes de pertes , est égale à celle emportée par le mélange d'air et de vapeur évacué.
Opérons sur le poids d'air A nécessaire pour enlever i kilogr. d'eau; soit / la température du mélange gazeux à la sortie du séchoir, 6 la température de l'edr ambiant supposé saturé et / la tension maxima de la vapeur à cette température 6^, nous avons Tégalité :
C=:6o6,5-ho,3o5f — z + A X 0,2378(^ — 6)
relation qui, en supposant 6 = 0 ety=o, devient :
C=6o6,5 — o,695ï-hAx 0,2878^ [7]
ou bien :
C = r-+îAc< en posant :
c capacité calorifique de l'air à pression constante.
En examinant la formule précédente (6), on voit qu'un minimum de G a lieu quand /=6,* c'est le cas du séchage à l'air libre, ou encore quand A est nul, c'est-à-dire lorsqu'on opère à la température de l'ébuUition, c'est le cas où le séchage s'effectue à loo"". Ces résultats sont identiques à ceux obtenus (oee) dans le cas de l'évaporation ; il ne pouvait en être autrement, puisque le séchage et l'évaporation sont deux opérations de même nature.
Enfin nous allons évaluer la température à laquelle l'air chaud doit être porté à son entrée dans le séchoir. En admettant que toute la chaleur soit apportée par cet air, l'abaissement de température est tel que la chaleur cédée par le poids A d'air est égale à la chaleur absorbée par l'évaporation d'un kilogr. d'eau, nous avons :
Dans cette équation, les notations sont les mêmes que dans l'équation [6]; T désigne la température à laquelle l'air doit être chauffé. En admettant quey=o, ce qui peut être obtenu soit en refroidissant suffisamment l'air avant de le chauffer, soit en le faisant passer au contact de substances avides d'eau, l'équation se simplifie et devient :
Axo,2378(T — z) — 606,5 + 0, 3o5f — t=6o6,D — o,695t [11]
ou
Ac{T — t)=ir.
c et r ont même signification que précédemment (9) et (8). D'où Ton déduit
et enfin
On remarquera que nous avons négligé la chaleur absorbée par le corps à sécher ainsi que les déperditions par les parois du
séchoir. La température de Tair affluent devra être augmentée en raison de la dépense de chaleur due à ces deux causes.
Nous avons réuni dans un tableau deux séries de valeurs de A, C, T calculées dans Thypothèse que Tair entrant dans le séchoir ne contient pas d'humidité, que cet air, après avoir parcouru le séchoir, est évacué à la température de Tair ambiant [t—^). La première série de valeurs a été déterminée en supposant que Tair sortant est complètement saturé; la seconde en admettant que Tair est à demi saturé lorsqu'il quitte le séchoir.
On voit par ce tableau qu'à partir d'une certaine limite de t
les valeurs de T vont rapidement en augmentant et qu'il est à peu près impossible de donner à t une valeur supérieure à 60° ; môme, en pratique, on ne peut guère dépasser la température (=40''. Les calculs qui nous ont conduit à ces conséquences sont basés sur l'hypothèse que l'air affluent apporte avec lui toute la chaleur nécessaire à la vaporisation de l'eau.
n y aurait pourtant intérêt à opérer le séchage à une température aussi voisine que possible de 1 00** ; le moyen à employer consiste à ne faire apporter par l'air qu'une fraction de la chaleur nécessaire à la vaporisation, le surplus étant fourni par des surfaces chauffantes placées dans le séchoir même et qui rayonnent directement sur les matières à sécher. La quantité de chaleur C nécessaire au séchage est toujours la même, mais la température de l'air affluent diminue d'autant plus que la chaleur fournie par le rayonnement direct est plus grande. Si m est la fraction de la chaleur totale apportée par l'air chaud, i — m étant la proportion fournie par le rayonnement, on aura pour 6 = o et/= o.
Axo,2378(T — t) = m(6o6,5-ho,3oDt)
el la difi'érence T — ^ des températures est proportionlle à m ; si w^Yï cette différence est réduite à moitié environ.
Les six dernières colonnes du tableau suivant ont été calculées en vue d'indiquer les valeurs de T correspondant à celles de t variant de o à 100**, dans l'hypothèse où l'air n'apporte avec lui que la moitié de la chaleur nécessaire, dans le cas où il sort complètement saturé, et dans celui où il est seulement à moitié saturé.
Tableau des valeurs de A, C, T, pour
nûNNi7i7C
