Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Le procédé de granulation permet d’assembler de fines particules solides, dispersées dans un milieu gazeux ou liquide, afin de former des particules de plus grosses tailles, appelées granulés. Cette opération permet entre autres de faciliter la manutention, d’obtenir une meilleure homogénéité, également une meilleure coulabilité. Cet article traite de la granulation humide, une des deux méthodes existantes, la cohésion est alors assuré par un liant sous forme liquide, sans appliquer de compression. Cet article présente les principes de base puis quelques notions théoriques associées à la granulation humide ainsi que les différents états observés du granulé.
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Khashayar SALEH : Professeur des universités – Département de génie des procédés industriels de l'Université de Technologie de Compiègne (UTC)
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Pierre GUIGON : Professeur des universités – Département de génie des procédés industriels de l'Université de Technologie de Compiègne (UTC)
INTRODUCTION
Le terme « granulation » inclut tout procédé dans lequel des fines particules solides, dispersées dans un milieu gazeux ou liquide, sont assemblées pour former des particules de plus grosses tailles. Ces dernières dans lesquelles il est encore possible d'identifier les particules de départ sont appelées granulés ou agglomérats. Cet assemblage est rendu possible grâce aux forces de liaison interparticulaires que l'on doit créer et/ou intensifier lors de la granulation. Selon le procédé employé, la taille des granulés peut varier, en général, entre 0,1 et 50 mm. Le but de cette opération peut être purement commercial, le produit obtenu présentant une meilleure apparence ou, strictement technique car la granulation d'une poudre permet, entre autres :
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d'en assurer une manutention plus aisée ;
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de réduire l'émanation de poussières lors de sa manipulation ;
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de lui donner une meilleure coulabilité ;
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de réduire les risques d'explosion ou de mottage ;
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d'obtenir une meilleure homogénéité du mélange ;
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d'obtenir des produits intermédiaires servant à la compression ;
-
d'obtenir des particules de taille calibrée.
Les mécanismes de granulation sont variés et complexes. Bien que certaines poudres cohésives puissent s'agglomérer spontanément par des forces physiques naturellement présentes dans le milieu, dans la plupart des cas la granulation nécessite l'ajout d'un liant sous forme liquide ou sèche.
Il existe deux méthodes principales de granulation :
-
la granulation (en voie) sèche. Dans cette catégorie, la granulation est effectuée sans présence de liant ou à l'aide d'un agent liant sec (amidon, gélatines, sucres, dérivés cellulosiques, etc.) ou liquide (mélasse de betterave et de canne, par exemple). Les granulés sont obtenus par compression et leur résistance mécanique est assurée par l'effet conjugué de la diminution de l'écartement des particules et de l'augmentation de leur surface de contact ;
-
la granulation humide. Dans cette méthode un liquide, très souvent une solution aqueuse d'un liant adéquat, est utilisé pour assurer les liens préliminaires entre les particules et aucune compression n'est appliquée.
Ce dossier présente les principes de base de la granulation humide, des notions théoriques de base [J 2 253]. Le dossier suivant [J 2 254] présente les techniques et pratiques associées à cette opération.
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Forces de cohésion dans les granulés humides
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5. Forces de dissipation visqueuse dans les milieux en mouvement
Selon la théorie de Young-Laplace, la résistance des ponts liquides dépend essentiellement de la tension superficielle du liquide, de l'angle de contact entre solide et liquide, de la distance qui sépare les particules et de la taille des particules. Cette théorie est applicable lorsque le milieu peut être considéré comme stagnant.
Toutefois, des études expérimentales ont montré que les forces d'adhésion créées par les ponts liquides dans un milieu en mouvement, peuvent dépasser largement celles déduites par la théorie de Young-Laplace. Afin d'expliquer ce phénomène, Ennis et coll. [19] ont suggéré que la résistance des ponts liquides est conditionnée non seulement par les forces de type capillaire mais aussi par la dissipation de l'énergie cinétique des particules lors de leur collision. Cette dernière dépend fortement de la viscosité du liquide employé. Ces auteurs ont défini un nombre capillaire visqueux Cavis qui représente le rapport entre la force de friction due à la présence du liquide et celle de type capillaire :
-
pour Cavis inférieur à 10–3 , l'importance de la dissipation d'énergie due à la viscosité du liquide peut être négligée devant la force capillaire et l'équation de Young-Laplace peut être employée pour la détermination de la résistance du pont liquide ;
-
dans le cas contraire, Ennis et coll. préconisent de tenir compte de la friction exercée sur les particules pendant leur collision.
Par ailleurs, pour établir les régimes de croissance, ces auteurs ont aussi défini le nombre de Stokes visqueux qui est le rapport entre l'énergie cinétique des particules participant à la collision et la dissipation visqueuse produite par les ponts liquides :
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BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
PIETSCH (W.) - Size enlargement by agglomeration. - Wiley (1991).
CAPES (C.E.) - Particle size enlargement. - Elsevier (1980).
SALEH (K.), GUIGON (P.) - Coating and Encapsulation Processes in Powder Technology. - Handbook of powder technology, Granulation. SALMAN (A.D.), HOUNSLOW (M.J.) et SEVILLE (J.P.K.) éditeurs, Elsevier, Amsterdam, vol. 11, p. 323-375 (2007).
HÉMATI (M.), CHERIF (R.), SALEH (K.V.), PONT - Fluidized-bed coating and granulation : influence of process-related variables and physico-chemical properties on growth kinetics. - Powder Technology, 130, p. 18-34 (2003).
IVESON (S.M.), LITSTER (J.D.), HAPGOOD (K.), ENNIS (B.J.) - Nucleation, growth and breakage phenomena in agitated wet granulation processes : a review. - Powder Technology, 117, p. 3-39 (2001).
SALEH (K.), CHÉRIF (R.), HÉMATI (M.) - Coating of solid particles in a fluidized bed. Influence of operating conditions on growth kinetics. - Journal of Advanced Powder Technology, vol. 10, no 3, p. 255-278 (1999).
SALEH (K.), VIALATTE (L.), GUIGON (P.) - Wet granulation in a batch high shear mixer. - Chemical Engineering Science, 60, p. 3763-3775 (2005).
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