Bibliographie & annexes
Présentation
English
Auteur(s)
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François GOMEZ : Maître de conférences - Département génie des procédés de l'Université de technologies de Compiègne
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Khashayar SALEH : Professeur des universités - Département génie des procédés de l'Université de technologies de Compiègne
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L'obtention de produits solides à partir d'un procédé de séchage par pulvérisation (ou atomisation) est connue depuis le XIX e siècle. Initialement utilisé pour sécher de l'œuf et concentrer des jus, le procédé s'est développé de manière significative dans les années 1920 dans les industries du lait et des lessives. De par sa grande flexibilité, il est maintenant appliqué à de nombreux produits tant en agro-industrie que dans le domaine pharmaceutique ou cosmétique, ou encore pour la préparation de pigments ou de charges minérales.
Le séchage par pulvérisation consiste en l'obtention d'un solide divisé, par la mise en contact d'un gaz chaud et d'un fluide dispersé sous forme de fines gouttelettes. En jouant sur les paramètres opératoires, il est possible de contrôler différentes propriétés du produit fini telles que la taille, la forme des particules solides ou encore sa solubilité via la présence de porosité.
Nous présentons, dans ce premier dossier [J 2 256], les principes fondamentaux sur lesquels est basé le séchage par pulvérisation. Ceux-ci concernent la formation et la caractérisation du spray puis l'aspect thermodynamique avec les bilans de masse et de chaleur et, enfin, l'aspect cinétique avec le séchage des gouttelettes et les notions associées au dimensionnement des dispositifs de séchage par atomisation.
Dans un deuxième dossier [J 2 257], nous abordons l'aspect technologique du procédé de séchage par pulvérisation, passant en revue les étapes de pulvérisation, de dispersion du gaz, de récupération du solide, ainsi que les éléments liés à la sécurité du procédé. Nous y donnons également des exemples concrets d'utilisation de ce procédé à partir d'applications réelles.
Nous renvoyons également le lecteur aux dossiers [J 2 251] et [J 2 252] dans lesquels sont présentées les notions de base associées à la rhéologie des poudres.
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Calcul et dimensionnement d'une unité de séchage par pulvérisation
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3. Notions de base associées au séchage des solides
L'étape centrale de l'opération de séchage par atomisation est le séchage des particules, plus ou moins humides, jusqu'à l'obtention du degré de déshydratation souhaité. Il est donc nécessaire de rappeler quelques principes généraux du séchage des solides. Ce rappel est limité à l'évaporation de l'eau (représentant la majorité des opérations industrielles), tout en conservant le caractère général de l'approche. Le cas des autres solvants peut donc être traité par analogie.
Lors du procédé de séchage par atomisation, l'élimination de l'eau est réalisée via son évaporation par entraînement à l'aide d'un courant de gaz (souvent l'air) chaud et sec. Plus précisément, les conditions opératoires (température et humidité relative) doivent être telles que l'activité de l'eau dans le courant gazeux reste inférieure à son activité d'équilibre à la même température. En exposant un corps solide humide à ce courant gazeux, un échange simultané de chaleur et de matière se produit, conduisant, d'une part, à une élévation de la température du solide du fait des écarts de température entre l'air et le corps solide et, d'autre part, à une évaporation de l'eau due à la différence de son activité à l'interface gaz-solide et au sein du courant gazeux. Ainsi, l'air étant à la fois le média caloporteur et le vecteur d'élimination de vapeur, il entre sec et chaud dans le système et en sort humide et refroidi.
La vitesse de séchage et la durée de l'opération dépendent, d'une part, de la capacité de l'air à assimiler l'eau et, d'autre part, de la disponibilité de l'eau (activité de l'eau) à l'interface fluide-solide. Le premier facteur est gouverné par les propriétés thermodynamiques de l'air de séchage tandis que le second dépend de l'état de l'eau dans la structure du solide.
3.1 Propriétés thermodynamiques de l'air humide
Un élément déterminant d'une opération de séchage par entraînement est la capacité de l'air à capter l'eau pour l'éliminer. Cette capacité relève des propriétés de l'air humide décrites ci-après.
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Notions de base associées au séchage des solides
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MASTERS (K.) - Spray drying handbook. - 5th ed., Longman Scientific and Technical (1991).
-
(2) - MARSHALL (W.R.) - Atomization and spray drying. - American Institute of Chemical Engineering, New York (1954).
-
(3) - SOUGNEZ (M.) - L'évolution du procédé de séchage par atomisation. - INFOVRAC, juin-juill. 2001.
-
(4) - DE GENNES (P.-G.), BROCHARD-WYART (F.), QUÉRÉ (D.) - Gouttes, bulles, perles et ondes. - Éd. Belin (2005).
-
(5) - GUYON (E.), HULIN (J-P.), PETIT (L.) - Ce que disent les fluides. - Éd. Belin (2005).
-
(6) - PLATEAU (J.) - Statique expérimentale et théorique des liquides soumis aux seules forces moléculaires. - Gauthier-Villars (1873).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Atomisation, pulvérisation et aérosols – Instrumentation.
-
Atomisation, pulvérisation et aérosols – Théorie et modèles.
-
Caractérisation et analyse des poudres. Propriétés physiques des solides divisés.
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Caractérisation et analyse des poudres. Propriétés comportementales des solides divisés.
ANNEXES
DIMCLIM http://www.dimclim.fr
Hands Down Software http://www.handsdownsoftware.com
CD-adapco http://www.cd-adapco.com
HAUT DE PAGE
Science et Technologie des Poudres Type : colloque Périodicité : trois ans Prochaine occurrence : 4-6 juillet 2012 / Toulouse
International Drying Symposium Type : colloque Périodicité : tous les deux ans Prochaine occurrence : 11-15 November 2012 ; Xiamen City-Chine
Congrès de la Société Française du Génie des Procédés (SFGP) Type : congrès Périodicité : tous les deux ans Prochaine occurrence : 2013 Lyon
International Granulation Workshop Type : atelier + colloque Périodicité : 2 ans (Organisé par l'Université de Sheffield-Angleterre) Prochaine occurrence : 22-24 juin 2013 / Sheffield
World Congress on Particle Technology Type : congrès Périodicité : 4 ans Prochaine occurrence : 19-22 mai 2014 / Beijing-Chine
International Congress on Particle Technology (PARTEC)...
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