Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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The granulation process allows for assembling fine solid particles, dispersed in a gaseous or liquid medium in order to form larger particles thus called granules. This operation allows for, among others, facilitating handling, improve homogeneity and flowability. This article deals with humid granulation, one of the two existing methods, where cohesion is ensured by a binder under the liquid form without involving compression. This article presents the basic principles and several theoretical notions associated with humid granulation as well as the various observed states of the granule.
Auteur(s)
-
Khashayar SALEH : Professeur des universités – Département de génie des procédés industriels de l'Université de Technologie de Compiègne (UTC)
-
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 :
-
d'en assurer une manutention plus aisée ;
-
de réduire l'émanation de poussières lors de sa manipulation ;
-
de lui donner une meilleure coulabilité ;
-
de réduire les risques d'explosion ou de mottage ;
-
d'obtenir une meilleure homogénéité du mélange ;
-
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 Mise en œuvre des poudres- Granulation humide : bases et théorie[J 2 253]. Le dossier suivant [J 2 254] présente les techniques et pratiques associées à cette opération.
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Propriétés de surface et d'interface
En anglais
1. Principe
Deux principales approches sont possibles (figure 1) pour réaliser la granulation humide.
Dans l'approche principale, une quantité contrôlée de liquide est pulvérisée sur la poudre sèche, avant ou pendant la granulation. Cette action permet de créer des ponts liquides ou solides (après évaporation du solvant) entre les particules. Le liquide forme des contacts entre les particules et permet de renforcer leur interaction et de promouvoir leur grossissement.
Dans une seconde approche, moins fréquente, on forme des gouttelettes à partir d'une suspension de la poudre que l'on sèche ensuite. Une fois le solvant enlevé, le résultat final est similaire à celui de la première approche. Les procédés utilisés pour cette seconde approche sont proches des techniques de séchage par atomisation. La seule différence est, qu'ici, l'objectif est d'augmenter la taille des particules plutôt que de sécher la suspension. Néanmoins, ces procédés relèvent davantage du domaine de séchage et ne seront donc pas développés dans ce document.
En ce qui concerne les techniques appartenant à la première approche, la granulation comporte, les étapes élémentaires, consécutives ou compétitives, suivantes :
-
le mélange de la poudre pour créer un contact intime entre les particules à granuler ;
-
le mouillage des particules par un liant. Ce dernier peut être introduit de diverses manières, en l'état s'il s'agit d'un produit sous forme liquide, dispersé ou dissout dans un solvant adéquat ou encore fondu ;
-
la croissance des granulés suite à la formation des ponts liquides entre les particules puis la consolidation des granulés sous l'effet des contraintes mécaniques (cisaillement, impact, etc.) induites par l'agitation ;
-
le séchage qui permet d'évacuer le solvant et de transformer les ponts liquides en ponts solides et d'assurer une meilleure cohésion des granulés.
Ainsi, la mise en œuvre de la granulation humide à l'échelle industrielle nécessite l'utilisation d'un mélangeur de poudres, équipé de dispositif d'injection de liquide et de systèmes de séchage intégrés ou annexes. D'une manière générale, il existe quatre grandes catégories de technique de granulation humide (figure 2) [1]...
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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...
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