Paramètres du procédé de séchage par atomisation

1. Fonctionnement du séchage par atomisation

Les industriels exploitant des usines équipées de séchoirs par atomisation doivent les optimiser afin d'obtenir le meilleur rendement économique pour leur investissement. Optimiser le fonctionnement signifie obtenir le débit maximal de produit séché tout en respectant les cibles d'humidité et, plus généralement, de qualité – absence de particules brûlées, pas de dégradation, bonne reconstitution, etc.

Cette page vise à détailler les principaux paramètres procédés pouvant être ajustés sur un séchoir par atomisation et leurs effets sur la production et la qualité du produit. Une attention particulière est portée sur le séchage par atomisation en flux co-courant, mais la plupart des conclusions peuvent également s'appliquer à d'autres types de chambres de séchage.

2. Paramètres de régulation et dépendances

Lors de l'exploitation d'un séchoir par atomisation, les paramètres suivants peuvent être ajustés :

- Débit d'air de séchage

- Humidité de l'air en conditions de sortie

- Température d'entrée du produit

- Débit d'air d'atomisation, dans le cas d'une buse pneumatique

- Débit d'entrée du produit

- Concentration du produit à l'entrée

Ces paramètres influenceront les propriétés suivantes :

- Température du produit et de l'air en sortie (similaires en cas de séchage par atomisation en co-courant)

- Taille des particules

- Humidité du produit en sortie

- Rendement

3. Impact des paramètres de séchage

Augmentation du débit d'air de séchage	L'humidité du produit en sortie augmente (moins de temps de séjour, donc moins d'échange d'eau entre le produit et l'air) La température de l'air en sortie augmente Peut augmenter le rendement grâce à une meilleure séparation dans les cyclones
L'humidité de l'air de séchage en sortie augmente	L'humidité du produit en sortie du séchoir augmente
Augmentation de la température d'entrée de l'air de séchage	Une température d'air plus élevée devrait conduire à un produit plus sec, avec moins d'humidité, en sortie du séchoir. Il convient cependant de veiller à ne pas surchauffer le produit et l'endommager. Le débit de sortie du séchoir devrait augmenter.
Augmentation du débit d'alimentation en produit	Augmenter le débit d'alimentation devrait augmenter la production du séchoir, mais, toutes choses égales par ailleurs, cela devrait entraîner un produit plus humide.
Augmentation de la concentration du produit d'alimentation	En augmentant la concentration de l'alimentation, la viscosité et, par conséquent, la pression d'atomisation de l'alimentation risquent d'augmenter. Le rendement de la tour augmente. L'humidité du produit en sortie peut diminuer si la viscosité n'a pas trop augmenté

Ce sont les effets généraux attendus de la modification d'un paramètre à la fois. De plus, certaines précautions doivent être prises lors de l'exploitation d'un séchoir par atomisation ou de la modification de certains paramètres :

- La température de l'air de séchage ne doit pas dépasser la température de transition vitreuse du produit à sécher afin d'éviter que le produit ne ramollisse et ne s'agglomère dans la chambre de séchage

- Le temps de séjour doit être ajusté en fonction de la taille des particules à sécher. Les petites particules nécessitent un temps de séjour plus court.

L'effet de séchage, dans la chambre de séchage, repose sur le contact intime entre l'air de séchage et le produit à sécher. Au fil de l'histoire du développement du séchage par atomisation, chercheurs et industriels ont mis au point différentes méthodes de mise en contact de l'air de séchage et du matériau, conduisant à la commercialisation de 3 types de chambres de séchage :

- Flux co-courant

- Flux contre-courant

- Flux mixte

Cette page explique chaque concept et détaille les avantages et inconvénients de chaque solution.

2. Séchage par atomisation en flux co-courant - définition et avantages/inconvénients

En flux co-courant, le produit et l'air de séchage sont introduits dans la chambre de séchage au même endroit, généralement en haut de la chambre pour les modèles verticaux. Cela signifie que l'air le plus chaud entre en contact avec le produit à sécher en premier^er.

Cela crée un séchage très rapide dans la 1^re partie de la tour de séchage par atomisation, mais comme le matériau est saturé en eau juste après l'atomisation, il faut noter que sa température reste plus ou moins constante, égale à la température humide de l'air de séchage. Cette propriété est très intéressante car elle permet de protéger le matériau contre la surchauffe. Cela peut être très utile pour les matériaux sensibles à la chaleur.

La température de l'air chute après le 1er contact avec le matériau et l'air transporte les particules tout en les séchant. Comme la température de l'air a diminué et son humidité augmenté, l'efficacité de séchage est moindre lorsque les particules et l'air quittent la chambre. Comme l'air transporte pneumatiquement le matériau dans la chambre, le temps de séjour est généralement très court.

Avantages	Inconvénients
Le matériau à sécher est protégé contre la surchauffe	Humidité résiduelle plus élevée pouvant nécessiter une 2nde étape de séchage
Temps de séjour court
Le matériau est transporté pneumatiquement par l'air de séchage

3. Séchage par atomisation en flux contre-courant - définition et avantages/inconvénients

En séchage par atomisation à contre-courant, le matériau à sécher et l'air sont injectés à des emplacements opposés dans la chambre de séchage – généralement le matériau en haut de la chambre et l'air en bas –, ce qui signifie que l'air sec entre en contact en premier avec les^s particules déjà séchées. En principe, ce mode de fonctionnement permet un séchage plus poussé, car la force motrice entre l'air sec et la particule humide est toujours maximale.

Lorsque les particules séchées entrent en contact avec l'air plus chaud, leur température augmente et atteint un niveau proche de la température d'entrée de l'air sec. Elles ne sont pas protégées par l'évaporation de l'eau libre, contrairement au séchage à contre-courant, ce qui peut entraîner une surchauffe du matériau et sa dégradation. Ainsi, ce type de séchage ne peut être choisi que pour des produits résistants à la chaleur.

Avantages	Inconvénients
Le matériau à sécher est protégé contre la surchauffe	Risque de surchauffe et de dégradation du produit
Temps de séjour plus long qu'en séchage par atomisation co-courant	Quantité plus importante de fines entraînées par l'air, à récupérer

4. Séchage par atomisation en flux mixte - définition et avantages/inconvénients

Le séchage par atomisation en flux mixte combine les 2 techniques présentées précédemment. L'air chaud est introduit en haut de la tour de séchage, tandis que le liquide est injecté dans la moitié inférieure de la chambre, avec une atomisation dirigée vers le haut. Cela signifie que les particules circulent d'abord à contre-courant, puis, une fois entraînées par le gaz, circulent en co-courant.

L'atomisation s'effectue dans un air déjà refroidi, ce qui entraîne un taux de séchage plus faible et un produit plus dense. Une attention particulière doit être apportée pour éviter d'endommager le produit lorsque les particules partiellement séchées entrent en contact avec l'air plus chaud en haut de la chambre.