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RÉSUMÉ
La granulation humide est une technique de mise en forme des poudres largement utilisée dans de nombreux secteurs industriels. Toute technique de granulation humide comprend une phase de mise en mouvement, une phase d'agitation des particules, puis l'introduction du liquide liant. Les différentes techniques de mise en agitation se différencient par le mode de mise en contact des particules ; l’agitation peut être pneumatique, par rotation des parois, ou par l’intermédiaire d’un mobile mécanique. Cet article expose également les phénomènes et les mécanismes de croissance mis en jeu lors de l’opération de granulation. Pour finir, sont présentés les principaux critères pouvant servir de base à la classification des liants.
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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
Dans un premier dossier [J 2 253], nous avons présenté les principes de base et quelques notions théoriques associées à la granulation humide. Dans ce dossier, nous présentons les principales techniques de granulation humide, ainsi que les phénomènes et les mécanismes de croissance mis en jeu lors de l'opération et enfin quelques critères de choix d'un liant de granulation approprié.
Toute technique de granulation humide repose sur la mise en mouvement et l'agitation des particules, suivies de l'introduction du liquide liant. Ainsi, les principaux appareils utilisés dans ce domaine sont, à l'origine, des dispositifs de mélange des poudres. Bien qu'en principe, toutes les techniques d'agitation puissent être utilisées pour la granulation humide, certaines d'entre elles se sont répandues davantage que d'autres. Ces techniques se différencient principalement par le mode de mise en contact des particules :
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agitation pneumatique ; c'est le cas des lits fluidisés et de leurs dérivés (lit à jet, Wurster, sécheur-granulateur…) ;
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agitation par rotation des parois : assiette tournante et tambour rotatif ;
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agitation par mobile mécanique : mélangeur-granulateur .
Du point de vue des contraintes exercées, ces différents modes d'action correspondent respectivement à des taux de cisaillement faibles, modérés et forts.
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1. Granulation en lit fluidisé
La granulation des particules en lit fluidisé est un procédé de mise en contact de trois phases : solide, liquide et gaz. C'est un procédé complexe qui rassemble des étapes simultanées et compétitives telles que le mélange, la pulvérisation, le mouillage, le séchage, etc. L'essor industriel qu'a connu cette technique est notamment dû aux avantages offerts par la fluidisation et, en particulier, les transferts de matière et de chaleur très intenses et le mélange parfait du solide dans le contacteur.
Le principe de l'opération est relativement simple : les particules solides sont mises en suspension dans le lit par un courant d'air chaud et une solution contenant le liant est injectée au sein de celui-ci (figure 1). La chaleur nécessaire pour évaporer le solvant est apportée par l'air de fluidisation. Cette technique a l'avantage de réaliser plusieurs opérations telles que le mouillage, le mélange et le séchage dans le même appareil.
La croissance des particules se fait par deux mécanismes qui peuvent coexister (figure 2) :
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le recouvrement en surface qui se produit lorsque les particules mouillées sont séchées avant qu'une collision avec d'autres particules n'ait lieu, ou lorsque les forces exercées par le milieu fluidisé parviennent à rompre les liaisons entre les particules ;
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le second est l'agglomération qui résulte de la coalescence des particules mouillées. Lors de l'évaporation, les ponts liquides se transforment en ponts solides pour former des agglomérats.
La prédominance d'un mécanisme par rapport à l'autre dépend de l'interaction des forces exercées sur les particules présentes dans le système. Ces forces peuvent être divisées en deux familles : les forces de liaison et les forces de rupture. Les forces de liaison sont conditionnées par les phénomènes locaux qui se déroulent à la surface du solide. Ces phénomènes dépendent des propriétés physico-chimiques des matériaux, autrement dit, de la nature du solide et de celle du liquide utilisés. Les forces de rupture induites par le milieu fluidisé dépendent des paramètres de procédés à savoir, la vitesse de fluidisation, la géométrie du contacteur, le système de pulvérisation, etc.
1.1 Phénomènes mis en jeu lors de...
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Granulation en lit fluidisé
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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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