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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 ;
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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 :
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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 ;
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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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2. Propriétés de surface et d'interface
Le lecteur se reportera utilement aux références [8] [9] et [10].
2.1 Tension de surface
L'interface d'un liquide avec une phase gazeuse est soumise à une force, appelée tension superficielle γ (ou tension de surface), qui s'oppose à sa déformation. L'origine physique de cette force provient d'un déséquilibre qui subsiste à l'interface gaz/liquide. En effet, les molécules de la phase liquide n'interagissent pas de la même manière avec leurs voisines en surface et dans le volume (figure 3). Les molécules situées à la surface se trouvent alors dans un état énergétiquement défavorable et s'arrangent de manière à minimiser l'interface développée. Vu sous cet angle, la tension superficielle peut être considérée comme une force qui s'exerce dans le plan de la surface, dirigée vers le liquide et qui tend à réduire l'aire de l'interface. On peut aussi interpréter la tension superficielle d'un point de vue énergétique comme l'énergie nécessaire pour augmenter l'aire de surface d'une unité. Ainsi, la tension superficielle est une grandeur à deux facettes, énergie et force, et qui peut être exprimée indifféremment en J · m–2 ou en N · m –1.
Ce concept peut également être appliqué aux interfaces autres que liquide-gaz : par exemple, entre deux phases liquides immiscibles, liquide et solide ou encore entre deux phases gaz et solide. On parle alors de la tension interfaciale solide-liquide, γSL , ou solide-gaz, γSG .
Remarque : les manifestations de la tension de surface sont nombreuses. En ce qui concerne la granulation humide, ce phénomène explique, par exemple, pourquoi il est nécessaire de dépenser de l'énergie pour pulvériser le liquide de granulation sous forme dispersée ou encore pourquoi les gouttes issues du pulvérisateur prennent une forme sphérique (surface minimale pour un volume donné de goutte).
2.2 Énergie (travail) de cohésion et d'adhésion
Le matériau condensé est composé de molécules exerçant des interactions attractives...
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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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