Séchage industriel : principes et calcul d'appareils - Séchage convectif par air chaud (partie 2)

L'ensemble « Séchage industriel : principes et calcul d'appareils » est constitué de quatre articles, avec des notations communes :

• [J 2 451] Séchage convectif par air chaud (partie 1) : on y trouve les définitions et principes ;

• [J 2 452] Séchage convectif par air chaud (partie 2) dans lequel sont traitées les applications industrielles et où l'on étudie les principes d'économie d'énergie ;

• [J 2 453] et [J 2 454] Autres modes de séchage que l'air chaud.

Le présent article [J 2 452] a pour but de décrire des situations de séchage industriel courantes, où les propriétés de l'air externe au produit varient beaucoup entre l'entrée du produit P₁ dans le séchoir et sa sortie P₂ , situation qui est donc nettement différente du séchage en couche mince et conditions d'air externe constantes présentées en [J 2 451]. Par ailleurs, les variantes de mise en œuvre industrielle ont des conséquences sur la vitesse de séchage, le temps de séchage et sur la qualité du produit fini. Ainsi, les cinétiques « en couche mince » et en conditions constantes d'air externe exposées dans l'article [J 2 451] sont-elles seulement une étape utile pour comprendre et modéliser le séchoir industriel, qui fonctionne, lui, en conditions variables d'air externe au produit, en « passant » localement d'une cinétique à l'autre. Les applications industrielles exposées dans le présent article [J 2 452] sont donc utiles à l'ingénieur, en complément des principes décrits en [J 2 451].

Nous allons ainsi montrer qu'en séchage industriel par air chaud la consommation d'énergie du séchoir réel est généralement très supérieure à l'énergie reçue et utilisée par le produit pour évaporer l'eau, d'où une consommation d'énergie couramment de 1,4 à 4 fois la chaleur latente ΔH_v (J/kg d'eau évaporée), voire plus. Si la disposition cocourant apparaît favorable aux produits thermosensibles, elle est par contre défavorable pour l'énergie. On donnera donc les outils pour répondre à la problématique de l'ingénieur, qui est de rechercher un optimum entre trois critères – économie d'énergie, qualité du produit et débit du séchoir (ou investissement) – à travers l'étude de trois cas classés en fonction du sens de circulation relatif de l'air et du produit :

• séchage à cocourant (§ 1) : dans cette catégorie, on trouve les séchoirs à tambour tournant (où le produit est dans le tambour), le séchage de liquides par dispersion, dit parfois « par atomisation »... ;

• séchage à contre-courant (§ 2) : dans cette catégorie, on trouve des séchoirs à tambour tournant à contre-courant, certains séchoirs à bandes, etc. ;

• séchage à courants croisés et mixtes (§ 3) : certains séchoirs à bande, à lit fluidisé long, etc.

Dans les paragraphes 4 et 5 : bilans et principes d'économie d'énergie, des solutions sont proposées pour évaluer et pour diminuer la consommation d'énergie du séchage par air chaud. Notons que les articles [J 2 453] et [J 2 454] « Autres méthodes de séchage que l'air chaud », offrent des opportunités d'aller beaucoup plus loin dans cette recherche d'économie d'énergie, en utilisant des techniques de séchage autres que par air chaud avec des qualités de produit différentes, liées à l'ébullition.

Le paragraphe 6 présente les principes de régulation des séchoirs par air chaud.

Les relations entre la texture finale du produit, l'évolution de sa rhéologie pendant le séchage, et le principe même du séchoir (pour produit solide ou liquide ou pâteux, en couche épaisse ou couche mince, chauffé par contact raclé ou pas, par lit fluidisé, par pulvérisation d'un liquide donnant une poudre sèche, etc.), qui sont des arguments décisifs du choix d'un séchoir, sont développés en [J 2 455].