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Article

1 - CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES SUR LE SÉCHAGE

2 - DÉFINITIONS, OBJECTIFS DU SÉCHAGE ET TECHNIQUES CONCURRENTES

3 - SÉCHAGE CONVECTIF PAR AIR CHAUD, PAR ENTRAÎNEMENT

Article de référence | Réf : J2451 v1

Définitions, objectifs du séchage et techniques concurrentes
Séchage : principes et calcul d'appareils - Séchage convectif par air chaud (partie 1)

Auteur(s) : Jean VASSEUR

Date de publication : 10 mars 2009

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RÉSUMÉ

Le séchage est l’opération permettant de faire passer un produit de son état initial dit « humide » (selon le cas solide ou liquide), à un état final dit « solide sec ». Pour cela, il s’agit de retirer une partie du solvant d’un corps afin d’obtenir un produit fini sous la forme d’un solide, d’un « solide divisé » ou de poudre. Cet article s’attarde à expliquer les différents principes de séchage, les conséquences sur la transformation du produit et sur sa qualité finale. Pour cela, deux modes de séchage différents sont abordés. Le séchage convectif par air chaud et le séchage convectif par entraînement sont expliqués en détail à travers les propriétés de l’air humide, les bilans matière et enthalpie sur le produit et sur l’air, les transferts et phénomènes limitants, etc.

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ABSTRACT

Drying is a process which allows for the transformation of the initial "humid" (either solid or liquid) state of a product into a final state so called "dry solid". In order to achieve this, a part of the solvent must be removed from the product in order to obtain a finished product under the solid, "divided solid" or powder form. This article is dedicated to explaining the various drying processes, as well as the consequences on the transformation of the product and its final quality. In order to achieve this, two different drying processes are presented. The hot-air convective drying and the forced convective drying processes are explained in detail through the properties of humid air, matter and enthalpy assessments on the product and the air, transfers and limiting phenomena, etc.

Auteur(s)

  • Jean VASSEUR : Ingénieur GREF – Docteur Ingénieur - Professeur à AgroParisTech-Massy (ex ENSIA) – UMR 1145

INTRODUCTION

Cet article est le premier d'un ensemble consacré aux principes et calculs des séchoirs industriels, ensemble constitué de :

et  « Séchage convectif par air chaud » (parties 1 et 2).

« Autres modes de séchage que l'air chaud ».

Il est complété par trois diagrammes de l'air humide , , .

Pour les aspects pratiques et le choix des sécheurs, le lecteur se reportera au dossier  rédigé par Patricia ARLABOSSE (ENSTIMAC).

Ce premier article s'attache à décrire les lois physiques associées aux différents principes de séchage, pouvant conduire à des « histoires hydrothermiques » suivies par le produit assez différentes, avec des conséquences sur la transformation du produit au cours du procédé, et donc sur sa qualité finale. On fournira les bases de calcul des séchoirs, concernant les bilans de chaleur et de matière, et les transferts qui fixent la durée de traitement et la dimension des installations. L'apparition de porosité, la texture du produit final et/ou sa déformation au cours du procédé sont aussi des paramètres du séchage à considérer.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-j2451


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2. Définitions, objectifs du séchage et techniques concurrentes

2.1 Définitions et objectifs

Dans le cadre de cet exposé, le produit est supposé fait de deux constituants :

  • La matière sèche, réputée non volatile contrairement au solvant (eau), même si en réalité d'autres molécules volatiles que l'eau à sécher peuvent aussi s'échapper sous forme de vapeur (perte d'arômes, dégagement d'odeurs, de composés organiques volatiles ou COV…), ce qu'on négligera ici en termes de masse et d'énergie. Quand la séparation est basée sur une volatilité différentielle des composants, on pensera plutôt à l'opération de distillation. La matière sèche est généralement la fraction du produit qui a de la valeur, ce qui n'exclut pas qu'on veuille parfois également récupérer le solvant dans certains cas (cas d'un solvant organique par exemple, d'odeurs…).

  • Le solvant (en général l'eau) qui se vaporise, et qui quitte le produit sous forme de vapeur, même si on cherchera parfois à la condenser plus loin dans le procédé, soit pour des raisons d'environnement, soit pour récupérer de l'énergie par exemple.

La perte d'eau s'accompagne d'une diminution de masse du produit, entre l'entrée (indice 1 : produit P1 dit « humide ») et la sortie (indice 2 : produit P2 dit « sec ») selon la figure 1 exprimée pour 1 kg de produit P1 entrant.

La teneur en eau est ici définie comme W = (kg d'eau/kg de produit avec son eau), dite « base humide », soit 0 < W < 1, éventuellement exprimée en % (voir § 2.3). D'une façon générale, le produit final P2 n'est pas complètement sec, et contient encore une fraction du solvant W 2 <  W 1. Cette teneur en eau résiduelle est un compromis nécessaire, dans la mesure où l'extraction des derniers pour-cent d'eau coûterait très cher en temps de séjour dans le séchoir, et qu'ils sont sans inconvénient majeur pour l'usage ultérieur : conservation du produit sec, stabilité microbiologique et/ou cristalline, absence de collage et/ou de prise en masse,...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BASSAL (A.), sous la direction de VASSEUR (J.) -   Le séchage par la valeur d'eau surchauffée – État de l'art. (synthèse bibliographique).  -  Cahier de l'AFSIA no 13, Éd. LAGEP, Lyon, 83 p. (1996).

  • (2) - PONSART (G.), VASSEUR (J.), FRIAS (J.M.), DUQUENOY (A.), MEOT (J.M.) -   Modeling of stress due to shrinkage, during drying of spaghetti.  -  Journ. of Food Engineering, 57(3), p. 277-285 (2003).

  • (3) -   GPA Génie des procédés alimentaires.  -  Éd. Dunod, 573 p. (2002).

  • (4) - PÉRRÉ (P.), MOSER (M.), MARTIN (M.) -   Advances in transport phenomena during convective drying with superheated steam and moisture air.  -  Intern. Journ. of Heat and Mass Transfer, 36(11), p. 2725-2746 (1993).

  • (5) - NADEAU (J.P.), PUIGALLI (J.R.) -   Séchage, des processus physiques aux procédés industriels.  -  Éd. Lavoisier Tec. & Doc., Paris, 307 p. (1995).

  • ...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

1 Revues

Revues traitant de l'opération unitaire séchage, indépendamment du produit :

  • Chemical Engineering Science ;

  • Chemical Engineering Processing ;

  • Drying Technology Journal ;

  • International Journal of Thermal Science ;

  • Journal of Heat and Mass Transfer ;

  • Journal of Food Engineering ;

  • Lebensmittel Wissenschaft und Technologie.

Voir aussi les revues spécialisées produit par produit : papier, bois, céramique, plâtre, textile, colorants, lait, lessives, céréales, pharmacie, etc.

HAUT DE PAGE

2 Outils logiciels

Collection de plusieurs logiciels de psychrométrie http://www.linric.com

Calcul psychrométrique en ligne http://www.psychro.com

Logiciel Commercial « Dryer 3 000 » [Windows, MacOSX ou Unix/Linux], pour le calcul de séchoirs tours à céréales, par simulation à partir des courbes cinétiques de séchage caractéristiques de chaque produit (payant). Multilangages (français, anglais, portugais) http://www.drying.org

...

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