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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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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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Séchage convectif par air chaud, par entraînementArticle inclus dans l'offre
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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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Définitions, objectifs du séchage et techniques concurrentes
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BIBLIOGRAPHIE
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(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).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Diagramme de l'air humide basses températures
-
Diagramme de l'air humide moyennes températures...
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
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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