Le séchage par atomisation est un procédé largement utilisé pour la formation de particules et le séchage industriel. Il transforme les matières premières liquides, telles que les solutions, les émulsions et les suspensions pompables, en produits solides sous forme de poudres, de granulés ou d’agglomérats.
Les tours de séchage par atomisation classiques fonctionnent généralement à co-courant : l’air chaud entre par le haut et l’air évacué sort par le bas. Ce système présente toutefois plusieurs limites. Premièrement, le temps de séjour de l’air chaud dans la tour est relativement court ; une quantité importante de chaleur est donc évacuée avant d’avoir pu être pleinement utilisée, ce qui entraîne un gaspillage énergétique considérable. Deuxièmement, les systèmes classiques produisent difficilement des granulés exempts de poussière répondant à des exigences strictes de maîtrise des poussières.
Les systèmes traditionnels de séchage par atomisation conviennent donc surtout aux applications pour lesquelles une maîtrise précise de la distribution granulométrique du produit séché n’est pas essentielle. Les matières obtenues présentent souvent une distribution granulométrique étendue, avec des tailles de particules très variables et une quantité importante de poussières fines mélangées au produit fini.
Ces limites rendent les systèmes classiques moins adaptés aux applications exigeant une granulométrie uniforme dans une plage de distribution étroite et une grande pureté du produit, avec une contamination minimale par les poussières. Pour répondre à ces exigences croissantes, les systèmes classiques de séchage par atomisation avec entrée en haut et sortie en bas doivent être davantage optimisés.
Avec le développement continu de l’industrie chimique, la demande de produits granulaires augmente, tout comme les attentes en matière de qualité. Dans l’industrie alimentaire, les consommateurs accordent davantage d’importance au goût, à la qualité et à la préservation des nutriments. La croissance et le vieillissement de la population mondiale augmentent également la demande de produits pharmaceutiques, renforçant les exigences de performance des équipements de séchage pharmaceutique. Parallèlement, des réglementations environnementales de plus en plus strictes incitent les fabricants à améliorer les performances environnementales de leurs procédés de production.
Les clients attendent désormais des équipements de séchage par atomisation une consommation d’énergie réduite, une efficacité accrue et une diminution des émissions de poussières dans les gaz évacués. Des technologies et des équipements innovants répondant à ces exigences sont essentiels pour rester compétitif sur le marché.
Innovation technologique et développement du produit
Grâce à une vaste expérience industrielle, à un savoir-faire technique accumulé et à des investissements soutenus en recherche et développement, Jiangsu Longxin a consacré plusieurs années à une nouvelle solution : le sécheur par atomisation à lit fluidisé DPG. Cette technologie a donné naissance à un nouveau produit et est associée à la demande de brevet n° 202422015805.5.
Le sécheur par atomisation à lit fluidisé associe le séchage en lit fluidisé au séchage par atomisation, permettant de maîtriser plus efficacement la forme et la taille des particules.
Le système comporte un lit fluidisé intégré amélioré et une plaque de distribution optimisée. Sa plage de réglage élargie de la vitesse de l’air de fluidisation améliore l’efficacité de la fluidisation et de la croissance des particules, donnant une distribution granulométrique plus uniforme, une sphéricité plus élevée, ainsi qu’une meilleure coulabilité et une meilleure solubilité. Ces caractéristiques contribuent à répondre aux exigences élevées de qualité des granulés dans différents secteurs et à élargir les applications possibles de l’équipement dans la fabrication de pointe.
Une optimisation supplémentaire de la structure, notamment de la géométrie et des dimensions de la chambre de séchage et du système de distribution de l’air chaud, favorise un contact plus uniforme entre l’air chaud et la matière. Le développement et l’utilisation d’atomiseurs avancés accélèrent également le séchage et améliorent l’efficacité de production, contribuant à répondre aux besoins de la fabrication à grande échelle.
Les développements futurs pourraient intégrer des fonctions supplémentaires, notamment l’inspection en ligne, le nettoyage automatique et la commande intelligente. Ces fonctions pourraient automatiser davantage le fonctionnement de l’équipement, améliorer la stabilité et la fiabilité du procédé, réduire les coûts de main-d’œuvre et les erreurs de conduite, et renforcer la gestion globale de la production et la compétitivité.
Déroulement du procédé de séchage par atomisation à lit fluidisé
Le sécheur par atomisation à lit fluidisé remplace la configuration classique à co-courant, avec entrée en haut et sortie en bas, par une configuration à flux mixte dans laquelle l’entrée d’air chaud et la sortie d’air évacué sont toutes deux situées en haut.
Le nouveau système comprend un lit fluidisé intégré dans la tour de séchage par atomisation et un système de retour des fines qui recircule les particules fines pour leur agglomération et leur granulation. Ce système peut diriger les fines vers la partie supérieure de la tour pour leur agglomération, ou les renvoyer vers la partie inférieure, où elles entrent en collision et s’agglomèrent avec les gouttelettes projetées par des buses haute pression spécialement conçues.
1. Préparation de la matière première
La matière première est prétraitée par mélange, dissolution, homogénéisation ou d’autres procédés adaptés pour obtenir une matière liquide pouvant être atomisée. La matière ainsi préparée est ensuite acheminée par des conduites vers le système d’alimentation du sécheur.
2. Chauffage de l’air
L’air traverse un réchauffeur et atteint la température requise. L’air chaud entre par le bas du lit fluidisé et traverse la plaque de distribution, au contact de la matière, afin de fluidiser les particules. Il fournit ainsi la chaleur et les conditions d’écoulement nécessaires au séchage et à la granulation qui suivent.
3. Atomisation de la suspension
La matière liquide est mise sous pression par un équipement tel qu’une pompe à membrane, puis introduite par des buses dans la tour de séchage. L’énergie de pression est transformée en énergie cinétique, projetant la suspension vers le haut à travers les buses pour former un film liquide à grande vitesse. Ce film se fragmente ensuite en fines gouttelettes.
La taille des gouttelettes diminue généralement lorsque la pression d’atomisation augmente, tandis que le débit de la buse augmente approximativement avec le carré de la pression dans les conditions de fonctionnement concernées.
4. Séchage des gouttelettes et formation de particules sphériques
Les gouttelettes atomisées interagissent avec l’air chaud selon un écoulement mixte à l’intérieur de la tour de séchage. L’air chaud entre par un distributeur situé dans le toit de la tour et forme un écoulement descendant, tandis que les gouttelettes sont projetées vers le haut dans le courant d’air chaud.
La grande surface des gouttelettes permet à l’humidité de s’évaporer rapidement sous l’effet de l’air chaud. La tension superficielle aide les gouttelettes à conserver une forme sphérique lorsqu’elles rétrécissent au cours du séchage, jusqu’à former des granulés sphériques secs.
Les granulés se déposent progressivement dans la tour et se séparent de l’air chaud.
5. Granulation en lit fluidisé
Les particules fines entraînées vers le haut par l’air chaud provenant du lit fluidisé rencontrent les particules solides humides descendantes dans la zone d’atomisation et de granulation. Par enrobage, liaison et agglomération, les particules augmentent progressivement de taille.
La liqueur mère ou le liant peut également être acheminé vers les buses d’atomisation par des pompes ou d’autres équipements de mise sous pression. Après atomisation, le liquide enrobe la surface des particules fluidisées ou favorise leur liaison.
La répétition des étapes de fluidisation, d’enrobage et de séchage permet aux granulés de croître jusqu’à atteindre la granulométrie souhaitée.
6. Évacuation et collecte des granulés
Les granulés ayant atteint la taille requise sont évacués par la sortie du lit fluidisé et transférés vers le système de collecte du produit fini.
Les particules plus fines sont entraînées avec l’air de séchage vers le système de dépoussiérage par un ventilateur d’extraction raccordé à la partie supérieure de la tour, en forme d’entonnoir.
7. Dépoussiérage et traitement des gaz évacués
Le système de dépoussiérage comprend des séparateurs cycloniques à haute efficacité, des filtres à manches, des ventilateurs centrifuges et d’autres composants.
Le ventilateur d’extraction achemine l’air contenant les particules fines vers un séparateur cyclonique à haute efficacité, où la plupart des particules sont séparées et recueillies dans un récipient situé en bas du séparateur.
Les gaz restants, contenant une petite quantité de particules ultrafines, sont ensuite aspirés à travers un filtre à manches pour un dépoussiérage et une collecte supplémentaires. Ce traitement réduit les émissions de particules avant le rejet des gaz traités par la cheminée d’évacuation.
8. Surveillance et commande du système
L’armoire électrique de commande, associée aux capteurs installés à l’entrée d’air, à la sortie du produit et aux autres emplacements clés, surveille et commande les principales étapes du séchage.
Des paramètres tels que la température, la pression, la vitesse de l’air et le débit de matière sont surveillés et ajustés afin de maintenir un fonctionnement stable de l’équipement et une qualité constante du produit.
Schéma P&ID du sécheur par atomisation à lit fluidisé
Avantages du sécheur par atomisation à lit fluidisé
1. Qualité du produit
Excellente morphologie des particules : le système produit des granulés présentant une distribution granulométrique uniforme et une sphéricité élevée, avec une bonne coulabilité, une bonne solubilité et une bonne dispersibilité. Ces caractéristiques peuvent améliorer les performances du produit dans des applications telles que l’alimentation et la pharmacie, où la solubilité et la dispersibilité sont importantes.
Grande pureté du produit : l’évaporation rapide de l’humidité contribue à obtenir des produits de qualité élevée et aux propriétés constantes. Le système est conçu pour répondre aux exigences élevées de qualité et de stabilité des produits dans différents secteurs.
2. Performances de production
Séchage rapide : l’atomisation produit un grand nombre de fines gouttelettes, augmentant considérablement la surface disponible pour les transferts de chaleur et de matière. L’humidité peut s’évaporer en quelques secondes à quelques dizaines de secondes, améliorant sensiblement l’efficacité de production. Ce temps de séchage court est particulièrement avantageux pour les matières thermosensibles : lorsque les conditions du procédé sont choisies de manière appropriée, il contribue à limiter la dégradation thermique et à préserver les principes actifs et les nutriments.
Production continue : l’équipement est conçu pour un fonctionnement stable et une commande automatisée, permettant une production industrielle continue à grande échelle. En réglant le type de buse, la pression, le débit d’alimentation, la température de séchage et la vitesse de l’air, les opérateurs peuvent maîtriser le procédé et maintenir une qualité constante du produit. L’automatisation réduit également la charge de travail manuel et les coûts de main-d’œuvre, tout en améliorant l’efficacité de production et les performances économiques.
Granulation en une seule étape : le séchage et la granulation sont réunis dans un même procédé, qui transforme directement la matière liquide en produits granulaires. Cela peut supprimer les étapes ultérieures de broyage et de tamisage, simplifier le procédé de production, réduire l’encombrement et les coûts d’investissement, et limiter les poussières et les pertes de matière liées aux traitements supplémentaires.
3. Polyvalence des matières traitées
Large compatibilité avec les matières : le système peut traiter des solutions, des suspensions, des émulsions et d’autres matières premières liquides. Il peut être configuré pour des matières aux caractéristiques variées, notamment thermosensibles, à viscosité élevée ou fortement hygroscopiques, pour des applications dans les industries chimique, alimentaire, pharmaceutique, céramique et d’autres secteurs.
Adapté aux matières premières à forte teneur en eau : l’équipement peut traiter en continu des matières présentant une humidité initiale élevée. Selon les propriétés de la matière et les exigences du procédé, certaines peuvent être traitées directement, sans étape distincte de préséchage, ce qui simplifie le procédé et réduit les coûts d’exploitation.
4. Efficacité énergétique et performances environnementales
Meilleure utilisation de l’énergie : le séchage peut fonctionner avec une température d’évacuation relativement basse. Par rapport à certaines configurations classiques, cela peut réduire les pertes de chaleur, améliorer l’utilisation de l’énergie thermique et diminuer la consommation d’énergie et les coûts de production.
Faibles émissions de poussières : l’équipement intègre un système de dépoussiérage efficace comprenant des séparateurs cycloniques et des filtres à manches, pour séparer et récupérer les particules fines présentes dans les gaz évacués. Il contribue ainsi à réduire les émissions de particules et à respecter les exigences environnementales applicables.
5. Exploitation et maintenance
Utilisation simple : l’équipement est conçu pour une conduite aisée et peut associer une commande entièrement automatique à une commande manuelle, au moyen d’une interface telle qu’un grand écran tactile couleur. Les opérateurs peuvent adapter les réglages aux besoins de production et surveiller l’état de l’équipement en temps réel pour maintenir un fonctionnement stable.
Maintenance pratique : une conception structurelle fonctionnelle facilite le démontage et le nettoyage des principaux composants, simplifiant la maintenance et l’entretien courants. Cela peut contribuer à réduire les coûts de maintenance et les temps d’arrêt tout en prolongeant la durée de vie de l’équipement.
Applications du sécheur par atomisation à lit fluidisé
1. Industrie alimentaire
- Produits laitiers : production de lait en poudre, de lactosérum en poudre et de produits similaires. Après prétraitement, les matières premières laitières liquides sont séchées par atomisation pour obtenir des poudres plus faciles à stocker et à transporter, tout en contribuant à préserver les composants nutritionnels.
- Assaisonnements : granulation et séchage d’assaisonnements au poulet, de glutamate monosodique, de sel et d’autres assaisonnements pour améliorer leur coulabilité et leur solubilité.
- Boissons : séchage et granulation de café, de thé, de jus de fruits et d’autres produits destinés aux boissons pour obtenir des préparations instantanées.
- Additifs alimentaires : séchage et mise en forme d’additifs tels que le sorbate de potassium, la pectine et les vitamines, pour favoriser la qualité, la stabilité, le stockage et la manipulation du produit.
2. Industrie chimique
- Catalyseurs : production de catalyseurs de polymérisation, de catalyseurs pétrochimiques et d’autres produits catalytiques. Un séchage et une granulation maîtrisés peuvent produire des particules présentant une distribution granulométrique uniforme et l’activité souhaitée, contribuant aux performances catalytiques.
- Colorants : séchage et granulation de colorants dispersés, de colorants réactifs et d’autres matières colorantes pour améliorer leur dispersibilité et leur solubilité.
- Sels inorganiques : transformation du sulfate de zinc, du carbonate de calcium, du sulfate de potassium et d’autres sels inorganiques en poudres ou en granulés répondant aux exigences spécifiques des produits.
- Composés chimiques : séchage et mise en forme de matières telles que les catalyseurs organiques, la silice précipitée, le métasilicate de sodium et le fluorure de potassium, afin de faciliter leur manipulation et de répondre aux exigences des applications industrielles.
3. Industrie pharmaceutique
- Formulations pharmaceutiques : préparation de granulés à partir d’antibiotiques, de vitamines, de médicaments antipyrétiques et analgésiques et d’autres matières pharmaceutiques. Une meilleure coulabilité et une meilleure solubilité peuvent faciliter les étapes ultérieures de formulation et de fabrication.
- Formulations de médecine traditionnelle chinoise : séchage et granulation d’extraits végétaux concentrés, contribuant à résoudre les difficultés liées à une viscosité élevée et à un séchage difficile. Les granulés obtenus sont plus faciles à stocker, à transporter et à utiliser.
4. Industrie céramique
- Matières premières céramiques : séchage par atomisation et granulation de suspensions contenant de l’alumine, de la zircone, de la magnésie, du dioxyde de titane et d’autres matières céramiques. Les granulés obtenus peuvent présenter une granulométrie uniforme et une bonne coulabilité, favorisant le façonnage des céramiques et la qualité du produit.
5. Applications environnementales
- Traitement des eaux usées : séchage et solidification des boues pour réduire leur volume et leur masse et faciliter leur prise en charge et leur élimination ultérieures.
- Traitement des gaz résiduaires : production d’adsorbants, de catalyseurs et d’autres matières utilisées pour adsorber ou décomposer les polluants présents dans les gaz évacués.
6. Autres applications
- Polymères : séchage et granulation de polymères tels que l’E-PVC, les matières styréniques, les résines urée-formaldéhyde (UF) et les résines phénol-formaldéhyde (PF), afin d’améliorer leur manipulation, leur transformation et la qualité du produit.
- Matériaux magnétiques : séchage et mise en forme de matériaux magnétiques, tout en contribuant à préserver les propriétés et la qualité requises.
- Matériaux électroniques : séchage et granulation des matières premières utilisées dans la fabrication électronique, pour répondre aux exigences de production des composants électroniques.
Améliorations techniques du sécheur par atomisation à lit fluidisé
1. Optimisation du système d’air chaud
Augmentation de la température de l’air d’entrée : à température de sortie constante, augmenter de façon appropriée la température de l’air chaud entrant accroît la quantité totale de chaleur fournie au système. Cela augmente la chaleur transmise à la matière par unité de masse d’air. À capacité de production inchangée, le débit d’air nécessaire peut être réduit, ce qui contribue à diminuer la consommation d’énergie et à améliorer le rendement thermique. La température d’entrée doit toutefois rester dans les limites admissibles pour l’équipement et la matière. En général, elle ne doit pas dépasser 600°C afin d’éviter d’endommager des composants tels que le distributeur d’air situé en haut de la tour.
Réduction de la température d’évacuation : à température d’entrée constante, abaisser la température des gaz évacués augmente l’écart entre l’entrée et la sortie et permet d’utiliser davantage de chaleur pour le séchage. L’utilisation de l’énergie thermique peut ainsi être améliorée. Une température d’évacuation trop basse peut toutefois laisser la poudre trop humide ; pour certaines applications, des températures inférieures à environ 75°C peuvent nuire aux performances de séchage.
Récupération de chaleur fatale : un équipement de récupération peut capter l’énergie des gaz évacués pour préchauffer l’air entrant ou la matière alimentée. Les solutions courantes comprennent les échangeurs de chaleur et les échangeurs à caloducs, qui transfèrent la chaleur des gaz évacués à l’air entrant ou aux matières, réduisant les pertes d’énergie et améliorant l’utilisation globale de l’énergie.
2. Optimisation de la structure de l’équipement
Optimisation de la chambre de séchage : l’adaptation de sa géométrie, de ses dimensions et de sa structure interne peut améliorer la distribution de l’air et réduire les zones stagnantes. Elle favorise un contact plus uniforme entre l’air chaud et la matière, accélérant le séchage et améliorant son efficacité. Les améliorations possibles comprennent de nouveaux composants de guidage de l’air et l’optimisation du rapport hauteur/diamètre de la chambre.
Amélioration des performances de l’atomiseur : des atomiseurs plus efficaces et plus précis peuvent produire des gouttelettes de diamètre plus petit et présentant une distribution granulométrique plus uniforme. L’augmentation de la surface disponible accélère l’évaporation de l’humidité, réduit le temps de séchage et peut diminuer la consommation d’énergie. Des atomiseurs centrifuges ou sous pression améliorés peuvent contribuer à accroître les performances globales de séchage et l’efficacité énergétique.
3. Amélioration des performances de l’équipement
Amélioration de la maîtrise de la qualité des granulés : une optimisation supplémentaire du lit fluidisé intégré et de la plaque de distribution, associée à une plage de réglage élargie de la vitesse de l’air de fluidisation, peut améliorer la fluidisation et la croissance des particules. Elle contribue à obtenir une distribution granulométrique plus uniforme, une sphéricité plus élevée, ainsi qu’une meilleure coulabilité et une meilleure solubilité, répondant aux exigences élevées de qualité des granulés dans différents secteurs.
Élargissement de la compatibilité avec les matières : l’adaptation des matériaux de construction, de la structure et des paramètres du procédé peut améliorer le traitement de matières particulières, notamment des matières premières à viscosité élevée, thermosensibles ou sujettes à l’agglomération. Elle peut élargir les applications du système à différents secteurs et procédés de production.
4. Économies d’énergie et optimisation environnementale
Conception économe en énergie : des échangeurs à haute efficacité et des systèmes de récupération de chaleur fatale peuvent être installés à la sortie du sécheur pour récupérer la chaleur des gaz évacués et préchauffer l’air entrant ou les matières. Ces mesures contribuent à réduire la consommation d’énergie et à améliorer l’utilisation de l’énergie thermique.
Amélioration du traitement des gaz évacués : des systèmes avancés peuvent associer des séparateurs cycloniques à haute efficacité, des filtres à manches et des laveurs humides pour réduire davantage les émissions de particules et contribuer au respect de normes environnementales plus strictes. Des technologies de purification supplémentaires peuvent également être développées, le cas échéant, pour réduire les émissions de composés organiques volatils (VOC) et d’autres polluants.
5. Développement de la commande intelligente
Automatisation renforcée : des capteurs avancés, des systèmes d’automatisation et des commandes informatisées peuvent surveiller et ajuster automatiquement en temps réel les paramètres clés du procédé, notamment le débit d’alimentation, la température, l’humidité et la pression d’atomisation. Ils contribuent à stabiliser le séchage, à maintenir une qualité constante du produit et à réduire la charge de travail manuel et les erreurs de conduite.
Surveillance à distance et analyse des données : des systèmes de surveillance à distance permettent aux opérateurs de suivre l’état de l’équipement, d’ajuster ses paramètres et de recevoir des alarmes de défaut par réseau. L’analyse de données massives peut servir à évaluer les données de production et à soutenir l’optimisation du procédé, l’amélioration de l’efficacité et celle de la qualité du produit.
6. Conception compacte et intégration du système
Conception compacte de l’équipement : des configurations plus petites et plus compactes du sécheur par atomisation à lit fluidisé peuvent être développées pour les petites et moyennes entreprises et les applications de laboratoire. Tout en conservant les performances requises, elles peuvent réduire l’encombrement, les besoins d’espace, l’investissement et les coûts d’exploitation.
Systèmes de production intégrés : le sécheur par atomisation à lit fluidisé peut être intégré à des équipements en amont et en aval, notamment des systèmes de prétraitement des matières premières, de broyage et de tamisage, pour créer une ligne de production automatisée continue. Cette intégration peut améliorer l’efficacité de production et la constance de la qualité, tout en réduisant les pertes intermédiaires de matière et les risques de contamination.
7. Solutions et services personnalisés
Ingénierie personnalisée : la conception et la fabrication de l’équipement peuvent être adaptées aux exigences spécifiques du client, notamment aux propriétés de la matière, à la capacité de traitement, à la granulométrie cible et aux procédés de production. La configuration, les dimensions et les paramètres de fonctionnement peuvent ainsi être adaptés à chaque application.
Assistance technique complète : les services peuvent aller au-delà de la fabrication de l’équipement et inclure l’installation, la mise en service, la formation des opérateurs, le service après-vente et l’assistance technique. Ils aident les clients à exploiter et entretenir efficacement l’équipement, favorisent sa fiabilité à long terme et améliorent la satisfaction des clients.
Schémas de procédé du sécheur par atomisation à lit fluidisé
- Schéma de procédé 1 : tour de séchage par atomisation à flux mixte, basse température et corps élargi
- Schéma de procédé 2 : tour de séchage par atomisation à co-courant et haute pression
