De l'échantillonnage en R&D à la validation à l'échelle pilote : accompagner l'exploration des procédés pour les matériaux de type « cake »
La fiabilité du processus de séchage a une incidence directe tant sur la qualité du produit que sur la maîtrise des coûts lorsque des matières sous forme de gâteaux ou de pâtes passent du stade du laboratoire à celui de la production industrielle. Pour répondre à ce besoin, Jiangsu Longxin a continué à perfectionner sa technologie de séchage flash rotatif en continu et a lancé le séchoir flash rotatif de laboratoire XSG-4. Ce système fournit des équipements spécialement conçus pour la validation des procédés de séchage et la collecte de données sur les paramètres aux clients des secteurs des pigments, des colorants, du pétrole, des matériaux de construction, de l'alimentation humaine et animale, des produits agrochimiques et des industries intermédiaires connexes.
Principaux défis et évolution technologique du séchage flash
Le séchage rotatif flash est principalement utilisé pour les matières se présentant sous forme de gâteau de filtration, de pâte ou de boue diluée. Ces matières présentent généralement une forte teneur en humidité et une faible fluidité, et doivent être séchées en très peu de temps. Une fois que le matériau humide pénètre dans la tour de séchage, le processus de séchage ne dure généralement que quelques dizaines de secondes, pendant lesquelles l'humidité s'évapore rapidement. La qualité du séchage est étroitement liée à la température de l'air chaud, à la vitesse de l'air, au débit d'air et à la vitesse de désagrégation.
Pour répondre à ces exigences de processus, le secteur est généralement confronté à plusieurs défis communs :
(1) À haute température, les matériaux ont tendance à adhérer aux parois de l'équipement, à former des dépôts ou des agglomérats, et à créer des ponts dans la section d'alimentation.
(2) Certains matériaux thermosensibles se dégradent lorsque leur temps de séjour dans la zone à haute température est légèrement trop long.
(3) La collecte de la poudre fine séchée et le traitement des gaz d'échappement peuvent s'avérer techniquement complexes.
(4) Les paliers de l'agitateur fonctionnent à haute température pendant de longues périodes et peuvent tomber en panne en cas de lubrification ou de refroidissement insuffisants, ce qui nuit à la stabilité de l'ensemble de la machine.
Pour relever ces défis, la technologie de séchage flash a évolué, passant d’un séchage à l’air chaud autonome à des équipements de séchage flash rotatifs en continu qui intègrent le séchage, la désintégration et la classification. Son principe fondamental peut se résumer ainsi : “ séchage rapide et dispersion simultanée dans un champ d’air chaud en rotation ”. L'air chaud pénètre tangentiellement par le fond du séchoir pour former un champ d'écoulement d'air rotatif. Sous l'effet des forces d'impact, de frottement et de cisaillement générées par un agitateur tournant à grande vitesse, le matériau est rapidement dispersé et désintégré.
S'appuyant sur ce principe, Longxin Drying a développé sa propre approche de conception. En ajustant la vitesse tangentielle de l'air, le débit d'air et la vitesse de désagrégation, le système permet de contrôler la taille des particules et la teneur en humidité finale du produit évacué, offrant ainsi la flexibilité nécessaire pour des paramètres de processus réglables et contrôlables.
Demande du marché pour le séchoir rotatif à flash de laboratoire XSG-4
Les sécheurs rotatifs à flash sont utilisés dans un large éventail de secteurs, notamment ceux des pigments, des colorants, du pétrole, des matériaux de construction, de l'alimentation humaine, de l'alimentation animale, des produits agrochimiques et des intermédiaires associés. Cette technologie a été appliquée à de nombreux matériaux représentatifs. Dans le domaine des produits agrochimiques, on peut citer notamment l'atrazine et d'autres substances pesticides. Dans le domaine des colorants, les applications concernent notamment l’anthraquinone et divers intermédiaires de colorants azoïques. Dans le domaine des matériaux inorganiques, les applications concernent notamment le borax, le carbonate de calcium et divers hydroxydes métalliques. Dans le secteur alimentaire, on peut citer par exemple les protéines de soja, l’amidon gélifiant et l’amidon de blé.
Au sein de la chaîne d'industrialisation, les équipements à l'échelle du laboratoire jouent un rôle essentiel de passerelle. Le XSG-4 accompagne les clients dans leurs essais de R&D, la validation des procédés de séchage et la collecte de données avant le passage à l'échelle pilote. Il aide les clients de différents secteurs à définir une solution de séchage viable et des paramètres de procédé avant la commercialisation, puis à utiliser ces informations pour évaluer le choix des équipements, la consommation d'énergie et les spécifications du produit final.
En menant à bien une validation approfondie des procédés au stade du laboratoire, les entreprises peuvent réduire efficacement les risques liés à la mise à l'échelle, raccourcir les cycles de développement et éviter le gaspillage de matières premières ainsi que les ajustements répétés des équipements, causés par des paramètres de procédé imprécis lors de la production commerciale.
Principe de fonctionnement du séchoir rotatif à flash de laboratoire XSG-4
Le principe de fonctionnement du XSG-4 peut être divisé en six étapes :
(1) Alimentation en matière première
Le produit à sécher est acheminé en continu vers le séchoir par un alimentateur à vis. Le produit alimenté peut se présenter sous forme de granulés humides, de poudre ou de pâte, et le processus d'alimentation est continu et stable.
(2) Désintégration et dispersion
Une fois introduit dans le séchoir, le matériau est soumis à des forces d'impact, de frottement et de cisaillement générées par l'agitateur tournant à grande vitesse. Les grumeaux sont rapidement broyés en fines particules, ce qui augmente la surface spécifique du matériau et accélère le processus de séchage.
(3) Séchage à l'air chaud
L'air chaud pénètre tangentiellement par le fond du séchoir et forme un puissant champ d'écoulement rotatif sous l'action de l'agitateur. La température de l'air chaud est réglée en fonction des caractéristiques du matériau et des exigences de qualité du produit final. L'air chauffé entre en contact total avec le matériau désagrégé et élimine rapidement l'humidité ou le solvant.
(4) Classification et collecte
Le matériau séché est entraîné par le flux d'air en rotation et pénètre dans un séparateur à cyclone afin d'opérer la séparation gaz-solide. Les particules fines qui répondent aux spécifications de séchage sont séparées, collectées et évacuées par des conduites. Les particules plus grosses qui ne répondent pas aux exigences de séchage sont renvoyées vers la zone de séchage pour un traitement supplémentaire jusqu'à ce que la norme requise soit atteinte.
(5) Traitement des gaz d'échappement
Les gaz d'échappement humides générés lors du séchage sont évacués par un système d'échappement. Ils passent généralement par un équipement de dépoussiérage, tel qu'un filtre à manches, afin d'éliminer les particules solides, et ne sont rejetés qu'après avoir satisfait aux normes d'émission applicables.
(6) Système de commande
Le système de contrôle régule des paramètres tels que la température de séchage et le débit d'air, ce qui contribue à garantir un séchage stable et une qualité constante du produit.
Caractéristiques techniques du séchoir rotatif à flash de laboratoire XSG-4
(1) Haute efficacité et séchage rapide
Le système permet de mener à bien le séchage en très peu de temps, répondant ainsi aux exigences des calendriers de production en continu et à grande échelle. Il offre des avantages évidents dans les applications où le séchage doit être effectué rapidement.
(2) Large champ d'application matériel
Ce séchoir convient à une large gamme de matériaux, en particulier ceux qui nécessitent un séchage rapide, ceux qui sont sensibles à la chaleur ou ceux qui ont tendance à s'agglomérer. Il permet de traiter des gâteaux de filtration, des pâtes et des boues diluées issues de divers secteurs industriels.
(3) Flexibilité d'utilisation
En réglant la température de l'air chaud, le débit d'air et la vitesse de désintégration, l'équipement peut s'adapter à différentes exigences de séchage. Cette flexibilité facilite la validation en laboratoire pour divers matériaux et conditions de fonctionnement.
(4) Entretien facile
L'équipement présente une structure relativement simple qui facilite l'entretien et la maintenance courants, ce qui contribue à réduire la charge de travail liée à l'entretien pendant son exploitation.
Améliorations techniques apportées au séchoir rotatif à flash de laboratoire XSG-4
Grâce à sa longue expérience en ingénierie, Longxin Drying a apporté des améliorations systématiques à sa gamme de sécheurs rotatifs à flash. Le modèle XSG-4 intègre toute une série d'améliorations ciblées au niveau de sa conception :
(1) Conception optimisée des zones d'alimentation et de séchage
Plusieurs dispositifs d'alimentation sont disponibles pour garantir une alimentation continue et stable en matière, tout en contribuant à éviter la formation de ponts de matière.
Un dispositif de refroidissement spécifique situé au fond de la chambre de séchage permet d'éviter la dégradation du matériau dans la zone à haute température située à la base du séchoir.
- Un dispositif d'étanchéité pneumatique spécial et un système de refroidissement des roulements contribuent à prolonger la durée de vie des composants de la transmission.
- Un système de distribution d'air spécifique réduit la résistance des équipements et contribue à équilibrer la vitesse de l'air à l'intérieur de la tour.
- Un anneau de classification et des ailettes de tourbillonnement sont installés dans la chambre de séchage, ce qui permet de régler et de contrôler la finesse du matériau ainsi que sa teneur en humidité finale.
- Une vitesse d'air circonférentielle élevée et un temps de séjour court du matériau contribuent à éviter l'adhérence aux parois et la dégradation thermique des matériaux sensibles à la chaleur.
(2) Fiabilité accrue de l'unité principale
Le XSG-4 intègre des mesures de conception spécifiques visant à garantir un fonctionnement fiable à long terme :
- Une couche d'isolation thermique est installée à l'intérieur du cône interne de l'unité principale afin de réduire le transfert de chaleur du corps principal vers la zone des roulements.
- La zone des roulements utilise un système de refroidissement et de lubrification à circulation d'huile forcée, au lieu d'une lubrification classique à la graisse uniquement.
- Un joint spécial de type labyrinthe est utilisé entre l'arbre de l'agitateur et le cône intérieur afin d'empêcher la poussière de pénétrer dans les roulements et de contribuer à éviter leur grippage.
Ces mesures techniques permettent à l'unité de séchage principale de fonctionner de manière fiable et stable sur de longues périodes, d'espacer les intervalles d'entretien et de contribuer à améliorer la rentabilité globale pour les utilisateurs.
(3) Système de dépoussiérage optimisé
Les produits séchés pouvant contenir des particules fines, les sacs filtrants sont fabriqués à partir d'une membrane en PTFE, qui assure une filtration efficace des poudres fines. La membrane hydrophobe contribue à réduire l'adhérence de l'eau et des substances huileuses à la surface du sac filtrant, ce qui améliore les performances de nettoyage, diminue la résistance du système et augmente l'efficacité de la collecte des poussières.
Pour les conditions de fonctionnement où la température de l'air d'admission peut atteindre 180 °C, le filtre à manches est équipé d'un sous-système de protection par refroidissement d'urgence. Cette conception permet de protéger les manches filtrantes sans avoir à recourir à des manches résistantes aux hautes températures, offrant ainsi une sécurité de fonctionnement accrue pour un surcoût limité.
