séchoir a lit fluidisé.docx

Séchoir à lit fluidisé

Au terme de ce projet de fin d’études ; nous tenons à exprimer notre gratitude à notre encadrant Pr A.LOUKILI qui a assuré le suivi de ce travail. Nous le remercions très vivement pour sa bienveillance, son aide, son soutient moral et surtout sa patience, ainsi que pour la confiance dont il a toujours fait preuve à notre égard. Nous tenons aussi à remercier vivement toutes les personnes sans exception du hall de procédés pour leur soutien.

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Nous tenons aussi à remercier tous les membres du jury qui ont accepté de juger notre travail et nous espérons que celui–ci ait une bonne vaillance de leur part.

PFE 2010/2011 Abdelilah ZEROUALI & Réda GHATTAS

Industries chimiques Encadré par : Pr.A.LOUKILI


Nous dédions ce modeste travail en premier lieu à nos parents, nos frères et nos sœurs.

Nous dédions aussi ce travail, à Monsieur A.LOUKILI notre encadrant, qui nous a tout donné pour réussir ce projet. Nous dédions aussi ce travail à nos amis et tous les étudiants de l'ESTF plus particulièrement aux étudiants du

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département Génie des Procédés.



Séchoir à lit fluidisé sommaire REMERCIMENTS…………………………………………………………………………….1 DEDICACE……………………………………………………………………………………2 INTROUCTON .......................................................................................................................... 5 1-Considérations générales sur le séchage : ............................................................................... 6 

Principe............................................................................................................................ 6

2-Grandes familles technologiques de sécheurs :....................................................................... 7 2.1 Sécheurs compatibles avec les produits humides à l'état liquide: .................................... 8 2.1.1 Sécheur à pulvérisation: ............................................................................................ 8 ‣Principe............................................................................................................................. 8 2.1.2 Sécheur cylindre : ...................................................................................................... 9 ‣Principe............................................................................................................................. 9 2.2 Sécheurs compatibles avec les produits humides à l'état solide: .................................... 10 2.2.1 Sécheur tunnel à chariots et claies ou à balancelles: ............................................... 10 2.2.2 Sécheur tunnel à tapis:............................................................................................. 11 ‣Principe: ......................................................................................................................... 11 2.2.3 Sécheur à plateaux:.................................................................................................. 12 2.2.4 Sécheur à tambour: .................................................................................................. 13 2.2.5 Sécheur à lit fluidisé: ............................................................................................... 14 2.2.6 Sécheur pneumatique: ............................................................................................. 17 2.2.7 Sécheur à disques ou à vis: ...................................................................................... 18 2.3 Sécheurs développés pour les produits humides à l'état pâteux: .................................... 19 2.3.1 Sécheur à palettes: ................................................................................................... 19 2.3.2 Sécheur à couche mince .......................................................................................... 20 2.3.3 Sécheur pneumatique compact: ............................................................................... 21 3-Séchage par lit fluidisé : ........................................................................................................ 21 Principe ................................................................................................................................ 22 3.1_Types de lit fluidisé : ..................................................................................................... 23 3.2_Grille de fluidisation : ................................................................................................... 23 4-Équipements périphériques : ................................................................................................. 24 4.1_Conditionnement de l'air de séchage : ........................................................................... 24 4.1.1 Filtration : ................................................................................................................ 24 4.1.2 Déshumidification : ................................................................................................. 24

4.2.1 Rétention des poussières : ....................................................................................... 25 PFE 2010/2011 Abdelilah ZEROUALI & Réda GHATTAS


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4.2_Traitement des gaz d'exhaure : ...................................................................................... 25

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4.1.3 Ventilation : ............................................................................................................. 25

Séchoir à lit fluidisé 4.2.2 Rétention des vapeurs organiques : ......................................................................... 26 4.3_Systèmes de récupération d'énergie : ............................................................................ 26 4.3.1 Recyclage : .............................................................................................................. 26 4.3.2 Récupération de chaleur : ........................................................................................ 26 4.3.3 Compression mécanique de vapeur : ....................................................................... 26 5. Sécurité ................................................................................................................................. 27 5.1 Oxydation : ..................................................................................................................... 27 5.2 Explosion :...................................................................................................................... 27 5.3 Pollution de l'environnement :........................................................................................ 28 5.4 Gestion des risques : ....................................................................................................... 28 Partie II : Etude effectuée ......................................................................................................... 29 Introduction : ............................................................................................................................ 30 1_ Description de fonctionnement ........................................................................................... 30 2_ Calculs de dimensionnement du sécheur : .......................................................................... 32 2.1 Le choix du ventilateur :................................................................................................. 32 2.2 Calcul de pertes de charge : ............................................................................................ 36 2.2.1 Pertes de charge linières : ....................................................................................... 36 2.2.2 Les pertes de charge totale : ................................................................................... 38 3_ Proposition d’une manipulation de séchage utilisant le sécheur à lit fluidisé ..................... 41 3.1 Mode opératoire : ........................................................................................................... 41 3.1.1 Introduction de la masse à sécher: ........................................................................... 41 3.1.2 Mise en route de l'installation: ............................................................................... 41 3.1.3 Relevé des valeurs: ................................................................................................. 42 3.1.4 Arrêt de l'installation: ............................................................................................. 43 4_EXPLOITATION DES RÉSULTATS ................................................................................. 43 Conclusion ................................................................................................................................ 44 Bibliographie ............................................................................................................................ 45 5_ ANNEXES : ........................................................................................................................ 46 1/ Diagramme de l'air humide .............................................................................................. 47

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2/ Procédure de calcul de la masse d'eau perdue par le solide ............................................. 47




INTROUCTON Dès lors que l'on cherche à rompre avec le conventionnalisme et l'habitude, qui bien souvent conduisent à associer à un produit donné une technique de séchage déterminée, ou lorsque le produit est nouveau, le choix d'un type de sécheur devient rapidement un casse tête pour l'ingénieur procédé. On dénombre sur le marché plus de 400 technologies différentes, dont une centaine est utilisée communément dans l'industrie. Ces technologies peuvent au mieux être regroupées dans une dizaine de grandes familles. Le présent dossier est consacré à la présentation de ces grandes familles technologiques de sécheurs. Comme la technologie doit être compatible avec la forme du produit à traiter, une classification basée sur la structure du produit à traiter a été retenue. Outre le sécheur lui-même, une installation de séchage comporte un ensemble d'équipements annexes nécessaires au prétraitement du produit pour le rendre compatible avec la technologie choisie, au bon fonctionnement du sécheur et au post-traitement du produit sec et des rejets gazeux. Certains de ces dispositifs annexes visent à garantir la sûreté de fonctionnement de l'installation et de son environnement mais il faut en connaître les risques et les moyens de prévention et de protection. Des grilles d'analyse permettent de repérer les gammes d'équipements susceptibles de répondre aux besoins industriels, pour faciliter la présélection de solutions

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techniques adaptées.




1-Considérations générales sur le séchage :  Principe Le séchage est une opération consistant à retirer une partie du solvant d'un corps, par vaporisation de ce solvant, le produit final dit « sec » étant obtenu sous une forme solide de taille variable, éventuellement de « solide divisé » ou de poudre. Le produit passe ainsi d'un état initial dit « humide », selon le cas solide ou liquide, jusqu'à un état final dit « solide sec », même s'il contient encore une teneur en eau (ou solvant) résiduelle. Le solvant considéré est le plus souvent l'eau, et nous ne présenterons ici que le séchage de l'eau, les mêmes principes pouvant s'appliquer à d'autres solvants, organiques par exemple, mais en prenant les propriétés associées à ce solvant (chaleur latente de vaporisation, isothermes de sorption, etc.). Le mélange de plusieurs solvants est un cas plus complexe, non traité ici. Le séchage est une opération de « séparation thermique », dans le sens qu'il faut fournir l'énergie de vaporisation du solvant, pour qu'il quitte le produit sous forme de vapeur. En séchage, on devra donc s'intéresser à la fois aux transferts de matière et de chaleur...

Figure 1 - Schéma de principe d'une installation de séchage en vapeur

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d'eau surchauffée avec valorisation externe de la vapeur en excès




2-Grandes familles technologiques de sécheurs : Nombre de critères précédemment évoqués (mode de fonctionnement, mode d'apport de l'énergie, temps de séjour...), auxquels s'ajoute le principe de fonctionnement

du

sécheur,

pourraient

être

utilisés

pour

établir

une

classification des sécheurs. La classification basée sur le principe du séchage permettrait de discriminer les technologies en fonction des mécanismes de migration de l'eau, des flux de séchage et des trajectoires hydro-thermiques. On parlerait ainsi de sécheurs par entraînement ou de sécheurs par ébullition. Néanmoins,

les

opérations

de

pré

et

post-traitement

contribuent

significativement au coût global de l'installation et peuvent ajouter des contraintes

organisationnelles.

Il

est

donc

souhaitable

d'éviter

les

transformations inutiles du produit et de choisir un procédé permettant de sécher le produit dans sa conformation définitive. En outre, la manutention et le transport du solide dans le sécheur peuvent être problématiques. Une présentation des technologies basée sur la structure du produit humide (liquide/solide/pâteux) et son mode de transport a été retenue dans ce dossier. En effet, lors d'une présélection des technologies, ce critère permet d'exclure d'emblée certaines familles technologiques de sécheurs. L'opération de séchage est mise en œuvre sur des produits de structures variées : ‣solides divisés (granuleux, fibreux, pulvérulents) ; ‣solides compacts ou en plaques ; ‣produits pâteux ; ‣enfin produits liquides. Par abus de langage, entrent dans la catégorie « liquide » tous les produits dont

les

caractéristiques

pulvérisation.

Citons,

par

d'écoulement exemple,

les

permettent solutions

l'étendage

vraies,

les

ou

la

solutions

colloïdales, les suspensions diluées, les émulsions ou encore les pâtes molles. Les principales technologies de sécheurs, et leurs variantes, sont décrites ci-après. Rares sont les technologies spécifiquement développées pour le séchage des pâtes et des suspensions épaisses. Néanmoins, avec un prétraitement préalable de mise en forme par extrusion, émiettement, granulation et plus rarement dilution, la plupart des technologies développées pour les produits liquides ou solides sont susceptibles de traiter les produits le

séchage

des

pâtes

seront

précisés

pour

les

technologies

traitant


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conventionnellement des produits liquides ou solides.

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pâteux non collants. Le mode d'alimentation et les spécificités techniques pour


Séchoir à lit fluidisé Par souci de concision, et compte tenu du grand nombre de technologies disponibles, les procédés de séchage batch, dont le plus simple reste l'étuve de séchage, ne sont pas décrits par la suite. Les sécheurs discontinus sont généralement utilisés lorsque le débit-masse de produit est inférieur à 50 kg/h ou lorsque la qualité du produit et la traçabilité sont des critères essentiels, comme par exemple dans l'industrie pharmaceutique.

2.1 Sécheurs compatibles avec les produits humides à l'état liquide: 2.1.1 Sécheur à pulvérisation: ‣Principe Ces sécheurs, également appelés atomiseurs, sont composés d'une tour cylindro-conique, généralement verticale, dans laquelle s'effectue le séchage. Cette chambre est reliée au circuit d'alimentation du produit liquide par l'intermédiaire d'un organe de pulvérisation et à un circuit d'air chaud. À pression atmosphérique, les températures sont généralement comprises entre 160 et 900 °C. Dans les configurations les plus courantes, les deux flux de matière circulent à cocourant et sont injectés par le plafond de la chambre (figure 2a ). Dans les installations à écoulement mixte, utilisées pour les produits non thermosensibles, l'air est injecté par le plafond de la chambre d'atomisation et le produit introduit dans la partie conique de la tour (figure 2b). Le produit liquide est pulvérisé sous forme de fines gouttelettes, dont le diamètre est compris entre 10 et 300 μm, puis dispersé dans le courant gazeux et entraîné vers le bas de la chambre.

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Figure 2 - Exemple de configurations géométriques (doc. Niro)




Figure 3 - Sécheurs multiple effet et deux temps (doc. Niro) 2.1.2 Sécheur cylindre : ‣Principe Dans sa version la plus simple et la plus courante, l'installation (figure 4) est composée d'un cylindre creux en fonte, de diamètre compris entre 0,4 et 1,5 m et de longueur variant de 1 à 5 m. Le produit humide, liquide ou pâteux, est encollé en couche mince et uniforme sur la paroi externe du cylindre horizontal, en rotation autour de son axe et chauffé intérieurement avec de la

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Figure 4 - Cylindre sécheur avec dispositif d'enduction (doc. GMF Gouda)

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vapeur saturée.



Séchoir à lit fluidisé La vapeur, introduite à l'intérieur du cylindre à une pression de 2 à 7 bars, se condense au contact de la paroi froide en libérant la chaleur latente de condensation. Cette énergie est ensuite transférée au produit par conduction à travers la paroi du cylindre. Les condensats ruissellent le long de la paroi intérieure et s'accumulent en partie basse, où ils sont repris par un siphon et évacués vers l'extérieur par un purgeur. Au cours de la rotation du cylindre, le produit est séché et transporté jusqu'à une lame raclante fixe, qui le décolle de la paroi. Le produit sec obtenu se présente sous la forme d'une poudre ou d'un film. Dans une version plus ancienne mais encore utilisée, l'installation comportait

deux

cylindres

laminant,

tournant

en

sens

inverse.

Cette

configuration est parfois appelée Hatmaker du nom de son inventeur. Le temps de séchage est ajusté à partir de la vitesse de rotation du cylindre : de 20 s pour une vitesse de rotation 3 tr · min–1, il se réduit à 2 s pour une vitesse de 30 tr · min–1.

Figure 5 - Dispositifs d'enduction par rouleau encolleur inférieur ou par satellites en cascade (doc. GMF) Les dispositifs par trempage du cylindre dans un bac d'alimentation, par projection ou par rouleau encolleur inférieur (figure 5a) sont utilisés pour l'encollage des produits fluides. L'alimentation se fait en partie inférieure ou latérale et le raclage en partie inférieure.

2.2 Sécheurs compatibles avec les produits humides à l'état solide:

claies elles-mêmes chargées sur des chariots de dimensions plus ou moins standardisées. PFE 2010/2011 Abdelilah ZEROUALI & Réda GHATTAS


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Le produit humide, pâteux ou solide, est déposé en couche mince sur des

10

2.2.1 Sécheur tunnel à chariots et claies ou à balancelles:

Séchoir à lit fluidisé Ces

chariots

sont

introduits

dans

une

enceinte

fixe,

à

pression

atmosphérique et balayée par un fluide caloporteur. Le déplacement des chariots d'une extrémité à l'autre de l'enceinte de séchage peut être automatisé. L'apport de chaleur au produit se fait le plus souvent par léchage à cocourant ou à contre-courant, selon la teneur en eau initiale du produit et sa sensibilité

à

la

température.

La

température

du

fluide

caloporteur,

habituellement de l'air, varie de 30 à 250 °C. Le fluide peut être chauffé directement ou indirectement par combustion ou, lorsque la température est basse, indirectement par un générateur de vapeur. Pour améliorer l'efficacité énergétique, ces installations sont rarement à simple passage d'air. Des taux de recyclage d'air de 60 à 90 % sont fréquemment rencontrés. Les sécheurs à chariots et à claies correspondent à une version semicontinue ou continue des fours et étuves batch. Ils s'adaptent à tous les types de produits solides, y compris les produits pulvérulents. La structure du produit n'étant

pas

modifiée

au

cours

du

séchage,

ces

installations

sont

particulièrement adaptées aux produits friables. Le temps de séjour varie en fonction de la quantité d'eau à évaporer, des conditions opératoires..., et est facilement réglable. Les séchoirs à balancelles, de conception verticale, constituent une variante du procédé générique. Le temps de séchage est plus long. La teneur en eau évolue lentement et de manière homogène. 2.2.2 Sécheur tunnel à tapis:

Figure 6 - Circulation du produit dans une installation de séchage tunnel à


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tapis multipasse

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‣Principe:



Le principe général reste le même que celui des séchoirs à chariots : le produit, déposé en couche mince sur un support mobile, est convoyé dans une enceinte fixe et chauffé par convection forcée. Le support est cette fois un tapis, en tôles métalliques pleines ou perforées ou en toile tissée, mis en mouvement par une roue d'entraînement. La largeur du tapis peut atteindre 4 m et sa longueur est déterminée à partir de la cinétique de séchage du produit et de la quantité à traiter. 2.2.3 Sécheur à plateaux: Le séchage continu de grandes quantités de suspensions épaisses, de matériaux cristallins ou granulaires, qui doivent être séchés doucement, peut être réalisé dans un sécheur vertical à plateaux circulaires. Le sécheur vertical rotatif à plateaux circulaires (figure 7) est constitué d'une enceinte étanche, d'un rotor sur lequel sont fixés une série de plateaux, de ventilateurs et réchauffeurs, qui assurent la circulation forcée du fluide caloporteur au-dessus du produit, et de racleurs fixes. Les plateaux supportant le produit sont équipés de fentes radiales de 60 à 120 mm de large. Le fluide caloporteur, généralement de la vapeur, circule de bas en haut du sécheur à travers les fentes des différents étages. Le produit humide est introduit par le haut du sécheur et disposé sur le plateau supérieur en une couche d'épaisseur déterminée et réglable. Après une rotation complète, le matériau est raclé et tombe sur le plateau inférieur, où il est étendu en couche uniforme par un niveleur. Ces sécheurs peuvent atteindre 20 m de hauteur et 11 m de diamètre.

Figure 7:

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Sécheur rotatif à plateaux circulaires



Séchoir à lit fluidisé Dans un sécheur à plateaux chauffés par contact (figure 8), les plateaux sont fixes et les racleurs, fixés sur un axe tournant à une vitesse de 2 à 6 tr · min–1, mobiles. Les plateaux sont chauffés jusqu'à une température de 300 °C par circulation intérieure d'un fluide caloporteur (eau chaude sous pression, vapeur d'eau, huile thermique...). Le produit introduit au centre du sécheur est déposé en couche mince sur le plateau supérieur et amené vers la périphérie par un bras mobile, où il est déchargé sur le plateau immédiatement inférieur. Un nouveau bras pousse le produit de la périphérie de ce plateau vers le bord interne, où le produit tombe sur le plateau suivant... La surface utile au séchage peut atteindre 335 m2 pour un temps de séjour de quelques heures. Un débit maximal de 10 m3 · h–1 de produit humide peut être traité dans ce type d'installation. Figure 8: Sécheur à plateaux chauffés par contact (doc. KMPT) Ces sécheurs ne sont pas adaptés au traitement des produits fibreux, susceptibles de s'agglomérer, ni à celui des produits pâteux et collants. Les pâtes doivent être extrudées et soumises dès leur entrée dans le sécheur à un séchage rapide pour leur conférer une structure granulaire qui s'écoule librement. 2.2.4 Sécheur à tambour: Ces

sécheurs

sont

constitués

d'une

enveloppe cylindrique légèrement inclinée par rapport à l'horizontale, qui repose et roule sur deux

stations

l'intermédiaire

de de

trains deux

porteurs

anneaux

dits

par de

bandage. Le diamètre du cylindre est généralement compris entre 0,3 et 3 m et la longueur varie de 4 à plus de 10 fois le diamètre. L'alimentation du sécheur produit dans le sécheur doit être de l'ordre de 10 à 15 % de son volume. Le

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produit est introduit via une goulotte. Le matériau avance par gravité et est

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est généralement continue. Pour une efficacité maximale, la quantité totale de



Séchoir à lit fluidisé déchargé par simple débordement à l'autre extrémité du sécheur. Le temps de séjour est de l'ordre de quelques dizaines de minutes.

Figure 9: Procédé de séchage en four rotatif Dans les tambours rotatifs directs (figure 9), l'énergie est généralement apportée par des fumées de combustion produites par un brûleur directement monté sur le caisson du sécheur ou dans une chambre de combustion en amont de ce caisson. 2.2.5 Sécheur à lit fluidisé:

Figure 10 : Sécheurs à

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lit fluidisé statique et avec

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échangeurs (doc. Comessa)



Séchoir à lit fluidisé Plus couramment, équipée de tuyères à trou vertical ou à trous horizontaux. Cette dernière configuration assure une répartition optimale du gaz, qui permet le transport longitudinal du solide. Le principal avantage des grilles équipées de tuyères réside dans la facilité de remplacement des tuyères en cas de colmatage ou d'une usure prématurée. Dans ces sécheurs de forme rectangulaire, avec un rapport longueur sur largeur variant de 5:1 à 30:1, le produit humide est introduit via une vis de convoyage ou une écluse rotative sur le côté, transporté par l'air de fluidisation et déchargé à l'autre extrémité le plus souvent par simple débordement. Il existe un autre type de sécheurs à lit fluidisé nommés sécheurs à lit fluidisé vibré (figure 11) qui sont basés sur l’agitation du lit de particules

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Figure 11 - Sécheur-refroidisseur à lit fluidisé vibré (doc. Comessa)

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pendant le passage de l'air de fluidisation.



Séchoir à lit fluidisé Le transport du produit est assuré par l'énergie mécanique apportée sous forme de vibrations. Le débit d'air nécessaire au bon fonctionnement du sécheur s'en trouve réduit. La vibration mécanique de l'ensemble du sécheur nécessite un appareil robuste,

installé

sur

des

fondations

solides,

ce

qui

accroît

le

coût

d'investissement et de fonctionnement et peut générer des nuisances acoustiques. Des performances de séchage similaires à celles des lits vibrés peuvent être obtenues en pulsant l'air envoyé dans la tour de fluidisation. La technologie du sécheur à lit fluidisé pulsé (figure 12) est similaire à celle du lit fluidisé conventionnel, avec une boîte à vent divisée en plusieurs compartiments par des cloisons verticales.

Figure 12 : Lit fluidisé pulsé avec vanne rotative L'air chaud passe au travers d'une vanne rotative qui alimente les différents compartiments de manière séquentielle. La vitesse de rotation élevée de la vanne, proche de 650 tr · min–1, maintient l'ensemble du lit en mouvement avec une agitation plus intense au-dessus du compartiment

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alimenté en air.



Séchoir à lit fluidisé 2.2.6 Sécheur pneumatique: Ces sécheurs assurent simultanément le transport et le séchage du matériau par la circulation à cocourant d'un fluide caloporteur (généralement de l'air) à haute température, qui entraîne les particules vers la sortie de l'installation. La vitesse du gaz doit ainsi être supérieure à la vitesse terminale de chute des particules les plus lourdes.

Figure 13 : Sécheur pneumatique (doc. Barr-Rosin) Dans sa configuration la plus

simple,

pneumatique compose

d'un

le

sécheur

(figure 13) dispositif

se de

chauffage du fluide caloporteur, d'un dispositif d'alimentation et de dispersion du produit dans le col d'un venturi, d'une longue conduite de séchage verticale, circulaire et de section uniforme, d'une combinaison de dispositifs de séparation gaz/solide (le plus souvent un cyclone et un laveur humide), d'un ventilateur extracteur positionné entre les deux séparateurs et, enfin, d'un collecteur pour le produit sec.

Les débits gazeux importants (jusqu'à 200 000 m3 · h–1) conduisent à des installations de séparation de grande taille. Ainsi l'optimisation de l'installation (vitesse du fluide caloporteur, débit de produit et température du fluide caloporteur) est primordiale. Le contrôle du procédé se fait sur la base de

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la température de sortie de l'air.




Figure 14 : Sécheur pneumatique à boucle continue (doc. Barr-Rosin) Les sécheurs à conduite de séchage façonnée en une boucle continue (figure 14) constituent une alternative aux configurations multi-étagées. Un classificateur centrifuge (conduit en anneau) permet un recyclage sélectif du solide en suspension. 2.2.7 Sécheur à disques ou à vis: Entrent dans cette catégorie les sécheurs chauffés par contact (figure 15) dans lesquels le produit est transporté mécaniquement sans subir de cisaillement intense. L'élément caractéristique d'un sécheur à disques est le rotor. Il est composé d'un ensemble de disques creux montés sur un arbre

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central également creux.




Figure 15 : Sécheur à disques (doc. Buss) Le moteur, l'accouplement et la courroie de distribution, qui entraînent le rotor en rotation à une vitesse de 10 à 20 tr · min–1, sont positionnés à l'extrémité opposée de l'injection du fluide caloporteur. La surface utile au séchage peut atteindre 500 m2.

2.3 Sécheurs développés pour les produits humides à l'état pâteux:

Figure 16 : Sécheur à palettes Naratherm® (doc. GMF Gouda) PFE 2010/2011 Abdelilah ZEROUALI & Réda GHATTAS


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2.3.1 Sécheur à palettes:


Dans leur conception, les sécheurs à palettes (figure 16) ressemblent aux sécheurs à disques : Ils se composent d'une auge à double paroi avec 2 ou 4 arbres creux rotatifs sur lesquels sont fixés des éléments creux formés pour interagir. Ces éléments sont appelés palettes ; les deux arbres se chevauchent ; le fluide caloporteur, généralement de la vapeur sous pression entre 6 et 8 bar, circule dans la double enveloppe ainsi que dans les rotors et palettes ; Un gaz de balayage est introduit à cocourant avec le produit et extrait vers le milieu du sécheur pour minimiser l'entraînement des particules en suspension dans le gaz d'exhaure.

2.3.2 Sécheur à couche mince

Figure 17 : Sécheur à couche mince horizontal (doc. Buss)

de longues années pour le séchage des produits difficiles. Ils comportent un

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corps cylindrique horizontal muni d'une double enveloppe, dans laquelle circule

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Les sécheurs à couche mince horizontaux (figure 17) sont utilisés depuis



Séchoir à lit fluidisé la vapeur d'eau surchauffée sous une pression de 6 à 8 bars. Le principe de fonctionnement consiste à projeter le produit pâteux, introduit latéralement, contre l’enveloppe cylindrique à l'aide de pâles pendulaires fixées sur un rotor tournant à grande vitesse (

). Le produit est encollé en couche

mince de 5 à 10 mm d'épaisseur, ce qui permet d’atteindre des coefficients d’échange de chaleur paroi/produit très élevés. Il en résulte un temps de séjour de l'ordre d'une dizaine de minutes. 2.3.3 Sécheur pneumatique compact:

Figure 18 : Sécheur Swirl Fluidiser‘ (doc. Niro) Encore peu répandus, les sécheurs pneumatiques compacts (figure 18) se présentent sous la forme d'une chambre cylindrique verticale avec un fond conique, d'un distributeur d'air à entrée tangentielle et d'un rotor tournant à grande vitesse (de 50 à 500 tr · min–1) positionné en bas de la chambre. Le produit

humide,

homogénéisé

par

agitation

mécanique

dans

le

bac

d'alimentation et soutiré en continu et à débit constant, tombe par gravité audessus du rotor. Le mobile équipé de couteaux cisaille, émotte et disperse le produit pâteux. L'air de séchage, injecté en partie basse de la chambre, génère un écoulement ascendant tourbillonnant et une sorte de lit fluidisé à proximité du mobile.

3-Séchage par lit fluidisé :

l'énergie pour compenser à la fois l'énergie de liaison solide-liquide (due à des forces de Van Der Waals) et la chaleur latente de vaporisation du solvant. PFE 2010/2011 Abdelilah ZEROUALI & Réda GHATTAS


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l'évaporant dans la phase gazeuse qui le baigne. Pour cela, il faut apporter de

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Le séchage consiste à éliminer un solvant emprisonné dans un solide en

Séchoir à lit fluidisé Cet apport peut être fait par la phase gazeuse (on parle alors de séchage par convection), ou par une source externe (chauffage par effet Joule, par radiation infrarouge, ou par courants de haute fréquence). Il faut aussi éviter la saturation en solvant de la phase gazeuse, ce qui est assuré par un balayage de l'atmosphère, qui maintient la pression partielle en solvant au voisinage du solide, inférieure à la pression de vapeur saturante.

Principe La fluidisation consiste à convertir un lit de particules solides en une masse expansée et suspendue, qui a les propriétés d'un liquide. Pour que le lit de particules soit fluidisé, la vitesse en fût vide de l'air de séchage doit être supérieure à la vitesse minimale de fluidisation, pour laquelle les particules se mettent en suspension, et inférieure à la vitesse terminale de chute, à partir de laquelle le lit est transporté. Les principaux éléments d'un dispositif de séchage en lit fluidisé sont: ‣ Un ventilateur de soufflage de l'air de séchage raccordé à une batterie chaude ; ‣ Un caisson de soufflage, qui peut être compartimenté pour adapter les vitesses de fluidisation à l'état du produit ; ‣ Une grille (ou sole) de fluidisation, située au-dessus du caisson de soufflage ; ‣ L'alimentation en particules humides ; ‣ La colonne de fluidisation, qui comporte le lit fluidisé au-dessus de la grille de fluidisation et une zone de désengagement des particules pour minimiser l'entraînement des fines dans les rejets gazeux ; ‣ L'évacuation du solide ; ‣ Un cyclone ou tout autre système de dépoussiérage pour séparer les fines entraînées dans les buées. Le but de la fluidisation est notamment d'augmenter la surface de contact

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gaz-solide pour faciliter le séchage.




3.1_Types de lit fluidisé : Il existe trois grands types de lit fluidisé : 

Lit fluidisé simple : l'air assure à la fois la fluidisation, l'apport de chaleur

et l'évacuation des vapeurs désorbées. 

Lit fluidisé vibré : l'apport de chaleur est encore assuré par l'air, mais la

fluidisation se fait cette fois par un procédé mécanique. 

Lit fluidisé à échangeur interne : l'air n'assure que la fluidisation et

l'évacuation des vapeurs : l'apport de chaleur est effectué par un échangeur externe, placé à l'intérieur du lit. L'air de traitement est fourni au lit par une plaque de distribution perforée spécialement conçue et circule dans le lit de matière solide à une vitesse suffisante pour soutenir le poids des particules dans un état fluidisé. Des bulles se forment et crèvent dans le lit fluidisé, créant ce faisant un mouvement intense de particules. Dans cet état, la matière solide se comporte comme un liquide en ébullition à écoulement libre. Des valeurs très élevées de transfert de chaleur et de masse sont obtenues par suite du contact intime avec la matière solide, et des vitesses différentielles des particules et du gaz fluidisant. De

nombreuses

matières

présentent

une

consistance

collante,

ramollissante ou cohésive en début ou en cours de traitement. Les lits vibrants permettent de façon extrêmement efficace de conserver la matière dans un état fluidisé dynamique, au cours de cette phase de transition.

3.2_Grille de fluidisation : La grille de fluidisation est l'élément sensible d'une telle installation. Dessinée de telle sorte que le solide ne puisse pas passer dans la boîte à vent (terme utilisé pour le compartiment au-dessous de la sole) ni pendant la fluidisation, ni à l'arrêt, elle a pour fonction :  de distribuer uniformément le fluide sur toute la section du lit fluidisé ;  d'assurer une fluidisation stable ;

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 dans les sécheurs dits à écoulement piston, de transporter le produit.



Séchoir à lit fluidisé Pour obtenir une distribution uniforme et stable, la perte de charge à travers le distributeur doit être supérieure à 30 % de la perte de charge à travers le lit, sans être inférieure à 3 400 Pa. Le nombre d'orifices sur la surface du distributeur est défini à partir de la perte de charge minimale et du diamètre des orifices. La surface de passage de l'air représente habituellement entre 2 et 10 % de la surface du distributeur. Une grille de fluidisation est donc dimensionnée pour un débit de fonctionnement donné. La grille peut se limiter :  à une simple plaque perforée de trous forés ;  à une superposition de deux plaques perforées si, à l'arrêt, le poids des particules est trop important ;  à un fritté ;

4-Équipements périphériques : Entrent dans cette catégorie les équipements de conditionnement de l'air de séchage, de traitement des gaz d'exhaure, les systèmes de récupération d'énergie et de manutention du produit humide et sec.

4.1_Conditionnement de l'air de séchage : 4.1.1 Filtration : Selon les conditions atmosphériques ou pour certaines applications en pharmacie ou en agroalimentaire, l'air de séchage doit être filtré. L'épuration peut se limiter à la captation des grosses particules, des poussières de la taille de quelques micromètres ou encore des bactéries, germes et autres microorganismes. 4.1.2 Déshumidification : Si le taux d'humidité de l'air de séchage est trop élevé, par exemple lorsque l'air est recyclé dans l'installation, il est nécessaire de le déshumidifier

température de l'air au-dessous de la température du point de rosée et PFE 2010/2011 Abdelilah ZEROUALI & Réda GHATTAS


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employées : la condensation de l'eau en excès par abaissement de la

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pour accroître sa capacité d'absorption. Deux techniques sont couramment

Séchoir à lit fluidisé l'adsorption par passage sur un support hydrophile, qui est régénéré périodiquement ou en continu.

4.1.3 Ventilation : Ces équipements auxiliaires sont indispensables dans une installation de séchage : ils assurent la circulation du fluide caloporteur dans les sécheurs convectifs et la circulation du gaz de balayage dans les sécheurs par contact. Placé avant le réchauffeur d'air, un ventilateur centrifuge, dit « de soufflage », met l'installation en surpression. Positionné en sortie après le système de captation des poussières, un ventilateur centrifuge, dit de tirage, génère une dépression dans l'installation. La plupart du temps, deux ventilateurs sont associés, l'un de soufflage et l'autre de tirage, de manière à contrôler la pression dans le sécheur. Les ventilateurs de type hélicoïdal, qui assurent des débits élevés sous des pressions totales faibles, sont principalement utilisés pour recycler l'air de séchage.

4.2_Traitement des gaz d'exhaure : Les gaz d'exhaure sont presque inévitablement chargés en poussières, dont la taille peut varier du dixième de micromètre jusqu'au millimètre.

4.2.1 Rétention des poussières : Les principaux équipements de captation des poussières utilisés sur des procédés de séchage sont les cyclones et les filtres à manches. Les cyclones à entrée latérale sont les séparateurs les plus utilisés. Basés sur une séparation mécanique par inertie, ils permettent la rétention des particules de taille supérieure à 5 μm (et jusqu'à 2 μm si les particules s'agglomèrent facilement). Les filtres à manches utilisent le principe de la filtration sur support : les particules solides se déposent sur un média filtrant. La précouche formée permet la rétention de particules de taille supérieure à celle des pores du média filtrant. Au fur et à mesure de l'augmentation d'épaisseur du dépôt, la perte de

le support mobile, auxquelles sont reliées les manches filtrantes) ou PFE 2010/2011 Abdelilah ZEROUALI & Réda GHATTAS


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Cette opération est réalisée mécaniquement (via des vibrations transmises par

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charge augmente. Il est nécessaire de décolmater périodiquement ces filtres.

Séchoir à lit fluidisé pneumatiquement par soufflage d'air comprimé pendant quelques dizaines de secondes.

4.2.2 Rétention des vapeurs organiques : La rétention des vapeurs organiques nécessite une condensation du solvant après dépoussiérage du gaz d'exhaure pour éviter l'encrassement du condenseur. La condensation d'une vapeur diluée dans un gaz incondensable étant difficile, il est préférable d'utiliser des sécheurs par contact sous vide.

4.3_Systèmes de récupération d'énergie : 4.3.1 Recyclage : Le recyclage partiel des gaz d'exhaure peu chargés en humidité consiste à renvoyer une partie des gaz extraits dans le sécheur. Ce gaz est mélangé avec l'air neuf puis réchauffé jusqu'à la température désirée. 4.3.2 Récupération de chaleur : Cette récupération d'énergie est traditionnellement mise en œuvre sur le gaz d'exhaure et/ou sur le produit sec. Des échangeurs conventionnels sont utilisés. Pour éviter tout problème d'encrassement, la phase gazeuse doit être exempte de poussières et de composés volatils condensables. L'énergie récupérée sert le plus souvent au préchauffage de l'air de séchage ou du produit humide avant son introduction dans le sécheur mais peut également être récupérée pour toute autre finalité. 4.3.3 Compression mécanique de vapeur : Dans les sécheurs par contact, fonctionnant selon le principe du séchage par ébullition, le gaz d'exhaure est une vapeur presque pure qui peut être revalorisée. Le sécheur doit être couplé à un système de compression mécanique de vapeur. Initialement utilisée pour la concentration et la distillation des liquides, cette technique permet d'utiliser les buées produites

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pour chauffer le sécheur.




5. Sécurité Outre la dégradation du produit, les quatre risques majeurs associés à l'opération sont : 

l'inflammation des produits combustibles (en vrac, sous forme de dépôt

ou de poussières) ; 

l'explosion de nuages de poussières ;



l'explosion de vapeurs organiques ;



le transfert de pollution vers l'environnement.

5.1 Oxydation : L'oxygène de l'air peut réagir chimiquement avec les particules organiques ou inorganiques, avec les dépôts de poussières présents dans des zones mortes et difficiles à nettoyer ou encore avec les poussières en suspension dans l'air. Compte tenu de la vitesse élevée de propagation du front, on parle dans ce dernier cas d'explosion de poussières.

5.2 Explosion : L'explosion, qu'elle soit de poussières ou de vapeurs, débute par une inflammation locale du milieu. Cette inflammation ne peut se produire qu'audelà d'une teneur minimale en oxygène dans l'atmosphère du sécheur. L'effet de l'explosion se caractérise par deux grandeurs : 

la

pression

maximale

atteinte

Pmax, qui est une caractéristique

thermodynamique du milieu; 

la vitesse maximale de montée en pression (dP/dt)

max,

qui dépend du

volume V de l'équipement selon la loi cubique :

Avec :

K : constante pour un milieu donné (notée Ks) pour les poussières et kg pour les vapeurs). En pratique, cette loi est exclusivement utilisée pour caractériser

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l'explosivité des poussières et dimensionner les équipements de protection.




5.3 Pollution de l'environnement : Le terme « environnement » englobe le voisinage immédiat du sécheur – l'atelier de séchage – mais également l'environnement plus lointain, qui inclut les ressources naturelles, la faune, la flore... Dans l'atelier de séchage, les risques pour la santé des travailleurs sont liés aux conditions physiques dans l'environnement du sécheur (bruit, chaleur...) et à l'exposition aux poussières (substances biologiquement actives, substances toxiques...) principalement par inhalation ou ingestion. Ces substances toxiques ou biologiquement actives sont fortement impliquées dans la pollution photochimique et leur impact sur l'effet de serre n'est pas négligeable.

5.4 Gestion des risques : Deux catégories, fondamentalement différentes, de gestion des risques existent : 

la première est basée sur la prévention ;



la seconde sur la protection.

La mise en œuvre des solutions évoquées ci-avant doit faire suite à une

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analyse des risques encourus.




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Partie II : Etude effectuée




Introduction : Cette partie du travail est consacrée au séchage de différents produits humide dans un séchoir à lit fluidisé. Le but essentiel de cette partie expérimentale est de mettre en place un séchoir à lit fluidisé afin de déterminer les courbes de perte d'humidité relative et la vitesse de séchage des produits humides

1_ Description de fonctionnement Séchage par fluidisation: (entrainement à l'air chaud à contre-courant) 

Alimentation en air chaud répartie uniformément sur toute la surface du

lit à l’aide d’une plaque perforée ; 

Mise en suspension du solide par le courant d'air chaud ascendant ainsi

crée (->lit fluidisé). Il en résulte une forte agitation et une mise en contact intime de l'air et du solide, favorisant le séchage ;  Cyclone

sur la sortie d'air humide pour séparer le solide éventuellement

entrainé (de plus faible granulométrie) ;  Chauffage 

d’air froid ambiant par contact avec une résistance chauffante ;

Humidité absolue de l'air presque identique à l'entrée et à la sortie du

préchauffeur (YE, en g d'eau/kg d'air sec) ; 

Enthalpie fournie au sécheur: (H'E - HE) ;



Sécheur fonctionnant de façon isenthalpe: transfert du liquide de la phase

solide vers la phase gaz avec évaporation (sans ébullition) du liquide imprégnant le solide ; 

Conditions de sortie d'autant plus proches de l'équilibre que le contact

entre les deux phases est long et intime (longueur du sécheur, agitation

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du solide)




Ts sèche Ts humide

Sortie

Ws

Entrée du produit humide

Tes Te H Entrée

Sortie du produit séché

We

Figure A : Sécheur à lit fluidisé, de forme cylindrique. 

Les conditions de sortie dépendent des caractéristiques de l'air entrant

(enthalpie et humidité absolue). 

Liquide éliminé de la phase solide et capté par la phase gaz lors du

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séchage.




2_ Calculs de dimensionnement du sécheur : 2.1 Le choix du ventilateur :  Les ventilateurs axiaux (hélicoïde) : l’air est aspiré et propulse parallèlement à l’axe de rotation du ventilateur.

 Les ventilateurs centrifuges : l’air est aspiré et propulse perpendiculairement à l’axe de rotation du ventilateur.

‣Comparaison entre les deux types de ventilateur :

Type de ventilateur

Différence de pression

AXIAL

Faible différence de pression Totale

Débit volumique

CENTRIFUGE

Forte différence de pression Totale

Section d’entrée grande donc

Section d’entrée faible donc

forte débit volumique

faible débit volumique

D’après ce tableau comparatif, le choix du ventilateur dépend principalement du débit volumique, et des pertes de charge. On va donc

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calculer ces grandeurs et proposer le bon choix pour notre système.



Séchoir à lit fluidisé A partir du diagramme de l’air humide, on a relevé les données suivantes : Pour une température de 46˚C de l’air atmosphérique on a :

 A l’entrée du sécheur tunnel :

 La teneur en vapeur d’eau We =6 g eau/kg d’air sec.  L’humidité relative ε = 10 %.  L’enthalpie H = 62 kJ/kg.  A la sortie du sécheur tunnel :

 La teneur en vapeur d’eau Ws =7,5 g eau/kg d’air sec.  L’humidité relative ε = 13 %.  L’enthalpie H = 65 kJ/Kg.

● quantité d’eau prise par 1Kg d’air. ΔW = Ws - We D’où :

ΔW = 1,5 g eau/kg d’air sec.

● Débit d’air Q nécessaire au séchage de la sauge: Qair = E/ ΔW →calcul de la masse d’eau évaporée « E »: La masse d’eau évaporée E est égale à la masse d’eau initiale dans le produit moins la masse d’eau que contient le produit à la sortie : E = Me i – Me s

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Le sécheur tunnel nous a permis de relever les mesures suivantes :




200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145

Masse (en g)

Variation de la masse humide de la sauge en fonction du temps

Temps (en min)

D'où:

E = me i – Me s = 174, 8 – 81, 5 E = 93,3 g d’eau

Allure de la courbe de séchage Humidité 120 100 80 60 Colonne3

40 20 0

Temps (min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

On déduit alors la quantité d’air :

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Qair = E/ ΔW = 93,3 /1,5 = 62,2 Kg d’air.



Séchoir à lit fluidisé Et pour trouver le débit : Q = Qair /T

avec T = 145 min

Q = Qair /T = 0,00714 Kg.s-1 On va convertir le débit massique en débit volumique en divisant par la masse volumique ρ d’air : Q = 0,0065 m3/s

Pour notre sécheur de forme cylindrique (voir figure A), le diamètre correspondant au lit fluidisé est : D = 50 cm Alors sa section est :

S = πD2/4 = 0,1963 m2

Et on a la vitesse V d’air correspondante à notre expérience dans le sécheur tunnel : V = 1,1 m/s D’où le débit du ventilateur : Qv = S.V = 0,2159 m3/s En multipliant par un coefficient de sécurité : Qfinal = 0,2159×1,4 = 0,30237 m3/s

C'est-à-dire :

Qfinal = 1088,5 m3/h

Le débit volumique Qfinal est assez important, nous avons donc opté pour un

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ventilateur hélicoïdal.




2.2 Calcul de pertes de charge : Notre réseau aéraulique est composé d’un cylindre de hauteur de 2 m et de diamètre de 50 cm. Nous devons trouver les pertes de charges totales dans le réseau et la hauteur manométrique de ventilateur à installer. Pour cela, on va suivre la méthode de dimensionnement à vitesse constante. La différence des pressions statique entre deux points d’un circuit de fluide est appelée pertes de charge. Les pertes de charges généralement dépendent des éléments suivants : o Quand le diamètre de canalisation diminue, les pertes de charge augmentent. Le fluide trouve plus de difficultés pour s’écouler donc les frottements augmentent pour un débit identique. o Plus la vitesse est grande (débit augmente), plus les forces de frottements augmentent pour un diamètre identique. 2.2.1 Pertes de charge linières : Le calcule des pertes de charge linière, correspondent à l’écoulement général dans une conduite cylindrique, sont données par la formule suivante:

P : Pertes de charge linière en Pa ; : Coefficient de pertes de charge ; Masse volumique en kg/m3 ;

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D : Diamètre hydraulique de la gaine en m ;

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V : Vitesse d’écoulement en m/s ; L : Longueur de la gaine en m ; PFE 2010/2011 Abdelilah ZEROUALI & Réda GHATTAS


Séchoir à lit fluidisé  Calcul du coefficient de pertes de charge  : Pour calculer il faut déterminer le régime de fonctionnement. Calcul de Reynolds :

Avec :

V : Vitesse en m/s ; D : Diamètre hydraulique de la conduite ;

Masse volumique en kg/m3 ;  : Viscosité dynamique en kg/m.s ; Données : kg/m3 ; kg/m.s ; D m V = Q/S = 1,52 m/s ; Application numérique :

Re = 10296

On a : 2000 < Re < 105 donc le régime de l’écoulement est intermédiaire.

Nous avons utilisé dans ce cas la relation de Blasius : Application numérique :



0.316 Re1/ 4

 

On va remplacer dans la formule de pertes de charge : 

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

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  PFE 2010/2011 Abdelilah ZEROUALI & Réda GHATTAS


Séchoir à lit fluidisé Kg/ m3 ; D : 0.1 m ; V : 1,52 m/s ; L :2m; D’où les pertes de charge linéaire est :

P = 0,87 Pa

Les pertes de charge de la résistance sont estimées de 100 Pa 2.2.2 Les pertes de charge totale : Le ventilateur à installer doit donc fournir un débit de 1088,5 m3/s, et vaincre des pertes de charge : Ptotal =Plinière +Péquipement = 100,87 Pa . Connaissant le point de fonctionnement souhaité (Q= 1088,5 m3/h ; P = 100,87 Pa), nous pouvons maintenant déterminer la courbe caractéristique du réseau

P =

f(Q) avec Q débit volumique. En supposant que les pertes de charge induites par le réseau sont sous la forme P = v2/2 = KQ2 cette caractéristique a une allure parabolique.

 Courbe caractéristique : Pour trouver le point de fonctionnement de l’installation, il faut trouver le point d’intersection entre cette courbe de charge et la

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courbe de sélection des Page

ventilateurs fournies par les constructeurs.




 Courbes fournies par le constructeur D’après les résultats obtenus, on a effectué une recherche sur les différents constructeurs de ventilateur fonctionnant avec une basse pression. Notre choix c’est porté sur les produits de la marque RECER, la courbe ci-dessous nous permet de trouver le point de fonctionnement qui correspond à notre cas.

 Choix précis du ventilateur : Le point de fonctionnement choisi doit être largement supérieur au point de fonctionnement de réseau. Donc on a choisis le Ventilateur hélicoïdal HEP-25-4T/H avec une pression total de 125 Pa qui est supérieur aux pertes de charge totale à traves le réseau et le débit de fonctionnement du ventilateur,1250m 3/h est aussi supérieur au débit souhaité 1088,5 m3 /h. Avec ce point de fonctionnement, le ventilateur choisit est bien adapté

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au circuit et vaincra les pertes de charge de réseau.




 Caractéristique du ventilateur choisi : Schéma de dimensions

Modèles HEP-25

E A

B

C

D

F

2T 4T 6T 8T 2T 4T 6T 8T G H ØJ K

330 275 262 260 189 179

-

-

213 203

-

-

L

11 56 8.5 310 M.8

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Toutes les valeurs sont exprimées en mm (Sauf colonne L)




3_ Proposition d’une manipulation de séchage utilisant le sécheur à lit fluidisé 3.1 Mode opératoire : T es : T eh : T ss : T sh : Humidité :

température séche de l'air à l'entrée du sécheur. température humide de l'air à l'entrée du sécheur. température séche de l'air à la sortie du sécheur. température humide de l'air à la sortie du sécheur. humidité relative de l'air à la sortie du sécheur.

3.1.1 Introduction de la masse à sécher: Nombreux sont les procédés industriels qui nécessitent le séchage d'un produit ou d'une matière. L'équipement utilisé dans ces opérations industrielles dépend essentiellement du procédé et du produit à sécher. Les procédés de l'alimentaires dont l'exigence sont très sévères tiennent compte pour le choix d'un séchoir des facteurs suivants:

a) Chaleur sensible; b) Porosité du corps; c) Densité; d) Dimensions des particules pour le corps séché; Le séchage implique le transfert du liquide d'un corps humide à l'aire gaz insaturé. Le solide aussi de part sa forme, ses dimensions et ses caractéristiques exerce une grande influence sur le procédé de séchage. La masse du produit humide à sécher doit être pesée après avoir prélevé dans 5 flacons en verre des échantillons pour analyse de la teneur en eau avec la balance à dessiccation. Les prélèvements devront être les plus représentatifs possibles.

« Pour des raisons horaires, il est impératif de réaliser les analyses une fois le séchage commencé ». 3.1.2 Mise en route de l'installation:  Préparation du thermomètre humide: humidifier la gaze avec une pissette sans Exagération. Cette opération est à renouveler fréquemment.

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 Déconnecter le psychromètre de sa console électrique en retirant la fiche Rep .3.

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 Vérifier que les boutons 1 et 2 sont sur la position OFF. Connecter l'ensemble au réseau d'alimentation électrique (220 volts).



Séchoir à lit fluidisé  Retirer la chambre à eau du psychromètre et la remplir d'eau distillée, s'assurer que la mèche est immergée dans l'eau.  Reposer le psychromètre sur le support Rep.2 et reconnecter la fiche à la console électrique. Vérifier que le ventilateur peut être mis en marche et que les températures du thermomètre humide et sec sont indiquées (différentes).Remettre le psychromètre en place et vérifier que le bouton de mise en marche du ventilateur est en position OFF. N.B .En opération normale, la prise des températures au psychromètre se fait dans les trous pratiqués en amont et en aval du système de manutention du produit.  Introduire dans le sécheur la masse de produit humide: il est fondamental pour Une réussite du séchage que le solide ne soit pas tassé mais posé en lit. Refermer l'enceinte soigneusement.  Fermer la porte. Vérifier le sens de rotation du ventilateur.  Avec le ventilateur en marche, actionner le bouton du réchauffeur à l'aide du potentiomètre. N.B.  Dans le cas d'un excès de chauffe, il est conseillé de couper l'alimentation des éléments chauffants jusqu'à ce que la température de travail soit atteinte.  La sonde de température placée dans l'enceinte ne doit pas être introduite dans le solide. Elle n'est pas utilisée pendant l'expérience.  choisir une température d'air chaud d’environ 58 °C: il faut vérifier absolument qu'il y ait une circulation d'air pour ne pas endommager la résistance électrique. Cet instant correspond à l'instant t = 0. 3.1.3 Relevé des valeurs: (voir annexe) Remarques :



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 La température de l'air avant chauffage ne doit également que peu varier pour la même raison.

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 Il est important de comprendre que normalement la température d'air humide qui ne dépend que de l'air fourni par le compresseur du bâtiment ne doit pas varier .Les variations observées correspondent à des mesures erronées dues au dispositif. En fait on considérera pour l'exploitation la valeur la plus faible.

Séchoir à lit fluidisé  Une fois la consigne de chauffage de l'air atteinte, la température de l'air après chauffage ne doit pratiquement pas varier. On déduit des trois remarques précédentes qu'en observant judicieusement le Déroulement expérimental, on pourra se contenter assez rapidement de valeurs Fixes. Un suivi continu de ces trois valeurs est donc inutile. Noter toutes les 10 minutes puis toutes les 5 minutes quand l'humidité relative décroît, la température ainsi que l'humidité relative de l'air en sortie. 3.1.4 Arrêt de l'installation: Le séchage est terminé quand l'humidité relative de l'air en sortie tend vers 0. Prélever trois échantillons de solide pour analyse.

4_EXPLOITATION DES RÉSULTATS Il est absolument nécessaire de commencer le compte rendu avant la fin du séchage. Le compte rendu comprendra les éléments suivants:  Détermination de l'humidité du produit initial et du produit final. En déduire les masses d'eau initiale et finale contenues par le produit humide.  À partir du diagramme de l'air humide, déterminer l'humidité relative et absolue de l’air à l'entrée du chauffage et à l'entrée du sécheur. D'après l’explication plus haute, ces valeurs seront considérées constantes pendant toute la durée du séchage. Déterminer ensuite l'enthalpie de l'air avant le chauffage et à l'entrée du sécheur.  À partir du diagramme de l'air humide, déterminer l'humidité absolue de l'air à la sortie du sécheur (ce travail est à effectuer en même temps que la manipulation).

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 tracer la cinétique de séchage (évolution de la vitesse de disparition de l'eau du solide).

43

 À partir de la méthode expliquée en annexe, déterminer la masse d'eau gagnée par l'air pendant les intervalles de temps choisis puis la masse d'eau cumulée en fonction du temps. En déduire l'évolution en fonction du temps de la masse d'eau contenue dans le solide. Tracer cette courbe. Comparer la valeur finale avec celle obtenue par analyse.



Séchoir à lit fluidisé  choisir deux instants où la vitesse de séchage est à peu près constante et déterminer à partir du diagramme de l'air humide l'enthalpie de l'air à la sortie du sécheur. Comparer avec la valeur à l'entrée et conclure. Examiner un instant correspondant à une cinétique décroissante et proposer une explication.  déduire de vos résultats l'énergie (sous forme de chaleur) nécessaire pour sécher dans nos conditions finales 1 kg du produit humide fourni.

Conclusion Ce projet de fin d’études nous a été très bénéfique, surtout avec un sujet qui nous a donné l’initiative de bien comprendre l’opération du séchage à lit fluidisé. Il va de soi que cela nous a aidé à compléter notre formation et confronter nos connaissances acquises pendant la formation à la vie professionnelle. Selon qu'il s'agisse d'un séchoir co-courant, contre-courant, ou à courants croisés/mixtes, il y a une grande différence d'efficacité énergétique, évaluée par la consommation énergétique massique. Le séchage par air chaud, qui est actuellement le mode de séchage « industriel » le plus pratiqué, est l'objet d’une étude en deux parties : pour les bases théoriques, et pour la mise en œuvre industrielle. Dans ce second article, nous avons présenté l'utilisation du diagramme de Mollier de l'air humide pour l'établissement des bilans de matière et d'énergie, permettant d'expliquer le grand écart généralement existant entre la puissance (kW) reçue par le produit pour son séchage, et la puissance (kW) réellement fournie et consommée par le

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séchoir.



Séchoir à lit fluidisé Nous avons ainsi présenté les différentes techniques de séchage liées à la rhéologie du produit (produit liquide ou solide, collant, pulvérulent, pâteux, etc.) et qui se diversifient les unes par rapport aux autres. Il reste à signaler que notre travail n’est qu’une partie de l’étude qui peut être généralisée pour toucher tout autre type de séchage.

Bibliographie 

Les opérations unitaires du génie chimique, M. LONCIN, DUNOD (51)



Technologie Génie Chimique (ANGLARET - KAZMIERCZAK) Tomes 2 et 3



http://www.andritz.com/fr



Cours des opération unitaire et technique d'analyse et ingenerie\cours de séchage international, Toulouse.



Baeyens, J. and D. Geldart (1973). La fluidisation et ses applications.

Congrès 

Bourgeois, P. and P. Grenier (1968). The ratio of terminal velocity to minimum fluidizing



Velocity for spherical particles. The Canadian Journal Of Chemical

Engineering 46:325. 

Caussat, B., M. Hémati and J.P. Couderc (1995). Modélisation des réacteurs à lit 328.



Gaz-solide : prise en compte de la variation du débit gazeux due aux réactions chimiques.fluidisé The Chemical Engineering Journal 58 (1):223-237.



Charreau, A. and R. Cavaillé (1991). Séchage. Techniques de l'ingénieur

www .RECER.fr

Page



45

J 2480-2483.




5_ ANNEXES : Figure1 : Schéma de principe d'une installation de séchage en vapeur d'eau surchauffée avec valorisation externe de la vapeur en excès Figure 2 : Exemple de configurations géométriques (doc. Niro) Figure 3 : Sécheurs multiple effet et deux temps (doc. Niro) Figure 4 : Cylindre sécheur avec dispositif d'enduction (doc. GMF Gouda) Figure 5 : Dispositifs d'enduction par rouleau encolleur inférieur ou par satellites en cascade (doc. GMF) Figure 6 : Circulation du produit dans une installation de séchage tunnel à tapis multipasse Figure 7 : Sécheur rotatif à plateaux circulaires Figure 8 : Sécheur à plateaux chauffés par contact (doc. KMPT) Figure 9 : Procédé de séchage en four rotatif Figure 10 : Sécheurs à lit fluidisé statique et avec échangeurs (doc. Comessa) Figure 11 : Sécheur-refroidisseur à lit fluidisé vibré (doc. Comessa) Figure 12 : Lit fluidisé pulsé avec vanne rotative Figure 13 : Sécheur pneumatique (doc. Barr-Rosin) Figure 14 : Sécheur pneumatique à boucle continue (doc. Barr-Rosin) Figure 15 : Sécheur à disques (doc. Buss) Figure 16 : Sécheur à palettes Naratherm® (doc. GMF Gouda) Figure 17 : Sécheur à couche mince horizontal (doc. Buss) Figure 18 : Sécheur Swirl Fluidiser (doc. Niro) Figure 19 : Classification des technologies susceptibles de traiter un matériau liquide en fonction de la granulométrie finale du produit sec

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Figure A : Sécheur à lit fluidisé, de forme cylindrique.




1/ Diagramme de l'air humide

2/ Procédure de calcul de la masse d'eau perdue par le solide Le calcul repose sur l'hypothèse que la masse d'eau perdue par le solide est intégralement transmise à l'air. On utilise les notations suivantes: Qv,  Dt Dmeau W(t)

: Débit volumique et masse volumique de l'air sec (on ne tient pas compte de l'eau en très faible quantité à l'entrée du sécheur), (m .h et kg.m-3 d'air sec) . : Petit intervalle de temps (h) : Masse d'eau transmise à l'air sec entre les instants t - dt et t (g d'eau) : Masse d'eau transmise à 1 kg d'air sec lors de son passage dans le sécheur à un instant t (g d'eau par kg d'air sec).



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On constate expérimentalement que l'humidité absolue de l'air à la sortie du sécheur varie dans le temps; par conséquent W est une fonction du temps.

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On peut seulement considérer W(t) comme constant pendant un intervalle de temps très petit.

Séchoir à lit fluidisé On peut écrire l'égalité suivante:

Où le terme Qv..dt correspond à la masse d'air sec traversant le sécheur pendant dt. Dans l'intervalle de temps [t - t; t] (t est un intervalle entre deux mesures d'humidité de l'air en sortie), on calcule meau qui est la masse d'eau transmise à l'air sec: ∫

∫

L'intégrale I correspond à l'aire de la fonction W(t) entre t - t et t. La méthode consiste donc à tracer d'abord la fonction W(t). Les valeurs expérimentales d'humidités absolues de l'air entre la sortie et l'entrée (assimilée à une constante à l'entrée) permettent facilement d'obtenir W(t) par différence. Comme la fonction n'est pas connue de manière analytique mais seulement par quelques points, il va être nécessaire d'utiliser une méthode numérique pour le calcul de l'intégrale I (méthode des trapèzes). On assimile dans cette méthode la variation de W entre les instants de mesure t et t à une variation linéaire. L'intégrale précédente I est donc la somme de l'aire d'un rectangle (côtés t et W(t) ) et la demi somme de l'aire d'un autre rectangle (côtés t et W(t) - W(t - t) ). On obtient alors:

Il est évident que la méthode est d'autant plus exacte que l'intervalle de temps est petit c'est à dire que deux mesures sont rapprochées dans le temps. On peut maintenant résumer la méthode de calcul sur EXCEL: 1/ écrire deux colonnes: l'une pour les temps, l'autre pour les humidités absolues de l'air en sortie 2/ dans une troisième colonne, retrancher de la deuxième colonne la valeur d'humidité absolue de l'air à l'entrée. La troisième colonne correspond donc à W.



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4/ dans la cinquième colonne, multiplier les termes de la quatrième par Qv.: on a alors calculé la masse d'eau gagnée par l'air (c'est à dire la masse d'eau extraite du solide) dans les intervalles de mesures.

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3/ dans la quatrième colonne, calculer l'intégrale en utilisant la dernière formule.

Séchoir à lit fluidisé 5/ dans une sixième colonne, on cumule ces valeurs pour avoir l'évolution de la masse d'eau gagnée par l'air depuis l'instant initial. 6/ dans une septième colonne, on retranche de la masse d'eau initiale contenue par le solide les masses d'eau cumulées de la sixième colonne: on obtient donc au cours du temps la masse d'eau contenue par le solide au cours du temps. Masse(g) t (min)

126 45

98,8 95

174,8 0

122,3 50

97,4 100

165 5

120 55

95,4 105

161,1 10

156 15

150 20

144 25

139,1 30

135 35

130 40

118 60

115,5 65

112,5 70

110 75

106,7 80

104 85

101,5 90

93,2 110

91,5 115

89,5 120

87,6 125

86 130

84,4 135

82 ,7 140

81,5 145

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Tableau A: mesure de la masse humide en fonction du temps



séchoir a lit fluidisé.docx

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