Principe. 

Le séchoir à film mince agité (ATFD) fonctionne selon le principe du transfert thermique continu et de l’évaporation rapide du solvant ou de l’humidité d’un film mince de matériau sous agitation et vide. Ce système de séchage haute performance est conçu pour traiter les matériaux thermosensibles, visqueux ou pâteux, difficiles à sécher avec les séchoirs conventionnels. Dans ce système, une suspension ou une solution est répartie en continu sous forme de film mince sur une surface chauffée par un agitateur rotatif à grande vitesse. L’agitation répartit le matériau uniformément, renouvelant constamment la surface d’évaporation et empêchant la formation de croûtes ou d’accumulations. La chaleur étant transférée de la paroi au film de produit, le solvant ou l’humidité s’évapore rapidement et les vapeurs sont évacuées par un système d’aspiration ou de sortie de vapeurs. Le produit séché, qui peut se présenter sous forme de poudre, de flocons ou de granulés, est évacué en continu par le bas du séchoir.

Le principe de base du séchage par film mince agité (ATFD) est de maximiser les transferts de chaleur et de masse en créant un film mince agité de matériau sur une surface chauffée. L’épaisseur du film étant généralement de quelques millimètres seulement, le coefficient de transfert thermique est très élevé, ce qui permet des temps de séjour courts et un séchage efficace même à basse température. Le fonctionnement sous vide abaisse le point d’ébullition du solvant, autorisant un séchage à des températures de paroi modérées (de 60 °C à 150 °C, selon le matériau), ce qui minimise la dégradation thermique. L’ATFD est ainsi particulièrement adapté au séchage de matériaux thermosensibles et visqueux tels que les résidus pharmaceutiques, les suspensions chimiques, les extraits alimentaires, les polymères et les effluents d’évaporateurs ou de cristalliseurs.

Construction

Un séchoir à film mince agité est un récipient cylindrique vertical ou horizontal conçu pour fournir une grande surface d’échange thermique grâce à une agitation mécanique. Ses principaux composants sont les suivants :

• Cylindre/coque de séchage :
  Le cœur de l’ATFD est une enveloppe cylindrique à double paroi, fabriquée en acier inoxydable (SS304 ou SS316L) ou autre matériau résistant à la corrosion, selon l’application. La surface intérieure est polie avec soin afin de réduire la friction et d’empêcher l’adhérence du produit. L’enveloppe extérieure sert de surface de chauffe, à travers laquelle circulent de la vapeur, de l’huile chaude ou d’autres fluides caloporteurs pour fournir l’énergie thermique requise. Le fluide caloporteur circule généralement à contre-courant du flux de matière pour une efficacité maximale. Le cylindre est conçu pour fonctionner sous vide ou sous légère pression et est équipé de sorties de vapeur et de ports d’inspection.
• Assemblage de l’agitateur :
  Un arbre rotatif central traverse le cylindre de séchage sur toute sa longueur et supporte une série de pales d’agitation, d’essuie-glaces ou de palettes. Ces pales sont spécialement conçues pour maintenir un film mince, uniforme et turbulent de produit à alimenter sur la paroi interne. Elles sont généralement montées sur ressorts ou articulées pour s’adapter automatiquement au profil de la paroi, assurant ainsi un essuyage continu et empêchant l’accumulation de produit. L’agitateur fonctionne généralement à grande vitesse (100 à 500 tr/min selon la taille et la viscosité du produit) et est entraîné par un moteur électrique avec réducteur et garniture mécanique. Dans certains modèles, l’agitateur est entraîné par le haut ; dans d’autres, il peut être entraîné par le bas avec un presse-étoupe ou une garniture mécanique pour maintenir l’étanchéité du vide.
• Système d’alimentation :
  La suspension, la pâte ou le concentré à alimenter pénètre dans le séchoir par une buse d’alimentation ou un distributeur situé en haut (dans les séchoirs ATFD verticaux) ou à une extrémité (dans les séchoirs ATFD horizontaux). L’aliment est immédiatement étalé par les pales rotatives en un film mince et uniforme sur la paroi chauffée, assurant un contact efficace et une évaporation rapide.
• Système de sortie de vapeur :
  Lorsque le solvant ou l’humidité s’évapore du film mince, les vapeurs ainsi générées s’élèvent ou s’écoulent vers une sortie de vapeur située près du sommet de l’enveloppe. Ces vapeurs sont dirigées vers un système de condenseur et de pompe à vide, qui maintient le vide requis et élimine les gaz incondensables. Le conduit de vapeur est conçu pour minimiser l’entraînement de particules de produit.
• Système de déchargement du produit :
  Le matériau séché, généralement sous forme de poudre, de flocons ou de granulés, est évacué en continu par la sortie inférieure à l’aide d’un racleur ou d’une vis d’évacuation. Selon les caractéristiques du matériau, l’évacuation peut se faire par gravité ou par vis sans fin vers un réservoir de collecte ou une zone de refroidissement.
• Systèmes de chauffage et de vide :
  Le fluide caloporteur (généralement de la vapeur ou de l’huile chaude) circule dans la double enveloppe pour fournir l’énergie thermique nécessaire au séchage. Un système de vide, composé d’une pompe à vide, d’un condenseur et d’un réservoir, maintient la pression de fonctionnement, qui peut varier de 50 à 200 mbar selon le produit et le point d’ébullition du solvant. L’association de la chaleur et du vide garantit un séchage en douceur et une qualité de produit élevée.
• Instrumentation et contrôles :
  Les distributeurs automatiques de produits laitiers (ATFD) modernes sont équipés de capteurs de température et de pression, de régulateurs de débit et de dispositifs de réglage de la vitesse de rotation. Ces paramètres sont surveillés et contrôlés par un système de commande PLC-IHM afin de garantir un fonctionnement constant et une sécurité optimale. Des dispositifs de sécurité empêchent la surchauffe, la surpression et les pannes mécaniques.

Construction d’un lyophilisateur

Un lyophilisateur se compose de plusieurs composants clés intégrés pour réaliser les trois étapes ci-dessus dans des conditions contrôlées.

Composants principaux et leurs fonctions