Principe

Un sécheur par pulvérisation est un équipement industriel largement utilisé, conçu pour transformer un liquide (solution, boue ou suspension) en poudre sèche en une seule étape rapide. Son principe de fonctionnement repose sur le séchage par évaporation : de fines gouttelettes de liquide sont pulvérisées dans un flux d’air chaud à l’intérieur d’une chambre de séchage. La petite taille des gouttelettes offre une grande surface d’échange thermique et massique, permettant un transfert d’humidité quasi instantané. L’évaporation de l’humidité entraîne la formation de particules solides ou de poudres, qui sont ensuite collectées dans la chambre de séchage et séparées par des unités de séparation (cyclones ou filtres à manches).

Le fonctionnement d’un sécheur par atomisation repose donc sur le transfert de chaleur et de masse par convection : la chaleur est transférée de l’air chaud aux gouttelettes de liquide, tandis que l’humidité diffuse de l’intérieur des gouttelettes vers leur surface et s’évapore dans le milieu de séchage. L’ensemble du processus de séchage se déroule en quelques secondes, permettant la production de poudres fines, fluides et homogènes, même à partir de matières thermosensibles telles que le lait, les enzymes, les produits pharmaceutiques et les arômes.

Principe de fonctionnement

Le principe du séchage par pulvérisation comprend trois étapes fondamentales :

• Atomisation :
  Le liquide est transformé en fines gouttelettes par un atomiseur ou une buse de pulvérisation, augmentant ainsi sa surface.
• Séchage:
  Ces gouttelettes sont introduites dans un flux d’air chaud, où l’humidité s’évapore rapidement par convection. La surface de la gouttelette sèche en premier, formant une fine enveloppe solide, tandis que l’humidité restante se diffuse vers l’extérieur et s’évapore.
• Séparation des particules:
  Les particules solides séchées sont séparées de l’air à l’aide de séparateurs cycloniques, de filtres à sacs ou de collecteurs électrostatiques, tandis que l’air d’échappement humide est évacué.

Parce que le temps de séchage des gouttelettes est extrêmement court (1 à 10 secondes), le séchage par pulvérisation peut traiter des matériaux thermolabiles ou sensibles à l’oxydation qui ne peuvent pas être séchés par d’autres méthodes.

Construction d’un séchoir par pulvérisation

Un séchoir à pulvérisation se compose principalement des éléments suivants :

• Chambre de séchage:
  Le cœur du sécheur par pulvérisation est une grande chambre cylindrique verticale (souvent à fond conique) où se déroulent l’atomisation et le séchage. Fabriquée en acier inoxydable (SS304 ou SS316) pour des raisons d’hygiène et de résistance à la corrosion, cette chambre est bien isolée afin de limiter les pertes de chaleur. Elle est équipée de portes d’accès, de hublots d’inspection et de joints étanches. Le diamètre et la hauteur de la chambre dépendent de la capacité de séchage et du temps de séjour des particules souhaités.
• Atomiseur (Système de dispersion d’alimentation):
  L’atomiseur est un composant essentiel qui pulvérise le liquide en fines gouttelettes. Il peut être de plusieurs types :
  • Atomiseur rotatif : Utilise un disque rotatif à grande vitesse (5 000 à 25 000 tr/min) qui projette le liquide en fines gouttelettes par force centrifuge.
  • Atomiseur à buse sous pression : Projette le liquide sous haute pression (50 à 300 bar) à travers un petit orifice pour former un jet.
  • Atomiseur à buse à deux fluides : Utilise de l’air comprimé ou un gaz pour atomiser le liquide en gouttelettes.

Le choix de l’atomiseur dépend de la viscosité du produit, de la taille des particules requise et des caractéristiques du produit.

• Réchauffeur d’air et distributeur d’air:
  L’air ambiant est aspiré par un ventilateur et chauffé à la température requise à l’aide de serpentins à vapeur, de brûleurs à gaz ou de résistances électriques. L’air chaud pénètre dans la chambre de séchage par un distributeur d’air conçu pour assurer un flux d’air uniforme et un mélange homogène avec les gouttelettes de pulvérisation. La température de l’air entrant se situe généralement entre 150 °C et 300 °C, selon le produit.
• Pompe d’alimentation:
  L’alimentation liquide est fournie en continu à l’atomiseur par une pompe d’alimentation (généralement une pompe à piston haute pression ou une pompe péristaltique). Le débit d’alimentation est contrôlé avec précision afin de correspondre au taux d’évaporation à l’intérieur du sécheur.
• Système de circulation d’air:
  L’air chaud peut circuler dans la chambre selon l’un des trois schémas suivants :
  • Flux co-courant : L’air chaud et les gouttelettes se déplacent dans la même direction – convient aux matériaux thermosensibles.
  • Flux à contre-courant : L’air chaud et les gouttelettes se déplacent dans des directions opposées – offre une efficacité de séchage supérieure.
  • Flux mixte : Combinaison des deux, pour un séchage optimisé et un meilleur contrôle du produit.
• Système de collecte de produits :
  Après séchage, la poudre fine est séparée de l’air d’échappement humide à l’aide d’un séparateur cyclonique. La force centrifuge du cyclone projette les particules solides contre la paroi et les fait tomber dans un bac de récupération, tandis que l’air purifié s’échappe par le haut. Dans les systèmes modernes, des filtres à sacs ou des épurateurs sont ajoutés en aval pour une meilleure récupération et un contrôle accru de la pollution.
• Système d’évacuation d’air:
  L’air chargé d’humidité quitte la chambre de séchage par le conduit d’évacuation, relié à un ventilateur ou à un extracteur d’air. Certaines installations intègrent des unités de récupération de chaleur pour réutiliser une partie de la chaleur résiduelle, améliorant ainsi l’efficacité énergétique.
• Système de contrôle:
  Les séchoirs par pulvérisation sont équipés de capteurs de température, de manomètres, de débitmètres et de régulateurs automatiques pour contrôler la température de l’air à l’entrée et à la sortie, le débit d’alimentation et la vitesse de l’atomiseur. Les séchoirs modernes utilisent des systèmes PLC-IHM pour une surveillance précise du processus et des dispositifs de sécurité.