L'atomisation comme mode de séchage

Résumé du document

Au cours de ce TP, nous allons étudier un procédé de séchage permettant de produire des poudres alimentaires ou non. Le mode de séchage utilisé est l'atomisation, réalisé au moyen d'un pilote de laboratoire Büchi B 191.
Le séchage élimine au maximum l'eau des aliments afin d'obtenir une humidité de l'ordre de 3 à 10% selon les produits. Le principe utilisé ici est celui de l'atomisation ou "spray drying" qui consiste à pulvériser le produit en fines gouttelettes de manière à former un brouillard. Ce brouillard est véhiculé par de l'air chaud (200° à 300°C). La solution et le gaz chaud circulent en co-courant
Au début la température de l'air est élevée, celle du produit faible. Le produit perd rapidement une grande partie de son eau, l'air se refroidit rapidement. En fin de parcours, si l'air est trop saturé, le produit ne sèche plus mais s'échauffe. Il faut donc une très grande quantité d'air chaud, mais le séchage est instantané (...).
Cette séance de TP se passera en trois étapes :
- mesure de l'humidité de l'air
- mesure de la teneur en eau
- atomisation du lait

Extraits

[...] Schéma simplifié de l'atomiseur NB : On décide d'exprimer les enthalpies en J/kg air sec Mesure de l'humidité de l'air On fait circuler de l'air dans l'atomiseur sans le chauffer avec un débit approximativement égal à 0,8 m3/h que l'on règle sur le pilote. Un coton humide est placé autour de la sonde de température humide. On relève la température en fonction de la position des sondes : température humide, température sèche. Erreur! Signet non défini. On déterminera le w de l'air sec et de l'air humide au palier de températures car c'est pendant cette période qu'il y a un équilibre entre q et j qui s'annulent. [...]

[...] La totalité du lait a été pompée en 15min 23s. Donc = 133.10 / (15 * 60 + 23) = kg lait/s D'où en considérant que la quantité d'eau dans la poudre est négligeable : d ms/Δt = + * (0,OO89-0,0216) Donc d ms/Δt = kg poudre de lait/s Ainsi le débit d'eau L = Donc L = kg eau/s Bilan enthalpique : * HL + G * H1 = G * H2 + qp où qp est la perte thermique au niveau de la chambre de séchage. [...]

[...] En effet le système d'atomisation est peu agressif (par rapport aux températures employées), il est donc utilisable pour l'atomisation de substances thermosensibles. L'eau protège la matière sèche du liquide, et au fur et à mesure qu'elle s'évapore, l'air perd de l'énergie et risque donc moins de dénaturer la matière sèche qui est de moins en moins protégée. Cette nouvelle technique de transformation des liquides en poudre permet également de diminuer les coûts de production : le séchage est une opération très énergétivore et toute réduction d'énergie se répercute fortement sur le coût de production de la poudre obtenue Avantages et inconvénients de l'atomiseur Les principaux avantages d'un atomiseur sont : -un temps de séchage très court (inférieur à 1 min.). [...]

[...] En fin de parcours, si l'air est trop saturé, le produit ne sèche plus mais s'échauffe. Il faut donc une très grande quantité d'air chaud, mais le séchage est instantané L'eau liquide des gouttelettes est alors en contact du gaz chaud, qui fourni de l'énergie pour vaporiser l'eau. Ce gaz se refroidit, se charge en humidité et ne dégrade pas le lait de ce fait. Les gouttelettes quant à elles, perdent de l'eau et se concentrent en produit. Ainsi la poudre de lait se forme. [...]

[...] L'air sec passe à coté de la mèche se charge en humidité (que l'on veut quantifier). Ce transfert est le résultat d'un premier flux de vapeur d'eau de la mèche vers l'air. L'eau, pour être vaporisée dans l'air nécessite de l'énergie et c'est la mèche qui va le lui céder. En contre partie, l'air transmet à la mèche une quantité de chaleur La température remonte après le palier quand il n'y a plus d'eau en surface de la mèche. On lira ces w sur le diagramme de l'air humide. [...]