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Etude de la cinétique du séchage par entrainement Le graphe suivant représente

Etude de la cinétique du séchage par entrainement Le graphe suivant représente la vitesse de séchage qui est la masse d'eau évaporée par unité du temps et par unité de surface d'évaporisation des matériaux. Elle s’écrit : R=−dMv Sdt = MsdXs Sdt Mv : La masse d’eau évaporée. Ms : La masse du produit sec. dX : L’humidité de produit au débit. S : La surface de séchage. Cette courbe montre que la cinétique du séchage d’un produit qui se passe en 3 étapes, elle s'intéresse à l'évolution des grandeurs moyennes de l'humidité et température : Figure 1 :L’évolution de la vitesse de séchage d’un produit par entrainement Période 1 : Phase initiale d'échauffement c'est la période de mise en régime, l'apport de chaleur entraîne une montée de la température d'où l'augmentation de la pression (équilibration transfert de chaleur-transfert de matière). Elle est caractérisée par la mise en température du produit, car lorsqu’il est introduit dans le séchoir et il est froid, sa pression de vapeur d’eau en surface est basse ainsi que le débit de matière, par contre le débit d’énergie thermique et l’écart de température entre l’air et le produit sont importants. Par conséquent l’excès de chaleur apporté par l’air permet le chauffage du produit et l’augmentation de la pression de vapeur d’eau en surface jusqu’à l’atteinte de l’équilibre énergétique. Si le produit introduit est chaud alors il se refroidit de la même façon à cause du déficit énergétique. Période 2 : Phase à taux d'évaporation constant c'est la première étape de séchage, elle passe à une vitesse de séchage sensiblement constante. Dans cette phase toute la chaleur fournit au solide est consommée par l'évaporation de l'eau. elle correspond à un état stationnaire durant lequel il y a égalité entre la quantité de chaleur apportée par l’air au produit et la quantité d’énergie nécessaire pour la vaporisation de l’eau, autrement dit l’eau s’évapore en surface du produit et toute l’énergie nécessaire au changement d’état est prélevée dans l’air et uniquement dans l’air. Période 3 : Phase à taux décroissant dont la vitesse de séchage diminue et la température du produit augmente Le ralentissement de la vitesse de séchage commence quand la surface du matériau en contact avec l’air n’est plus alimentée en eau libre, donc la vitesse diminue pour s’annuler lorsque le produit tend vers un nouvel équilibre enthalpique, ainsi que le débit de matière diminue car le gradient de pression de vapeur est plus faible, enfin le produit sec est de plus en plus imperméable à l’eau. Critères pris en compte dans le choix du sécheur Un grand nombre de spécifications est utilisé pour permettre une bonne classification de sécheurs, ces critères peuvent être liées au procédé de production, ou liées au produit et à la sécurité de l’installation. Mode de fonctionnement Continu ou discontinu Type d’énergie d’appoint - Conduction, convection, rayonnement, champ électromagnétique, combinaison - Mode de transfert (continu, intermittent, adiabatique ou non) Etat du produit dans le séchoir Stationnaire, mouvant, agité, dispersé Pression de fonctionnement Vide, atmosphérique Température de séchage ˂ T° d’ébullition ˃ T° d’ébullition ˂ T° de congélation Milieu de séchage Air, vapeur surchauffée, gaz de combustion Nombre d’étapes Simple, multiple Temps de séchage Court ˂ 1 min Moyen 1 ˂ t ˂60 min Long ˃ 60 min Dispersion du temps de séjour Contrôlée, incontrôlée Règles sanitaires traçabilité, hygiène Contraintes de site implantation, encombrement, sécurité Nature du solvant eau, autres solvants organiques Propriétés du produit final humidité résiduelle, granulométrie, masse volumique, forme... Écoulement relatif fluide caloporteur/produit co-courant, contre-courant, courants croisés, mixte Propriétés du produit humide humidité initiale, isotherme de désorption, chaleur isostérique de sorption Chaque technique de séchage d’un produit comporte des points positifs et des effets négatifs, parmi les avantages et les impacts du séchage par entrainement on peut citer les suivants : Avantages du séchage par entrainement A pression ordinaire, les températures des produits peuvent rester basses (produits thermosensibles). Le mode d'apport de la chaleur par l'air chaud est simple à réaliser. Alléger le produit pour réduire les coûts de transports ou de mise en conserve. Les allures de transferts obtenues par des valeurs élevées de (T-Ts) peuvent être rapides, ce qui conduit à des séchoirs compacts (donc moins coûteux) et des temps de séjour courts (ce qui limite les dégradations des produits). L'air peut servir de moyen de transport du produit. Inconvénients du séchage par entrainement  Modifie le produit dans sa forme, sa texture, son goût et ses qualités.  Coûteux, notamment en énergie. Définition du séchage : Le séchage est un procédé qui sépare un liquide d'un solide, d'un semi-solide, voire d'un liquide par évaporation. Cette opération est endothermique et nécessite donc l'apport d'énergie. Le séchage consiste en l’élimination de l’eau liée, c’est-à-dire celle qui ne peut pas être éliminée par un procédé mécanique. Le séchage s’effectue donc par évaporation, nécessitant la création d’un gradient de température entre la surface extérieure des grains ou flocs constituant la boue et le cœur de ceux-ci. Lors de ce processus, la vapeur d’eau formée à cœur diffuse vers la couche superficielle, dite couche limite. L’énergie à mettre en œuvre est la somme de la chaleur latente et de l’énergie de liaison de cette eau (faible devant la première) Séchage à l' air chaud : Le séchage à l'air chaud est la méthode de séchage la plus courante à l'heure actuelle. Elle est simple et efficace pour les produits industriels et alimentaires solides et constitue une solution peu coûteuse. Toutefois, ce processus peut déshydrater complètement la surface du produit, ce qui entraîne des fissures ou un résultat hétérogène. Il peut également s'agir d'un processus lent, en fonction du produit et de la température de séchage admissible. Séchage au soleil : le séchage par exposition au soleil est la solution la plus ancienne et la plus économique. Elle est bien adaptée au séchage des fruits et légumes traditionnels dans les régions reculées, comme les abricots et les tomates, bien qu'elle ne préserve pas toutes les propriétés et les vitamines du produit. Mais cette méthode nécessite beaucoup d'espace et de temps, et offre peu de contrôle du processus. Séchage par ébullition : La technique consiste à porter la température du solide à sécher jusqu’à la température d’ébullition. Pour entraîner les vapeurs hors du sécheur, on peut soit utiliser un gaz vecteur balayant en continu l’enceinte du sécheur, soit travailler sous vide et donc en plus abaisser la température d’ébullition L’ébullition est la plus difficile à observer dans les solides ou les corps pâteux que dans les liquides o L’efficacité de ce procédé est fortement liée à l’allure de l’apport de chaleur latente d’évaporation Par génération interne de chaleur Par exposition du produit a un rayonnement infrarouge, micro- ondes ou par un chauffage diélectrique Par conduction A partir d’une surface chauffée en contact avec le produit Par convection A partir de vapeur d’eau surchauffée ou d’un liquide chauffant Séchage par entraînement : Ce mode de séchage est très répandu, le gaz de séchage (communément de l’air, ce peut être aussi de l’azote ou de la vapeur d’eau surchauffée) assurant simultanément les transferts de chaleur et de matière. L’eau d’humidité n’entre pas nécessairement en ébullition mais se vaporise à la surface du solide, la pression partielle de l’eau dans le gaz de séchage étant inférieure à la pression de vapeur saturante de l’eau d’humidité à la température du solide humide pendant le séchage. Séchage par entrainement Lorsqu’un corps humide est placé dans un courant d’air (ou dans un autre gaz) suffisamment chaud et sec, il s’établi spontanément entre ce produit et l’air un écart de température et de pression partielle en liquide tels que : Un transfert de chaleur s’effectue de l’air vers le produit sous l’effet du gradient de température Un transfert de masse dans le sens inverse sous l’effet de l’écart de la concentration en eau dans l’air Séchage à l'infrarouge Le séchage par infrarouge permet d'évaporer l'eau ou le solvant à haute température. Il peut également être couplé à l'air chaud et est utilisé lorsque l'effet de séchage doit être concentré sur la surface du produit traité pour obtenir également un effet de torréfaction. Cette solution est loin d'être idéale pour les produits qui ne doivent pas être exposés à des températures élevées. Modes de séchages : Séchage chimique : procédé basé sur l’utilisation de produits déshydratants (chlorure de Ca) pour extraire le liquide Séchage mécanique : élimination du liquide par des forces purement mécaniques Séchage thermique : transfert de masse nécessitant au préalable une activation du liquide par une certaine qnt d’énergie apportée par transfert de chaleur uploads/Industriel/ sechage.pdf