SECHAGE

Introduction et méthode de séchage objet du séchage méthode de séchage conduction convection rayonnement types d ’équipements système de séchage sous vide Séchoirs cylindre utilisant différentes méthode d ’alimentation

Convection : séchage de produits solide

Convection : séchage de produit liquide par atomisation

Séchage discontinu

Séchage des céréales

Atomisation du lait

Séchage en tunnel

Rappels : tension de vapeur et humidité de l ’air (ou pression de vapeur saturante) T P V a p e u r L i q d S o l A B 1 atm 100° C P vap sat 40° C

humidité :  Humidité relative supérieure ou égale à 100% utilisation du diagramme de l ’air humide humidité absolue humidité relative température humide  Humidité relative supérieure ou égale à 100%

Th = 38.75°C na = 0.0085 Température humide Th = 15°C

Degré d ’humidité des solides humidité d ’équilibre 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 humidité relative HR n* pomme thé graines HR = 100% => n*100 = 0.26 kg d ’eau/kg MS ninitial = 0.3 et HR = 0.5 => séchage : eau superficielle jusqu ’à 0.26 eau libre jusqu ’à x*50 = 0.075 ninitial = 0.2 (pomme) => Hrmini = 0.62 sinon : réhydratation Si n*0  0 => eau liée : impossible de l’enlever par séchage convectif

Activité de l ’eau y1 P = x1 P10 (pour des mélanges idéaux) définition Avec Pw : pression partielle de la vapeur en équilibre entre le produit considéré et l ’air ambiant Pw0 : tension de vapeur de l ’eau pure à la même température (ou Ps) relation entre activité et fraction molaire si absence d ’interaction : a = x en présence d ’interaction a  x relation entre gaz et liquide : loi de RAOULT y1 P = x1 P10 (pour des mélanges idéaux) y1 P = a1 P10 = P1

Vitesse de séchage établissement des courbes de séchage ( s ) n A B C D v i e d é c h a g E Taux d ’humidité du produit en fonction du temps Vitesse de séchage établissement des courbes de séchage phases de séchage AB : mise en température BC : séchage à vitesse constante C : point critique CDE : phase à vitesse décroissante

Zone de séchage à vitesse constante pas de résistance aux transferts Avec M : Masse de produit à sécher A : surface d ’échange d ’humidité Ps : pression de vapeur d ’eau à la surface du solide (en équilibre) Pw : pression partielle de la vapeur d ’eau dans l ’air kG : coeffivient de transfert Zone de séchage à vitesse décroissante limitation par les phénomènes de diffusion loi de Fick : J = - D grad C J : flux de matière C : concentration d ’eau au sein du produit D : coefficient de diffusion de l ’eau dans le produit

Exemples de coefficients de diffusion de l ’eau dans les produits alimentaires Cas particulier d ’une sphère dp : diamètre de la particule ns : taux d ’humidité du produit au temps t ns,0 : “ à l ’instant initial ns,e : “ à l ’équilibre

Séchage à vitesse constante par convection seule = na,0 < ns,1 bilan matière sur le séchoir conservation matière sèche du produit conservation air sec

Exemple d ’utilisation du diagramme de l ’air humide Un séchoir à contre courant doit traiter 1000 kg/h de produit dont l’humidité est la suivante : ns1 = 3 (soit 75% de la masse totale) On cherche à ramener cette teneur en eau à ns2 = 0.25 (soit 20% de la masse totale. Pour cela, l'air utilisé est un air d'humidité relative HR = 0.8, chauffé de 15°C à 90°C par une résistance électrique. L'humidité relative de l'air en sortie de séchoir est à nouveau de 80 %. - Déterminer le débit d'eau évaporée et le débit de produit en sortie. - Tracer les points correspondants à l'air utilisé sur le diagramme de l'air humide, et en déduire la température de l'air sortant en supposant le séchage adiabatique. - Calculer le débit d'air nécessaire, ainsi que la consommation énergétique nécessaire à ce séchage.

Application numérique Calcul avec n Calcul avec les pourcentages (x1 = 25 % , x2 = 80 %)

adiabatique H = 165 T1 = 90°C na2 = 0.031 T0 = 15°C HR = 0.8 H = 35 kJ/kg air sec H = 115 na0 = 0.008

Calcul du débit d’air Puissance nécessaire au chauffage de l’air

Consommation énergétique en fonction de la température de séchage

Utilisation de l ’isotherme de sorption 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 humidité relative HR x* pomme thé graines na,2 (fin)= 0.037 na,2 (début) = 0.049 HR (équilibre en début de séchage) = 92% HR (équilibre en fin de séchage) = 20 % Graines initiales : ns,1 = 0.2 Graines séchées : ns,2 = 0.04 na,0 = 0.01 Air de séchage : HR = 70% à 20°, chauffé à 140°C  calcul sur na et pas sur HR

Moyenne logarithmique entre l ’état initial et l ’état final

Cas particulier d ’un séchage par fluidisation vitesse minimale de fluidisation : avec : rs : masse volumique du solide r : masse volumique de l'air à T g : gravité m : viscosité de l'air d : diamètre des particules e : taux de vide du lit fluidisé vitesse d ’entraînement Cd = coefficient d ’entraînement = 0.44 si 500 < Re < 200 000

Bilan d ’un sécheur par conduction mêmes lois de bilans thermique que pour l ’évapo-concentration utilisé pour des produits pâteux séchage à l ’air libre, possibilité de couplage conduction et convection Arrivée de produit à sécher à T Élévation de T jusqu ’à Teb cp (Teb - T) Évaporation L Surchauffe du produit jusqu ’à la température de surface cp ’ (Ts - Teb) Raclage produit sec Sens de rotation du cylindre