Cours OpUII-séchage

Cours : Opérations Unitaires II
Niveau : 1ère année Master
Spécialité : Génie des Procédés
Option : Génie Chimique
Professeur : Salah DOUNIT
Table des matières
II Le séchage. ...................................................................................................................................... 2
II.1 Introduction. ............................................................................................................................ 2
II.2 Modes de séchage et appareillage. ......................................................................................... 2
II.2.1 Séchage par convection (séchage direct). ....................................................................... 2
II.2.2 Séchage par conduction (séchage indirect ou séchage par contact). ............................. 9
II.2.3 Séchage par rayonnement. ........................................................................................... 10
II.2.4 Séchage par pertes diélectriques. ................................................................................. 11
II.3 Etude cinétique du séchage. ................................................................................................. 12
II.3.1 Vitesse de séchage. ....................................................................................................... 12
II.3.2 Types de solides. ............................................................................................................ 12
II.3.3 Vitesses de séchage : périodes de vitesse constante et vitesse décroissante. ............. 13
II.3.4 Durée de séchage. ......................................................................................................... 18
II.4 Transfert thermique dans les séchoirs. ................................................................................. 19
II.4.1 Détermination du coefficient de transfert de chaleur. ................................................. 19
II.4.2 Bilan thermique dans les séchoirs. ................................................................................ 21

II Le séchage.
II.1 Introduction.
Le séchage des produits solides ou liquides est une opération ayant pour
but l’élimination des liquides volatils qu’il contient afin d’obtenir en fin de
traitement un solide d’humidité résiduelle donnée. Le séchage met en jeu des
transferts combinés de matière et de chaleur à qui s’ajoutent, dans le cas des
traitements continus de matière, des écoulements de fluides et de solides. Ceci
montre que cette opération unitaire implique en général une combinaison plus
ou moins complexe de transferts de matière, de chaleur et de quantité de
mouvement en présence de milieux dispersés. Dans la seule industrie chimique,
plus de 60 % des produits sont vendus par les grandes sociétés sous forme de
solides. On peut imaginer qu’une grande partie de ces produits a subit au cours
de son élaboration un séchage. Le séchage est le premier mode de transfert de
matière dans les industries de procédés. Il apparait dans 70 % des cas, bien plus
souvent que la distillation ou l’extraction. Le séchage est l’une des dernières
étapes de la chaine de fabrication des produits solides obtenus par cristallisation
ou précipitation. Il précède le conditionnement et le stockage car cela permet
d’éviter la dégradation physique ou biologique du produit. Dans la pratique
industrielle, il est souvent fait appel au séchage thermique car est
économiquement plus rentable que le séchage mécanique.
II.2 Modes de séchage et appareillages.
Selon le mode de chauffage de la matière à sécher, il existe dans la pratique
quatre types de séchage.
II.2.1 Séchage par convection (séchage direct).
C’est le mode de séchage le plus utilisé dans l’industrie chimique.
L’échange thermique est réalisé grâce à un contact direct entre le solide humide
et l’agent de séchage (généralement l’air). Ce dernier joue également le rôle de

gaz vecteur qui évacue l’humidité générée à partir de la phase solide. Ce type de
séchoirs, dits à balayage, peut fonctionner en continu ou en discontinu. Le mode
de mise en contact entre les phases est essentiel du point de vue de l’efficacité
de l’opération. A cet effet, on distinguer quatre façons de procéder qui a donné
naissance à quatre types d’appareillages.
II.2.1.1 Séchage par léchage simple.
On distingue les séchoirs à plateaux et les séchoirs tunnels.
Dans les séchoirs à plateaux, la matière à sécher est disposée sur des
claies en couches minces aussi régulières que possible. Les claies sont-elles
mêmes déposées dans un caisson de forme parallélépipédique isolé
thermiquement de l’extérieur. L’air de séchage est d’abord chauffé ensuite
envoyé parallèlement à la surface du solide de sorte qu’il lèche cette surface
libre. Ce procédé est bien adapté pour les solides granuleux notamment les
produits pharmaceutiques car il est relativement coûteux à cause du temps de
séchage élevé (les capacités d’évaporation reportées sont de l’ordre de 0,1 à 1 kg
d’eau évaporée/m².h avec de l’air aux températures entre 300 et 360 K). La
Figure 1 montre ce type de procédé. Typiquement : les surfaces des claies sont
de l’ordre de 0,3 à 1 m², épaisseur du solide entre 10 et 100 mm selon le type de
particules, vitesse de l’air de séchage entre 1 et 10 m/s avec un taux de recyclage
de 85 à 95 % afin de récupérer la chaleur.
Dans les séchoirs tunnels, une série de plateaux ou même chariots est
entrainé tout doucement à travers un long tunnel chauffé ou non de l’extérieur.
Le séchage se fait grâce à un courant d’air chaud qui traverse le séchoir. Ils sont
souvent employés pour sécher des produits tels que les paraffines, la poterie, le
savon et autres. Les tunnels peuvent avoir des longueurs très importantes,
jusqu’à une trentaine de mètres. La Figure 2 montre ce type de séchoir avec un
écoulement d’air à co-courant ou à contre-courant.

Figure 1 : Séchoir à plateaux.
Figure 2 : Séchoir de type tunnel
II.2.1.2 Séchage par combinaison de léchage et de brassage.
Pour le séchage des solides à forts débits (1 tonne/h ou plus), un séchoir rotatif
est plus adapté. Il s’agit d’un long tube en acier monté sur des roues motrices
grâce à système de pignons et animé d’un long mouvement de rotation (de
l’ordre de 0,05 Hz ou 3 tr/min). Le tube de longueur entre 5 et 9 m et de
diamètre entre 0,75 et 3,5 m est légèrement incliné de sorte à faire avancer le
solide au cours de la rotation. A l’intérieur du tambour, des chicanes de diverses

formes peuvent être placées afin de créer le brassage du solide granulaire. Un
système de ventilation permet d’envoyer l’air chauffé dans le tambour comme le
montre la Figure 3. Typiquement : La densité de flux d’air utilisé varie entre
2000 et 25000 kg/m².h (cela dépend bien sûr du type de solide traité et de ses
caractéristiques) et la température de l’air à l’entrée entre 550 et 800 °C. La
figure 3 indique un schéma de ce séchoir et la Figure 4 différents types de
chicanes.
Figure 3 : Séchoir rotatif
Figure 4 : Types de chicanes utilisées dans les séchoirs rotatifs et principe d’action.