Séchage en lit fluidisé

Les équipements à lit fluidisé sont utilisés pour diverses opérations:

• granulation
• imprégnation
• réactions (entre autres la production de polyoléfines)
• combustion
• séchage
• ...

Ils ont en commun de mettre en mouvement (fluidisation) un lit de particules en le faisant traverser par un flux gazeux;
L'état de fluidisation permet:

• une homogénéïsation du lit de particules
• un transfert thermique et de matière optimisé
• un écoulement des particules solides aussi facile qu'un liquide

La fluidisation des solides

Un lit de particules solides devient fluide lorsque la force exercée par un flux gazeux ascendant devient égale à la force de gravité (leur poids). La force exercée par le gaz est due aux frottements provoqués par l'écoulement à travers le lit de particules; ceux ci dépendent de la géométrie des grains.
La résistance à l'écoulement du gaz est mesurée par la différence de pression du gaz entre l'entrée et la sortie du lit de particules; c'est la perte de charge du lit. Son évolution est étroitement liée à la hauteur apparente du lit de particules. On observe que:

• pour les vitesses de gaz faibles, la perte de charge croît avec la vitesse et la hauteur du lit est constante; le gaz traverse un lit fixe.
• à partir d'une certaine vitesse du gaz, la perte de charge reste constante tandis que la hauteur du lit augmente; c'est la vitesse minimum de fluidisation; le lit de particules s'expanse; chaque particule est entourée d'une masse gazeuse importante; les échanges entre le gaz et le solide sont optimum.
• au delà de la vitesse minimum de fluidisation, le gaz peut traverser le lit en formant de grosses bulles; le lit est bouillonnant; il cesse de s'expanser, et le gaz formant des bulles traverse le lit en participant peu aux échanges avec le solide; cette situation est à éviter.
• pour des vitesses de gaz encore plus élevées, les particules sont entrainées par le gaz

Description des lits fluidisés

Les lit fluidisés sont principalement constitués de:

• un caisson distribuant le flux gazeux
• une paroi horizontale poreuse laissant passer le flux gazeux mais retenant le solide
• une hotte canalisant le flux gazeux s'échappant du lit de particules solides
• un barrage de sortie permettant d'ajuster la hauteur du lit et laissant s'écouler l'excès de solides par surverse

Ils peuvent également être équipés:

• d'échangeurs de chaleur externes (sur l'amenée de gaz) ou internes (dans le lit fluide lui-même)
• de cyclones et filtres pour recueillir les fines particules entrainées
• de vibrateurs

La sole de fluidisation

C'est un élément important de l'équipement, qui doit:

• distribuer uniformément le gaz
• empêcher le solide de tomber dans le caisson d'amenée du gaz
• ne pas s'encrasser pour maintenir la distribution du gaz
• résister mécaniquement à la température, la corrosion, l'abrasion ou la vibration (pour les lits vibrés)

A noter qu'un minimum de perte de charge sur la sole de fluidisation est requis pour assurer une distribution uniforme du gaz.

Limites d'emploi des sécheurs à lit fluidisé

• Le débit de gaz et la perte de charge importante pour maintenir un bon état de fluidisation, conduisent à une consommation énergétique importante sur les ventilateurs.
• Acceptent difficilement des solides très humides qui rendent plus difficile la fluidisation
• Le traitement du gaz issu du sécheur sera plus difficile si des liquides organiques volatils sont présents dans le solide à sécher 
• Peuvent conduire à une séchage non uniforme en fonctionnement continu
• Peuvent former de fines particules par attrition
• Peuvent agglomérer de fines particules entre elles
• Les fines particules pourront être entrainées par le gaz de séchage
• Les solides inflammables pourront former des nuages explosifs