Agglomération de particules par voie humide en lit fluidisé

Wet agglomeration of particles in a fluidized bed

• Auteur / Autrice : Maria Teresa Jimenez-Munguia
• Direction : Elisabeth Dumoulin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Paris, AgroParisTech

Mots clés

Mots clés contrôlés

Agglomération

Particules (matière)

Fluidisation

Résumé

L'agglomération de particules solides modifie leurs propriétés physiques (taille, forme, densité, porosité) et celles de la poudre constituée d'agglomérats (coulabilité, instantanéité), importantes pour les produits alimentaires. La pulvérisation de liquide (solvant, solution de liant) à la surface des particules fluidisées (air chaud) permet la création de ponts liquides, consolidés par séchage par l'air chaud. Dans cette étude, le jet de gouttes pulvérisées est caractérisé (angle et forme ; taille des gouttes) pour différentes conditions de pulvérisation. La région de mouillage " basse température " où l'agglomération se produit, est identifiée par la mesure des températures d'air dans un lit fluidisé de billes de verre pulvérisées par de l'eau. La taille et la forme de cette région dépendent des conditions opératoires (température d'entrée d'air, charge en particules, débit liquide pulvérisé, pression de pulvérisation). Des essais d'agglomération ont été réalisés avec des billes de verre non solubles (sphériques, environ 160 micromètres) en pulvérisant des solutions de gomme d'acacia (20-30% w/w) ; puis des particules de maltodextrine solubles (environ 180 micromètres) en pulvérisant de l'eau ou des solutions de maltodextrine/ou de gomme (20% w/w). Une agglomération contrôlée est obtenue pour un volume de la zone de mouillage compris entre 18 et 30 % du lit fluidisé. Les particules non solubles nécessitent une pré-couche alors que les particules solubles s'agglomérent dès le mouillage. Dans les deux cas, la taille atteint un maximum, plus élevé pour des particules solubles ou pou un débit de liquide élevé. L'analyse des propriétés des poudres agglomérées montre une résistance mécanique et une taille plus faibles pour les agglomérats formé à partir des gouttes pulvérisées les plus petites. Les agglomérats les plus gros sont irréguliers, plus résistants. A partir de bilans de population, un modèle décrivant la croissance de taille dans la zone de mouillage est proposé et validé.

Particles agglomeration allows to modify their initial physical properties (size, shape, density, porosity) and to improve powder end-use properties like flowability, mechanical resistance and dispersibility, very important for pharmaceutics and food products. Fluidized bed agglomeration is obtained by spraying a liquid (solvent, binder solution) on fluidized particles to allow liquid bridges formation when wet particles collide. These bridges consolidate due to drying by the hot fluidizing air. In this study, the sprayed liquid jet was characterized (shape, angle, liquid drop size and size distribution) for different spraying conditions and a wetting region, of low temperature, was identified in the bed performing air temperature measurements in a fluidized bed of glass beads top spraying water. The size and shape of this region, where the sprayed liquid wets the fluidized particles and where agglomeration predominantly occurs, were found to depend on operating conditions (inlet air temperature, particle load, liquid feed rate, spraying pressure). Agglomeration trials performed with spherical, non-soluble glass beads (~160 Lm) spraying acacia gum solutions (20–30% w/w) and with irregular, soluble maltodextrin particles (~180 Lm) spraying water or maltodextrin and acacia gum solutions (20% w/w) demonstrated that controlled agglomeration was achieved for a wetting zone occupying between 18 and 30% of the fluidized bed. Non-soluble particles required a preliminary coating period before starting to agglomerate whilst soluble particles became sticky and agglomerated as soon as their surface was wetted by the sprayed liquid. For both types of particles, the growing period was stopped when a maximal size of agglomerates was reached. It was higher for soluble particles and increased when increasing the sprayed liquid flow rate. Analysis of powder properties demonstrate that small drops of the sprayed liquid lead to small and weak agglomerates. Bigger agglomerates had a more irregular shape but a better mechanical resistance. A model using population balance equations to describe the particle size increase and the evolution of the size distribution during agglomeration in the wetting zone, was proposed and validated.