Un séchoir à lit fluidisé (FBD) fonctionne en injectant de l'air chaud à travers un lit de granulés humides jusqu'à ce que les particules se soulèvent et flottent dans le flux d'air. Le principe est simple. Mais cela nécessite bien plus d'équipements qu'on ne le pense.

Voici le nom de toutes les pièces principales d'un séchoir à lit fluidisé que vous devez connaître, leur fonction respective et les problèmes qui peuvent survenir.

1. Unité de traitement d'air (UTA)

L'unité de traitement d'air (AHU) est installée à l'extérieur du corps principal du sèche-linge. Elle aspire l'air de la pièce, le purifie à l'aide de filtres, le fait passer par un réchauffeur, puis l'injecte dans le sèche-linge. Certains modèles éliminent également l'humidité de l'air avant son introduction dans l'appareil.

Le premier étage est constitué d'un préfiltre, généralement de classe G4. Il retient les grosses particules de poussière et les débris présents dans l'air de l'usine. Le deuxième étage est constitué d'un filtre plus fin, de classe F7 ou HEPA selon l'application. Les machines pharmaceutiques utilisent presque toujours des filtres HEPA. Des filtres encrassés réduisent le débit d'air et le temps de séchage des lots s'en trouve considérablement allongé.

Vient ensuite la section de chauffage. Les machines de production de grande taille fonctionnent avec des serpentins à vapeur. Les appareils de laboratoire utilisent des résistances électriques. Les serpentins à vapeur peuvent présenter des fuites, et lorsque c'est le cas, on injecte de la vapeur humide dans l'air qui est censé être sec. Une situation délicate.

Certaines unités de traitement d'air (UTA) sont également équipées d'un module de déshumidification destiné aux produits sensibles à l'humidité. La saison de la mousson sans déshumidification ? N'y pensez même pas. L'air entrant est déjà saturé d'humidité et le séchage prend deux fois plus de temps.

Les manomètres de pression différentielle installés en amont des filtres vous indiquent quand ceux-ci commencent à s'encrasser. Si vous les ignorez trop longtemps, les lots commencent à s'écouler plus lentement. On a tendance à rejeter la faute sur le produit ou la recette avant même de penser à vérifier le manomètre d'un filtre.

Les registres situés à l'intérieur de l'unité de traitement d'air (UTA) régulent le rapport entre l'air neuf et l'air recyclé. Ces actionneurs peuvent se gripper s'ils restent trop longtemps dans la même position ou s'ils sont corrodés. Un registre bloqué signifie soit que vous aspirez de l'air humide provenant de l'usine, ce que vous ne souhaitez pas, soit que vous recyclez de l'air déjà chargé d'humidité provenant du cycle précédent.

2. Conduit d'admission d'air et vanne papillon

Des conduits en acier inoxydable relient l'unité de traitement d'air (AHU) à la base du séchoir. Une vanne papillon située dans le conduit régule le débit d'air ; c'est également elle qui coupe complètement l'alimentation en air entre deux lots.

Un actionneur pneumatique ou électrique monté sur la vanne permet de l'ouvrir et de la fermer en fonction des signaux émis par l'automate programmable. Les joints de l'actionneur s'usent. La vanne ne se ferme plus complètement. De l'air s'infiltre pendant le chargement et projette le produit dans toute la pièce.

Les joints des conduits peuvent présenter des fuites au niveau des joints d'étanchéité. Ce n'est pas toujours évident à détecter. Même un petit interstice suffit à faire pénétrer de l'air non filtré provenant de l'usine dans le système. Dans le secteur pharmaceutique, cela pose un problème de contamination que personne ne souhaite avoir à expliquer lors d'un audit.

L'isolation des conduits s'abîme sous l'effet des variations de température et des chocs. Les conduits nus et chauds présentent un risque de brûlure et entraînent un gaspillage d'énergie. Réparez les sections endommagées avant que quelqu'un ne se blesse.

3. Chambre de répartition d'air d'admission

Le plénum est situé à la base du séchoir. L'air chauffé s'y accumule avant de remonter par la plaque de distribution. Son rôle est de répartir cet air de manière homogène. Si un côté reçoit plus d'air que l'autre, la moitié du lit sèche tandis que l'autre moitié reste humide.

Les zones mortes dues à des bosses ou à des dépôts à l'intérieur de la chambre de distribution perturbent la répartition de l'air. Certaines zones du lit sont soumises à un jet puissant, tandis que d'autres ne sont pratiquement pas fluidisées. Il en résulte des LOD inégaux qui ne répondent pas aux spécifications.

La conception du plénum varie selon les fabricants. Certains sont coniques, d'autres plats. Sur les anciens modèles, le plénum n'est pas amovible ; son nettoyage nécessite donc de passer la main par les orifices d'accès. Une opération peu pratique et facile à mal réaliser. Les modèles plus récents sont équipés d'un plénum amovible, ce qui facilite le respect des normes de nettoyage.

4. Plaque de répartition d'air

Il s'agit de la plaque perforée située entre la chambre de distribution et le récipient contenant le produit. L'air chaud s'engouffre par les trous et met les granulés en suspension.

La taille et la disposition des alvéoles ont leur importance. Si elles sont trop grandes, le produit passe à travers. Si elles sont trop petites, la résistance à l'écoulement d'air augmente, ce qui réduit la fluidisation. Les plaques sont dimensionnées en fonction du produit à sécher.

Les plaques en treillis métallique, les plaques perforées en acier inoxydable et les plaques directionnelles constituent les trois types les plus courants. Le treillis métallique offre la plus grande surface ouverte, mais s'use plus rapidement. L'acier inoxydable perforé résiste plus longtemps. Les plaques directionnelles propulsent l'air en biais afin de créer un mouvement tourbillonnant dans le lit.

Veillez à ce que la plaque reste propre. Des orifices obstrués entraînent une réduction du débit d'air à cet endroit et une répartition inégale de l'humidité dans le lot. Certaines entreprises utilisent des plaques différentes selon les produits. Étiquetez-les et rangez-les avec soin, car une plaque tordue ne repose pas à plat et crée des poches d'air sur les bords.

5. Récipient du produit (bol)

Le bol est l'endroit où sont placés les granulés humides. Il ressemble à un cône tronqué : plus large en haut, plus étroit en bas. Cette forme conique permet au lit de se dilater vers le haut lorsque le flux d'air se met en marche.

Chaque cuve est montée sur un chariot à roulettes, ce qui permet de l'amener depuis la salle de granulation, de la verrouiller sur le socle du séchoir, puis de la retirer une fois le cycle terminé.

Les roues, les roulettes et le mécanisme de blocage s'usent tous à force d'être utilisés quotidiennement. Un chariot bancal rend la mise en place du bol plus difficile qu'elle ne devrait l'être.

Un joint gonflable en silicone s'enroule autour du rebord de la cuve. Lorsqu'il se gonfle, il appuie contre la base du sèche-linge et assure une étanchéité parfaite. Ce joint est soumis à rude épreuve : il est comprimé des milliers de fois, accumule des résidus de produits et finit par se fissurer ou par ne plus pouvoir se gonfler complètement.

Dès que ce joint présente une fuite, le produit s'échappe de la zone de séchage ou de l'air extérieur s'infiltre. Dans les deux cas, le lot est compromis.

La plupart des installations utilisent plusieurs cuves. L'une sèche pendant que l'autre est remplie. Les cuves cabossées ou déformées à la suite d'une manipulation brutale ne s'emboîteront pas correctement. Le joint ne peut pas assurer l'étanchéité sur un rebord qui n'est plus rond. Vérifiez régulièrement l'état des cuves.

6. Chambre d'expansion

Au-dessus du réservoir de produit se trouve la chambre d'expansion, également appelée « chambre de ralentissement » sur certaines machines. Elle ralentit la vitesse de l'air afin que les particules fines ne soient pas entraînées vers les filtres.

Sans cela, les granulés les plus légers s'envoleraient directement dans les sacs filtrants et seraient perdus pour le lot. La chambre d'expansion offre à l'air davantage d'espace pour se disperser, ce qui réduit la vitesse et permet à ces fines particules de retomber dans le lit.

Se raccorde à la cuve située en dessous et au boîtier du filtre situé au-dessus à l'aide de joints gonflables à chaque jonction. Problèmes d'usure des joints identiques à ceux du joint de la cuve.

Sur certaines machines, la chambre d'expansion est équipée d'un hublot permettant aux opérateurs de surveiller le lit pendant le séchage. Les vitres s'embuent à cause du film de produit et doivent être nettoyées entre chaque lot.

7. Sacs filtrants

Les sacs filtrants sont placés dans la partie supérieure du séchoir et retiennent les particules fines que la chambre d'expansion n'a pas réussi à faire retomber. Sans eux, les pertes de produit augmentent et l'air d'échappement disperse de la poudre dans l'usine.

Les filtres à doigts constituent le modèle traditionnel. Il s'agit de longs doigts en tissu suspendus à un cadre. L'air traverse le tissu, les particules fines se déposent sur la surface extérieure, puis un système de secouage mécanique les déloge périodiquement afin qu'elles retombent dans le lit de filtration.

Les filtres à cartouche constituent une alternative plus récente. Ils sont plus faciles à nettoyer, offrent une meilleure étanchéité et ne nécessitent pas de secouage mécanique. Leur nettoyage s'effectue à l'aide d'impulsions d'air comprimé. Leur coût d'acquisition est plus élevé, mais ils nécessitent moins d'entretien.

Le tissu filtrant s'use sous l'effet du flux d'air constant et des secousses. Des trous apparaissent. Les plus petits sont difficiles à repérer à l'œil nu, mais se traduisent par des pertes de produit ou la présence de fines particules dans les gaz d'échappement. Effectuez un test de maintien de pression entre deux campagnes afin de vérifier l'intégrité du filtre.

Lorsque les filtres s'encrassent et que personne ne s'en aperçoit, la pression augmente à l'intérieur de la chambre. Cela représente un risque pour la sécurité. La pression différentielle au niveau des filtres doit être surveillée à chaque cycle.

Les mécanismes de secouage des systèmes de filtres à poches sont équipés de pièces d'usure spécifiques. Les arbres à cames, les roulements et les bielles qui assurent le mouvement de secouage subissent tous une usure par fatigue due aux cycles répétés. Lorsque le secouage s'affaiblit, les fines s'accumulent sur les poches et obstruent le flux d'air.

8. Ventilateur d'échappement

Le ventilateur d'extraction est situé tout en haut et assure toute l'aspiration. Tout l'air qui circule dans le sèche-linge est mis en mouvement par ce ventilateur. Si on arrête le ventilateur, la machine n'est plus qu'une boîte chaude contenant de la lessive humide.

La vitesse du ventilateur détermine la vitesse à laquelle l'air circule à travers le lit. Si elle est trop faible, le lit ne se fluidifie pas. Si elle est trop élevée, le produit est projeté dans les filtres. Le variateur de fréquence (VFD) installé sur le moteur permet aux opérateurs de régler la vitesse adaptée à chaque produit.

Les roulements du ventilateur s'usent et commencent à vibrer. Les enroulements du moteur peuvent griller si les filtres s'encrassent et qu'une contre-pression s'accumule. Les pales du ventilateur accumulent un film de produit qui perturbe leur équilibre.

Il convient également de prêter attention aux conduits d'évacuation situés entre le ventilateur et l'extérieur du bâtiment. L'accumulation de résidus à l'intérieur du conduit d'évacuation entrave la circulation de l'air, tout comme un filtre bouché. Retirez les couvercles des conduits et inspectez-les au moins une fois par an.

9. Système de pulvérisation (pour la granulation par pulvérisation par le haut)

Tous les séchoirs à lit fluidisé ne sont pas équipés de ce dispositif. Les modèles utilisés pour la granulation ou l'enrobage sont dotés d'un système de pulvérisation installé à l'intérieur de la chambre d'expansion.

Le dispositif se compose d'une pompe péristaltique (parfois d'une pompe à engrenages), d'un tuyau et d'une buse de pulvérisation. La solution de liant est acheminée depuis un réservoir de stockage à travers le tuyau jusqu'à l'embout de la buse. L'air comprimé au niveau de la buse fragmente le liquide en minuscules gouttelettes qui viennent frapper le lit fluidisé.

La taille des gouttelettes est déterminante pour la granulation. Si elles sont trop grosses, on obtient des agglomérats humides. Si elles sont trop fines, le liant sèche avant d'avoir pu lier quoi que ce soit.

Les embouts des buses s'usent sous l'effet des solutions de liant abrasives. Une buse usée pulvérise de manière irrégulière, ce qui donne lieu à la formation de grumeaux au lieu d'agglomérats homogènes. Les tuyaux de la pompe s'usent sous l'effet de la compression constante exercée par les pompes péristaltiques. Lorsqu'ils s'amincissent, le débit diminue.

Les capuchons d'aération situés sur la buse permettent de régler le jet. Des capuchons d'aération endommagés ou bouchés entraînent un jet asymétrique qui mouille davantage un côté du lit que l'autre. Nettoyez l'ensemble de la buse entre chaque lot. Cette étape est souvent négligée.

10. Panneau de commande et capteurs

C'est l'automate programmable (PLC) qui gère l'ensemble du processus. Température de l'air d'admission, température des gaz d'échappement, température du produit, vitesse du ventilateur, intervalle de secouage du filtre, débit de pulvérisation : tous ces paramètres sont contrôlés et enregistrés depuis le panneau de commande.

Des capteurs de température (RTD ou thermocouples) sont installés dans le conduit d'admission, le conduit d'échappement et parfois dans le lit de produit. Des capteurs défectueux fournissent des données erronées, et l'automate programmable (PLC) prend ses décisions en se basant sur ces données. Si le capteur de température d'admission affiche une valeur trop basse, le chauffage monte en puissance et le produit surchauffe.

Des capteurs de pression et des transmetteurs de pression différentielle surveillent le débit d'air à travers les filtres, le lit de produit et la chambre de distribution. Lorsque ces dispositifs présentent des écarts ou tombent en panne, les opérateurs perdent toute visibilité sur ce qui se passe à l'intérieur.

Les écrans tactiles des interfaces homme-machine (IHM) sont soumis à des sollicitations quotidiennes. Poussière provenant des produits, produits chimiques de nettoyage, opérateurs appuyant trop fort… Les anciens modèles sont équipés de claviers à membrane qui finissent par se fissurer et ne plus répondre. Dans l’industrie pharmaceutique, tous les capteurs font l’objet d’une validation et leur étalonnage suit un calendrier strict. Ne pas respecter ce calendrier entraîne une dérive qui se répercute sur l’ensemble du dossier de lot.

11. Systèmes de décharge en cas d'explosion et de sécurité

Les solvants organiques et les poudres fines dans un environnement à air chaud présentent un risque d'explosion. Les séchoirs à lit fluidisé traitant ces matières doivent être équipés de panneaux de décompression et, parfois, de systèmes d'extinction.

Les disques de rupture ou panneaux anti-explosion se brisent à une pression prédéfinie afin de libérer la pression en toute sécurité. Ils sont conçus pour céder avant le récipient. Une fois brisés, ils doivent être remplacés. Il est essentiel de disposer de pièces de rechange sur place, car il est impossible de faire fonctionner le séchoir sans en avoir une.

L'inertage à l'azote permet de réduire la concentration d'oxygène à l'intérieur du séchoir en dessous du seuil d'explosivité. Les régulateurs d'alimentation en gaz, les débitmètres et les capteurs d'oxygène font tous partie de ce système. Les capteurs d'oxygène sont sujets à la dérive et doivent être étalonnés. Un capteur indiquant une valeur de 2% alors que le niveau réel est de 5% va à l'encontre de l'objectif même de l'inertage.

La mise à la terre des machines et des conduits pour éviter l'électricité statique est un autre aspect de la sécurité que l'on a tendance à négliger. Les particules de produit qui frottent les unes contre les autres et contre les parois génèrent de l'électricité statique. Sans mise à la terre adéquate, il suffit d'une simple étincelle dans une atmosphère chargée de solvants pour provoquer un incendie.

Les dispositifs de verrouillage empêchent le sèche-linge de démarrer si les conditions de sécurité ne sont pas respectées. Verrouillage de la porte, verrouillage lié à la pression du filtre, alarmes de surchauffe. Lorsqu’un dispositif de verrouillage se déclenche à plusieurs reprises, il faut en rechercher la cause profonde plutôt que de se contenter de le réinitialiser. C’est le dispositif de verrouillage qui remplit son rôle.

Conclusion

Cela couvre tous les principaux composants d'un séchoir à lit fluidisé, depuis l'unité de traitement d'air (AHU) jusqu'au ventilateur d'extraction et aux systèmes de sécurité. Ces machines comportent de nombreuses pièces, qui ont toutes une incidence sur les performances de séchage, la qualité du produit et la sécurité de l'opérateur.

Les poches filtrantes, les joints gonflables, les buses de pulvérisation et les capteurs de température sont les articles qui partent le plus vite. Assurez-vous d'en avoir en stock. Pour tout le reste, vous pouvez passer commande au fur et à mesure de vos besoins.