Soutenance mémoire
LE SECHAGE
DEFINITION ET BUT
Séchage
1°- Le séchage est une opération ayant pour but de diminuer ou d’éliminer totalement, par évaporation, l’eau à l’intérieure d’un corps humide.
2°- Le séchage d’un corps humide est un processus qui consiste à enlever, par évaporation, toute l’eau du corps autre que son eau d’hydratation .
Remarque
La première définition insiste sur la condition de garder la structure moléculaire de la matière, et la seconde sur celle de préserver l’eau d’hydratation. En fait, les deux définitions se rejoignent, étant donné que l’eau d’hydratation est l’eau liée au corps que ce soit par liaison ionique (association moléculaire) ou par insertion dans un réseau cristallin, et l’extraire revient à détruire le corps, c’est-à-dire sa structure moléculaire.
Un corps humide contient ainsi deux sortes d’humidité en général :
– l’eau liée qui est associée à d’autres molécules constituantes de la fibre (ou la chair), cette eau est difficile à éliminer, donc ce qu’il nous reste à faire c’est de le diminuer ;
– l’eau libre qui peut être éliminé totalement .
ANALYSE TECHNICO – ECONOMIQUE
L’analyse du système étudié consiste à coupler les aspects techniques et économiques. D’habitude, pour l’étude de critère technico-économique ; il faut savoir les paramètres susceptibles d’influencer l’aspect technique et économique du système. En fait, ce chapitre a pour but d’essayer d’examiner non seulement l’aspect technique, mais les coûts intervenants dans la réalisation d’une installation du séchoir et notamment d’estimer les dépenses énergétiques. En d’autres termes, nous essayons de donner des valeurs optimum pour que la performance technique et la rentabilité économique du système de séchage considéré soient à la fois convenables.
Au cours de l’étude des paramètres technologiques, nous avons distingué des paramètres discrets et continus. Si l’ensemble des paramètres discrets est fixé, on obtient un sous-ensemble et à l’intérieur de celui-ci, on peut encore faire varier les paramètres continus.
Les paramètres pouvant varier de façon continue sont :
* capacité de stockage,
* foyer,
* chaudière,
* capacité de chambre de séchage, ….
Il y a lieu donc de déterminer une valeur optimale d’énergie utilisée selon laquelle le compromis entre la performance technique et la rentabilité économique du système soit atteint. Alors, nous devons construire un modèle d’optimisation du système.
ANALYSE DU SYSTEME
Pour analyser notre système de séchage, d’abord, nous allons voir le rôle et l’importance de la phase d’humidification (appelée pré-séchage), ensuite nous essayons de donner les valeurs convenables de la vitesse de l’air à l’entrée de la chambre. Et enfin nous essayons aussi de choisir sur les valeurs de taux de recyclages adéquates .
Rôle et importance de l’humidification des produits
Il est à signaler que la forte température et/ou le moindre taux d’humidité de l’air asséchant au début de l’opération peut allonger le temps de séchage. Alors, avant de rentrer dans la phase de séchage, il faut que l’humidité relative de l’air asséchant soit le plus élevée possible et que la température d’entrée soit le plus basse possible pour que la phase d’humidification soit assurée. Cette phase d’humidification s’avère tellement indispensable, car elle facilite la migration de la sève dans les fibres de bois vers sa surface extérieure. Elle accélère donc, la vitesse de perte d’eau, ce qui implique que la durée de séchage diminue.
Remarque
L’ absence de cette phase d’humidification peut causer :
– une apparition de rugosité et de crevasses superficielles,
– le durcissement de la surface extérieure du produit peut perturber ou même empêcher la perte d’eau du produit à sécher, ce qui entraîne :
– le soulèvement des planches,
– la fissure ou cassure du bois à sécher.
Normalement, le bois devrait être humidifié (ou trempé) dans un milieu avec une très basse température et/ou soumis à une forte humidité pendant au moins 72 heures avant le début du processus de séchage ; cette phase est appelée « pré-séchage ».
Rôle et choix de débit de l’air asséchant
Plus haut, nous avons vu qu’en augmentant la vitesse de l’air asséchant, le temps de séchage diminue rapidement, la puissance d’évaporation du produit à sécher évolue en même temps. Ce qui signifie, la vitesse de séchage est accélérée au fur et à mesure que le débit de l’air asséchant augmente. Il paraît que cette idée est bénéfique, sans prévoir la consommation énergétique. Car, plus cette vitesse est forte, plus l’énergie consommée est énorme. A part cela, on peut donc adopter comme valeurs optimales les valeurs de la vitesse de l’air à l’entrée, et qui sont dans la fourchette 2 m/s à 2,5 m/s. Avec ces valeurs, la durée de séchage est de 3,5 jours à 4 jours environ, avec une énergie aux alentours de 155 à 160 GJ Il faut, en effet, définir avec le plus de précision possible ces rôles de la vitesse de l’air asséchant à l’entrée.
Importance et choix sur le pourcentage de l’air recyclé
Comme nous le voyons plus haut, le système de recyclage peut être d’un grand intérêt dans les opérations de séchage. Car, non seulement l’air sortant de la chambre est plus humide, mais aussi, et surtout, sa température est beaucoup plus élevée par rapport à celle de l’ambiance, ce qui pourra compenser l’effet de l’humidification.
Voyons ainsi deux sortes de système de recyclage :
– recyclage direct,
– recyclage indirect.
a°/- Recyclage indirect
Comme le système consiste à garder seulement la température de consigne (Température d’entrée) en gardant l’humidité de l’air recyclé, donc le système de recyclage indirect n’évolue presque pas le temps de séchage. Ce système améliore le pouvoir évaporatoire moyen du séchoir, améliore progressivement la rentabilité du système. Il semble que le système est avantageux. Mais il peut causer une conséquence néfaste sur la durée de vie des certaines outilles (Chaudière, appareil d’humidification, …).
b°/- Recyclage direct
D’après ce que nous avons vu, le temps de séchage croit avec le taux de l’air recyclé. De plus, il est à signaler aussi que, ce système de recyclage entraîne une forte augmentation de la concentration en vapeur d’eau dans l’air asséchant qui n’est pas toujours compensée par celle de la température de l’air. Et cette forte humidité de l’air cause le ralentissement de la vitesse de séchage, d’où la durée de séchage est longue.
C’est pour cette raison que, avant de faire le recyclage, l’air récupéré ne devrait pas être saturé et sa température devrait être suffisamment élevée. Par contre, au niveau de l’énergie dépensée, l’application de ce système est avantageuse.
c°/- Conclusion
Pour conclure, quel que soit le système de séchage considéré, le système de recyclage se vérifie toujours nécessaire avec une valeur de taux de recyclage convenable (Taux compris entre 20 à 50 %) du point de vue économique.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I Le Séchage en Général
I–1 . DEFINITION ET BUT
I–1.1. Séchage
I–1.2. Vitesse de séchage
I–1.3. Puissance évaporée
I–2. TECHNIQUE DE SECHAGE
I–2.1. Le séchage par ébullition
I–2.2. Le séchage par entraînement
I–3. DYNAMIQUE DU SECHAGE
I–4. CINETIQUE DE SECHAGE
I–4.1. Expression des isothermes de désorption
a°/- Définitions
b°/- Modèles numériques de courbes d’équilibres
I–4.2. Coefficients de transferts thermiques et massiques
a°/- Coefficients d’échanges thermiques
b°/- Coefficients de transferts de masse
b-1. Première Méthode
b-2. Deuxième Méthode
I–5. METHODE DE L’ANALOGIE ELECTRIQUE
I–6. MISE EN EQUATIONS UTILISANT LA METHODE DES ANALOGIES ELECTRIQUES
CHAPITRE II Séchoir électrique du Laboratoire et Quelques résultats pertinents obtenus
II–1. DESCRIPTION ET FONCTIONNEMENT DU SECHOIR DU LABORATOIRE
II–1.1. Description des éléments
a°/- La cellule de séchage
a-1. Les dimensions du caisson
a-2. Les éléments de chauffage
b°/- Les appareils annexes
b-1. Le plateau et le ventilateur
b-2. L’humidificateur
b-3. Le réchaud
II–1.2. Instrumentation
a°/ – La balance
b°/ – L’hygromètre et chronomètre
II–1.3. Caractérisations du séchoir usité
II –2. EXPERIMENTATION
II-2.1. Préparation et montage de l’éprouvette
a°/ – La masse du sapin sec
b°/ – Préparation au séchage
c°/ – Les condition de séchage
II–2.2. Les phases de l’opération de séchage
a°/ – Résultats de l’expérience
b°/ – Interprétation des résultats
b-1. La courbe de variation de l’humidité
b-2. Courbe de la variation du flux de masse
b-3. La courbe donnant la variation de la vitesse de séchage dHA/dt en fonction de HA
II–3. FORMULATION MATHEMATIQUE
II–3.1. Calcul des paramètres permettant de calculer le coefficient hi
II–3.2. Le coefficient de transfert interne hi
II–4. DETERMINATION DES PARAMETRES CARACTERISTIQUES DU MODELE DE HENDERSON
II–4.1. Mesure des paramètres
II–4.2. Calcul des constantes caractéristiques n et k du produit
CHAPITRE III Modélisation d’un système de séchage Semi-industriel
III–1. MODELISATION DES ELEMENTS DU SECHOIR
III–2. PRINCIPE DE LA MODELISATION
III–3. PHENOMENES OBSERVES (Description des phénomènes)
III–3.1. Hypothèses simplificatrices
III–3.2. Bilan énergétique relatif à une tranche considérée
III–3.3. Choix des paramètres
CHAPITRE IV Simulation sur ordinateur et Interprétation des résultats
IV – 1. TRAITEMENT INFORMATIQUE DU SECHOIR SEMI-INDUSTRIEL
IV–1.1. Sous-programme informatique et leurs rôles dans les calculs
IV–1.2. Organigramme général de programme de résolution du système
IV– 2. INTERPRETATION DES RESULTATS OBTENUS
IV–2.1. Etude par tranche
IV–2.2. Influence de débit de l’air sur le système considéré
IV–2.3. Influence du taux de recyclage au système étudié
a°/- Recyclage Indirect
b°/- Recyclage Direct
IV-2.4. Conclusion
CHAPITRE V Analyse Technico – économique
V–1. INTRODUCTION ET BUT
V–2. ANALYSE DU SYSTEME
V–2.1. Rôle et importance de l’humidification des produits
V–2.2. Rôle et choix de débit de l’air asséchant
V–2.3. Importance et choix sur le pourcentage de l’air recyclé
a°/- Recyclage indirect
b°/- Recyclage direct
c°/- Conclusion
V–2.4. Remarques
V– 3. ANALYSE SUR L’ASPECT ECONOMIQUE
V–3.1. Hypothèses
V–3.2. Estimation de certains coûts
V–3.3. Choix du critère économique
V–3.4. Modelisation économique
V–3.4.1. Lois économiques
a°/- Capitalisation
b°/- Actualisation
c°/- Annuité constante
d°/ – Temps d’amortissement
V–3.4.2. Expression mathématique des méthodes économique
a°/- Expresion du coût globale du système
b°/- Expresion de gain du système
c°/- Expresion de benefice
e°/- Expresion de rendement globale de l’investissemnt
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
