Cette installation de séchage par atomisation chez Arla Foods est un exemple récent de sécheur-atomiseur MSD GEA.
Trouver une meilleure façon de sécher
Le séchage par atomisation est, essentiellement, un procédé qui permet de transformer un concentré liquide en poudre. Le sécheur pulvérise le liquide en fines gouttelettes. L'air chaud élimine ensuite l'humidité lorsque les particules traversent la chambre de séchage.
Dans les années 1970, le séchage à deux étages était courant. La première étape de séchage qui se faisait dans la chambre était suivie d'un séchage final dans un lit fluidisé séparé : une unité située à l'extérieur de la chambre où de l'air chaud circulait de bas en haut à travers la poudre pour maintenir les particules en suspension et éliminer davantage d'humidité.
Mais certains produits ont mis en évidence un point faible dans cette approche. Dans le cas des préparations pour nourrissons, des ingrédients laitiers et des poudres nutritionnelles en particulier, il arrivait que des particules humides adhèrent aux parois de la cuve, forment des dépôts et entraînent des arrêts de production plus fréquents pour le nettoyage.
À la même époque, une nouvelle technologie a vu le jour aux États-Unis. Elle permettait de traiter des produits que la technologie de séchage par atomisation classique avait du mal, voire était incapable, de traiter, tout en produisant des poudres qui se dissolvaient plus facilement et étaient plus fluides. Des rapports de cette période identifiaient cette technologie comme une menace concurrentielle sérieuse.
Leader mondial de l'époque dans le domaine du séchage par atomisation, la société danoise A/S NIRO ATOMIZER, qui fait désormais partie du groupe GEA, a vu ce défi comme une opportunité. Plutôt que de défendre sa technologie existante, NIRO s'est donnée pour objectif de rendre le séchage par atomisation efficace pour des produits plus difficiles.
« Introduire le produit dans un sécheur-atomiseur n'est pas difficile », explique Martin Skanderby, responsable mondial de l'intégration des projets pour les produits laitiers en poudre chez GEA. « Tout l'art est de l'en faire ressortir avec les bonnes caractéristiques. »
L'idée que ses ingénieurs ont consignée par écrit en 1976 allait donner naissance au sécheur à plusieurs étages MSD.
La solution MSD
Les ingénieurs de NIRO ont modifié l'endroit où s'effectuait le séchage. Ils ont intégré un lit fluidisé dans la chambre et ajouté un autre étage de lit fluidisé, ce qui a permis d'effectuer une partie plus importante du séchage en dehors de la zone de pulvérisation. Parallèlement, ils ont modifié la configuration des flux d'air. Ce principe à plusieurs étages a permis au procédé de gérer des produits plus complexes tout en améliorant les caractéristiques de la poudre obtenue.
Dans des applications telles que le lait en poudre instantané et les préparations pour nourrissons, cette technologie a produit des poudres qui se mélangeaient et se dissolvaient plus facilement dans les liquides. Le principe de base est simple. Le MSD ne remplace pas le séchage par atomisation. Il modifie la façon dont le séchage est réparti tout au long du processus afin d'obtenir le produit souhaité de manière plus efficace.
Cette illustration ancienne d'un sécheur-atomiseur de la marque NIRO illustre le principe de fonctionnement de la machine : le liquide est pulvérisé à l'intérieur d'une chambre, où il sèche rapidement.
De l'idée à l'industrie
Il a fallu du temps pour transformer ce concept en projet industriel viable. En 1982, la coopérative laitière française Isigny Sainte-Mère a acheté le premier MSD NIRO, six ans après la formalisation du concept par NIRO.
Progressivement des systèmes plus nombreux sont entrés en production et ont démontré ce que le séchage à plusieurs étages permettait d'obtenir, ce qui en a accéléré l'adoption à partir de la fin des années 1980. Les ingénieurs, qui ne se sont pas contentés de résoudre le problème du process initial, ont commencé à démontrer la valeur du concept dans un éventail d'applications plus large.
Lorsque GEA a racheté NIRO A/S, elle a également acquis la technologie de séchage par atomisation et le savoir-faire associé. Le développement de la technologie MSD s'est poursuivi en s'appuyant sur le principe initial au cours de plusieurs générations d'expérience en ingénierie et dans le domaine des applications.
L'importance du séchage à plusieurs étages est devenue de plus en plus évidente au fil du temps, car la concurrence s'est mise à développer des sécheurs fonctionnant selon le même principe. Ce qui n'était au départ qu'une réponse de NIRO ATOMIZER à une menace concurrentielle est devenu une méthode de séchage par atomisation renommée et une plateforme que GEA pouvait continuer à développer.
Une idée qui a continué à évoluer
Un ingénieur qui aurait travaillé sur le MSD au tout début reconnaîtrait encore aujourd'hui la géométrie moderne de la chambre de séchage et comprendrait le principe sur lequel elle s'appuie. Si le concept lui serait familier, il serait néanmoins forcé de constater que les mécanismes sous-jacents actuels sont le fruit d'un développement continu.
La dispersion de l'air est un bon exemple. Les améliorations apportées à la dispersion de l'air, c'est-à-dire à la manière dont l'air chaud pénètre dans le sécheur, ont permis de réduire les dépôts et, par conséquent, d'accroître le rendement. Les pratiques d'hygiène, l'automatisation et le contrôle des procédés se sont également développés à mesure que les exigences de production évoluaient. Les systèmes modernes peuvent fonctionner 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, tandis que les progrès réalisés dans les domaines de l'agglomération et de la granulation, qui est le processus consistant à former des particules de poudre plus grosses et plus poreuses, offrent de nouvelles possibilités pour influer sur les caractéristiques des poudres.
Des outils numériques tels que GEA OptiPartner permettent désormais d'optimiser en continu les procédés, en exploitant les données de production en temps réel afin que le déroulement de la production se poursuive dans des conditions optimales. Les outils dont nous disposons aujourd'hui auraient été inimaginables pour les ingénieurs de 1976, mais l'objectif leur aurait été familier : comprendre le processus et mettre à profit ces connaissances pour améliorer les performances.
Le séchage par atomisation est un procédé très énergivore ; ce qui explique que l'efficacité soit un facteur essentiel pendant toute la durée de vie d'une installation. Dans certaines applications, le MSD peut fonctionner à des températures de sortie plus basses, ce qui signifie qu'une plus grande partie du séchage s'effectue dans les lits fluidisés plutôt que dans la chambre de séchage elle-même. La récupération de chaleur et l'optimisation plus générale des procédés offrent de nouvelles perspectives. GEA AddCool s'inscrit dans cette démarche en utilisant la technologie des pompes à chaleur à haute température pour récupérer et réutiliser la chaleur fatale, ce qui contribue à réduire la consommation d'énergie et la dépendance aux combustibles fossiles.
Les 50 ans du MSD
1976
NIRO présente le concept original du MSD.
1982
Le premier MSD NIRO est vendu à Isigny-Sainte-Mère (France).
Fin des années 1980
L'adoption du séchage à plusieurs étages s'accélère à mesure qu'il fait ses preuves en production.
Début des années 2000
Les avancées dans le domaine de la dispersion de l'air permettent de réduire ultérieurement les dépôts et d'améliorer le rendement.
Aujourd'hui
Le principe original continue d'évoluer grâce aux progrès réalisés dans les domaines de l'hygiène, de la production en continu, de l'automatisation, de l'agglomération et de l'optimisation numérique des procédés.
Cinquante ans d'apprentissage
L'expérience acquise en exploitant les installations a fortement influencé le développement du MSD. Chaque installation présente ses contraintes, et la résolution d'un goulot d'étranglement peut en révéler un autre. Ces défis indiquent aux ingénieurs de GEA les points à améliorer dans le processus.
L'apprentissage se fait dans les deux sens. GEA apporte son expérience acquise avec divers produits, applications et installations, tandis que ses clients connaissent parfaitement le fonctionnement de leurs installations. Réunies, ces perspectives peuvent mettre en évidence des pistes pour réduire les dépôts, prolonger les périodes de production ou améliorer le contrôle.
Ce cumul d'expérience permet également de savoir quand ne pas recommander le MSD. Selon les produits, les capacités et les conditions d'exploitation, une autre technologie peut être nécessaire et, parfois, une solution plus simple suffit.
Cette expérience ne se limite désormais plus au sécheur-atomiseur. Cumulant expertise en matière de procédés et connaissance des équipements, GEA est en mesure d'optimiser le sécheur-atomiseur en tenant compte de toute la chaîne de production. Savoir choisir et mettre en œuvre la technologie appropriée est tout aussi important que de continuer à développer la technologie elle-même.
Au début de l'histoire du MSD, les membres de l'équipe dessinaient les plans à la main.
D'une génération d'ingénieurs à la suivante
La continuité de l'histoire du MSD est à fois humaine et technique. Certains membres de l'équipe actuelle de GEA ont débuté leur carrière aux côtés des ingénieurs qui ont mis au point le MSD original. Ils se souviennent que ces personnes croyaient fermement en ce qu'elles avaient créé et avaient tout fait pour convaincre les autres du bien-fondé de leur idée.
Une assurance qui s'est avérée justifiée. L'approche qu'ils ont défendue s'est imposée dans la production industrielle et a continué à trouver de nouvelles applications bien après l'achèvement de leurs premiers travaux.
Le MSD original marque le début de cette histoire, pas sa fin. Les outils ont considérablement évolué depuis 1976, mais l'esprit reste le même : comprendre le problème, mettre à profit notre expertise en ingénierie et continuer sur la voie de l'amélioration.
