Quels sont les types de séchoirs sous vide ?

Selon le lieu de congélation du matériau, on distingue les lyophilisateurs à lyophilisation intégrée et les lyophilisateurs à lyophilisation séparée. Dans le lyophilisateur intégré, la congélation et la dessiccation sont réalisées simultanément dans l'enceinte. Les plateaux de cette enceinte sont chauffants et refroidis. Le matériau à lyophiliser est placé sur ces plateaux ; le processus de congélation et de chauffage repose principalement sur la conduction, le rayonnement étant un facteur secondaire. La plupart des lyophilisateurs utilisés en pharmacie sont de type intégré, afin de garantir la propreté et l'hygiène des matériaux et d'éviter toute contamination.

Le procédé de lyophilisation par séparation consiste à effectuer une pré-congélation dans une chambre froide, un congélateur rapide ou un conteneur liquide, puis à transférer le produit pré-congelé dans l'enceinte de séchage. Ce procédé permet de réaliser des économies d'énergie et de temps de séchage, tout en améliorant la productivité. Afin de réduire les coûts de production, ce type de lyophilisateur utilise principalement le chauffage par rayonnement et convient particulièrement aux applications alimentaires.

Selon la méthode de congélation, on distingue la congélation statique, la congélation dynamique, la congélation centrifuge, la congélation en coquille, la congélation par rotation, la congélation par pulvérisation, la congélation par flux d'air (congélation par jet d'air), etc.

Le choix précis de la méthode de congélation doit être déterminé en fonction de la nature du matériau et des exigences du procédé de lyophilisation.

Selon son emplacement, le récupérateur d'eau (condenseur de vapeur d'eau) se divise en deux types : intégré et externe. Le récupérateur d'eau intégré est placé à l'intérieur de l'enceinte de lyophilisation et peut être positionné sur les côtés, au fond ou à l'arrière de celle-ci.

Le lyophilisateur intégré permet un gain de place au sol, réduit la résistance du gaz pompé au récupérateur d'eau et supprime les tuyaux et vannes de raccordement entre l'enceinte de lyophilisation et le récupérateur, ce qui est économique. Cependant, la faible distance entre le récupérateur d'eau intégré et l'étagère affecte l'homogénéité de la chauffe, favorise la formation de ponts thermiques et nuit à l'efficacité du récupérateur. Certains récupérateurs d'eau intégrés doivent être arrêtés lors du dégivrage, ce qui impacte le cycle de production et son rendement. Le récupérateur d'eau externe, placé à l'extérieur de l'enceinte de lyophilisation, nécessite un boîtier indépendant. L'enceinte et le récupérateur sont reliés par des tuyaux et des vannes. Ses avantages et inconvénients sont inverses à ceux du modèle intégré.

Selon le système de vide utilisé, il en existe deux types : le système à pompe à jet de vapeur d'eau et le système à piège à eau et pompe mécanique. Le système à pompe à jet de vapeur d'eau ne nécessite pas de piège à eau et permet d'extraire directement une grande quantité de vapeur d'eau. Le volume d'extraction d'air est important, l'efficacité élevée et ce volume est contrôlable. Cependant, la vapeur d'eau est nécessaire comme source d'énergie et la pression de la vapeur d'eau générée par la chaudière est sujette à des fluctuations, ce qui affecte les performances de la pompe. De plus, la combustion dans les chaudières est susceptible d'engendrer une pollution environnementale ; par conséquent, ce système n'est utilisé que pour de petites quantités d'aliments. Dans le système à piège à eau et pompe mécanique, un système de réfrigération doit être prévu pour le piège à eau.

Généralement, dans un système frigorifique à compresseur mono-étagé, la température minimale de surface de l'évaporateur est de -35 °C ; dans un système à compresseur bi-étagé, elle peut atteindre -50 °C ; et dans un système à compresseur en cascade, elle peut atteindre -80 °C. Selon le degré de vide requis, on peut installer en amont du piège à eau une pompe Roots associée à une pompe à anneau liquide, une pompe Roots à tiroir ou une pompe Roots à palettes rotatives, ou bien utiliser uniquement diverses pompes à vide mécaniques capables d'évacuer directement l'air ambiant.

Selon la méthode de chauffage sur l'étagère dans la boîte de lyophilisation, on peut distinguer le chauffage direct et le chauffage indirect.

Le chauffage direct consiste à chauffer directement l'étagère à l'aide d'électricité ou de divers fluides caloporteurs. Ce procédé offre une montée en température rapide et permet des économies d'énergie, mais il peut engendrer des variations de température et est difficile à contrôler. Le chauffage indirect, quant à lui, nécessite un échangeur de chaleur. Une fois chauffé par cet échangeur, le fluide caloporteur est pompé dans l'étagère pour un chauffage par circulation. Ses avantages et inconvénients sont inverses à ceux du chauffage direct.

Selon le fluide caloporteur utilisé, on distingue le chauffage au fioul, à l'eau, à la vapeur et électrique.

Le prix du pétrole est élevé, sa capacité thermique faible et son volume de circulation important ; l’eau a tendance à s’entartrer dans le canal d’écoulement de l’étagère, ce qui réduit la section transversale du canal et affecte l’efficacité de l’échange thermique ; la température et la pression de la vapeur d’eau sont difficiles à contrôler ; l’uniformité de la température de l’étagère chauffante électrique est médiocre. C’est pourquoi, ces dernières années, diverses usines ont mis au point différents fluides caloporteurs adaptés à la réfrigération et au chauffage, tels que l’éthylène glycol, le R11, etc. ⑨ Selon le mode de production, on distingue deux types : le type continu et le type intermittent (périodique).

Le lyophilisateur continu a un coût élevé et une grande capacité de production, et convient à la production à grande échelle d'un seul matériau ; les avantages et les inconvénients du lyophilisateur discontinu sont exactement inverses à ceux du lyophilisateur continu.