La lyophilisation est un procédé permettant de sécher des produits sans altérer leur composition qualitative et quantitative. Il s’agit d’une technique qui consiste à congeler puis à éliminer l’eau sous forme de vapeur pour obtenir un produit sec. Les produits lyophilisés peuvent être stockés pendant de longues périodes tout en conservant leurs propriétés physiques, chimiques, biologiques et organoleptiques. Ce processus est réalisé sous vide et à basse température, ce qui nécessite une consommation d’énergie élevée, un aspect qui est un facteur déterminant pour évaluer la viabilité de tout projet de lyophilisation et qui conduit les entreprises de lyophilisation à rechercher des solutions industrielles avec la meilleure efficacité énergétique possible.

En termes d’optimisation de la consommation d’énergie, il existe plusieurs façons d’améliorer le processus de lyophilisation pour le rendre plus efficace. Bien que la conception et la sélection de l’équipement de lyophilisation influent sur l’efficacité énergétique, les paramètres à prendre en compte pour réaliser les économies d’énergie les plus importantes sont les suivants :

  • Optimisation des paramètres de lyophilisation.
  • L’utilisation de technologies de refroidissement plus efficaces.
  • Récupération de chaleur.
  • Une bonne isolation des chambres de lyophilisation et un contrôle précis des flux d’air contribuent à une meilleure efficacité énergétique.
Lyophilisateur pour développement

Le choix du bon lyophilisateur est essentiel pour réduire la consommation d’énergie. Nous constatons que les lyophilisateurs de recherche et développement sont utilisés sur le marché pour des tâches de production qui ne seront jamais rentables d’un point de vue énergétique, car ils sont conçus pour évaluer les processus et extraire des données afin d’optimiser une recette ou d’analyser la faisabilité d’un produit donné. Et vice versa, des machines de production où les processus sont développés.

Après avoir sélectionné l’équipement le plus approprié au matériau à lyophiliser et analysé la quantité à produire, en pesant les systèmes de nettoyage et de stérilisation, nous passerons à l’évaluation de l’optimisation des paramètres de travail.

Optimisation des paramètres de lyophilisation

Graphique du procédé de lyophilisation.

L’impact des conditions de lyophilisation sur la consommation d’énergie du processus dépend de plusieurs paramètres :

  • La température de congélation. Une température de congélation idéale permet de réduire la consommation d’énergie, car une congélation plus rapide réduit le temps nécessaire à la sublimation.
  • La pression dans la chambre de lyophilisation. La pression dans la chambre de l’équipement de lyophilisation est également cruciale. Une faible pression peut aller à l’encontre d’une sublimation rapide ; elle doit donc être adaptée aux exigences du produit à lyophiliser.
  • Le taux de sublimation de la glace. Pour le taux de congélation, il est particulièrement important de connaître la température eutectique du produit s’il est cristallin, ou la température de transmission du verre s’il est amorphe.
  • L’efficacité du système de réfrigération. La vitesse de sublimation de la glace est étroitement liée au transfert de chaleur et au fonctionnement efficace du système de réfrigération. Une conception précise du système de réfrigération qui minimise les pertes de chaleur et maximise l’évacuation de la chaleur pendant la sublimation peut améliorer l’efficacité énergétique. En outre, la conception du cycle de réfrigération et la sélection des réfrigérants peuvent influencer les économies d’énergie pendant le processus.

L’utilisation de technologies de refroidissement plus efficaces

Lyophilisateur réfrigéré efficace pour les produits alimentaires et chimiques

Les technologies de refroidissement les plus efficaces utilisées dans les lyophilisateurs sont les suivantes :

  • Réfrigération par absorption. Ce type de refroidissement utilise une combinaison de chaleur et un absorbeur pour transférer la chaleur d’un endroit à un autre. Il s’agit d’une technologie efficace et rentable, mais elle peut être encombrante et nécessiter un entretien régulier.
  • Refroidissement par compression. Ce type de réfrigération est le plus courant dans les lyophilisateurs. Il utilise un compresseur pour comprimer un gaz qui est ensuite utilisé pour transférer la chaleur. Il s’agit d’un système efficace, mais qui peut être bruyant et générer des déchets.
  • Refroidissement par évaporation. Cette méthode de refroidissement utilise l’évaporation d’un liquide pour absorber la chaleur. Il s’agit d’une technologie efficace et silencieuse, mais qui peut nécessiter un entretien régulier.

L’utilisation de technologies de refroidissement plus efficaces dans les lyophilisateurs offre des avantages significatifs dans la production industrielle :

  • Réduction des coûts énergétiques. La réfrigération est l’une des principales sources de consommation d’énergie dans les lyophilisateurs. L’utilisation de technologies de refroidissement avancées permet de réduire considérablement les coûts énergétiques.
  • Amélioration de la qualité du produit. Le système de refroidissement plus efficace réduit la formation de cristaux de glace pendant le processus de lyophilisation. Cela permet d’améliorer la qualité du produit et de prolonger sa durée de conservation.
  • Flexibilité opérationnelle accrue. Les techniques modernes de réfrigération ont un impact sur la conservation de l’énergie, de sorte que les lyophilisateurs peuvent fonctionner à des températures plus basses. Les fabricants peuvent ainsi élargir la gamme de produits qu’ils peuvent lyophiliser.

La conception de lyophilisateurs et de processus de production respectueux de l’environnement est une tendance croissante dans l’industrie de la lyophilisation. Alors que les coûts de l’énergie continuent d’augmenter et que les conditions de fabrication doivent s’adapter à des réglementations de plus en plus exigeantes, les fabricants investissent dans des technologies visant à réduire la consommation d’énergie.

Récupération de chaleur dans le processus de lyophilisation

Lyophiliseur Barnalab pour le processus de lyophilisation des denrées alimentaires.

La récupération de chaleur est une phase qui utilise la chaleur résiduelle d’un processus pour chauffer un autre fluide ou processus. Dans le cas des lyophilisateurs, la chaleur perdue est générée lors de la congélation et de la sublimation.

La réutilisation de l’énergie dans les lyophilisateurs est très bénéfique :

  • Réduction des coûts énergétiques. La récupération de chaleur réduit la consommation d’énergie d’un lyophilisateur. En effet, la chaleur perdue est utilisée pour chauffer le fluide de traitement, de sorte qu’il n’est pas nécessaire d’utiliser une source de chaleur externe.
  • Amélioration de l’efficacité. Le processus d’intégration de la chaleur a un impact sur l’efficacité de la machine de lyophilisation, car la chaleur perdue qui serait autrement gaspillée est utilisée.
  • Réduction des émissions. La réutilisation de l’énergie thermique par le lyophilisateur réduit les émissions de gaz à effet de serre.

Il existe différentes manières de récupérer la chaleur dans les lyophilisateurs. Une méthode courante consiste à utiliser un échangeur de chaleur pour transférer la chaleur perdue d’un processus à l’autre. Une autre méthode consiste à utiliser un système pour condenser la vapeur d’eau générée pendant le processus de déshydratation.

La sensibilisation de l’industrie à l’éco-efficacité signifie que les entreprises spécialisées dans la fabrication de lyophilisateurs ou dans les services de lyophilisation à façon travaillent quotidiennement dans le sens de la durabilité.

Voici quelques exemples spécifiques de la manière dont la chaleur peut être récupérée dans les lyophilisateurs :

  • Récupération de chaleur par condensation. La vapeur d’eau générée au cours du processus de déshydratation peut être condensée pour récupérer de la chaleur. Celle-ci peut être utilisée pour chauffer le fluide du processus, l’air circulant ou l’eau de refroidissement.
  • Récupération de la chaleur de la compression. Le compresseur utilisé pour comprimer le gaz réfrigérant génère de l’énergie. Celle-ci est également utilisée pour chauffer le fluide de traitement, l’air de circulation ou l’eau de refroidissement.
  • Récupération de chaleur par évaporation. Le liquide utilisé pour absorber la température dans un système de réfrigération à absorption génère de la chaleur lorsqu’il s’évapore. Comme dans les cas précédents, il est utilisé dans le processus de chauffage des fluides, de circulation de l’air ou de refroidissement de l’eau.

La réutilisation de l’énergie dans les lyophilisateurs est une technologie complexe qui nécessite une conception soignée. En tant qu’experts en services de lyophilisation pour le compte de tiers, Barnalab applique cette technologie pour optimiser la consommation lors de la fabrication de nos lyophilisateurs et de la conception des processus de lyophilisation. En outre, nos installations sont équipées de panneaux solaires pour réduire la consommation d’électricité et incorporent des résistances électriques continues de 24 volts.

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