Powder agglomeration during the spray-drying process: measurements of air properties

Abstract - Instant food powders are usually produced by spray drying of formulated liquid and powder agglomeration, either into the drying chamber or in an external fluid bed. During spray drying, according to the liquid composition, the viscosity of the initial liquid drops increases more or less rapidly, until the drop surface reaches a rubbery state considered as sticky, before further drying. This sticky property may be used to produce agglomerates inside the chamber by adding dry solid particles, as fines. The present study deals with a methodology to identify regions where the drying drops are sticky in relation to drying conditions (inlet air temperature 144-159-174 °C, liquid flow rate 15 to 75 mLmin^-1), using a co-current pilot spray dryer with rotary atomizer. Assuming that drying air properties' (temperature and humidity) evolution is representative of drop drying (drying rate, amount of evaporated water), we realized a map of temperatures and relative humidity for drying air inside the drying chamber. Trials were performed with water (feasibility) and a maltodextrin aqueous solution (40% w/w, DE12) as a model product with sticky properties during drying. The results showed that drying behavior was different for water and aqueous maltodextrin solution. For both, in the tested conditions, the percentage of evaporated water was found to vary from 57 to 89% in the top part of the chamber, close to the atomizer. That represents a possible region where dry fines could be introduced for agglomeration.

Résumé - Agglomération de poudres au cours du processus de séchage par pulvérisation: mesure des propriétés de l'air
Les poudres alimentaires instantanées sont habituellement produites par séchage par pulvérisation d'une solution formulée, suivi d'une étape d'agglomération, soit dans la chambre de séchage soit dans un lit fluidisé externe. Au cours du séchage, selon la composition du liquide, la viscosité des gouttes liquides augmente plus ou moins rapidement jusqu'à ce que la surface de la goutte devienne collante, avant séchage ultérieur. Cette propriété collante peut être exploitée pour produire des agglomérats dans la chambre par introduction de particules solides sèches, les fines. Cette étude cherche à établir une méthodologie pour identifier des zones où les gouttes qui sèchent deviennent collantes en fonction des paramètres de séchage (température d'entrée d'air 144-159-174 °C, débit liquide de 15 à 75 mLmin^-1), en utilisant un séchoir pilote co-courant équipé avec une turbine de pulvérisation. En supposant que l'évolution des propriétés de l'air (température et humidité) au cours du séchage soit représentative du séchage des gouttes (vitesse de séchage, quantité d'eau évaporée), des cartographies des températures et des humidités relatives de l'air dans la chambre de séchage ont été réalisées. Des essais ont été effectués avec pulvérisation d'eau (faisabilité), puis d'une solution de maltodextrine (40 % w/w, DE12) comme produit modèle pouvant avoir un comportement collant au cours du séchage. Les résultats ont montré que le comportement au séchage est différent pour l'eau et pour la solution de maltodextrine. Dans les deux cas, pour les conditions testées, le pourcentage d'eau évaporée varie entre 57 et 89 % dans la partie haute de la chambre, près du pulvérisateur. Cela représente une zone possible où des fines sèches peuvent être introduites dans un but d'agglomération.