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Fragmentation des poudres, attrition des particules et usure des tuyauteries

Pourquoi les poudres sont-elles endommagées dans les systèmes de transport pneumatique

Comment éviter la fragmentation des poudres et l'usure des tuyauteries dans les lignes de transport pneumatique

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Résumé de la section
1. Définition
2. Calcul
3. Comment réduire la fragmentation du produit dans le transport pneumatique

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1. Définition

Qu'est-ce que la fragmentation des poudres ou l'attrition des solides ? Qu'est-ce que l'usure des tuyauteries ?

Lorsqu'un solide est transporté dans un système de transport pneumatique, certaines de ses propriétés physiques seront probablement affectées. Le problème le plus courant observé industriellement est la fragmentation du matériau, modifiant ainsi la distribution granulométrique (PSD) du produit transporté. En général, les grosses particules se brisent lorsque les solides heurtent la tuyauterie de transport, en particulier aux coudes où le flux d'air et de produit doit changer de direction. En raison de cette attrition, la PSD sera déplacée vers des particules plus fines, générant des fines. À long terme, si les solides en vrac transportés sont assez durs, la fragmentation du produit peut ne pas être la seule observation. L'usure des tuyauteries, qui correspond à l'endommagement des canalisations, en particulier aux coudes, peut se produire, car les matériaux enlèvent progressivement de petits copeaux de la surface interne.

2. Calcul

Comment estimer la fragmentation d'une poudre ?

La fragmentation du produit peut être entièrement caractérisée en mesurant la PSD du matériau avant et après le transport. Cette PSD peut être obtenue simplement par tamisage ou grâce à des méthodes plus complexes et précises comme la diffraction laser. Cependant, en milieu industriel, une estimation rapide de l'impact du transport sur le solide peut être réalisée en mesurant la masse volumique apparente — tassée — avant et après le transport. Plus la masse volumique apparente augmente, plus la fragmentation est importante.

Avec :

- d1 = masse volumique apparente tassée des solides AVANT transport (g/l)
- d2 = masse volumique apparente tassée des solides APRÈS transport (g/l)
- Fragmentation en g/l (caractérisation simplifiée)

3. Comment réduire la fragmentation des particules dans les lignes de transport pneumatique

Il n'existe pas de valeur typique de fragmentation, ni de méthode pour la calculer *a priori*. Des essais doivent être réalisés pour l'estimer. L'attrition est directement liée à l'impact des solides sur la tuyauterie de transport ; elle peut donc être réduite et contrôlée en appliquant les mesures suivantes :

• Réduire la vitesse de transport.En phase de conception, la vitesse de transport doit être minimisée et validée par des essais pilotes. Pour les installations existantes, il est souvent observé que la vitesse de transport est bien supérieure à l'optimum. Il est alors possible, si le ventilateur est équipé d'un variateur de fréquence (VFD), de corriger progressivement le débit d'air, en observant le comportement de la ligne, et de trouver un optimum.

La vitesse de transport est le facteur clé contribuant à la fragmentation des particules ainsi qu'à l'usure des tuyauteries. La relation générale suivante est souvent utilisée pour modéliser l'intensité de l'érosion d'une tuyauterie : [1]

Érosion = k.(vitesse des particules)^{^n}

Équation 2 : estimation de l' usure des tuyauteries

*k* est une constante tandis que *n* est souvent compris entre 2,2 et 2,8. Supposons que vous réduisiez la vitesse de transport de 10 % ; alors 0,9 élevé à la puissance 2,2 donnera un taux d'érosion diminué de 20 %. À l'inverse, si vous transportez 25 % trop vite par rapport à l'optimum (ce qui est très courant), l'augmentation de l'érosion sera de ... 63 % ! Bien sûr, réduire l'érosion réduira également la fragmentation des particules. Un transport à la vitesse optimale est donc primordial.

• Si possible, passer en transport en phase dense, qui offre des vitesses de transport d'air significativement plus faibles par rapport à la phase diluée.

• Réduire le nombre de coudes, en particulier en phase diluée. Les coudes sont les principaux contributeurs à la fragmentation du produit, et chaque coude évité préserve le produit des dommages. Lors de la conception, il est parfois préférable d'envisager un tracé de tuyauterie légèrement plus long mais avec moins de coudes, plutôt que d'avoir une tuyauterie courte mais contourant chaque équipement.

• Changer le type de coude. Pour certaines applications, des conceptions spécifiques de coudes peuvent être choisies pour réduire la force d'impact et, par conséquent, la fragmentation. Les coudes à grand rayon sont une solution, bien que pas toujours la plus efficace, tandis que les conceptions créant une couche de produit dans le coude, sur laquelle le produit viendra impacter doucement, sont généralement très efficaces.

Il est également important de noter que la dégradation des particules est parfois couplée à l'usure des tuyauteries, ces dernières étant endommagées en raison de l'impact des particules, en particulier au niveau des coudes.

Sources et autres références

[1] Document technique SHAPA 5, 2002