Résoudre les problèmes d'écoulement dans les trémies et les silos (mauvais écoulement, absence d'écoulement)

1. Quelles sont les causes des problèmes d'écoulement de poudres dans les trémies et les silos ?

Ponts et ratholes peuvent causer un blocage partiel ou total de l'écoulement sortant d'un silo. Il n'est malheureusement pas rare que l'opérateur de processus de solides en vrac / poudres rencontre des problèmes d'écoulement sortant de ses trémies ou silos. L'expérience d'un mauvais écoulement de la trémie a des conséquences importantes pour l'ensemble du processus, car il peut l'en ralentir considérablement ou même l'arrêter complètement. La prévention et la résolution à long terme des blocages de silos sont donc une préoccupation majeure des entreprises. Un mauvais écoulement sortant d'un silo peut avoir de multiples causes, car l'écoulement dépend du couple propriétés de la poudre / conception du silo, cependant, voici les causes principales les plus souvent rencontrées dans l'industrie :

• Angle de décharge trop petit : la pente du cône de décharge n'est pas suffisante pour faire écouler la poudre (note : d'autres géométries que le cône sont possibles, mais elles suivent la même logique)
• Orifice de décharge trop petit : le diamètre de la sortie du silo est trop petit
• Les aides au déchargement n'ont pas été choisies ou installées correctement

Ces causes profondes se traduisent généralement par les conséquences suivantes :

• Pontage de poudre : un arc de poudre, stable, se forme à l'intérieur du silo, la poudre au-dessus de l'arc ne peut pas s'écouler
• Ratholes de poudre : la poudre ne s'écoule que dans un canal, la poudre autour de ce canal, ou rathole, ne s'écoule pas

Il y a donc beaucoup moins ou pas du tout d'écoulement sortant de la trémie !

Notez qu'il existe d'autres problèmes d'écoulement, présentant des symptômes différents mais moins courants et non détaillés dans cette page. Parmi ces problèmes, on peut citer le phénomène de rinçage, qui est en fait le contraire exact des problèmes mentionnés ci-dessus : le fluidisation de la poudre se termine par un écoulement incontrôlable à l'extérieur du silo.

2. Prévention des problèmes d'écoulement dans les silos (blocage, absence d'écoulement) : conception du silo

Comment éviter les ponts et les ratholes dans les silos ?

La toute première action à entreprendre est en fait de prévenir ce problème grâce à une bonne conception. La pente et le diamètre de sortie du silo peuvent être calculés. Le calcul du silo est d'abord basé sur la mesure correctement les propriétés d'écoulement des solides en vrac à stocker. La page suivante explique la procédure de calcul pour concevoir un silo : lien.

Notez qu'il est parfois possible, bien que coûteux, de modifier un silo après installation pour améliorer l'écoulement.

Si la conception en elle-même ne peut pas garantir un écoulement libre, ou s'il est nécessaire d'améliorer l'écoulement de la poudre après l'installation, l'utilisation d'aides au déchargement doit être envisagée.

Le paragraphe suivant discute des aides au déchargement les plus courantes utilisées dans les industries de manutention de poudres.

3. Comment améliorer l'écoulement dans les silos : aides au déchargement

3.1 Déchargement du fond - activateur de trémie

Les activateurs de trémie sont une méthode très répandue pour favoriser l'écoulement dans les silos. Ces fonds vibrants permettent d'avoir une hauteur de silo plus courte tandis que l'écoulement du produit reste bon. La partie inférieure du silo est montée sur des amortisseurs, équipée d'un moteur vibrant (généralement un moteur à déséquilibre) et équipée d'un cône inversé forçant l'écoulement du produit sur l'extérieur de la paroi du silo.

La vibration de la partie inférieure et du cône inversé qui est monté dessus permet de briser les arches et de créer un écoulement. De plus, le cône aide également à avoir un écoulement de masse dans la trémie, ce qui est souvent souhaitable.

Comme le principe de promotion de l'écoulement est basé sur la vibration, les activateurs de trémie ne fonctionneront pas très bien avec des poudres qui compactent facilement, ce qui pourrait entraîner un blocage sous le cône. Cela peut être aidé en incluant plusieurs capteurs de niveau dans le cône de sortie et secouer seulement quand c'est nécessaire. La vibration en tant qu'aide au déchargement peut également ne pas être très efficace pour les poudres qui peuvent absorber bien la vibration, ou pour les poudres très fines pour lesquelles l'écoulement peut être inégale.

Figure 1 - Activateur de trémie / fond vibrant

Notez que dans certains cas, les concepteurs de trémies monteront directement des moteurs vibrants sur le cône des silos, sans pièces flexibles. Cela a un effet limité car la structure de la trémie absorbe une partie de la vibration et ne peut être utilisée que pour des problèmes d'écoulement légers. La trémie et son support doivent également être conçus pour résister à la vibration qui peut être élevée, surtout lorsque la trémie se vide.

3.2 Pads de fluidisation

Un autre moyen de briser les arches ou de faire tomber les zones statiques autour d'un rathole est de fluidiser le matériau. Lorsque les poudres se fluidifient, elles ont tendance à s'écouler presque comme un liquide, un longtemps qu'un certain degré d'aération est présent. Cette propriété peut être mise à profit en installant des pads dans le cône du silo qui permettront d'injecter de l'air à la base de la trémie et ainsi fluidiser la poudre.

Le nombre de pads dépend de la taille du cône et la la pression d'air comprimé est généralement d'environ 2 bar g. Différents des conceptions existent, comme des champignons en caoutchouc ou des pièces en téflon dur. Certaines de ces conceptions peuvent ajouter un certain degré de vibration à l'effet de fluidisation de l'air lorsque activé.

Ces pads donnent généralement de bons résultats, mais ils nécessitent d'air comprimé (qui doit être sec, sinon l'humidité qui pourrait être introduite avec l'air est susceptible de réduire la écoulement) et sont limités aux trémies de petite à moyenne taille.

Figure 2 - Pads de fluidisation

D'autres conceptions, basées sur un principe similaire, existent pour les grands silos : fonds de fluidisation ou canons à air. Pour les grands silos, de telles aides au déchargement ne doivent être installées que si la conception des silos est suffisamment solide pour résister à une forte contrainte due à la chute d'une partie du produit stocké. En effet, ces systèmes de fluidisation sont efficaces et pourraient aider à débloquer une grande quantité de poudre qui, lorsqu'elle tombe, pourrait endommager le silo.

3.3 Knocker

Comme son nom l'indique, les knockers - également appelés marteaux - vont percuter l'extérieur du cône du silo pour favoriser l'écoulement.

Ces équipements sont parfois utilisés comme principales aides au déchargement pour certaines trémies, mais ne sont généralement pas très efficaces seuls. En effet, percuter une trémie pleine amortit beaucoup l'onde de choc, de sorte que la force est parfois incapable de briser les arches.

Les knockers sont mieux activés à la fin du déchargement lorsque seuls quelques kg restent sur les parois de la trémie ou du silo. La percutant aidera alors à arriver à un déchargement proche de 100%.

3.4 Où positionner les aides au déchargement ?

Les aides au déchargement sont utilisées lorsqu'il n'est pas possible de concevoir une trémie qui se comportera comme un écoulement de masse avec les solides qu'elle manipule, ce qui éviterait le pontage et les ratholes. Par conséquent, pour être efficace, ces aides au déchargement doivent être positionnées à la hauteure correspondant soit au diamètre de sortie critique, soit au diamètre du rathole, le plus grand des deux (généralement, c'est diamètre du rathole). Ces diamètres peuvent être calculés en suivant des tests de cisaillement de la poudre.

Si ces diamètres sont inconnus, le positionnement des aides au déchargement sera fait par expérience, avec des risques d'être plus ou moins efficace, en les plaçant légèrement au-dessus de la sortie du silo. Si l'utilisation de pads de fluidisation est utilisée, il est possible d'utiliser plusieurs couches le long de la hauteur du cône de déchargement (pas trop haut, car cela peut poser problème d'avoir soudainement de grandes quantité de poudre s'écoulant).

3.5 Autres

De nombreuses autres aides au déchargement sont disponibles en fonction de la conception du silo dont la poudre est extraite. Une liste non exhaustive est donnée ci-dessous :

- Agitateurs mécaniques

- Soupapes de cône

- Écrans vibrants

- Extracteurs rotatifs

- Vis / vis rotatifs