Une usine alimentaire perdait près de 4 % de chaque lot sous forme de poussière et de granulés brisés lors du transfert du mélangeur à la ligne d'emballage. Le problème n’était pas l’étape de mélange ; il s'agissait d'une ligne de transport de phase diluée fonctionnant à 22 m/s, laissant chaque particule heurter la paroi du tuyau et chaque coude. Après la conversion au transport pneumatique en phase dense, la perte de produit est tombée en dessous de 0,5 pour cent et la durée de vie des tuyaux est passée d'environ un an à plus de quatre ans. Ce résultat est typique des matériaux abrasifs, friables ou sujets à la ségrégation : la phase dense déplace les mêmes solides en vrac à une fraction de la vitesse, de sorte que les particules glissent à travers la ligne en masses compactes au lieu d'entrer en collision avec les raccords à grande vitesse.
Qu’est-ce que le transport pneumatique en phase dense ?
Le transport pneumatique en phase dense est une méthode à faible vitesse et à haute pression pour déplacer des poudres et des granulés en vrac. Le matériau n'est pas en suspension dans le flux d'air. Au lieu de cela, un compresseur ou un ventilateur délivre de l'air à environ 2 à 8 bars (30 à 100 PSIG), poussant une colonne remplie de produit à travers le pipeline. Le matériau se déplace sous forme de dunes le long du fond du tuyau ou sous forme de billes de plein calibre séparées par des poches d'air.
La densité de transport dans la ligne est généralement d'environ 50 pour cent de la densité apparente du matériau au repos, c'est pourquoi la méthode est appelée « dense ». Les vitesses du produit restent généralement comprises entre 1 et 8 m/s, contre 15 à 35 m/s pour le transport en phase diluée. Cette combinaison de haute pression et de faible vitesse protège à la fois le produit et le tuyau.
Phase dense vs phase diluée : ce qui change réellement
La façon la plus simple de comparer les deux méthodes consiste à examiner la façon dont le produit se déplace. En phase diluée, le matériau est entièrement en suspension et suit le flux d'air, de sorte que les particules individuelles se déplacent rapidement et entrent en collision avec la paroi du tuyau. En phase dense, le matériau est poussé vers l'avant sous forme de bouchons se déplaçant lentement, et la majeure partie de l'énergie de l'air est convertie en pression plutôt qu'en vitesse.
| Paramètre | Phase diluée | Phase dense |
|---|---|---|
| Vitesse du produit | 15-35 m/s | 1-8 m/s |
| Pression atmosphérique | 0,2-1 barre | 2-8 barres |
| Rapport produit/air | Faible | Élevé |
| Usure des composants | Élevé | Faible |
| Dégradation du produit | Élevé | Faible |
| Coût de la compression de l'air | Faibleer | Élevéer |
| Distance de transport typique | Court à moyen | Moyen à long |
Le coût plus élevé de la compression de l’air est la principale raison pour laquelle la phase dense n’est pas installée partout. Les économies proviennent d'une usure réduite, de moins de dommages au produit et d'une maintenance réduite sur les coudes, les inverseurs et les vannes rotatives.
Comment fonctionne un système à phase dense
Un système en phase dense comporte trois éléments principaux : un récipient sous pression ou un réservoir de soufflage qui alimente le matériau dans la conduite, une alimentation en air comprimé et des points d'injection d'air le long du pipeline. Le cycle de fonctionnement est simple :
- Le réservoir de soufflage est rempli tout en étant mis à l'atmosphère.
- La vanne d'entrée se ferme et l'air comprimé met le récipient sous pression.
- Lorsque la pression du récipient dépasse la résistance du pipeline, le matériau est expulsé du réservoir vers la conduite.
- Les points d'injection d'air le long du tuyau libèrent de l'air à intervalles réguliers, maintenant la colonne de matériau en mouvement comme des bouchons et l'empêchant de se solidifier.
Un point qui prête encore à confusion est la différence entre un réservoir de soufflage et un véritable fonctionnement en phase dense. L’utilisation d’une cuve de soufflage seule ne garantit pas un comportement en phase dense. Si la vitesse de l'air est suffisamment élevée pour mettre le matériau en suspension, le système fonctionne en phase diluée même s'il est alimenté par un récipient sous pression. Le facteur décisif est la vitesse et non le type d'alimentateur.
Quels matériaux profitent le plus
La phase dense n'est pas le bon choix pour chaque produit. Elle gagne ses frais d'exploitation sur des matériaux qui autrement seraient endommagés ou endommageraient la ligne. Quatre catégories sont particulièrement bien adaptées :
- Produits abrasifs comme l'alumine, le sable de silice et bien d'autres intermédiaires chimiques . Une faible vitesse signifie moins d'érosion des tuyaux, en particulier dans les virages.
- Produits friables et fragiles y compris granulés pharmaceutiques , café instantané et particules enrobées. L'action de poussée douce préserve la taille des particules et réduit la poussière.
- Lots mixtes qui ont tendance à se séparer lorsque l’air les traverse. La phase dense minimise la classification des particules typique des flux à grande vitesse.
- Matériaux souples et compressibles comme de nombreuses poudres alimentaires et granulés de polymère, qui se déforment ou s'étalent sous l'impact en phase diluée.
Les poudres fines et hautement cohésives constituent la principale exception. Ils peuvent former des arcs stables au lieu de limaces propres. Pour cette raison, un essai de transport avec le produit réel n'est pas facultatif ; c'est le seul moyen fiable de confirmer que la phase dense fonctionnera et de dimensionner correctement la ligne.
Adaptation de l'approche de transport à votre ligne
Avant de s'engager dans un système entièrement en phase dense, les ingénieurs de l'usine doivent évaluer la distance de transfert et le comportement du produit par rapport à un équipement plus simple. Pour les courtes distances de transfert, un convoyeur sous vide offre une alternative pneumatique peu coûteuse et est largement utilisé pour déplacer les poudres des sacs, des bacs ou des petits équipements de traitement sans échapper de poussière.
Le transport sous vide est généralement limité à des distances inférieures à 30 mètres, mais dans cette plage, il évite les dépenses en capital liées à un récipient sous pression et à une station de compression, et il est facile à nettoyer entre les changements de produit.
Du côté mécanique, un convoyeur à vis constitue un moyen fiable et fermé d'alimenter le matériau à un débit contrôlé dans un mélangeur, un granulateur ou une machine d'emballage. Les convoyeurs à vis sont souvent utilisés pour de courts transferts horizontaux ou inclinés où le produit s'écoule librement et où la disposition est fixe.
Convoyeur à vis de granulés alimentaires LS pour le transfert de matériaux sur de courtes distances Ce convoyeur à vis en acier inoxydable est adapté à l'alimentation contrôlée de poudres sèches et de granulés à écoulement libre sur de courts itinéraires horizontaux ou inclinés, complétant ainsi les systèmes à phase dense plus longues dans les usines alimentaires, chimiques et pharmaceutiques. Voir le produit → Pour les longs tirages, les débits élevés ou les produits qui ne peuvent pas tolérer la manipulation mécanique, la phase dense reste le choix préféré. De nombreuses usines alimentaires, chimiques et pharmaceutiques fonctionnent en combinaison : transport sous vide ou à vis pour les segments courts, phase dense pour la conduite principale entre bâtiments ou silos.
Considérations clés avant d’acheter
Lorsque vous spécifiez un système en phase dense, la discussion avec le fournisseur doit régler au moins quatre points avant que tout équipement ne soit proposé.
- Alimentation en air. La phase dense nécessite une source d’air à pression plus élevée que la phase diluée. Décidez si vous souhaitez faire fonctionner un compresseur dédié ou exploiter l’air de l’usine. L'approvisionnement dédié est généralement plus fiable, car la pression de l'air de l'usine fluctue lorsque d'autres équipements démarrent et s'arrêtent.
- Disposition des lignes. Chaque virage ajoute de la résistance et donne aux limaces un endroit où caler. Réduisez les courbures au minimum, utilisez des coudes à long rayon et, pour les produits abrasifs, installez des raccords d'usure remplaçables ou des coudes recouverts de céramique.
- Essais de matériaux. Ne dimensionnez jamais une ligne de phase dense à partir de la seule densité apparente. La distribution granulométrique, la teneur en humidité, la cohésion et la friabilité affectent toutes la formation du bouchon. Un essai contrôlé sur le produit réel est le seul moyen fiable de définir le diamètre de la conduite, le débit d'air et la pression.
- Qualité des composants. La soupape de décharge du réservoir de soufflage, les raccords d'injection d'air et les coudes de pipeline tombent en panne le plus tôt possible en service abrasif. Spécifiez les composants évalués pour la pression de fonctionnement et conçus pour un remplacement rapide.
Les coûts d’exploitation doivent également être évalués honnêtement. Les systèmes en phase dense nécessitent généralement des compresseurs plus gros et plus d’énergie par tonne transportée que les systèmes en phase diluée. Le retour sur investissement provient de moins de pertes de produits, d’une maintenance réduite et de moins de blocages de lignes. Les usines qui utilisent des produits abrasifs ou fragiles récupèrent généralement la différence au cours du premier cycle de production complet.
La question décisive est simple : que fait votre produit lorsqu’il se déplace à 25 m/s ? Si la réponse est rupture, poussière, ségrégation ou usure rapide des tuyaux, le transport pneumatique en phase dense vaut l'investissement plus élevé dans le compresseur. Si le produit est robuste, fluide et que la distance est courte, un système de vide ou de vis plus simple fera l'affaire. Dans tous les cas, les vitesses, les pressions et le comportement du matériau mesurés lors d'un essai avec votre propre produit doivent déterminer la spécification finale.
