Le but de cette étude du Cetim est, à terme, de réduire les encrassements constatés dans les systèmes de transfert de produits pulvérulents, friables ou comportant une composante fusible (graisse notamment), transportés par gravité à partir de silos, par convoyeur à vis, par voie pneumatique ou vibratoire, etc.).
Elle s’est donc attachée à caractériser les processus d’encrassement des systèmes de transfert, dans le cadre d’un groupe de travail composés d’industriels du secteur agroalimentaire. Des dispositifs pour caractériser l’encrassement ou le provoquer en continu ont été mis au point. Ils ont permis de mettre en évidence par exemple l’influence du taux de matière grasse sur l’importance du dépôt, ainsi que l’effet de la température de l’air de transport et de la température de la paroi.
Caractériser l’interaction entre le produit et le matériau de la paroi
Un test discontinu a été défini pour caractériser les vitesses d’encrassement avec différents couples pulvérulent/matériau, en fonction des conditions appliquées (température de l’air et des parois, humidité, rapport de débit solide/gaz, vitesse de transport, etc.).
Ce dispositif consiste en une enceinte tubulaire ventilée, dont certains paramètres sont modifiables (température de l’air, de la paroi, débit d’air, humidité, pression de l’enceinte, nature de la paroi).
Il permet de mesurer les taux d’agglomération d’un pulvérulent donné dans différents états physiques (granulométrie, humidité, taux de graisse) et pour différentes conditions aérauliques (température et humidité de l’air).
Ce test a également été utilisé pour mesurer les cinétiques d’attrition des matériaux (solide, dépôt, encrassement) sur la paroi interne de tubes en présence d’un écoulement radial d’air secondaire destiné à favoriser le contact entre le solide et la paroi.
Ces cinétiques ont été déterminées par des mesures sur les envols de particules (masse recueillie au cours du temps sur un filtre et détermination par échantillonnage des granulométries correspondantes) et par pesées successives des dépôts à la paroi tubulaire amovible interne.
Caractérisation du transfert et de l’encrassement en continu
Une seconde phase a consisté à mettre en place un ensemble pilote destiné à l’étude du processus d’encrassement en continu lors du transport de solide divisé dans une ligne tubulaire.
Cet ensemble comporte un dispositif de stockage en silo, une ligne d’alimentation gravitaire, une ligne d’alimentation par vis et/ou par auge vibrante, une ligne de transport, une série de coudes (vertical, horizontal, à section cylindrique ou carrée), un séparateur cyclonique et, à la sortie du cyclone, une jambe de retour ramenant les granulométries grossières vers le bas de la colonne.
Il est équipé pour la mesure de pressions, de températures, de débits et comporte des points de prélèvement de solides pour analyse. La répétabilité des essais a été vérifiée par des tests sur des modèles de pulvérulents à base de sciure calibrée, dont l’humidité et le taux de matières grasses sont connus.
Les essais paramétriques ont ensuite consisté à faire varier la nature des matériaux granulaires, la température et l’humidité de l’air de transport, les rapports de débit solide/gaz et la température de la paroi.
Résultats
Les essais conduits sur des produits de référence constitués de mélanges de sciure, d’huile et d’eau ont montré une bonne reproductibilité des taux de déposition (rapport de la masse déposée sur la paroi à la masse introduite pour l’essai).
Ils ont aussi montré une bonne sensibilité à la variation de la composition du produit de référence, en particulier pour ce qui est du taux de graisse du mélange (teneur en huile) : plus ce taux augmente, plus le mélange adhère à la paroi. Par contre, l’humidité n’apparaît pas comme un paramètre déterminant. La granulométrie du solide a un effet important sur le taux de déposition : les solides les plus fins conduisent aux dépôts les plus importants. La différence de température entre la paroi et l’air de convoyage agit également : en réduisant cette différence, on réduit aussi les taux de particules déposées. Pour une température de paroi donnée, l’augmentation de la température de l’air de transport provoque des dépôts plus importants.
Pour ce qui est de la nature des parois, les taux de déposition sont voisins avec un inox ou un plexiglas, mais un acier ordinaire entraîne des taux de dépositions plus faibles. L’encrassement initial des parois ne paraît pas être un facteur déterminant.
Le pilote a également été testé sur trois séries de produits fournis par les industriels du groupe de travail : nourriture pour animaux de compagnie (pet food), pour poissons (fish feed) et farine de maïs. D’une manière générale, ces produits industriels confirment les résultats obtenus avec le produit de référence.
De plus, on a pu mettre en évidence pour les essais avec le pet food, la prépondérance de l’effet granulométrique sur le taux de matière grasse. Ainsi, les produits les plus fins à faible taux de matière grasse, entraînent un dépôt plus important que des produits de granulométrie supérieure avec un taux de matière grasse élevé.
Le pilote d’encrassement en continu a permis de suivre l’évolution des dépôts au cours du temps, dans des zones tests (sections droites, coudes) lors du transport pneumatique, en contrôlant la température de l’air de transport et de la paroi.
Ce pilote a permis de tester différents produits, notamment le fish feed décliné à plusieurs taux de matières grasses (MG). L’influence du taux de matière grasse sur la quantité de dépôts a été mise clairement en évidence :
- À 15% de matières grasses, le fish feed occasionne peu de dépôts, en quantité stable au cours du temps ;
- À 20%, après une période de latence ou les dépôts sont du même ordre que précédemment, on assiste à une augmentation rapide des dépôts, puis à une stabilisation ;
- À 25%, les dépôts augmentent rapidement et se stabilisent à des niveaux deux fois plus élevés qu’à 20%.
Le pilote a également mis en évidence :
- L’effet de la température de l’air de transport : son augmentation engendre une augmentation des quantités de dépôt, pour les trois produits testés, au point d’occasionner très rapidement des phénomènes de bouchage pour le produit à 25% de matière grasse, à partir d’une température d’air de 30°C ;
- L’effet de la température des parois : la quantité de dépôts diminue significativement quand la température de paroi baisse.
Une température de paroi négative n’entraîne pas d’effet supplémentaire significatif.
