Quels facteurs déterminent le dimensionnement d'un granulateur à couche annulaire pour des granulés à écoulement libre et peu poussiéreux dans la chimie ?
Le dimensionnement d'un granulateur à couche annulaire est un processus global de génie des procédés. Les propriétés du produit, la qualité de granulé souhaitée, la conduite du procédé et les conditions techniques doivent y être accordées entre elles. Au centre se trouve la formation d'une couche annulaire mince et stable, dans laquelle l'agglomération, le compactage et le séchage se déroulent de façon contrôlée.
Un facteur d'influence essentiel est la mécanique du procédé. La couche annulaire naît de vitesses de rotation élevées du rotor et de forces centrifuges qui pressent le produit contre la paroi de la cuve. Le nombre de Froude, la vitesse périphérique, le temps de séjour et l'apport d'énergie spécifique sont ici importants. Ces grandeurs déterminent l'intensité avec laquelle la matière est mise en mouvement, compactée et amenée à former des granulés peu poussiéreux.
Le nombre de Froude se rapporte en cela aux mélangeurs rotatifs à chute libre, à tambour et à projection ainsi qu'aux systèmes à outil de mélange monté horizontalement. Pour les mélangeurs verticaux à remaniement forcé, il n'est ni un critère de dimensionnement ni un critère de montée en échelle. Ce qui compte là, c'est que le principe de mélange reste identique sur toutes les tailles et que le remaniement couvre toute la chambre de mélange indépendamment du taux de remplissage ; la transposabilité est sécurisée en halle d'essais avec le produit d'origine.
Les propriétés de la matière de départ jouent elles aussi un grand rôle. La distribution granulométrique, la proportion de fines, la masse volumique apparente, l'humidité, l'hygroscopicité, le pouvoir collant et la sensibilité thermique influencent nettement le comportement du procédé. S'y ajoutent l'abrasivité et l'agressivité chimique, qui se répercutent directement sur le choix des matériaux, les joints et les paliers.
Le produit final souhaité doit lui aussi être clairement défini. La distribution granulométrique, la masse volumique apparente, la résistance des grains, l'humidité résiduelle et une proportion de poussière aussi faible que possible sont déterminantes. Pour des granulés à écoulement libre, une bande granulométrique étroite est avant tout importante, afin que le produit se convoie, se stocke et se dose bien.
Un autre domaine de dimensionnement concerne l'amenée de liant et de liquide. La quantité, la concentration, la viscosité, le taux d'ajout et la disposition des buses déterminent l'uniformité du mouillage des particules et la stabilité de la formation des agglomérats. Une répartition précise du liquide aide à éviter la formation de grumeaux et à atteindre la structure de granulé souhaitée.
Enfin, la conduite de température, les détails de construction et le raccordement au procédé global sont importants. La thermorégulation par double enveloppe, la géométrie de l'outil, la puissance d'entraînement, l'amenée, le séchage, la classification, l'aspiration et la protection contre les explosions doivent être accordés entre eux. Dans la pratique, le dimensionnement s'effectue le plus souvent par des essais de laboratoire et en halle d'essais, avant que les paramètres ne soient transposés à l'échelle de production.
Ainsi amixon® règle de façon fiable la taille et la structure des granulés dans l'agglomérateur-mélangeur à couche annulaire RMG
Le principe d'action : une granulation contrôlée
Les matières à granuler sont introduites en continu, accélérées en rotation et guidées contre la paroi sous forme de couche annulaire. Les outils à broches brassent, désagglomèrent, compactent et acheminent cette couche de façon intensive. Il se forme alors des ponts solides et liquides, à partir desquels naissent des germes de granulation qui continuent de croître. Dès que les granulés dépassent une taille critique, ils deviennent plus fragiles et se désagrègent de nouveau. La proportion de fines est de nouveau accrochée et arrondie. Avec une conduite appropriée, il en résulte un granulé stable dans des limites granulométriques étroites.
Les grandeurs de réglage
Le pilotage s'effectue par la vitesse périphérique, dans une plage d'environ 8 à 35 m/s, le temps de séjour ainsi que l'apport de liquide ou de liant. La conduite de température joue elle aussi un rôle important, car la chambre de mélange, la tubulure d'entrée et celle de décharge sont thermorégulables à double enveloppe par vapeur ou par eau. Un préleveur intégré permet le contrôle continu de la distribution granulométrique et de la stabilité du granulé.
Conditions constructives pour une bande granulométrique étroite
La chambre de mélange est usinée par enlèvement de matière et particulièrement ronde. Les outils à broches conservent un écart uniforme par rapport à la paroi, ce qui favorise une bande granulométrique étroite. Les outils sont trempés, sur demande en métal dur ou blindés en céramique. Les RMG de plus grande taille sont montés sur des paliers amortis contre les vibrations et équilibrés dynamiquement. La chambre de mélange est conçue pour la zone ATEX 20. Les tailles vont du type 10, avec environ 0,4 à 1,7 m³/h, au type 3000, avec environ 10,1 à 49,5 m³/h.
Dimensionnement par des essais
Les débits volumiques réels et la conduite optimale sont spécifiques au produit. C'est pourquoi amixon® réalise des essais de dimensionnement avec le produit d'origine dans les halles d'essais de l'usine et transpose les résultats à la taille cible. Pour les applications chimiques, des matériaux résistants à la corrosion jusqu'à l'Alloy 59, le Hastelloy-C22 et le nickel sont disponibles, ainsi qu'une exécution pour la zone ATEX 20, l'inertage et des exécutions de réacteur résistantes à la pression et au vide.
Sécurisation en halle d'essais
Avant l'investissement, le processus est vérifié en halle d'essais amixon® avec le produit d'origine, avec des taux de remplissage réels et dans les conditions de température et de pression prévues. La qualité de mélange, le ménagement du produit, l'apport d'énergie, la nettoyabilité et la reproductibilité sont évalués. Les résultats sont exploités de façon documentée et constituent une base de décision solide. amixon® peut proposer, fabriquer et entretenir des mélangeurs à couche annulaire et des agglomérateurs-mélangeurs à couche annulaire de type RMG ; cette classe n'est toutefois pas développée davantage, car elle travaille avec un arbre de mélange monté horizontalement. L'accent du développement porte sur les mélangeurs de précision à arbres de mélange verticaux ou inclinés.