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Qualification de vos poudres

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Qualification de vos poudres et pulvérulents

1 - Qu'est-ce que la qualification des poudres ?

La qualification des poudres concerne tous les industriels transformant et manipulant quotidiennement des poudres sous forme de produits finis ou matières premières.
Dans de nombreux processus de fabrication, de manutention des poudres et de traitement industriels, l’analyse minutieuse des matières premières est une condition essentielle à l’obtention de résultats parfaits.
La manutention des poudres peut s’avérer difficile, particulièrement au moment du traitement et du stockage. En effet, de nombreux facteurs influencent l’écoulement des poudres, comme la taille et la forme des particules, la structure chimique, l’humidité, la température, les propriétés de l’emballage, la charge électrostatique, la morphologie de la surface, l’absorption de gaz, l’humidité atmosphérique et la répartition des dimensions des particules autrement appelé le « SPAN ». Or la bonne conduite d’un procédé dépend principalement du comportement des poudres, et en particulier de sa coulabilité.

Pour pouvoir bien étudier le milieu granulaire, il faut avant tout connaître les caractéristiques des particules, ainsi que de la poudre dans son ensemble. Les particules ne sont en général pas sphériques, et peuvent se présenter sous diverses formes.
Pour caractériser la taille et la forme des particules non sphériques, on utilise deux notions :

  • Le diamètre équivalent qui correspond au diamètre d’une sphère qui possède une même caractéristique que la particule.
  • Le facteur de sphéricité (Ψv) qui est le rapport entre la surface de la sphère ayant le même volume que la particule, par rapport à la surface de la particule

En général, la taille des particules présentes dans une poudre est très dispersée. L’analyse granulométrique de la poudre permet de définir des paramètres moyennés représentatifs de l’ensemble de la distribution des tailles de particules.
<<< Exemple de courbe de granulométrie laser pour du sucre glace >>>

Morphologie des particules : selon la forme des particules, celles-ci vont s’écouler plus ou moins facilement. Pour des particules présentant une forme qui s’éloigne de la sphère, c’est-à-dire pour des formes allongées telle que les bâtonnets ou encore les aiguilles, l’écoulement sera difficile. 

Grains de café et de sucre vus au microscope

Grains de café instantané et grains de sucre observés en microscopie électronique

L’historique de la poudre, c’est-à-dire sa manipulation, son stockage ainsi que son transport, peut avoir un impact sur sa coulabilité. Selon la manière dont a été manipulée la poudre, celle-ci sera dans un certain état d’organisation, et présentera donc une certaine cohésivité (désaération, segmentation granulométrique, reprise d’humidité…).

2 - Pourquoi réaliser des tests sur vos poudres ?

La réalisation de test de coulabilité avec le support de notre laboratoire des poudres vous permettra de déterminer les performances de vos poudres avant qu’elles soient intégrées au processus de production et ainsi, éventuellement d’adapter les différents équipements composant la ligne de production. Ces tests permettent de définir des diamètres minimums d’écoulement, degré de pentes des trémies, état de surface, mise en place d’aide à l’écoulement.

Laboratoire des poudres Palamatic Process

Exemples de types d'écoulement :

A - Écoulement en masse

Toute la matière contenue dans le silo est en mouvement mais pas nécessairement à la même vitesse.
•    Pas de zone morte
•    Distribution des temps de séjour (premier entré -premier sorti), FIFO.
•    Faible ségrégation
•    Capacité de stockage plus faible (angle du silo de stockage élevé)
•    Moindre résistance à l'abrasion de l’équipement de stockage

B - Écoulement en cheminée

Mouvement d’un noyau central seulement
•    Présence de zone morte
•    Distribution des temps de séjour (premier entré - dernier sorti, pas de gestion des lots de chargement)
•    Forte ségrégation
•    Plus grande capacité de stockage (angle faible du silo de stockage)
•    Équipement de stockage plus résistant à l'abrasion

Type d'écoulement des poudres Palamatic Process

3 - Nos solutions pour vérifier la conformité de vos poudres

Nous réalisons des tests et des mesures de coulabilité et de granulométrie pour vérifier la conformité de vos poudres.
Palamatic Process, forte de son expertise dans le domaine des poudres et pulvérulents, accompagne les industriels dans la caractérisation granulométrique des poudres utilisées dans leurs usines.
Pour caractériser vos poudres, nous disposons d'équipements de laboratoire et vous proposons de réaliser des tests sur vos poudres dans les conditions réelles de production. Notre laboratoire réalise plusieurs mesures sur les échantillons de poudres afin de quantifier, classer, contrôler et comparer le type d’écoulement des poudres

Exemples de tests de mesure : granulométrie, angle de glissement, angle de talus, mesure des masses volumiques tassées et non tassées (indice d’Hausner), test de mesure de la dispersion des poudres
Méthodes pour l’évaluation de la coulabilité des poudres :

  • Angle de repos
  • Essais de tassement : indice de Hausner, essais dynamiques par tassement, essais dynamiques par compression, 
  • Comparaison des essais de tassement 
     

4 - Quels équipements ?

Le comportement global d’une poudre, et en particulier sa coulabilité, est le résultat des interactions interparticulaires des particules qui la composent, mais aussi des interactions de la poudre avec son environnement, c’est-à-dire l’air, mais aussi le procédé dans lequel il est manipulé. La nature ainsi que l’importance de ces interactions dépendent de nombreux paramètres, tels que : 
• Des caractéristiques de la particule : morphologie, taille, distribution granulométrique… 
• Des caractéristiques de l’air environnant : humidité, température, taux d’aération.
• Des caractéristiques du procédé de manipulation : état de surface des parois, manipulation de la poudre, pression.
Si ces forces d’interaction dominent la force de gravité, la poudre présentera un comportement cohésif, et présentera donc des difficultés pour l’écoulement : l’écoulement sera irrégulier voire absent. Pour évaluer cette capacité à s’écouler, il existe différentes méthodes. 

1 - Rhéomètre pour tester l’écoulement des poudres 

L'appareil de contrôle d'écoulement de poudre fournit l'analyse simple et rapide du comportement d'écoulement de la poudre dans l'équipement de traitement industriel.  Le rhéomètre permet, par exemple d'évaluer la capacité de déversements de poudres placées dans des containers de stockage.
Plusieurs choix de tests peuvent être préprogrammés : fonction écoulement, friction murale ou densité en vrac.
Exemples de données en sorties :
- Index propre d'écoulement des poudres
- Dimensions d'arches
- Diamètre rathole

Courbe granulométrique Palamatic Process

2 - Tamis de contrôle pour analyses granulométriques

Le tamis de laboratoire Palamatic Process utilisé en colonne permet de déterminer la courbe et la granulométrie de la poudre.
Le tamis de laboratoire Palamatic Process produit un mouvement de tamisage en 3 dimensions afin que les résultats de tamisage soient rapidement disponibles et parfaitement reproductibles. Le produit à tamiser tombe verticalement et est réparti en un mouvement circulaire sur toute la surface du tamis. Notre logiciel permet l’évaluation informatisée de l’analyse granulométrique avec une lecture rapide et aisée des données.

5 - Paramètres à prendre en compte

D’autres paramètres extérieurs doivent être pris en compte :
- Surface des parois : de la même manière que les particules interagissent entre elles, ces particules peuvent aussi interagir avec les parois
- Humidité : l’humidité du milieu peut impacter la coulabilité d’une poudre, par influence de la teneur en eau de cette dernière
- Température : la température impacte la coulabilité d’une poudre

Exemple d’ensemble de paramètres gouvernant le mode d'écoulement de poudre contenue dans un silo :
•    La nature et les propriétés physiques de la poudre et sa coulabilité
•    Le demi-angle d'ouverture du silo
•    La rugosité de la paroi
•    La pression interne dans le silo
•    La taille de l'ouverture
•    Un écoulement en masse nécessite un angle faible et des parois lisses
•    La transition entre les conditions d'écoulement / non ­écoulement dépend de la taille de l'ouverture
•    La taille de l'ouverture gouverne le débit massique

Écoulement en masse des poudres

D'après Ter Borg : probabilité d'occurrence d'écoulement en masse en fonction de l'angle du silo

Le test de Jenike, initialement développé pour le dimensionnement des silos, permet de quantifier les propriétés d’écoulement d’une poudre. Cette méthode consiste à déterminer la contrainte tangentielle τR à appliquer à un empilement de poudre initialement consolidé, soumis à une contrainte normale σN, afin de « rompre » cet empilement. Le couple (σN, τR) est appelé point de rupture.
La détermination de plusieurs points de ruptures permet de définir le lieu d’écoulement, qui correspond à l’ensemble des points de rupture. Ce lieu d’écoulement permet de déterminer la fonction d’écoulement, paramètre intrinsèque à la poudre, permettant de quantifier sa coulabilité. Etant donné qu’un point de rupture (σN, τR) est dépendant de l’état de consolidation initial de la poudre, il faut s’assurer que cet état soit le même pour chaque mesure, afin d’obtenir des résultats exploitables.

Qualification des poudres Palamatic Process

Protocole de mesure : détermination du lieu d'écoulement par le test de cisaillement de Jenike

6 - Solutions / résultats

La qualification des poudres permet d’adapter les différents équipements composant la ligne de production. 
Ainsi, nous pouvons vous proposer différentes technologies de transfert pneumatique (aspiré ou poussé, phase dense ou diluée) ou encore des solutions de vibration adaptées à vos produits et à votre process pour faciliter l’écoulement des produits poudres et vrac lors des phases de stockage et de transfert.
Nous pouvons vous aider à déterminer le type de vibrateur adapté à vos besoins. Différentes technologies sont disponibles : plaques et buses de Fluidification, Vibro-aérateurs, Canons à Air, Percuteurs Pneumatiques et Combinés, Vibrateurs Pneumatiques…

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