Séparateurs d'air centrifuges mécaniques

1 novembre 2010 | Par Joseph Muscolino, Sturtevant Inc.

Une meilleure compréhension des systèmes de classificateurs d'air et de leur application peut aider à sélectionner le bon appareil

Les classificateurs d'air centrifuges mécaniques sont largement utilisés pour traiter les agrégats, la céramique, les produits chimiques, les aliments, les minéraux, les métaux, les plastiques, les cendres volantes et d'autres matériaux. Ils sont normalement utilisés lorsque la taille des particules que vous devez séparer est trop fine pour être tamisée. Le produit classé dans l'air peut être soit le rejet grossier granulaire avec très peu de fines et de poussières, soit le rejet de fines avec très peu de matière grossière.

Les classificateurs d'air éliminent les problèmes d'aveuglement et de bris associés aux écrans. Ils fonctionnent en équilibrant les principes physiques de la force centrifuge, de la force de traînée, de la collision et de la gravité pour générer une méthode de haute précision de classification des particules en fonction de leur taille et de leur densité. Pour les matériaux secs de 100 mesh et moins, la classification par air constitue le moyen le plus efficace et le plus efficace pour séparer un produit du flux d'alimentation, pour le dépoussiérage ou, lorsqu'il est utilisé conjointement avec un équipement de broyage, pour augmenter la productivité.

Les classificateurs à air ne peuvent être utilisés que pour le traitement à sec. Afin d'éliminer efficacement les poudres fines, l'humidité de surface de l'aliment doit être très faible.

Les classificateurs d'air centrifuges mécaniques sont des maîtres de la précision. Ils constituent un bon choix lorsque la courbe de séparation ou le point de coupe est trop fin pour les cribles (200 à 400 mesh ou plus fin), lorsque la capacité est trop importante pour les cribles (jusqu'à 800 tonnes/h) et lorsqu'un réglage facile est nécessaire pour répondre aux diverses spécifications du produit.

L'un des avantages les plus significatifs d'un classificateur est son procédé à sec. Pour le dépoussiérage des granulats, le traitement à sec élimine le besoin d'eau ou de bassins de décantation, ce qui permet d'économiser de l'argent et du terrain, et profite à l'environnement.

Les classificateurs à air ne gèrent pas le travail plus agressif que font les pulvérisateurs et ils fonctionnent à des vitesses beaucoup plus faibles, de sorte que l'équipement est moins susceptible de s'user. Avec l'ajout de revêtements protecteurs, les classificateurs d'air peuvent être utilisés pour traiter économiquement même les poudres abrasives, telles que la silice, les cendres volantes et la céramique.

Les classificateurs à air ont la capacité de séparer des poudres aussi grossières que 80 mesh (180 μm) et aussi fines que 2 à 3 μm. La finesse des produits classés par air est contrôlée par un équilibre précis entre la quantité de lames de rejet, la vitesse à laquelle les lames de rejet fonctionnent, la vitesse du flux d'air et la vitesse à laquelle le matériau est alimenté. Même avec des poudres fragiles, les classificateurs à air fracturent ou dégradent rarement les particules car ils ne fonctionnent pas aux vitesses du pulvérisateur et la majeure partie de l'alimentation n'entre jamais en contact avec les pièces en rotation.

Les classificateurs à air peuvent être utilisés comme dispositif de dimensionnement unique dans un circuit ouvert où l'alimentation est divisée en une décharge de fines et une décharge grossière. Cet équipement peut également être utilisé en circuit fermé avec des broyeurs. Dans ce cas, l'utilisation du classificateur à air maximise la capacité du broyeur et réduit la consommation d'énergie du broyeur car le broyeur n'a pas à servir de dispositif de calibrage (Figure 1).

Figure 1. Les classificateurs d'air centrifuges mécaniques peuvent servir de dispositifs de calibrage, où l'alimentation est divisée en évacuation grossière et en fines

Les classificateurs d'air centrifuges mécaniques sont utiles dans de nombreuses applications, notamment :

• Dépoussiérage des fines indésirables dans de nombreux types de granulats, tels que le calcaire, le granit, la roche trapézoïdale, le grès, le basalte, la diabase, le gabbro, le sable et le gravier

• Réduction de la charge de fines sur un système de flottation à l'eau pour extraire les métaux précieux de nombreux types de minéraux, y compris les minerais de fer, d'or, de phosphate ou d'illménite

• Amélioration de la finesse du calcaire broyé, de la silice, du feldspath, du laitier réfractaire, du verre fondu, de la kyanite, de la zircone, de l'alumine, du carbonate de lithium, de l'oxyde de cuivre et autres

• Élimination des contaminants indésirables dans les cendres volantes, le charbon, le kaolin, la chaux hydratée, la terre de diatomées et le mica

• Augmenter la teneur en protéines dans la farine de blé, la farine de pois chiche, les aliments pour animaux à base de farine de volaille et autres

Alors que la densité joue un rôle dans la séparation du classificateur d'air, les courants d'air internes sont principalement affectés par la masse et le poids globaux des particules dans l'alimentation. Les particules plus légères et plus petites sont éliminées par le flux d'air, tandis que les particules plus lourdes et plus grosses ne sont pas entraînées dans le flux d'air. Si le matériau de faible densité a également une taille de particules plus fine, les classificateurs à air peuvent être très efficaces. Cependant, les grosses particules à faible densité peuvent avoir une masse et un poids similaires à certaines petites particules à haute densité. Cela peut réduire l'efficacité de la séparation par densité d'un classificateur à air.

Les effets de l'humidité sont limités par l'humidité de surface plutôt que par l'humidité inhérente. L'humidité inhérente se trouve naturellement à l'intérieur des particules de minerais, de minéraux ou de sable de pierre après le séchage naturel à l'air. L'humidité inhérente n'entrave pas la capacité d'un classificateur à air à éliminer la poudre fine ou la poussière fine des particules grossières. Par exemple, le charbon broyé est classé avec succès dans l'air avec une humidité inhérente pouvant atteindre 10 %.

L'humidité de surface, en revanche, se trouve à la surface des minerais, des minéraux ou du sable de pierre et provient des précipitations ou de la pulvérisation d'eau dans une usine d'agrégats ou une carrière lors de la suppression de la poussière. L'humidité de surface est préjudiciable aux performances des classificateurs à air car les particules fines collent aux grosses particules et le flux d'air n'est pas suffisant pour les éliminer. Lorsque l'humidité de surface est très élevée, l'eau se centrifuge également et provoque l'obstruction de l'équipement.

La performance des classificateurs à air dans les usines d'agrégats ou les carrières est limitée par l'humidité de surface dans le sable de pierre. Plus la roche est sèche (1 à 2 %), plus la poussière peut être éliminée, ce qui permet souvent aux classificateurs à air de remplacer complètement les systèmes de lavage à l'eau. Lorsqu'une humidité de surface plus élevée est présente dans le sable de pierre (2,5 à 3,0 %), les fines collent à la roche et des classificateurs à air plus grands sont nécessaires avec un débit d'air plus important que d'habitude pour être efficaces. Lorsque l'humidité de surface est très élevée (3,5 à 4,0 % ou plus), l'eau se centrifuge et provoque le colmatage de l'équipement.

Les classificateurs à air peuvent être alimentés pneumatiquement et, dans certains cas, peuvent être intégrés à une ligne de transport pneumatique. Cependant, dans un processus d'alimentation pneumatique, les particules entrent dans le classificateur à air à une vitesse beaucoup plus élevée que les particules alimentées par gravité. Lorsque ces particules s'approchent des aubes de rejet du classificateur à des vitesses élevées, elles sont plus susceptibles de passer à travers, ce qui nécessite une vitesse de rejet plus élevée pour arrêter ces particules surdimensionnées. Une vitesse de rejet plus élevée peut alors entraîner une usure plus élevée et une efficacité moindre dans l'élimination des fines.

Il existe deux catégories de classificateurs d'air centrifuges mécaniques : les modèles à ventilateur interne et les modèles à ventilateur externe.

Les classificateurs d'air à ventilateur interne recyclent l'air et, par conséquent, ne nécessitent pas de sas, de cyclones ou de filtres à manches pour collecter les fines séparées. Cette conception a un seul arbre qui contrôle trois éléments rotatifs - la plaque de distribution d'alimentation, les pales du sélecteur de granulométrie et le ventilateur de circulation (Figure 2).

La plaque de distribution d'alimentation impose une force centrifuge aux particules d'alimentation, les déplaçant dans la zone de classification. Les grosses particules tombent dans le cône intérieur et sortent à la décharge grossière. Le ventilateur de circulation crée un courant d'air ascendant qui éloigne les particules plus fines de l'alimentation et à travers les lames du sélecteur. Les particules fines correctement dimensionnées passent à travers le ventilateur interne toujours entraînées dans l'air. Les aubes fixes recyclent l'air dans le classificateur, tandis que les particules fines de taille appropriée tombent du flux d'air et glissent le long du cône de fines, d'où elles sortent.

Les classificateurs à air à ventilateur externe (Figure 3) nécessitent des cyclones ou des filtres à manches pour collecter les fines séparées. Cette conception utilise un rotor à vitesse variable avec plusieurs lames de rejet étroitement espacées pour des applications ultra-fines et ultra-efficaces. La plaque de distribution d'alimentation impose une force centrifuge aux particules d'alimentation, les déplaçant dans la zone de classification. Les particules grossières tombent dans le cône intérieur et sortent au point de rejet grossier. Le ventilateur externe crée un courant d'air qui transporte les particules plus fines loin de l'alimentation et à travers le rotor. Des particules fines de taille appropriée, entraînées dans l'air, traversent le rotor et sortent du classificateur à air. Un cyclone ou un filtre à manches est nécessaire pour récupérer les particules classées hors du flux d'air.

Les méthodes les plus courantes de contrôle de la taille des particules dans les classificateurs d'air centrifuges mécaniques sont la vitesse du rejet, la taille de l'ouverture de la cage des éléments du rejet, la vitesse du flux d'air et le rapport de la vitesse d'alimentation à l'air.

La vitesse du rejet contrôle l'impact ou la force de collision sur les particules entraînées par l'air lorsqu'elles tentent de sortir du classificateur d'air. Une vitesse plus élevée permet uniquement aux particules les plus fines de passer à travers le rejeteur pour la collecte. Cela augmente le rejet des particules plus grosses (Figure 4).

La vitesse du flux d'air générée par un ventilateur contrôle la force de traînée sur les particules lorsqu'elles entrent dans la zone de classification. Un débit d'air plus élevé permet d'éliminer les particules plus grosses de l'alimentation, tandis qu'un débit d'air plus faible permet uniquement aux particules les plus fines de passer à travers la cage de rejet pour la collecte.

Les éléments de rejet / commandes d'ouverture de cage ont un impact sur la force de collision sur les particules d'air entraînées lorsqu'elles tentent de sortir du classificateur d'air. Une plus grande quantité d'éléments de rejet (lames ou tiges) rend l'ouverture de la cage plus petite et permet uniquement aux particules les plus fines de passer à travers le rejet pour la collecte. Cela augmente le rejet des particules plus grosses.

Le rapport vitesse d'alimentation/air contrôle l'entraînement des particules dans le flux d'air. Une vitesse d'alimentation plus élevée permet uniquement aux particules les plus fines de passer à travers la cage de rejet pour la collecte. Cela augmente le rejet des particules plus grosses.

Les performances des classificateurs d'air centrifuges mécaniques peuvent être évaluées en analysant le point de coupure, la tolérance, le rendement et l'efficacité.

Le point de coupure est simplement la taille de particule souhaitée qui est destinée à être classée. Cette valeur peut être mesurée en maille millimétrique ou en micron. La tolérance est le pourcentage de particules surdimensionnées ou sous-dimensionnées autorisées dans le produit fini. Le rendement est le pourcentage du taux de production par unité de vitesse d'alimentation. L'efficacité est le pourcentage de la fraction granulométrique souhaitée récupérée en tant que produit à partir de la quantité totale disponible dans l'alimentation.

Edité par Scott Jenkins

Auteur

Joseph Muscolino est chef de produit pour les classificateurs d'air chez Sturtevant Inc. (348 Circuit St., Hanover, MA 02339 ; Téléphone : 800-992-0209 ; E-mail : [email protected] ; Web : www.sturtevantinc.com). Muscolino a 26 ans d'expérience industrielle avec des classificateurs à air et des broyeurs. Il est membre de diverses sociétés professionnelles, dont la National Stone, Sand and Gravel Assn., et est l'auteur de plusieurs articles techniques et études de cas. Il a obtenu un BS en génie mécanique de la Northeastern University en 1981.