Les caractéristiques chimiques isotopiques nécessitent l'intégration de convoyeurs mécaniques et pneumatiques pour garantir la précision du dosage
QUAPAW, OK — Afin de fabriquer des produits chimiques et isotopiques de haute pureté, EaglePicher Technologies a mis au point un nouveau procédé dans lequel cinq produits en vrac sont transférés, pesés avec une grande précision, puis acheminés vers un système de mélange.
Les ingénieurs d’EaglePicher connaissaient la recette du lot et le résultat final, mais n’avaient aucune préférence pour une technologie de transport ou une conception d’équipement en particulier. Après des discussions avec plusieurs fournisseurs d'équipements et un appel d'offres, EaglePicher a finalement opté pour une conception unique en son genre proposée par Flexicon Corporation, combinant des convoyeurs à vis flexibles et un centre de dosage pondéral afin de répondre aux exigences de mesure rigoureuses en début de processus, avec un transport pneumatique sous vide en aval pour acheminer 100 % des ingrédients pesés vers le mélange final.
Cinq ingrédients, deux façons de procéder
Le procédé exclusif d'EaglePicher consiste à mélanger cinq produits séchés, dont quatre sont livrés en sacs en vrac et un en sacs de 50 lb (23 kg), ainsi que de l'eau. Les ingrédients se présentent sous forme de poudres fines, relativement fluides, sèches et poussiéreuses. L'humidité dans le système doit être contrôlée afin d'éviter que les matières premières sèches n'absorbent l'humidité ambiante.
Deux des ingrédients sont directement versés dans un malaxeur humide, tandis que les trois autres sont d'abord acheminés vers un malaxeur sec pour être mélangés, puis vers le malaxeur humide. Les poids des ingrédients pour la recette varient entre un minimum de moins de 20 lb (9 kg) et un maximum de près de 400 lb (181 kg) par lot, et le processus exige une précision de +/- 1,00 % par rapport à la valeur cible sur cette large plage de poids d'ingrédients, ainsi que pour l'eau.
Une conception alliant transport mécanique et pneumatique pour plus de précision
Le processus nécessitait un équipement de déchargement des sacs et un système de dosage par pesage avec transport de poudre. Flexicon a proposé un centre de dosage par prise de poids commun utilisant des convoyeurs à vis flexibles pour acheminer les ingrédients depuis les trémies de déchargement des sacs, ainsi qu'un système de transport pneumatique pour acheminer les ingrédients pesés vers leur destination respective. Voir la figure 1 pour un schéma général du système.
Le déchargement des sacs en vrac s'effectue à l'aide de déchargeurs à poutre en I en porte-à-faux, équipés de palans électriques et de chariots, ce qui rend inutile l'utilisation d'un chariot élévateur. Les déchargeurs de sacs en vrac (figure 2) font partie d'un système étanche qui retient la poussière et favorise l'écoulement ainsi que l'évacuation totale du matériau.
Le cinquième ingrédient, de moindre importance, est déchargé manuellement dans une station de déchargement de sacs équipée d'un système de dépoussiérage. L'opérateur déverse plusieurs sacs à la fois dans la trémie, la remplissant ainsi d'une quantité de produit correspondant à environ une semaine de consommation.
Les ingrédients sont acheminés par des convoyeurs à vis flexibles (figure 3) vers le système de dosage par lots. Chacun des cinq convoyeurs à vis est spécialement conçu pour la poudre à transporter ; leurs dimensions, leurs matériaux de fabrication et la conception de leurs vis varient en fonction de la densité apparente et des propriétés d'écoulement de chaque matériau. Les convoyeurs à vis flexibles constituent le choix idéal pour ce type d'application : chaque convoyeur, dédié à un matériau spécifique, offre une grande précision et une fiabilité élevée, tout en nécessitant peu d'entretien.
Le système de dosage unique à gain de poids commun (figure 4) mesure les ingrédients les uns après les autres à mesure qu’ils s’écoulent dans la trémie de pesage centrale. Des capteurs de pesage transmettent les informations relatives au gain de poids à un contrôleur qui démarre et arrête les convoyeurs, en ralentissant jusqu’à un débit très faible à mesure que le poids s’approche de la valeur cible afin de répondre aux exigences de haute précision. Une vanne à glissière située au fond de la trémie de pesage évacue l’ingrédient.
Comme les flux d’ingrédients pesés sont destinés à deux endroits différents, une vanne de dérivation en Y spécialement conçue achemine chaque ingrédient vers la bonne destination, à savoir le mélangeur à sec ou le mélangeur humide. Les deux premiers ingrédients contournent le mélangeur à sec situé juste en dessous du système de dosage et tombent, via une vanne rotative à sas, dans le système de transport pneumatique sous vide qui les achemine vers le mélangeur humide. Là, ils sont prémélangés avec de l’eau et on leur laisse le temps de se mélanger. Les trois autres ingrédients tombent à travers la vanne de dérivation directement dans le mélangeur à sec, où ils sont mélangés pendant 30 minutes. Le mélange obtenu est ensuite évacué par le fond du mélangeur à sec via la même vanne rotative à sas et acheminé vers le même système de transport pneumatique pour être transféré vers le mélangeur humide.
Le système de transport pneumatique a été choisi pour sa capacité à traiter une large gamme de poudres aux caractéristiques variées et parce qu’il se vide automatiquement du produit qu’il transporte. Étant donné que le système de transport pneumatique vide entièrement la cuve en cours de déchargement, ainsi que la conduite de transport elle-même, la contamination croisée est réduite au minimum dans ce système à ingrédients multiples. Le transfert complet du produit garantit également que les ingrédients, tant individuels que regroupés en lots, parviennent à leur destination avec une précision de pesée optimale.
Au fur et à mesure que chacun des ingrédients secs sort du convoyeur pneumatique, il est recueilli dans un récepteur filtrant équipé d’un système de nettoyage par jets pulsés inversés, destiné à déloger la poussière accumulée sur les surfaces filtrantes, garantissant ainsi une séparation complète du produit du flux d’air sous vide (Figure 5). La trémie du récepteur filtrant utilise un module de pesage à cellule de charge pour confirmer le transfert complet du lot. Une autre vanne rotative achemine la poudre directement vers le mélangeur humide situé en dessous. Une pompe à vide à déplacement positif de 20 hp (15 kW), située en aval du récepteur filtrant, fournit un débit d’air suffisant pour transférer l’ensemble des matières.
Les ingénieurs de Flexicon étaient présents sur site lors de la mise en service pour former les opérateurs. Selon Loren Harding, responsable des opérations chez EaglePicher, le système de convoyage intégré répond à toutes les exigences du processus et empêche toute contamination du produit et de l'environnement de l'usine.
Le choix final d’EaglePicher en faveur de Flexicon s’est fondé sur plusieurs avantages majeurs. M. Harding a déclaré : « Flexicon disposait de l’expertise en matière de pesage et de dosage nécessaire pour fournir un système clé en main intégré unique, comprenant des commandes basées sur un automate programmable (PLC), avec des précisions garanties. De plus, le déchargeur de sacs en vrac de Flexicon, doté d’une interface sac-bec brevetée, était le meilleur que nous ayons trouvé pour maintenir l’étanchéité du système pendant le déchargement. Enfin, et c’est peut-être le plus important, Flexicon était la seule entreprise à proposer un système pneumatique à vide combiné à un transport mécanique, la solution la plus avantageuse pour répondre à nos besoins. »