Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
Auteur(s)
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Khashayar SALEH : Professeur des universités - Département de génie des procédés industriels de l'Université de technologie de Compiègne
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Pierre GUIGON : Professeur des universités - Département de génie des procédés industriels de l'Université de technologie de Compiègne
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le stockage des solides divisés est une opération courante dans de nombreuses industries. Il est en effet difficile de trouver un produit, granulaire ou pulvérulent, qui n'ait pas séjourné à un moment ou un autre de son élaboration dans un silo ou dans une trémie de stockage. Le dimensionnement rationnel des silos pour obtenir une vidange fiable fut développé et publié dans les années soixante. Depuis, le sujet a fait l'objet d'un intérêt constant et d'importants progrès technologiques ont vu le jour. Malgré cela, pour beaucoup, un silo reste encore considéré comme un banal container qui ne nécessite pas de précautions particulières de dimensionnement. Il en résulte un certain nombre de problèmes lors du stockage et/ou de la vidange des silos industriels. Il n'est pas rare de nos jours d'avoir recours à un marteau pour faire sortir le solide stocké ! De même, il n'est pas moins rare de subir des problèmes d'écoulement ou, plus précisément, de « colmatage » dans les silos, nécessitant des interventions du personnel pour vidanger des tonnes de produits mottés à la pelle ! Ces interventions, à caractère curatif, peuvent, d'une part, abîmer de manière irrémédiable les installations et, d'autre part, créer des rugosités en déformant les installations qui sont autant de nouveaux points d'accroches pour de futurs colmatages. Par ailleurs, une part prépondérante des accidents de personnel a lieu lors des interventions dans des silos colmatés. L'impact économique de ces interventions est également considérable car elles génèrent des arrêts intempestifs de la production et nécessitent un recyclage, voire le rejet du produit motté. À cela, il faut ajouter des accidents beaucoup plus drastiques comme par exemple des incendies et des explosions de silos.
Dans les précédents dossiers [J 2 251] et [J 2 252], nous avons présenté les notions de base associées à la rhéologie des poudres.
L'objectif de ce dossier est d'initier l'ingénieur de procédé aux principes physiques régissant l'écoulement des poudres dans les silos, d'exposer les problématiques posées lors de l'écoulement, ainsi que les outils existants, tant calculatoires que technologiques, permettant d'en éviter ou d'en résoudre un certain nombre.
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Systèmes d'aide à l'écoulement
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3. Calcul et dimensionnement des silos
Le dimensionnement d'un silo de stockage consiste à définir le demi-angle d'inclinaison de trémie et le diamètre de l'ouverture de sortie. Sur le plan de l'écoulement, trois effets sont recherchés :
-
générer un écoulement régulier en masse ;
-
éviter la formation des voûtes ;
-
assurer un débit contrôlé du solide.
Pour une poudre donnée dans les conditions de stockage connues, le premier point relève de l'angle d'inclinaison de la trémie alors que les deux points suivants dépendent de la taille de l'orifice.
La méthode la plus répandue pour le calcul des silos est celle proposée par Jenike. En ce qui concerne le régime d'écoulement, cette méthode est basée sur un bilan de force effectué sur un élément infinitésimal de solide dans la trémie. Ce bilan a conduit Jenike à un modèle qui permet, en utilisant les caractéristiques d'écoulement de la poudre (angle effectif de frottement, angle de frottement poudre-paroi) de déterminer les conditions d'un écoulement en masse.
En ce qui concerne le diamètre de l'ouverture de sortie, le raisonnement de Jenike consiste à déterminer l'ouverture minimale de la sortie pour éviter qu'une arche stable ne se forme. Cette condition est remplie si la force de gravité suffit à contrebalancer la cohésion de la poudre autrement dit si l'arche peut s'écrouler sous son propre poids.
Comme nous l'avons précisé dans les paragraphes précédents, la cohésion de la poudre dépend des contraintes de consolidation auxquelles elle est soumise et qu'il convient de connaître.
3.1 Champ des contraintes dynamique dans la trémie
Considérons un volume infinitésimal de poudre situé dans la section convergente d'un silo (figure 25). Cet élément est soumis à deux catégories de force :
-
la première relative au champ des contraintes compressives qui tend à consolider la poudre et par conséquent à augmenter sa cohésivité. Ce champ résulte du poids des couches supérieures de poudre, d'une part, et de la réduction de la section de passage d'autre part. Lors de l'écoulement, ce champ de contrainte est plutôt radial (§ ...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ROBERTS (I.) - On the pressure of wheat stored in elongated cells or bins. - Engineering, 34, p. 399 (1882).
-
(2) - ROBERTS (I.) - Determination of vertical and lateral pressures of granular substances. - Proceed. Royal. Soc. of London, 36, p. 225-240 (1884).
-
(3) - JANSSEN (H.A.) - Versuche über getreidedruck in silozellzn. - Ztg. Ver. Dt. Ing., 39, p. 1045-1049 (1895).
-
(4) - DEMING (W.E.), MEHRING (A.L.) - The gravitational flow of fertilizers and other comminuted solids. - Industrial and Engng. Chemistry, 21, p. 661-665 (1929).
-
(5) - BINGHAM (E.C.), WIKOFF (R.W.) - The flow of dry sand through capillary tubes. - Journal of Rheology, vol. 2, no 4, p. 395-400 (1931).
-
(6) - WOLF (E.F.), VON HOHENLEITEN (H.L.) - Experimental study of the flow of coal in chutes at riverside generating station. - ...
ANNEXES
http://www.schwedes-and-schulze.com
http://www.aria-constructeur.com
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Science et Technologie des Poudres Type : colloque Périodicité : trois ans Prochaine occurrence : 2012, Toulouse
Congrès de la Société Française du Génie des Procédés (SFGP)Type : congrès Périodicité : tous...
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