Application de la technologie Jet Milling pour améliorer l’efficacité des processus

Kyle Shanley, ingénieur de procédés, NETZSCH Premier Technologies LLC | 31 mars 2023

Dans le monde de la réduction granulométrique, le broyage par jet a toujours été un moyen idéal pour obtenir des particules fines. Les broyeurs à jet doivent leur nom à leur source d'énergie de broyage : du gaz comprimé détendu à travers une ou plusieurs buses pour créer un jet de gaz à grande vitesse. Bien qu'il existe de nombreuses variantes de conceptions d'équipements utilisant cette technologie de base, les broyeurs à jet à lit fluidisé modernes avec classification interne présentent de nombreux avantages par rapport aux autres types de broyeurs à jet.

Ils utilisent des jets opposés dans un lit de matériau et un classificateur d'air dynamique intégré pour le contrôle de la coupe supérieure PSD (distribution granulométrique). Cette configuration donne lieu à des collisions particule à particule à grande vitesse au sein du lit fluidisé, tout en limitant les contacts à grande vitesse avec les surfaces internes du broyeur. Cela rend ces broyeurs idéaux pour manipuler des matériaux d'une grande variété de dureté et d'abrasivité sans usure excessive de la machine ni contamination du matériau, idéal pour les matériaux nécessitant une grande pureté ou une couleur propre. Les vitesses au niveau des jets peuvent également être les plus élevées observées dans n'importe quelle technologie de fraisage, ce qui leur permet de broyer les matériaux jusqu'aux PSD les plus fins. De plus, comme ils utilisent un gaz comme moyen de broyage, il est très facile de contrôler la température et une augmentation de température pratiquement nulle à l'intérieur du broyeur peut être obtenue.

Les broyeurs à jet sont de loin la technologie de broyage la plus flexible et la plus polyvalente, mais se retrouvent souvent exclus de certaines applications et industries. Un processus de broyage à jet traditionnel fonctionne souvent avec une pression de buse de broyage d'environ 7 barg à 250 °C. Un compresseur d'air doit utiliser des quantités considérables d'énergie pour obtenir de l'air comprimé à cette pression et cette température. Encore plus d'énergie est utilisée si l'air doit être exempt d'huile et sec, ce qui est courant dans les processus de broyage à jet. Cela laisse de côté la forme la plus polyvalente et la plus bénéfique de réduction de la taille des particules parmi de nombreux processus en raison des coûts d'investissement en capital élevés ou des coûts énergétiques élevés. Cela a conduit à de nombreuses idées préconçues selon lesquelles le broyage par jet est réservé uniquement aux matériaux de grande valeur, aux matériaux nécessitant les meilleurs PSD ou aux matériaux nécessitant une énergie élevée pour être broyés. La vérité est cependant qu’un broyeur à jet peut être utilisé de différentes manières et peut être idéal pour de nombreuses applications qui, historiquement, se sont détournées de cette technologie. Ici, nous examinerons les possibilités de créer un processus de broyage à jet efficace adapté à un large éventail d'applications, en mettant l'accent sur le broyeur à jet à lit fluidisé.

Si nous voulons trouver des moyens d'améliorer l'efficacité énergétique et le coût d'un processus de broyage à jet, nous devons nous tourner vers la principale source de consommation d'énergie : le compresseur d'air. Il est bien connu dans l’industrie que la compression de l’air n’est pas en soi un processus efficace, de nombreux compresseurs haute pression ayant un rendement compris entre 40 et 60 %. Pour résoudre ce problème, nous nous tournons vers un compresseur d'air standard à deux étages sans huile (Figure 1). Pour atteindre la pression et la température souhaitées, l'air ambiant est d'abord comprimé jusqu'à environ 4 barg, où il se réchauffe jusqu'à environ 2 000 °C. Cet air est ensuite refroidi et comprimé à nouveau, où il atteint jusqu'à 8,0 barg et est à nouveau chauffé à environ 1 600 °C (les valeurs exactes peuvent varier). Si de l'air de broyage à température ambiante est nécessaire, cet air doit maintenant être à nouveau refroidi, ce qui nous laisse quatre étapes pour atteindre de l'air comprimé à haute pression et à température ambiante. Alors, et si nous commencions à supprimer certaines de ces étapes du compresseur d’air ?

Figure 1 : Étages du compresseur d'air sans huile

Nous pouvons envisager deux scénarios principaux : suppression de l'étape de refroidissement finale, ce qui nous donne jusqu'à 8 barg et 1 600 °C d'air, ou suppression des deux étapes de refroidissement et de la deuxième étape de compression, ce qui nous laisse jusqu'à 4 barg et 2 000 °C. Mais nous devons comprendre comment cela affectera le fonctionnement de nos usines à jet ? Vous trouverez ci-dessous quelques valeurs qui pourraient être obtenues avec un broyeur à jet à lit fluidisé de conception courante.

Figure 2 : Scénarios de broyeur à jet sur le broyeur à jet à lit fluidisé NETZSCH CGS 50