Multiphase flow engineering: design and construction of an industrial plant

Nel campo dell’industria ceramica, il trasporto dell’atomizzato di barbottina è attualmente effettuato mediante nastri trasportatori, che prelevano il materiale all’uscita dell’atomizzatore e lo trasportano fino ai silos di stoccaggio, coprendo lunghe distanze all’interno dello stabilimento produttivo. Questa tipologia di sistemi di trasporto disperde nell’ambiente di lavoro polveri sottili contenenti silice libera cristallina, che compromettono la salubrità dell’aria ed espongono i lavoratori dell’industria ceramica al rischio di silicosi, una malattia invalidante dell’apparato respiratorio. In questo elaborato è stata analizzata una soluzione alternativa ai nastri trasportatori, che prevede l’utilizzo di un sistema pneumatico per la movimentazione dell’atomizzato di barbottina. Grazie a questa soluzione, in cui il trasporto avviene in un sistema chiuso e completamente confinato, è possibile risolvere in maniera definitiva il problema dell’inquinamento da polveri sottili. Tuttavia, affinché i sistemi di trasporto pneumatici possano essere applicati con successo su scala industriale devono essere in grado di movimentare portate di atomizzato paragonabili a quelle dei nastri trasportatori, preservando l’integrità del prodotto ed evitando una sua eccessiva essiccazione o umidificazione. Numerosi test di trasporto sono stati effettuati su di un impianto sperimentale, appositamente progettato e realizzato per il trasporto pneumatico in fase densa dell’atomizzato di barbottina. Grazie a questo impianto è stato possibile determinare i parametri caratteristici del materiale solido ed individuare le condizioni operative ottimali. Con l’ausilio del software simulativo TPSim Win è stato infine progettato un impianto su scala industriale, definendo il lay-out impiantistico, il diametro delle tubazioni ed il rapporto di miscela ottimali.Atomized slip conveying in the ceramics industry is currently carried out by conveyor belts, that pick up the material from the spray dryer bottom and transport it to the storage silos, covering long distances inside the production plant. This kind of transport spread out fine particles containing crystalline silica, which compromise the salubrity of the working environment and generate a risk for worker’s health due to silicosis, a disabling disease of the respiratory system. In this thesis, an alternative solution to the conveyor belts was analyzed, based on a pneumatic system for atomized slip handling. This transport system, completely closed and confined, fully solves dust pollution problem. However, in order to be successfully applied on an industrial scale, pneumatic conveyor systems must be able to handle atomized slip flow rates comparable to those of conveyor belts, preserving the integrity of the material and avoiding its excessive drying or humidification. Numerous transport tests have been carried out on an experimental plant, specially designed and built for the pneumatic transport in dense phase of the atomized slip. Thanks to this plant, it was possible to determine the characteristic parameters of the solid material and identify the best operating conditions. Finally, using TPSim Win simulation software, an industrial scale system was designed, defining the plant layout, the diameter of the pipes and the optimal value of solid loading ratio