Mélange sec continu
Mélange de poudres continu / Mélange de poudres en continu
Question ou remarque ? Veuillez nous contacter à admin@powderprocess.net| Résumé de la section |
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| 1. Introduction |
| 2. Principe du mélange sec continu |
| 3. Mélangeurs pour le mélange sec continu |
| 4. Alimentation en mélange sec continu |
| 5. Contrôle des systèmes de mélange sec continu |
| 6. Application du mélange sec continu |
1. Introduction
Lorsqu'on pense au mélange sec, les premiers processus qui viennent généralement à l'esprit sont les processus en lots avec le mélange réalisé très souvent avec des configurations simples. Cependant, il est également possible de concevoir un processus de mélange continu. Un tel processus diffère à bien des égards de son concurrent en lots et nécessite une conception très soigneuse mais il peut apporter des avantages décisifs en termes de compactness, de stabilité et de capacité.
2. Principe du mélange continu
Qu'est-ce que le mélange de poudres continu ?
Dans le mélange sec continu, les différents composants solides constituant le mélange doivent être alimentés en continu au mélangeur et une quantité égale de mélange doit être retirée en continu de l'autre côté.
Figure 1 : Schéma de principe d'un processus de mélange sec continu
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5. Mesure du degré de mélange
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Top 5 Nouveaux
1. Mélange à sec continu
2. Vitesse de mélange
3. Optimisation du temps de cycle du mélangeur
4. Comparaison mélange batch / continu
5. Économie d'énergie
Autant de composants que nécessaire peuvent être alimentés au mélangeur par des alimentateurs à perte de poids, jusqu'à la limite de l'espace disponible dans la disposition. Le mélangeur utilise un principe d'écoulement en plug mais devrait cependant permettre un certain degré de mélange arrière afin de faire face aux inexactitudes de dosage des Alimentateurs à Perte de Poids (APP). Il y a en effet 2 effets de mélange qui doivent être combinés afin d'atteindre un degré approprié d'homogénéité : mélange radial et mélange axial.
- Mélange radial : le mélange se produit radialement, on peut imaginer que le mélangeur est divisé en petites cellules à l'intérieur desquelles le mélange se produit. Le produit est déplacé d'une cellule à une autre jusqu'à l'extrémité du mélangeur.
- Mélange axial : un écoulement en plug parfait à l'intérieur du mélangeur continu, avec seulement un mélange radial, n'est pas conseillé. En effet, contrairement à un mélangeur batch, une source importante de variabilité est les légères modifications du débit des alimentateurs à perte de poids. Il peut arriver qu'un alimentateur délivre temporairement plus ou moins de débit par rapport au point de consigne, si seul le mélange radial se produit, certaines cellules de mélange peuvent rester avec une quantité nettement inférieure ou supérieure d'un composant particulier, entraînant un CV très élevé. Un degré de mélange axial, ou de mélange arrière, permettra de transférer une partie du mélange d'une cellule à une autre et de réduire la variabilité due au dosage, conduisant à un degré plus élevé de mélange.
3. Mélangeurs pour mélange continu
Quel mélangeur peut être utilisé pour le mélange continu ?
Les conceptions suivantes peuvent être trouvées dans l'industrie pour effectuer le mélange continu :| Type de mélangeur |
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| Mélangeurs à ruban (ceux-ci sont généralement des conceptions anciennes moins utilisées aujourd'hui) | Ces mélangeurs fonctionnent à Fr < 1. La conception à ruban est capable de déplacer le matériau dans différentes directions afin qu'un effet de mélange soit atteint. Certains fabricants proposent d'avoir un outil de mélange constitué de 2 hélices tournant à des vitesses différentes pour obtenir un meilleur mélange. |
| Mélangeurs à pale à arbre unique | Fonctionnent à des Froude plus élevés et permettent un temps de mélange plus court que les mélangeurs à base de ruban. Une fluidisation est atteinte dans le mélangeur. Le niveau dans le mélangeur peut être facilement ajusté grâce à une plaque de débordement à l'extrémité du mélangeur |
| Mélangeur à pale à double arbre | Fonctionnent à Fr = 1,1 avec une zone fluidisée entre les 2 arbres de mélange. La conception est similaire à celle des mélangeurs à pale batch mais ils sont équipés d'une plaque à l'extrémité de la zone de mélange permettant de définir le niveau de produit dans le mélangeur et ainsi le temps de séjour. |
| Mélangeur à socs de charrue | Le design est similaire aux mélangeurs par lot mais possède une sortie spécifique permettant d'évacuer continuellement le produit |
Note : Les liens ci-dessus mènent à des pages liées à la version par lot des mélangeurs, bien que la conception et le principe de mélange soient finalement très proches des versions continues.
3.1 Temps de résidence
Le temps de résidence dans le mélange continu est généralement très court, en raison de la taille de la machine et des principes de mélange utilisés par le mélangeur. Les temps de résidence typiques sont de l'ordre de 10 s à 1 min, variant selon la technologie de mélange et le type de mélange.3.2 Capacité
Le volume de rétention du mélangeur continu est généralement très faible comparé à l'équivalent en lot nécessaire pour obtenir la même capacité en t/h. La capacité de conception peut être dimensionnée de quelques litres par heure en pharmacie (10 l/h) à plusieurs milliers de litres par heure dans l'industrie chimique ou agroalimentaire (800 000 l/h).
Il convient toutefois de noter que les systèmes continus, une fois dimensionnés et installés, ne sont pas très flexibles et doivent être exploités près de leur débit de conception.
3.3 Réglages
Les lignes de mélange à sec continu peuvent être exploitées principalement en agissant sur 2 leviers de procédé : la vitesse du mélangeur et le temps de résidence.
| Levier | Effet |
| Vitesse de mélange | La vitesse de l'agitateur définira l'intensité de mélange et aura un effet sur l'homogénéité mais aussi un impact sur le produit (casse) |
| Temps de résidence | Le temps de résidence est réglé sur la plupart des mélangeurs grâce à une plaque située à l'extrémité du mélangeur qui définit le niveau de produit dans le mélangeur et donc le temps de résidence en fonction du débit d'alimentation. Un temps de résidence court réduira le temps disponible pour le mélange et entraînera un CV plus élevé. L'optimisation du temps de résidence permettra d'obtenir la capacité maximale pour la meilleure efficacité de mélange et le moindre impact sur le produit. |
- Figure 2 : Mélangeur continu pour poudres sèches et réglage du temps de résidence
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4. Alimentation en mélange à sec continu
Comment doser continuellement la poudre ?
Alimenteurs à perte de poids en continu doivent être utilisés pour dosage la poudre vers un mélange à sec continu. La conception et l'installation de ces alimenteurs sont d'une importance critique pour la stabilité du procédé et la qualité du mélange obtenu. En effet, les cellules de charge de l'alimenteur ne doivent pas être perturbées par aucun équipement environnant, le flux à l'intérieur de l'alimenteur doit être régulier et le remplissage doit se produire rapidement afin de réduire le temps pendant lequel le système fonctionne en débit volumétrique.
4.1 LIWF installation
Les alimenteurs à perte de poids doivent être installés sur une structure stable, c'est-à-dire une dalle ou une structure métallique solide, qui ne transmet pas les vibrations pouvant être générées ailleurs dans l'usine. Des flexibles spéciaux doivent être utilisés avant et après l'alimenteur afin de permettre un mouvement libre de l'alimenteur et ainsi une mesure précise du poids par les cellules de charge. Tous les câbles reliés à l'alimenteur doivent être installés de manière à être suffisamment lâches pour ne créer aucune tension - poussée ou traction - sur l'alimenteur.
Lorsque plusieurs alimenteurs doivent être utilisés, un entonnoir placé au-dessus du mélangeur peut être installé afin de recueillir la poudre provenant des différents alimenteurs et de la diriger vers l'entrée du mélangeur. Si seulement 2 à 4 alimenteurs sont utilisés, ils peuvent alimenter directement le mélangeur via différents orifices d'entrée situés au début du mélangeur.
Figure 3 : Disposition typique des alimenteurs pour un mélange à sec continu - vue de dessus
Le mélangeur doit être très bien ventilé afin d'éviter toute contre-pression sur l'alimenteur. Même si des compensateurs de pression mécaniques ou électroniques existent, il est toujours préférable d'éviter les effets de pression dans le système.
4.2 Remplissage des LIWF
Un système de remplissage de l'alimenteur doit être conçu et installé. Comme les alimenteurs régulent leur vitesse grâce à la perte de poids dans le temps, ce contrôle n'est plus possible lorsque la poudre est chargée dans le mélangeur, car le poids augmente. L'alimenteur passe alors à un débit volumétrique à vitesse fixe, bien moins précis que l'alimentation gravimétrique. Pour maintenir une bonne précision moyenne dans le temps, il est donc essentiel que le remplissage soit effectué très rapidement. Un remplissage de 30 s constitue généralement un maximum, et les remplissages ne doivent pas être trop fréquents afin que l'alimenteur puisse fonctionner en mode gravimétrique 85 à 90 % du temps.
Afin d'obtenir un remplissage aussi rapide, une trémie doit être placée au-dessus de l'alimenteur, avec un tube de chute court, et dans la plupart des cas seulement une vanne papillon pour démarrer et arrêter la décharge. La trémie doit être conçue pour permettre un écoulement très bon afin qu'il n'y ait pas de temps d'attente entre la demande de remplissage et le flux réel de produit. Si il n'est pas possible de concevoir la trémie de manière à éviter le pontage ou le creux, des aides à la décharge doivent être installées.
La ventilation de l'alimenteur est cruciale pour garantir que le remplissage sera rapide et qu'aucune accumulation de pression ne devra être évacuée pendant que l'alimenteur est revenu au mode perte de poids, ce qui perturberait les cellules de charge et créerait des inexactitudes dans le débit.
4.3 Contrôle des LIWF
Les alimenteurs à perte de poids régulent la vitesse de l'équipement de dosage (souvent une vis) en mesurant la perte de poids dans le temps et en la comparant au point de consigne. Des algorithmes ont été développés par les fabricants afin de filtrer les perturbations possibles sur les cellules de charge qui surviennent habituellement dans un environnement industriel. Ces filtres ne sont toutefois efficaces que sur de petites perturbations, il reste donc important de respecter les bonnes pratiques d'installation des alimenteurs. Lors de la détection d'une variation importante, l'alimenteur passe en mode volumétrique afin de tenter de maintenir une précision de dosage raisonnable, mais la perturbation doit être très courte pour que cette méthode soit efficace.
5. Contrôle du procédé de mélange à sec continu
Comment contrôler un procédé de mélange à sec ?
À la différence d'un procédé par lot, un mélangeur continu connaîtra des régimes transitoires au démarrage ou chaque fois qu'un paramètre de procédé est modifié. Le système de contrôle doit être capable de gérer ces phases de transition et éventuellement dévier le mélange pour une reprise lorsqu'il n'est pas encore optimal.
Il est essentiel de surveiller le doseur à perte de poids et de définir certaines limites acceptables de variation de leur débit. Si l'un des doseurs à perte de poids ne parvient pas à maintenir son point de consigne pendant un certain temps, le système doit déclencher une alarme et éventuellement arrêter la ligne de mélange à sec. Ces niveaux acceptables doivent être calculés en fonction de la composition requise du mélange ou définis par l'expérience.
Analogie avec l'extrudeur
Notez que le procédé de mélange continu à sec est très similaire à l'utilisation de extrudeurs : il est nécessaire de doser et de contrôler le débit des matériaux vers l'extrudeur, l'extrudeur mélange les composants et présente plus ou moins de retour de mélange selon le profil utilisé sur l'arbre, et le produit est déchargé en continu à la fin de l'extrudeur.
6. Application du mélange continu à sec
Le mélange continu à sec des poudres présente un large éventail d'applications dans diverses industries. Le mélange continu pour l'alimentation et les produits pharmaceutiques a gagné en popularité au fil des années. Dans l'industrie alimentaire, le mélange continu est utilisé pour la production d'aliments snack, de produits de boulangerie et de mélanges de boissons en poudre. Dans l'industrie pharmaceutique, le mélange continu peut être utilisé pour produire des médicaments, ainsi que pour mélanger les principes actifs pharmaceutiques avec des excipients. Les lignes de mélange continu à sec de petite taille pour l'industrie pharmaceutique offrent des avantages en termes de validation des lots, qui est étroitement contrôlée en pharmacie. D'autres industries qui dépendent du mélange continu à sec comprennent la fabrication chimique, la céramique et les matériaux de construction.