Quels avantages offre un mélangeur conique à un arbre par rapport à un mélangeur vertical classique lorsque les produits à mélanger présentent de grandes différences de densité ?
Un mélangeur conique à un arbre n'offre, en présence de mélanges présentant de grandes différences de masse volumique apparente, aucun avantage physique fondamental par rapport à un mélangeur vertical cylindrique classique. Les deux formes de construction fonctionnent avec un écoulement forcé convectif : un outil hélicoïdal ou à ruban à vis rotatif transporte le produit en vrac vers le haut le long de la paroi de la cuve, tandis que le produit s'écoule à nouveau vers le bas au centre sous l'effet de la gravité. Grâce à la circulation répétée, les composants sont répartis et échangés dans l'espace. Aussi bien les mélangeurs verticaux coniques que cylindriques peuvent donc, avec une conception appropriée, atteindre une répartition aléatoire idéale. Cette qualité de mélange techniquement idéale n'est, dans les conditions de procédé respectives, plus améliorable en pratique.
De grandes différences de masse volumique apparente restent néanmoins une tâche de mélange exigeante. Elles peuvent augmenter la propension à la démixtion, en particulier pendant l'évacuation, dans les tronçons de chute, du fait de vibrations, lors du transport pneumatique ou dans les récipients en aval. La forme de la cuve seule n'empêche pas ces effets. Sont en outre déterminants la répartition granulométrique, la forme des particules, la cohésivité, l'humidité, le taux de remplissage, la géométrie de l'outil de mélange, la vitesse de rotation, l'ordre d'ajout des matières premières, le temps de mélange ainsi que la conception du tronçon d'évacuation, de transport et de conditionnement. Les différences de granulométrie et de masse volumique apparente comptent parmi les moteurs essentiels de la ségrégation. L'homogénéité devrait donc être évaluée non seulement à la fin du processus de mélange, mais aussi pendant l'évacuation et après les transferts de matière ultérieurs.
Les avantages du mélangeur conique à un arbre résident surtout dans sa conduite de procédé. La géométrie de cuve rétrécie vers le bas concentre le mélange dans la zone d'évacuation et soutient l'évacuation du produit assistée par gravité. Pour des mélanges suffisamment coulants, cela peut réduire la quantité résiduelle et favoriser une vidange économique. La forme conique évite les surfaces de dépôt horizontales et permet souvent une large plage de travail pour les taux de remplissage. La plage de taux de remplissage effectivement utilisable, la vidange résiduelle et la vitesse d'évacuation dépendent toutefois toujours de la cohésivité, de la propension à l'adhérence, de la structure des particules, de l'humidité, de la géométrie de l'outil et de l'exécution de la vanne d'évacuation.
Pour les petites charges, le mélangeur conique peut en outre offrir des avantages pour l'intégration d'un rotor de coupe. En raison du rétrécissement de la cuve, le produit se concentre dans la zone inférieure. Un rotor de coupe qui y est disposé est donc alimenté en produit de façon fiable, même pour de petites quantités de remplissage. Cela est particulièrement avantageux lorsque des poudres cohésives doivent être désagglomérées, de faibles quantités de liquide réparties ou de petits prémélanges fabriqués. L'efficacité réelle dépend du taux de remplissage, de la cohésivité, de la résistance des agglomérats, de la géométrie de l'outil et de la vitesse de rotation, et devrait être vérifiée avec le produit d'origine.
Pour les mélanges présentant de grandes différences de masse volumique apparente, un mouillage ciblé peut être judicieux, pour autant qu'il soit compatible avec la spécification du produit et de la recette. Les particules fines peuvent alors être fixées sur des particules porteuses plus grossières. Cette agglomération ciblée des fines peut réduire le nombre de fractions fines librement mobiles et ainsi diminuer le risque de démixtion sur la suite de la chaîne de procédé. La condition préalable est un dosage homogène et reproductible de petites quantités de liquide ainsi qu'une répartition suffisamment intensive du liquide. La quantité ajoutée doit être choisie de manière à ne pas créer de grumeaux indésirables, de surhumidification locale, de comportement d'écoulement modifié ni d'altération de la qualité. La question de savoir si le mouillage améliore réellement la stabilité à l'évacuation doit être vérifiée pour chaque recette au moyen d'essais de mélange, de stockage, de transport et de conditionnement.
Le mélangeur vertical cylindrique classique a ses points forts surtout pour les volumes de charge importants. À diamètre extérieur égal, une chambre de mélange cylindrique exploite le volume de construction disponible de façon plus efficace qu'un cône. Cela peut être économiquement avantageux en cas de surface au sol limitée, de débits élevés ou de grands volumes utiles. La géométrie homogène de la cuve peut être conçue pour des procédés de grandes charges stables. La question de savoir si un mélangeur cylindrique peut être vidé aussi bien qu'un mélangeur conique pour une recette donnée dépend de la géométrie du fond, de la vanne d'évacuation, des distances outil-paroi et des propriétés d'écoulement du produit.
Le choix en cas de grandes différences de masse volumique apparente ne devrait donc pas s'effectuer sur la base d'une prétendue sécurité de ségrégation plus élevée du mélangeur conique. Ce qui est déterminant, c'est quel mélangeur, en combinaison avec la recette, l'ordre de chargement, les paramètres de mélange et la chaîne de procédé en aval, atteint et conserve l'homogénéité requise jusqu'au conditionnement. En font partie, le cas échéant, des prémélanges pour petits composants, un mouillage ciblé pour l'agglomération des fines, une géométrie d'évacuation pauvre en démixtion ainsi qu'une technique de transport et de conditionnement adaptée au mélange. Une charge peut être idéalement homogène dans la chambre de mélange et néanmoins se démixer à nouveau ensuite lors de la vidange ou du transport.
Mélangeur conique à un arbre AM face aux mélangeurs verticaux classiques
Le mélangeur conique à un arbre amixon® AM et les mélangeurs verticaux classiques amixon® fonctionnent selon le même principe de mélange fondamental : un outil à ruban vissé SinConvex® transporte le mélange vers le haut dans la zone proche de la paroi, tandis qu'il s'écoule à nouveau vers le bas au centre sous l'effet de la gravité. Cette combinaison génère une recirculation totale tridimensionnelle, dans laquelle les zones de produit sont continuellement redistribuées. Avec une conception appropriée, aussi bien les mélangeurs coniques que les mélangeurs verticaux cylindriques peuvent atteindre un mélange aléatoire techniquement idéal. Cela vaut également pour des composants de masses volumiques apparentes, granulométries et propriétés d'écoulement différentes.
De grandes différences de masse volumique apparente restent en principe une tâche exigeante, car elles peuvent favoriser une démixtion, en particulier après le mélange proprement dit. Des situations critiques apparaissent fréquemment lors de l'évacuation, dans les tronçons de chute, en cas de vibrations, pendant le transport ou lors du conditionnement. Le mélangeur conique à un arbre n'empêche pas de tels effets par sa seule géométrie de cuve. L'avantage réside bien plutôt dans la recirculation du produit contrôlée, intensive et en même temps à vitesse comparativement basse. À des vitesses périphériques d'environ 0,8 à 3,5 m/s, le produit est continuellement remanié, sans favoriser de séparation centrifuge prononcée. La vitesse de rotation, la durée de mélange et l'ordre de chargement appropriés sont toujours déduits du comportement du produit et de la tâche de mélange.
La géométrie conique de l'AM offre un avantage sur le plan du procédé, en particulier lors de l'évacuation. Le mélange est rassemblé vers l'organe d'écoulement central. Pour les produits coulants, une vidange résiduelle très poussée peut être atteinte. Cela réduit les pertes de produit, facilite les changements de recette et diminue l'effort de nettoyage et de libération. La quantité résiduelle réellement atteignable dépend toutefois de la structure des particules, de la cohésivité, de l'humidité, de la propension à l'adhérence, de la robinetterie d'évacuation et du mode d'exploitation. Une indication telle que « 99,98 pour cent » ne devrait donc être utilisée que comme valeur concrètement démontrée pour un produit défini et une exécution d'appareil concrète, et non comme promesse de performance générale.
Le cône élargit en outre la fenêtre de taux de remplissage utilisable vers le bas. Grâce à la géométrie de cuve rétrécie, même une petite quantité de produit est efficacement saisie dans la zone proche du fond. Cela est avantageux lorsque de petites et de grandes charges sont traitées dans le même mélangeur, ou lorsqu'un prémélange à faible quantité de remplissage est nécessaire. Avec une exécution appropriée, un rotor de coupe peut être suffisamment alimenté en produit même à faible taux de remplissage. Cela soutient la désagglomération de poudres cohésives et l'incorporation homogène de petites quantités de liquide. La question de savoir si un taux de remplissage déterminé fonctionne de façon sûre pour le procédé doit être démontrée pour la recette respective par des essais avec le produit d'origine.
Les mélangeurs verticaux cylindriques classiques tels que VM et HM offrent leurs points forts particuliers pour de grands volumes de charge. À diamètre extérieur égal, une chambre de mélange cylindrique exploite mieux l'espace de construction disponible qu'une cuve conique. Cela peut être décisif sur le plan économique en cas de débits élevés, de surface au sol limitée et de grands volumes utiles. Le mélangeur à deux arbres HM peut en outre, grâce à deux flux de produit superposés, permettre des temps de mélange courts. Le choix entre AM, VM et HM s'effectue donc en fonction du spectre de charges, de la plage de taux de remplissage, du temps de mélange requis, de l'exigence d'évacuation, de la surface au sol, de la hauteur de construction, du comportement du produit et de la stratégie de nettoyage – et non selon une qualité de mélange prétendument supérieure d'une forme de cuve déterminée.
Les formes de construction amixon® disposent d'options hygiéniques et procédurales communes. En font partie des chambres de mélange et des robinetteries d'écoulement à faible espace mort, des surfaces en contact avec le produit soudées sans joint apparent et polies, des outils de mélange montés uniquement en partie haute sans passage d'arbre inférieur dans la zone de produit, des ajouts de liquide, des rotors de coupe ainsi qu'une conception pour les zones à risque d'explosion de poussière jusqu'à la zone ATEX 20. Pour les applications hygiéniquement critiques, des exécutions selon EHEDG et tenant compte des exigences FDA et 3-A sont possibles selon la configuration concrète du projet. De grandes portes d'inspection CleverCut® et des joints OmgaSeal® améliorent l'accessibilité des zones en contact avec le produit. Des lances de lavage intégrées ou un nettoyage humide entièrement automatique peuvent soutenir le nettoyage ; la question de savoir si un nettoyage à sec ou humide est nécessaire est déterminée par le produit, l'exigence hygiénique et la stratégie de changement.
Le programme de tailles de construction amixon® permet une adaptation à différentes tailles de charge. Les mélangeurs verticaux et coniques tels que VM, HM et AM ainsi que les réacteurs mélangeurs-sécheurs tels que VMT et AMT peuvent, selon la tâche, être réalisés en tailles échelonnées jusqu'à environ 50 000 litres. Le Gyraton® GM couvre de grandes charges dans une plage d'environ 10 à 100 m³. Pour les petites charges, le mélangeur à un arbre EM d'environ 5 à 200 litres ainsi que le mélangeur conteneur COM pour environ 100 à 4 000 litres sont disponibles. La plage de taux de remplissage techniquement utilisable peut, avec une conception appropriée, atteindre environ 10 à 100 pour cent du volume utile ; l'aptitude concrète dépend toutefois du produit et de l'exécution de mélangeur choisie.
Pour les produits présentant de grandes différences de masse volumique apparente, une comparaison directe dans des conditions réalistes est recommandée. Au centre technique amixon®, le temps de mélange, l'homogénéité, la désagglomération, l'incorporation de liquide, la vidange résiduelle, le temps de changement et la nettoyabilité peuvent être examinés avec le produit d'origine. En complément, le mélange devrait être échantillonné non seulement directement dans le mélangeur, mais aussi après l'évacuation, le transport et le conditionnement. Cela permet de s'assurer que l'homogénéité obtenue se maintient sur l'ensemble de la chaîne de procédé.