Quels avantages offre un mélangeur vertical à deux arbres pour le mélange et l'humidification de poudres cohésives ?
Les mélangeurs verticaux à deux arbres sont également avantageux lorsque des poudres cohésives doivent être humidifiées, homogénéisées ou amenées à un état pâteux. Le comportement d'écoulement changeant du produit en vrac joue alors un rôle. Celui-ci est déterminé de façon décisive par la cohésion, l'adhésion, la teneur en humidité, la répartition granulométrique et la porosité. La cohésivité d'une poudre et sa fonction d'écoulement peuvent par exemple être déterminées avec un appareil de cisaillement de Jenike. On y détermine le frottement interne et le frottement de paroi sous des contraintes de consolidation définies. Les résultats, sous forme de lieux d'écoulement, sont pertinents notamment pour l'évaluation de la formation de ponts, de la formation de cheminées et du comportement à l'évacuation.
Plus les deux outils de mélange s'engrènent profondément l'un dans l'autre, plus un mélangeur vertical à double arbre fonctionne efficacement. Les outils de mélange de type hélicoïdal sont ici les plus efficaces. Le mélange est transporté vers le haut depuis les zones proches de la paroi, tandis qu'il s'écoule vers le bas dans la zone centrale. En même temps, il existe un fort courant transversal entre les deux parties de la cuve. Les particules de poudre, les zones d'humidité, les ajouts de liquide et les agglomérats existants sont ainsi continuellement redistribués. Cette forme de construction convient aux poudres sèches, aux suspensions humides ainsi qu'aux produits pâteux.
C'est précisément lors de l'humidification de poudres absorbantes qu'une répartition rapide et homogène du liquide est déterminante. Sans intensité de mélange suffisante, des zones localement surhumidifiées, des nids collants et des agglomérats peuvent se former, tandis que d'autres zones de produit restent sèches. Le mouvement de produit superposé d'un mélangeur à deux arbres soutient une incorporation homogène des liquides, à condition que la quantité dosée, le lieu de dosage, la taille des gouttelettes ou le motif de pulvérisation, la vitesse d'ajout et la durée de mélange soient adaptés à la recette. Pour les produits particulièrement sujets à l'agglomération, des outils de broyage ou de mélange intensif supplémentaires peuvent être judicieux afin de fractionner les grumeaux formés et de répartir le liquide de façon plus fine dans la poudre.
Avec une géométrie d'outil appropriée et des distances suffisamment faibles par rapport à la paroi de la cuve et au fond, les zones de mélange qui se chevauchent peuvent produire un effet efficace de raclage et d'autonettoyage. Ceci est particulièrement pertinent pour les produits humides et collants, car il permet de limiter l'accumulation de matière sur les outils, les surfaces de paroi et dans la zone de fond. Moins de collages entraîne des conditions de mélange constantes, réduit les résidus de produit après évacuation et peut diminuer l'effort de nettoyage ainsi que les temps d'arrêt. L'effet réel dépend toutefois de l'adhésion du produit, de l'humidité, de la température, de l'état de surface, de la forme de l'outil et des paramètres d'exploitation, et devrait être testé pour la recette concrète.
La construction verticale soutient en outre l'évacuation du produit par gravité. Il s'agit d'un avantage constructif pour les mélanges cohésifs, humides ou adhérents, à condition que l'organe d'évacuation, la géométrie des outils et le fond de la cuve soient conçus de manière à former le moins possible de zones de produit stagnantes. Une faible quantité résiduelle est importante en particulier lors de changements de produit fréquents, pour des composants précieux, pour des recettes pertinentes en matière d'allergènes ou dans des applications hygiéniquement sensibles. La question de savoir si une vidange quasi complète est atteignable doit toutefois être évaluée sur la base des propriétés réelles du produit.
En combinaison avec une enveloppe thermorégulée, la recirculation intensive peut soutenir l'échange thermique. Le produit est alors ramené de façon répétée des surfaces d'enveloppe vers le cœur de la cuve et inversement, ce qui réduit les écarts de température au sein de la charge. Selon l'exécution, un fonctionnement sous vide ou sous pression ainsi que des dispositifs d'ajout de liquide peuvent en outre être intégrés. Cela permet de combiner humidification, mélange, conditionnement, granulation, thermorégulation ainsi que, dans certaines applications, des étapes de séchage et de réaction dans un appareil de procédé fermé. Des mélangeurs verticaux comparables à deux arbres sont disponibles pour des produits secs, humides et pâteux. Ils peuvent être combinés avec un transfert thermique, une technique de vide ainsi que des exécutions faciles à nettoyer.
La qualité de mélange atteignable ne dépend toutefois pas uniquement de la construction à deux arbres. Sont déterminants notamment la géométrie de l'outil, la vitesse de rotation, le taux de remplissage, l'ordre d'ajout des solides, le dosage des liquides, le temps de séjour, l'évolution de l'humidité et la cohésivité du produit. Pour les poudres cohésives en particulier, la fonction d'écoulement déterminée avec un appareil de cisaillement de Jenike peut fournir une base fiable pour la conception des composants de stockage, de dosage et d'évacuation. Elle décrit le rapport entre la contrainte principale de consolidation et l'unconfined yield strength, et permet une classification du comportement d'écoulement, de très cohésif à parfaitement fluide. Les essais de mélange avec le produit d'origine restent néanmoins importants pour sécuriser l'homogénéité, la répartition de l'humidité, la formation d'agglomérats, l'augmentation de température, la capacité de vidange et la reproductibilité de la charge dans des conditions d'exploitation réalistes.
Le mélangeur vertical à deux arbres amixon® HM est conçu pour l'homogénéisation rapide, homogène et en même temps particulièrement ménageante de poudres, de produits en vrac humides, de produits pâteux et de mélanges humidifiés. Deux outils de mélange hélicoïdaux tournant dans le même sens génèrent un écoulement global tridimensionnel prononcé : le mélange est transporté en spirale vers le haut dans la zone extérieure et s'écoule à nouveau vers le bas au centre sous l'effet de la gravité. Dans les zones de chevauchement des deux flux de produit, un échange intensif a lieu. De cette manière, des composants de masses volumiques apparentes, granulométries, teneurs en humidité et propriétés d'écoulement différentes sont répartis sur l'ensemble du volume de la charge. Les mélangeurs verticaux à deux arbres de la gamme HM sont conçus pour les poudres sèches, les suspensions humides, les pâtes et les produits pâteux.
Pour l'humidification de poudres cohésives, cette recirculation tridimensionnelle offre des avantages essentiels. Les liquides peuvent être dosés via des points d'introduction appropriés dans le lit de poudre en mouvement et sont rapidement répartis dans l'ensemble du volume de produit. Cela aide à limiter la surhumidification locale, les nids secs persistants et la formation de gros agglomérats. La conception concrète de l'ajout de liquide dépend de la recette, notamment de la cohésivité, de la structure des particules, de l'humidité de départ, de la mouillabilité, de la quantité dosée, de la vitesse d'ajout et de l'état final souhaité. Si une désagglomération ciblée est nécessaire, des rotors de coupe peuvent être intégrés. Ils soutiennent le processus de mélange en désagrégeant les agglomérats et en améliorant la répartition de la phase liquide dans la poudre.
L'intensité de mélange peut être adaptée à la tâche. Le même mélangeur peut être utilisé aussi bien pour un mélange intensif et une désagglomération que pour des tâches d'homogénéisation très ménageantes. Cela est important par exemple lorsque des poudres instantanées séchées par atomisation ou agglomérées, des ingrédients encapsulés, des particules fragiles ou des composants nutritifs sensibles doivent être mélangés. L'objectif est alors d'atteindre l'homogénéité souhaitée sans modifier inutilement la structure des agglomérats, la solubilité, le comportement d'écoulement ou la qualité optique du produit. La vitesse périphérique des outils de mélange peut être réglée à cet effet à un niveau comparativement bas ; le réglage effectif est déterminé sur la base de la recette, de la taille de la charge et de l'objectif de mélange.
Les technologies amixon® SinConvex® et SinConcave® élargissent les possibilités de conduite du produit. Ces outils de mélange hélicoïdaux sont conçus pour une recirculation spatiale améliorée et soutiennent un mélange homogène sur l'ensemble du volume de la cuve. En même temps, ils favorisent la vidange, car le produit est guidé des zones proches de la paroi et du fond vers l'évacuation. Pour les produits en vrac coulants, une vidange quasi complète peut être atteinte. Cela réduit les pertes de produit, facilite les changements de produit et contribue à la préservation des ressources, car moins de résidus de matières premières, d'eau de nettoyage et d'eaux usées sont générés.
Pour les applications particulièrement sensibles, MultiPane® est disponible. La technologie permet un mouvement de produit particulièrement ménageant et convient donc aux tâches de mélange dans lesquelles la structure des particules et les agglomérats doivent être préservés autant que possible. Cela peut être pertinent pour les compléments alimentaires, les mélanges diététiques, les poudres instantanées, les micro-organismes, les granulés sensibles ou les ingrédients encapsulés. La combinaison d'une faible sollicitation mécanique et d'une répartition tridimensionnelle intensive aide à résoudre le conflit d'objectifs entre homogénéité élevée et ménagement du produit.
ComDisc® soutient une vidange résiduelle très poussée du mélangeur. Cela est aussi important pour les produits précieux, cohésifs ou pertinents en matière d'allergènes que pour les changements de recette fréquents. Une faible quantité résiduelle réduit les pertes de matière et diminue le risque de report dans la charge suivante. En même temps, elle réduit l'effort de nettoyage et soutient une production économique et durable. Le degré de vidange réellement atteignable pour un produit concret dépend toujours de sa cohésivité, de son humidité, de sa propension à l'adhérence, de sa structure de particules et de la conception de l'appareil.
Avec DosiFlap®, l'évacuation peut non seulement être ouverte et fermée, mais aussi pilotée de façon dosante. La vanne peut se fermer contre le flux de produit en cours et permet ainsi un conditionnement contrôlé dans des big bags, IBC ou autres conteneurs. En combinaison avec des cellules de pesée, des quantités de remplissage définies peuvent être atteintes de façon reproductible. Pour les grands mélangeurs, plusieurs vannes DosiFlap® peuvent être prévues, permettant de remplir plusieurs big bags ou conteneurs en parallèle. Cela raccourcit le temps de conditionnement, augmente la flexibilité de la ligne et découple le processus de mélange des étapes ultérieures d'emballage ou de conditionnement.
WaterDragon® élargit le mélangeur d'une fonction automatisée de nettoyage humide et de séchage. Le système fonctionne avec un nettoyage par jet dirigé programmable : des lances de nettoyage escamotables avec têtes de lavage rotatives peuvent traiter de façon ciblée les surfaces en contact avec le produit. Après le cycle de nettoyage, une grande quantité d'air chaud sec peut être introduite dans la chambre de mélange afin de sécher rapidement la cuve, l'outil de mélange, la zone d'évacuation et les dispositifs de nettoyage. Cela raccourcit le temps entre les changements de produit, soutient une conduite de procédé hygiénique et aide à éviter un apport d'humidité indésirable dans la charge suivante.
Pour les applications exigeantes sur le plan hygiénique, le HM peut être configuré avec des outils de mélange montés et entraînés par le haut, de grandes portes d'inspection et des vannes d'évacuation à faible espace mort. Les points de palier en contact avec le produit dans la chambre de mélange sont ainsi évités. Selon le projet, des exécutions étanches aux gaz, résistantes au vide ou à la pression peuvent être prévues. Cela peut être nécessaire par exemple pour le chargement pneumatique, l'inertage ou le traitement de produits sensibles à l'oxydation. Une légère surpression de gaz inerte peut empêcher que l'air ambiant ne pénètre dans l'espace de procédé ; la conception concrète de la pression et de l'étanchéité doit alors être adaptée aux appareils, joints, robinetterie et conditions de procédé.
La gamme HM peut également être utilisée pour de grandes charges. Pour les recettes comportant de nombreux composants, un grand mélangeur de charge peut offrir des avantages logistiques et économiques, car moins de charges individuelles doivent être pesées, mélangées, échantillonnées et analysées. Cela est pertinent par exemple pour les produits diététiques, l'alimentation infantile ou d'autres mélanges de poudre critiques en matière de qualité. Ce qui reste déterminant, c'est que le plan d'échantillonnage, le temps de mélange, la vitesse de rotation, le taux de remplissage et l'évaluation de l'homogénéité soient validés pour chaque recette. Un échantillon de mélange individuel ne peut être considéré comme représentatif que si cela a été démontré par un concept de validation approprié et une stratégie d'échantillonnage fiable.
Les mélangeurs à deux arbres amixon® peuvent, sur demande, être réalisés conformément aux exigences hygiéniques et réglementaires, par exemple selon EHEDG ainsi que, selon la conception spécifique au projet, selon les 3-A Sanitary Standards, la FDA, les GMP ou l'ASME. Avant un investissement, un essai de mélange avec le produit d'origine est recommandé. Il permet d'évaluer non seulement la qualité et le temps de mélange, mais aussi la répartition de l'humidité, l'aptitude du dosage de liquide, la formation d'agglomérats, l'endommagement du produit, la vidange résiduelle, la nettoyabilité et l'utilisation possible de SinConvex®, SinConcave®, MultiPane®, ComDisc®, DosiFlap® et WaterDragon® dans des conditions réalistes.