Quels capteurs de procédé pour le couple, la température et l'humidité sont utiles pour détecter les points finaux de granulation dans un mélangeur à flux continu ?
La détection du point final de granulation dans le mélangeur en continu réussit le plus sûrement avec une combinaison de capteurs de couple, de température et d'humidité. Chaque grandeur décrit un autre aspect de l'état du procédé et ne devrait pas être considérée isolément.
Couple / puissance absorbée
La mesure du couple de l'arbre ou de la puissance d'entraînement est l'indicateur direct le plus important de l'avancement de la granulation. À mesure que le liquide de liaison et la croissance des grains augmentent, la cohésion, la viscosité et la résistance à l'écoulement du produit humide augmentent. Le couple transmis croît et forme une courbe caractéristique. Un plateau ou une valeur seuil définie de cette courbe marque dans la pratique, fréquemment, l'état de granulation optimal. Le passage du mouillage à la phase de croissance et de compactage se manifeste par une nette augmentation du couple, suivie d'une stabilisation. La mesure peut s'effectuer par des arbres de mesure de couple, des jauges de contrainte ou indirectement par le courant moteur et la puissance absorbée, et elle convient aux analyses de tendance et à la maîtrise statistique du procédé. Dans les procédés de granulation continus, l'interprétation est plus complexe qu'en fonctionnement discontinu, parce que des états de fonctionnement stationnaires et des flux de matières doivent être évalués ; on recourt ici à des analyses de tendance et à des modèles de capteurs logiciels.
Température
La température du produit décrit la situation thermique et énergétique dans la chambre de mélange. Le frottement et les forces de cisaillement dans le lit de granulés compacté engendrent de la chaleur de frottement, et le mouillage comme les phénomènes d'évaporation influencent en outre l'évolution de la température. Une augmentation de la température est fréquemment corrélée à une sollicitation mécanique et à un compactage accrus ; des baisses de température peuvent indiquer une évaporation plus forte ou un surmouillage. La mesure s'effectue typiquement avec des thermomètres à résistance en contact avec le produit ou sans contact par capteurs infrarouges à la sortie ou aux hublots. La température livre des indices précoces de surgranulation, de surmouillage ou de surcharge thermique et est importante, avec des principes actifs thermolabiles, pour éviter la dégradation. Comme indicateur de point final, elle est en règle générale utilisée en complément du couple et de l'humidité, non comme grandeur cible unique.
Humidité
La saisie en ligne de la teneur en eau sécurise l'état matériel. L'humidité pilote les forces capillaires et d'adhésion, le degré de mouillage, l'agrandissement des grains et la stabilité mécanique des granulés, et elle est déterminante pour les étapes en aval telles que le séchage, la compression en comprimés et l'aptitude au stockage. Les procédés typiques sont la spectroscopie proche infrarouge, procédé en ligne rapide et sans contact offrant un potentiel de régulation en temps réel et nécessitant un étalonnage chimiométrique, ainsi que les capteurs à résonance micro-ondes pour une mesure volumétrique de l'humidité, peu sensibles à l'encrassement. Les capteurs capacitifs sont peu coûteux et simples à intégrer, mais plus dépendants de la matrice et souvent moins précis. Les capteurs d'humidité permettent de définir une plage cible dans laquelle la structure de granulé et la propriété d'écoulement souhaitées sont atteintes, et servent de signal de référence pour valider les grandeurs de mesure mécaniques et thermiques ainsi que pour réguler l'ajout de liant.
Combinaison judicieuse et extensions
Aucune des grandeurs de mesure citées ne suffit à elle seule pour détecter de façon robuste le point final de granulation dans le mélangeur en continu. Dans la pratique, on poursuit une fusion multivariée de capteurs : le couple ou la puissance décrit l'état mécanique, la température l'état thermique et énergétique, l'humidité l'état matériel. Dans les concepts PAT modernes, ces signaux sont réunis dans des modèles multivariés, afin de détecter les points finaux de façon reproductible, de construire des stratégies de régulation en boucle fermée, de compenser les variations des matières premières et de réduire les rebuts. En option, une mesure d'émission acoustique ou des procédés optiques d'analyse granulométrique peuvent être intégrés, afin de relier directement la morphologie du granulé aux signaux du procédé.
Ainsi amixon® équipe le mélangeur continu RMG d'une instrumentation de procédé
L'instrumentation comme fourniture externe – l'intégration comme compétence d'amixon®
amixon® ne développe ni ne fabrique de capteurs propres. Les appareils peuvent toutefois être équipés d'une grande variété de systèmes de mesure adaptés, destinés à la surveillance du procédé, à l'automatisation ainsi qu'à la sécurité du travail et du produit. Les principes de mesure, les types de capteurs et les marques employés sont toujours définis en fonction de l'application.
amixon® assure l'intégration procédé et constructive de l'instrumentation dans le mélangeur continu RMG. Le choix, la position de montage, l'exécution hygiénique, le traitement du signal ainsi que le raccordement au système de conduite d'installation sont définis avec l'exploitant et son fournisseur d'instrumentation. Ce qui compte, c'est de savoir quelle grandeur de mesure est fiablement corrélée à la qualité de granulé recherchée dans les conditions réelles du procédé.
Les méthodes de mesure en ligne par imagerie peuvent être particulièrement instructives. Elles permettent d'enregistrer en continu la taille et, le cas échéant, la forme des particules. Les données obtenues peuvent servir à surveiller le procédé de granulation et – si la conception procédé le prévoit – à le réguler de manière ciblée. Les grandeurs de réglage importantes sont notamment :
- la quantité ajoutée ou le débit massique du liquide de granulation,
- la fréquence de rotation de l'outil de mélange,
- le débit massique du solide,
- l'apport d'énergie spécifique ainsi que
- le cas échéant, la température du produit.
Le couple, la puissance absorbée, la température et l'humidité fournissent également des indications précieuses sur l'état actuel du procédé. Ils peuvent rendre visibles des variations du mouillage, de la formation d'agglomérats, de la consistance du produit ou du comportement d'adhérence. Le fait qu'une seule grandeur de mesure suffise ou que plusieurs signaux doivent être exploités conjointement dépend de la recette, de la qualité des matières premières et de la conduite du procédé.
La compréhension du procédé naît en halle d'essais
Pour une recette donnée, amixon® peut examiner en halle d'essais, avec le produit d'origine, quelles grandeurs de mesure représentent le plus fidèlement l'état de granulation recherché. Les données de procédé pertinentes sont enregistrées à cette fin et confrontées aux caractéristiques qualité du granulé obtenu, déterminées analytiquement. Les résultats sont documentés de manière traçable dans le rapport d'essai. Ces travaux constituent une base solide pour le dimensionnement et la mise en service ultérieure d'une installation de production. Ils aident à évaluer tôt les interactions entre recette, qualité des matières premières, humidité initiale, ajout de liquide, apport d'énergie, vitesse périphérique de l'outil de mélange, temps de séjour et précision de dosage. Des fenêtres de fonctionnement adaptées peuvent ainsi être définies et les paramètres de procédé fixés pour une granulation stable et reproductible.
Mélangeur continu RMG : expérience, service et pièces de rechange
Le mélangeur continu RMG a fait ses preuves pour certaines classes de produits et pour des tâches de mélange et d'agglomération en continu. amixon® fabrique les appareils correspondants sur demande, apporte son soutien pour les travaux de maintenance et assure un approvisionnement durable en pièces de rechange.
Le développement de ce système particulier de mélange et de granulation n'est toutefois plus, depuis 2010, au cœur du travail de développement d'amixon®. L'accent porte aujourd'hui sur des mélangeurs de précision pour poudres, solides et produits pâteux, à arbres de mélange verticaux ou inclinés. Ces systèmes conviennent particulièrement aux applications exigeantes en matière de qualité de mélange, de vidange résiduelle, de traitement ménageant le produit, de procédés sous vide, de traitement thermique ainsi que de conception hygiénique et de confinement.