Comment un essai en halle d'essais peut-il aider à réduire les risques lors de la montée en échelle de la granulation RMG ?
Un essai en halle d'essais est une étape intermédiaire centrale entre le laboratoire et la production, afin de sécuriser la montée en échelle d'une granulation à couche annulaire dans des conditions proches de la pratique. Il aide à reconnaître précocement les paramètres de procédé critiques, le comportement des matières et les points faibles potentiels, avant que le procédé n'échoue de façon coûteuse ou risquée à grande échelle.
Parmi les contributions les plus importantes d'un essai en halle d'essais figurent les points suivants.
Vérification de l'aptitude à la mise à l'échelle des paramètres de procédé
À l'échelle de la halle d'essais, la vitesse des outils, la vitesse de rotation du chopper, le taux de remplissage, le taux d'ajout de liquide et les conditions de pulvérisation peuvent être variés systématiquement. On vérifie ainsi si les réglages déterminés en laboratoire livrent aussi des granulés stables et conformes aux spécifications à un volume plus important.
Validation des grandeurs caractéristiques de mise à l'échelle
Des grandeurs caractéristiques sans dimension telles que le nombre de Froude et le nombre de Newton ainsi que la vitesse périphérique (tip speed) soutiennent la transposition des conditions de procédé entre les échelles du laboratoire, de la halle d'essais et de la production. Cela réduit le risque que la taille des particules, la densité, le comportement d'écoulement ou la compressibilité changent de façon inattendue à grande échelle.
Le nombre de Froude se rapporte en cela aux mélangeurs rotatifs à chute libre, à tambour et à projection ainsi qu'aux systèmes à outil de mélange monté horizontalement. Pour les mélangeurs verticaux à remaniement forcé, il n'est ni un critère de dimensionnement ni un critère de montée en échelle. Ce qui compte là, c'est que le principe de mélange reste identique sur toutes les tailles et que le remaniement couvre toute la chambre de mélange indépendamment du taux de remplissage ; la transposabilité est sécurisée en halle d'essais avec le produit d'origine.
Optimisation de la répartition du liquide et du mouillage
En halle d'essais, il apparaît si le liquide liant est réparti uniformément ou si un surmouillage, une formation de grumeaux ou une formation de granulés insuffisante se produisent. La position de la buse, la pression de pulvérisation et le taux d'ajout peuvent ensuite être adaptés de façon ciblée.
Détermination sûre du point final du procédé
Le couple, la puissance absorbée ou l'évolution de la température permettent de mieux définir le point final de granulation approprié. Cela est déterminant, car une interruption trop précoce ou trop tardive influence nettement la qualité du granulé.
Évaluation du comportement des matières et des procédés en aval
Il devient perceptible comment les matières premières, les liants et les excipients réagissent au cisaillement, à l'ajout d'humidité et au dégagement de chaleur, et comment la qualité de granulé qui en résulte influence les étapes en aval telles que le séchage, le tamisage, la compression en comprimés ou le remplissage de gélules.
Réduction des pertes de matière et des risques de développement
Les essais manqués à l'échelle de production coûtent cher. Les essais en halle d'essais nécessitent moins de matière et permettent d'identifier et de minimiser les risques avant la production en série.
Ainsi amixon® met à l'échelle la granulation à couche annulaire (RMG) de l'échelle du laboratoire à celle de la production
Du point de vue d'amixon®, la montée en échelle de la granulation à couche annulaire (RMG) est par principe basée sur des essais et n'est pas représentable par un procédé de montée en échelle assuré et purement calculatoire. Les granulateurs RMG de conception horizontale n'y jouent qu'un rôle secondaire ; le développement proprement dit se concentre sur des systèmes de mélange à arbres d'outils de mélange disposés verticalement.
Une montée en échelle basée sur les essais plutôt qu'une approche de calcul
Dans l'agglomérateur-mélangeur à couche annulaire, un équilibre spécifique au produit s'établit entre la croissance et la destruction des grains – piloté par la vitesse périphérique, le temps de séjour, l'apport de liquide et l'aptitude à la granulation du produit. amixon® souligne que des essais en halle d'essais avec le produit d'origine sont nécessaires pour cela, parce que les débits volumiques réels peuvent s'écarter des valeurs de catalogue et qu'une montée en échelle purement calculatoire serait peu sérieuse. À partir des données d'essai – distribution granulométrique, stabilité du granulé, temps de séjour, débit volumique –, le passage à la taille cible est extrapolé sur la base de l'expérience.
Constance de la construction et déplacement du risque
Sur toutes les tailles de RMG, des paramètres de construction essentiels restent constants : chambre de mélange ronde, usinée par enlèvement de matière, avec une distance outil-paroi définie, doubles parois thermorégulables en option, outils résistants à l'usure, préleveurs intégrés et paliers amortissant les vibrations pour les grandes machines. Le risque de montée en échelle est ainsi déplacé délibérément dans l'essai en halle d'essais documenté, avant l'investissement – et non dans la phase de démarrage de l'installation de production.
L'accent sur les systèmes de mélange verticaux
Sur le plan stratégique, amixon® concentre le développement sur des systèmes de mélange verticaux tels que les mélangeurs à un et à deux arbres (VM, HM), les mélangeurs coniques (AM) ainsi que les sécheurs-mélangeurs-réacteurs (VMT, AMT) et d'autres constructions verticales (Gyraton® GM, EM, COM). Ces appareils sont fabriqués en tailles finement échelonnées, de l'échelle de la halle d'essais à celle de la grande production, et couvrent des taux de remplissage d'environ 10 à 100 % sans compromettre la qualité de mélange.