Les installations de mélange peuvent-elles être étendues de façon modulaire, par exemple avec un dosage de liquide ou des points de mesure supplémentaires ?
Oui. Les installations de mélange industrielles peuvent souvent être étendues par des modules de dosage, de mesure, d'automatisation et des modules périphériques supplémentaires. La question de savoir si un rééquipement est techniquement judicieux et économiquement réalisable dépend toutefois de la construction mécanique existante, de la capacité portante, de l'espace disponible, de l'alimentation en énergie et en fluides, des exigences de sécurité ainsi que de l'architecture de commande existante. Plus les options d'extension sont prises en compte tôt dès la planification, plus les adaptations ultérieures peuvent être réalisées facilement.
Une extension fréquente est l'intégration d'un dosage de liquide. Il est utilisé pour introduire de manière contrôlée dans le processus de mélange de l'eau, des huiles, des liants, des arômes, des additifs, des solutions de principes actifs ou d'autres composants liquides. Le choix du système de dosage dépend de la viscosité, de la température, de la quantité dosée, de la précision de dosage, des exigences de nettoyage, de la compatibilité chimique et d'une éventuelle protection contre les explosions. Pour des tâches de dosage continues ou reproductibles, des systèmes de pompes volumétriques conviennent par exemple, comme les pompes à engrenages, à vis excentrée, à membrane ou péristaltiques. Lorsqu'un bilan massique particulièrement précis est requis, des systèmes gravimétriques à cellules de pesée ou à mesure de débit peuvent être utilisés. Les débitmètres massiques Coriolis peuvent mesurer la masse et la densité, tandis que les débitmètres électromagnétiques conviennent pour des liquides suffisamment conducteurs sur le plan électrique.
Le point d'injection et le mode d'introduction doivent être adaptés au processus de mélange concerné. Une lance d'injection de liquide mal positionnée peut provoquer une sur-humidification locale, des agglomérats, des collages ou une répartition inégale. Le liquide devrait donc être introduit autant que possible dans une zone de produit suffisamment agitée. Pour les poudres fines, poussiéreuses ou hygroscopiques, la taille des gouttelettes, la direction de pulvérisation, la température du liquide, la vitesse de dosage et, le cas échéant, l'atomisation peuvent en outre être déterminantes pour le résultat. Avant un rééquipement, des essais avec le produit réel sont donc judicieux, en particulier lorsque l'ajout de liquide modifie la structure des particules, la fluidité, l'homogénéité ou l'aptitude au nettoyage.
Des points de mesure supplémentaires peuvent également être installés a posteriori si des emplacements de montage appropriés existent ou peuvent être créés. Des sondes de température telles que les capteurs Pt100 ou Pt1000 peuvent servir à surveiller la température du produit, le refroidissement, le réchauffement ou d'éventuels processus réactionnels. Pour la détermination de l'humidité, des procédés de mesure micro-ondes, capacitifs ou basés sur le proche infrarouge entrent en ligne de compte selon le produit et la tâche de mesure. Les capteurs de pression et de vide sont particulièrement pertinents pour les processus de mélange fermés, le séchage sous vide, l'inertage ou le fonctionnement en surpression. Pour les milieux liquides ou pâteux, des mesures de pH ou de conductivité peuvent en outre être utiles. Le couple, l'intensité absorbée ou la puissance de l'entraînement de mélange peuvent fournir des indications sur le taux de remplissage, la consistance du produit, le frottement, l'avancement du mélange ou d'éventuels collages, mais ne constituent pas des indicateurs de qualité universels et suffisants à eux seuls.
L'intégration mécanique de capteurs supplémentaires devrait se faire de manière à préserver l'aptitude au nettoyage, la sécurité du produit et l'étanchéité. Dans les applications sensibles sur le plan hygiénique, des tubulures de montage appropriées, des raccords de capteurs affleurants et des constructions à faible espace mort sont particulièrement importants. Des raccords Tri-Clamp ou des raccords à bride peuvent permettre une intégration normalisée ; leur adéquation dépend toutefois de la classe de pression, du fonctionnement sous vide, du procédé de nettoyage, des matériaux et du concept hygiénique. Des raccords de réserve, des brides pleines et des emplacements de montage libres prévus dès la planification de base réduisent considérablement l'effort d'un rééquipement ultérieur.
Pour élargir la diversité des recettes, des modules de dosage de solides peuvent également être ajoutés. En font partie par exemple des silos, des postes de vidange de sacs ou de big-bags, des transporteurs à vis, des goulottes vibrantes, des balances de dosage différentiel, des microdoseurs ou des postes de chargement manuels. Ils permettent l'alimentation automatisée ou semi-automatisée des composants principaux et des petits composants. Lors de la planification, il faut tenir compte du comportement d'écoulement, de la formation de voûte, des risques de ségrégation, du dégagement de poussière, des risques de contamination croisée, de l'aptitude au nettoyage et de la pesée précise de chaque charge de matière première. En particulier pour les petits composants, la précision de dosage peut avoir une influence considérable sur la qualité du produit.
Les installations de mélange peuvent en outre être complétées par d'autres modules de procédé. Selon le produit et l'objectif du procédé, des tamiseuses, des séparateurs magnétiques, des broyeurs de grumeaux, des homogénéisateurs, des systèmes de refroidissement ou de chauffage, des dispositifs de vide, des installations de dépoussiérage, des unités de filtration, des systèmes de convoyage ou des systèmes de remplissage entrent par exemple en ligne de compte. Une extension modifie toutefois souvent non seulement le flux de matières, mais aussi les exigences relatives à la commande, au concept de sécurité, à la stratégie de nettoyage et à la maintenance. Avant la mise en œuvre, il convient donc de vérifier si le nouveau composant augmente effectivement la capacité de l'installation de mélange ou s'il ne fait que déplacer vers une autre étape de procédé un goulot d'étranglement jusque-là invisible.
Outre la mécanique, l'intégration au niveau de la commande est un élément central de tout rééquipement. Les pompes, vannes, balances et capteurs supplémentaires nécessitent des entrées et sorties libres, des capacités d'armoire électrique suffisamment dimensionnées, des nœuds de bus de terrain adaptés, une alimentation en énergie et, le cas échéant, de l'air comprimé, de l'eau de refroidissement, de la vapeur, du vide ou des milieux de nettoyage. Les interfaces d'automatisation courantes comprennent par exemple PROFINET, EtherCAT, Profibus (Process Field Bus) et IO-Link. Pour l'intégration verticale des données vers des systèmes de niveau supérieur tels que SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), MES (Manufacturing Execution System), ERP (Enterprise Resource Planning) ou des plateformes d'analyse, OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) peut être utilisé. L'interface appropriée dépend du paysage de commande existant, du besoin de temps réel, des exigences de sécurité et du modèle de données souhaité.
Une architecture logicielle modulaire aide à intégrer les extensions de manière contrôlée. Des modules de procédé tels que les skids de dosage peuvent être conçus comme des modules fonctionnels autonomes avec des interfaces, des états de fonctionnement, des messages et des services clairement définis. Le Module Type Package, ou MTP, prend en charge une description neutre vis-à-vis des fabricants des fonctions et interfaces de tels modules de procédé. Un MTP peut être importé dans l'ingénierie d'un système de conduite de procédé et faciliter ainsi l'intégration de modules normalisés. Cette approche est décrite dans la directive VDI/VDE/NAMUR 2658 ; le MTP est en outre promu par NAMUR et ZVEI comme un élément constitutif de l'automatisation modulaire des procédés.
Pour les processus de production orientés charges, il est judicieux d'aligner la structure de commande et de recette sur ISA-88. La norme fournit des modèles et des notions pour la commande des charges et décrit notamment des recettes, des procédures, des phases de procédé et des modules d'équipement. Cela facilite l'affectation propre de nouveaux modules de dosage ou de mesure aux recettes, aux charges et aux étapes de procédé. Les extensions ne doivent ainsi pas nécessairement déclencher une reprogrammation complète de l'installation ; elles nécessitent toutefois toujours une spécification technique, une conception d'interface claire ainsi que des tests qualifiés des fonctions modifiées.
Pour un rééquipement économique, des réserves devraient être prévues non seulement au niveau des raccords mécaniques, mais aussi au niveau de la commande, de l'alimentation en énergie, de l'armoire électrique, du réseau, de l'air comprimé et des conduites de fluides. Une documentation actualisée de l'installation et de l'électricité, une architecture logicielle clairement structurée, des schémas P&ID actualisés, des évaluations de sécurité valides et une documentation univoque des capteurs et interfaces existants sont tout aussi importants. Les nouvelles valeurs mesurées doivent être intégrées dans la visualisation, la gestion des alarmes, la gestion des recettes, le stockage des données et, le cas échéant, l'évaluation de la qualité. Si des paramètres de procédé critiques sont ajoutés ou modifiés, la plage de mesure, la précision, l'étalonnage, la maintenance, la qualité des données et l'interprétation des valeurs mesurées doivent être définies avant la mise en service productive.
Dans les secteurs réglementés, les extensions doivent passer par une procédure de contrôle des modifications (Change Control) documentée. La modification devrait être évaluée du point de vue de la sécurité du produit, de la capabilité du procédé, du nettoyage, du confinement, de l'intégrité des données, de la qualification et du statut de validation. Selon l'impact, des adaptations de l'analyse de risque, des SOP, de la documentation technique, du logiciel de commande, des procédés de nettoyage ainsi que des requalifications partielles ou complètes peuvent être nécessaires. La FDA indique que les modifications apportées aux spécifications, méthodes, procédés ou procédures doivent être vérifiées avant leur mise en œuvre et, dans la mesure appropriée, validées ; en cas de modifications ou d'écarts de procédé, le procédé doit être évalué et, le cas échéant, revalidé.
Modularité et possibilités de rééquipement chez amixon®
Les installations de mélange amixon® peuvent être conçues pour des tailles de charge, des recettes et des exigences de procédé variables. Avec une conception adaptée du produit et du procédé, le même mélangeur peut traiter différents taux de remplissage sans qu'une transformation mécanique soit nécessaire. Il ne s'agit toutefois pas d'une extension modulaire, mais de l'expression d'une plage de fonctionnement suffisamment large et validée par des essais. La qualité de mélange atteignable dépend toujours des propriétés des poudres utilisées, du taux de remplissage, de la recette, de l'ordre de dosage et des paramètres de procédé choisis.
L'intensité de mélange peut être adaptée, selon la version de l'appareil, par le temps de mélange, la vitesse de rotation, la configuration de l'outil et des organes de procédé supplémentaires. Les profils de mélange, de dosage et de température peuvent être enregistrés dans des recettes basées sur l'automate et exécutés de manière reproductible charge par charge. Pour certaines applications, des rotors de coupe ou des outils à haut cisaillement (High-Shear) peuvent être utilisés pour la désagglomération ou pour une meilleure incorporation de liquides. La question de savoir si un traitement plus intensif est judicieux doit être vérifiée en fonction du produit, car des particules ou granulés sensibles peuvent être altérés par des forces de cisaillement accrues.
Une extension modulaire concerne des modules fonctionnels supplémentaires sur ou dans l'installation de mélange existante. En font partie par exemple les dosages de liquide avec lances d'ajout ou buses bifluides, des capteurs et points de mesure supplémentaires, des doubles enveloppes de thermorégulation, des raccords de vide, des rotors de coupe, des lances de lavage, des fonctions WIP ou CIP ainsi que des organes de vidange et de dosage tels que DosiFlap®. De telles extensions peuvent être mises en œuvre de manière particulièrement efficace lorsqu'elles ont déjà été prises en compte lors de la conception initiale. Des raccords de réserve, des emplacements de montage libres, des tubulures préparées, des conduites de fluides suffisamment dimensionnées, des réserves d'espace, des capacités d'E/S supplémentaires et une architecture de commande évolutive réduisent considérablement l'effort constructif et automatisé ultérieur.
Si ces préparations ne sont pas présentes, les rééquipements peuvent néanmoins être techniquement réalisables. L'effort augmente alors, car il faut par exemple créer de nouveaux points de raccordement, adapter la cuve de mélange sur le plan constructif, compléter les tuyauteries, étendre la commande et les fonctions de sécurité ou réévaluer les mesures de protection contre les explosions et d'aptitude au nettoyage. Dans les secteurs réglementés, un contrôle des modifications (Change Control), des adaptations de l'analyse de risque, des mises à jour de la documentation ainsi que des requalifications partielles ou complètes peuvent en outre être nécessaires. amixon® peut soutenir les exploitants pour les rééquipements, les adaptations de procédé et les modernisations d'installations existantes.
Le rééquipement d'un dosage de liquide doit être conçu en fonction du produit et du procédé. L'emplacement du point d'ajout, la taille des gouttelettes, la vitesse de dosage, les caractéristiques de pulvérisation, la température du liquide et les écoulements de produit existants déterminent si le liquide est réparti uniformément ou si une sur-humidification locale, des agglomérats et des collages apparaissent. Les points de mesure supplémentaires devraient être intégrés de manière à préserver l'étanchéité, l'aptitude au nettoyage et, le cas échéant, le confinement. Ils peuvent par exemple saisir la température, l'humidité, la pression, le vide, le niveau de remplissage, le couple ou d'autres grandeurs de procédé. Avant la mise en œuvre, il convient de définir clairement quel bénéfice de procédé ou de qualité la mesure supplémentaire doit apporter et comment les données sont intégrées dans la commande, la documentation et l'évaluation.
Un remplacement par une installation de mélange plus grande ou plus petite n'est pas une extension modulaire, mais une adaptation de capacité. La transposition de recettes ou de paramètres de procédé à une autre taille de construction doit être vérifiée sur le plan du procédé. Même si le même principe de mélange est utilisé, les conditions d'écoulement, le taux de remplissage, la vitesse périphérique, le transfert de chaleur, le comportement de dosage, le temps de mélange et la vidange peuvent varier. Pour des capacités plus importantes, des Mixtainer® supplémentaires peuvent constituer une alternative dans le cas d'un mélangeur conteneur, afin de découpler sur le plan organisationnel la pesée, le mélange, le transport et le conditionnement. Le gain de capacité effectif dépend toutefois de la logistique des conteneurs, de la durée de nettoyage, des processus de libération et des étapes de procédé en aval.
L'efficacité d'une extension prévue devrait être vérifiée avec le produit d'origine. Dans les sites de halle d'essais amixon®, il est possible d'évaluer dans des conditions proches de la réalité, entre autres, la qualité de mélange, la répartition du liquide, la sollicitation du produit, la structure des particules, le comportement d'écoulement, l'apport d'énergie, la vidange et l'aptitude au nettoyage. Les résultats documentés soutiennent la conception technique du rééquipement et réduisent les risques avant la mise en œuvre. Ils ne remplacent toutefois pas la réception de l'installation transformée et, dans la mesure nécessaire, la qualification ou la validation lors de l'exploitation de production ultérieure.
Pour la reproductibilité et la traçabilité, des programmes de mélange avec temps de mélange, vitesses de rotation, séquences de dosage et profils de température peuvent être enregistrés dans l'automate. Une connexion spécifique au projet à des systèmes ERP, MES ou d'autres systèmes de niveau supérieur peut être prévue. Une identification des matières et des charges par code-barres peut relier entre elles la recette, la charge et les paramètres de procédé. Pour que ces données soient exploitables pour la traçabilité des charges, l'évaluation OEE ou les évaluations de qualité, les interfaces, le modèle de données, l'horodatage, les droits d'utilisateur, l'intégrité des données et la gestion des erreurs de transmission doivent être clairement définis.
Dans les environnements réglementés, amixon® peut fournir une documentation technique pour la qualification et soutenir l'exploitant pour la DQ, l'IQ et l'OQ. L'installation peut être réalisée en tenant compte d'exigences spécifiques au projet telles qu'une conception hygiénique conforme aux BPF, l'ATEX, l'EHEDG, les exigences de la FDA, les 3-A Sanitary Standards ou l'ASME. La responsabilité de l'évaluation réglementaire, de la validation du procédé et du nettoyage ainsi que de la validation des systèmes informatisés et, le cas échéant, du 21 CFR Part 11, reste à l'exploitant.
amixon® accompagne les installations, selon ses propres indications, par la maintenance, la modernisation, le rééquipement et un approvisionnement à long terme en pièces de rechange. Une stratégie d'extension durable nécessite à cet égard toujours une documentation technique actualisée, des versions logicielles contrôlées, des listes de composants traçables ainsi qu'une concertation précoce sur les pièces de rechange critiques, les raccordements de fluides et les interfaces.