Quels paramètres régissent l'intégrité des particules, c'est-à-dire de faibles forces de cisaillement et un mouvement doux, dans les mélangeurs verticaux ?
L'intégrité des particules dans les mélangeurs verticaux est déterminée avant tout par la géométrie de l'outil, la vitesse de rotation, le taux de remplissage, le temps de mélange, la qualité de surface et les propriétés du produit. L'objectif est de mouvoir aussi doucement que possible des particules sensibles telles que les granulés, les agglomérats, les particules enrobées ou les produits fibreux, sans perdre la qualité de mélange nécessaire.
Le meilleur ménagement des particules est obtenu lorsque la qualité de mélange exigée est atteinte dans un temps de procédé aussi court que possible. Il est démontré de multiples fois dans le monde entier que les mélangeurs verticaux à deux arbres peuvent, avec un dimensionnement approprié, combiner des temps de mélange très courts avec une qualité de mélange élevée et un bon ménagement du produit.
Outil et géométrie
La géométrie du ruban ou de la vis est un facteur central. Un outil de forme uniforme et de grande surface transporte les solides en vrac doucement vers le haut et produit majoritairement un remaniement convectif plutôt qu'un cisaillement intense.
Sont en outre importantes des surfaces lisses, des transitions arrondies et une exécution à faible espace mort. Elles réduisent l'abrasion, la rupture de particules et les surcharges locales. Le jeu devrait être dimensionné de sorte qu'aucun coincement ni écrasement ne se produise ; une référence globale au diamètre des particules est trop schématique pour cela.
Vitesse de rotation et vitesse périphérique
La vitesse périphérique est un levier essentiel pour la sollicitation mécanique. De faibles vitesses de rotation et des vitesses périphériques modérées réduisent les forces de cisaillement, l'énergie de choc et l'abrasion.
La vitesse de rotation ne doit cependant pas être trop faible non plus, sinon le brassage et l'homogénéisation nécessaires font défaut. Ce qui est déterminant, c'est donc un point d'équilibre entre le ménagement des particules et un effet de mélange suffisant.
Taux de remplissage et comportement au mélange
Le taux de remplissage approprié dépend du type de mélangeur et du produit. Une indication globale telle que 40 à 80 pour cent est trop grossière. Des taux de remplissage trop faibles favorisent le mouvement libre et la sollicitation par impact, des taux de remplissage trop élevés peuvent entraver le brassage et augmenter la pression dans le lit de produit.
Temps de mélange et conduite du procédé
Le temps de mélange ne devrait être que le temps nécessaire à l'homogénéité souhaitée. La sollicitation mécanique cumulée croît avec le temps de séjour.
Des temps de mélange courts ne sont cependant pas automatiquement meilleurs. Si le temps est trop court, le mélange reste insuffisamment homogène et peut de nouveau se ségréger par la suite. Le temps de mélange optimal est donc le temps le plus court qui soit encore suffisant de façon fiable.
Conduite de l'écoulement dans la cuve
Les mélangeurs verticaux travaillent typiquement avec un mouvement de circulation assisté par la gravité : le produit est transporté vers le haut et redescend dans la zone périphérique. Cette forme de remaniement ménage généralement mieux les particules que des principes de mélange fortement cisaillants ou turbulents.
Surfaces et nettoyage
Des surfaces en contact avec le produit lisses, polies ou revêtues réduisent le frottement et les adhérences. Une faible rugosité peut réduire l'abrasion et l'adhérence de matière, mais elle n'est pas déterminante à elle seule.
Une limite de rugosité fixe n'est pas transposable de façon générale ; les exigences dépendent du produit, de la nettoyabilité et de la situation d'usure. Pour les produits sensibles, des surfaces lisses et bien exécutées sont en tout cas avantageuses.
Démarrage et freinage
Des démarrages et des arrêts progressifs évitent les pointes de couple et les mouvements de produit brusques. Cela réduit les sollicitations mécaniques, en particulier avec des matériaux fragiles ou sensibles à la rupture.
La commande par rampes est importante, mais elle ne remplace pas une géométrie d'outil adaptée ni un taux de remplissage approprié.
Propriétés du produit
L'intégrité des particules dépend toujours aussi du produit lui-même. La masse volumique apparente, la distribution granulométrique, l'humidité, la dureté, la porosité et la fragilité déterminent la sensibilité du matériau au cisaillement, à la pression et à l'impact.
C'est pourquoi les paramètres de procédé doivent être dimensionnés et validés spécifiquement pour le produit. Un bon réglage pour un granulé fragile peut être inadapté à un produit plus dense ou plus humide.
Décharge et vidange
La vidange influence elle aussi l'intégrité des particules. Une décharge douce, assistée par la gravité et sans transport forcé inutile est généralement avantageuse, parce que l'écrasement et les surcharges supplémentaires sont évités.
La vidange devrait donc être considérée comme une partie du procédé global, et non seulement comme une étape en aval.
Ainsi amixon® garantit l'intégrité des particules des solides en vrac sensibles
amixon® garantit l'intégrité des particules par un principe d'écoulement combiné, de faibles vitesses périphériques, des technologies d'outils désignées et de véritables essais en halle d'essais. Les différents éléments s'imbriquent les uns dans les autres.
Macro-écoulement et micro-écoulement comme principe de base
La géométrie hélicoïdale de l'outil de mélange rotatif produit un macro-écoulement. Le produit à mélanger est transporté vers le haut le long de la paroi de la cuve. Arrivé en haut, il redescend au centre. Il en résulte une circulation fermée qui renouvelle en continu l'ensemble du volume. Au besoin, des rotors de coupe tournant à grande vitesse ajoutent un micro-écoulement. Ils ouvrent les agglomérats et les grumeaux de façon ciblée par des effets d'impact, de frottement et de cisaillement. Les deux types d'écoulement agissent simultanément dans les mélangeurs amixon® et sont parfaitement accordés l'un à l'autre. Le résultat est une qualité de mélange idéale avec un apport d'énergie minimal. Les produits à mélanger ne sont alors pratiquement pas échauffés.
Technologie d'outil
L'outil de mélange SinConvex® produit un écoulement de poussée tridimensionnel. À l'extérieur, le produit est déplacé vers le haut, au centre vers le bas, avec une rotation uniforme en superposition. Un mélange idéal est ainsi obtenu le plus souvent en 2 à 5 minutes. Cela correspond à 50 à 100 rotations de l'outil. Il ne se produit alors ni échauffement du produit ni ségrégation. Différents concepts de machine sont disponibles pour des exigences de ménagement différentes.
La même machine peut au besoin désagglomérer de façon ciblée : les rotors de coupe agissent de manière localement limitée et ne sont enclenchés que lorsque des agglomérats doivent être dissous – l'ensemble de la charge ne traverse toujours que l'écoulement de base doux. Les programmes de mélange, à savoir la vitesse, la durée et l'utilisation des rotors, sont enregistrés dans l'automate et sont reproductibles charge par charge.
De grandes charges sans perte de ménagement
Comme la mise à l'échelle se fait par la vitesse périphérique, la sollicitation des particules reste au niveau de la halle d'essais même à l'échelle de production – jusqu'à 50 000 litres pour les VM et HM et 100 m³ pour le Gyraton® GM, qui mélange expressément avec précision et en douceur avec une puissance d'entraînement minimale. La qualité de mélange reste, indépendamment du taux de remplissage de 10 à 100 %, le mélange aléatoire idéal.
Des spécialistes pour le maximum
Pour les produits extrêmement fragiles, le mélangeur à sphère creuse SpherHelics® SH – chambre de mélange sphérique sans angles ni zones d'écrasement, de 400 à 5 000 l – et le KoneSlid® KS sont disponibles : qualité de mélange idéale après 20 à 40 tours avec un apport d'énergie minimal, vidange en quelques secondes sans cône de talus ni ségrégation – développés pour des produits séchés par atomisation, granulés en lit fluidisé et séchés sur bande. amixon® mesure les taux de rupture et l'évolution de la distribution granulométrique pour le produit concret en halle d'essais, avec une analyse granulométrique avant et après l'essai, documentée.
Des tailles sans compromis
La gamme amixon® couvre chaque taille cible : mélangeurs verticaux et coniques (VM, HM, AM) ainsi que les sécheurs-mélangeurs-réacteurs VMT et AMT, sur demande par pas de 100 litres de 100 à 50 000 litres, le Gyraton® GM de 10 à environ 100 m³ par pas de 1 m³, auxquels s'ajoutent l'EM (5 à 200 l, fût normalisé) et le COM (100 à 4 000 l, le conteneur servant de chambre de mélange). À l'intérieur de chaque mélangeur, le taux de remplissage est librement sélectionnable d'environ 10 à 100 % – la qualité de mélange reste le mélange aléatoire techniquement idéal, et le même appareil traite des plages de charges d'une décade.
La conception hygiénique comme base constructive
Toutes les propriétés citées reposent sur la conception hygiénique amixon® : la chambre de mélange et l'outil de mélange sont soudés et polis sans joint apparent, et l'outil n'est monté qu'en partie haute, ce qui supprime le passage d'arbre inférieur critique pour la contamination. De grandes portes d'inspection Clever-Cut® avec joint OmgaSeal® durablement sans espace mort rendent toutes les surfaces en contact avec le produit accessibles de façon ergonomique ; des organes de vidange sans espace mort et des lances de lavage intégrées, sur demande avec nettoyage humide entièrement automatique, rendent le nettoyage à sec comme le nettoyage humide validables – selon les directives de l'EHEDG, les directives d'hygiène de la FDA et les 3-A Sanitary Standards.