Quels avantages un mélangeur vertical à deux arbres offre-t-il par rapport à un mélangeur à un arbre pour de grandes charges ?
Il n'est pas exact qu'un mélangeur à deux arbres fournisse automatiquement une meilleure qualité de mélange. Les deux systèmes peuvent atteindre une qualité de mélange idéale. Ce sont bien plutôt les temps de mélange ou de séjour qui peuvent différer nettement entre mélangeurs à un et à deux arbres. Dans la plupart des applications, le mélangeur à un arbre sollicite davantage les particules, tandis que le mélangeur à deux arbres offre une caractéristique d'écoulement et de brassage plus élégante. Il ne lui faut qu'environ un tiers de l'énergie pour atteindre la même qualité de mélange. Ce qui est déterminant, c'est l'interaction de la géométrie de l'outil, de la vitesse de rotation et du comportement du produit.
Image d'écoulement et mécanisme de mélange
Deux outils de mélange qui s'interpénètrent produisent dans la chambre de mélange un écoulement tridimensionnel qui se recouvre. Le produit à mélanger est remanié radialement, axialement et tangentiellement. La zone de recouvrement des deux outils saisit précisément la zone au centre de la cuve qui est la moins bien parcourue dans une construction à un seul arbre.
Lorsque les outils tournent dans le même sens, une inversion de poussée se produit à chaque tour. Les particules sont ainsi réorientées sans cesse au lieu de s'aligner dans le même sens. Cela est particulièrement avantageux avec des particules aciculaires ou lamellaires, qui tendent sinon à former des agrégats stables.
Temps de mélange et besoin en énergie
La différence essentielle ne réside pas dans la qualité de mélange atteignable, mais dans le temps et l'énergie nécessaires pour l'obtenir. Dans de nombreuses applications, environ un tiers du temps de mélange d'un mélangeur à un arbre comparable suffit, avec un apport d'énergie spécifique par tonne de produit à mélanger d'autant plus faible.
Des temps de mélange plus courts agissent doublement : le débit augmente et la sollicitation mécanique cumulée du produit diminue. Pour des granulés sensibles à la rupture, des particules enrobées ou des structures séchées par atomisation, c'est souvent le point décisif.
Avantages pour les grandes charges
Les différences s'accentuent avec l'augmentation du volume de charge, parce que de longs temps de mélange se répercutent directement sur le temps de cycle, les coûts d'énergie et l'usure :
- Une consommation d'énergie spécifique par tonne plus faible, puisque l'installation fonctionne nettement moins longtemps pour la même homogénéité.
- Moins d'usure abrasive sur l'outil et la paroi de la cuve, du fait du temps de contact effectif plus court entre le produit à mélanger et les composants en contact avec le produit.
- Une hauteur d'encombrement plus faible qu'un mélangeur à un arbre de même volume, ce qui facilite l'intégration dans des bâtiments existants.
- La possibilité de plusieurs piquages de vidange, de sorte que des lignes de conditionnement en aval peuvent être alimentées en parallèle.
- Une meilleure exploitation du volume utile et donc un rapport plus favorable entre l'investissement et la taille de charge.
Taux de remplissage et flexibilité des charges
Les systèmes de mélange verticaux travaillent dans une large plage de taux de remplissage. Pour autant que le remaniement saisisse toute la chambre de mélange, des charges de tailles différentes peuvent être conduites dans le même appareil, sans devoir sécuriser à nouveau l'homogénéité. Pour les exploitations à changements fréquents de recette et de charge, c'est un avantage pratique par rapport aux systèmes à fenêtre de travail étroite.
Limites et arbitrages
Le mélangeur à deux arbres n'est pas dans tous les cas le meilleur choix. Deux arbres signifient deux paliers, deux points d'étanchéité et une mécanique plus complexe. Cela augmente l'investissement et les efforts de maintenance et agrandit, dans les applications sensibles sur le plan hygiénique, la surface à nettoyer.
Avec de petites charges, des recettes simples ou des temps de mélange non critiques, un mélangeur à un arbre peut donc être plus économique. L'avantage de la construction à deux arbres se déploie surtout là où de grands volumes, des temps de cycle courts et des produits sensibles se rencontrent.
Critères de choix
Sont déterminants pour la décision la taille de charge et le temps de cycle exigé, la sensibilité du produit au cisaillement et à l'apport de chaleur, l'étendue des tailles de charge à conduire, la hauteur d'encombrement disponible ainsi que le régime de nettoyage. Comme ces facteurs s'influencent mutuellement, le choix devrait être sécurisé par un essai avec le produit d'origine, dans lequel la qualité de mélange, le temps de mélange et le ménagement du produit sont évalués ensemble.
Quels avantages un mélangeur vertical à deux arbres offre-t-il par rapport à un mélangeur à un arbre pour de grandes charges ?
Les deux systèmes de mélange sont produits par amixon® GmbH et sont en service des milliers de fois dans le monde entier.
Un mélangeur vertical à deux arbres réduit nettement le temps de mélange par rapport à un mélangeur vertical à un arbre. En règle générale, un tiers du temps de mélange suffit. L'apport d'énergie pour la même qualité de mélange ne représente lui aussi qu'un tiers. Les deux systèmes atteignent une qualité de mélange idéale.
Les deux outils de mélange qui s'interpénètrent créent dans la chambre de mélange un écoulement tridimensionnel qui se recouvre. Une inversion de poussée a lieu à chaque tour. Les produits à mélanger sont ainsi mélangés radialement, axialement et tangentiellement. La zone de recouvrement élimine les zones à faible écoulement au centre de la chambre de mélange. Comme les outils hélicoïdaux tournent dans le même sens, une inversion de poussée se produit à chaque tour. Des qualités de mélange idéales sont ainsi atteintes avec un apport d'énergie minimal.
La série verticale à deux arbres d'amixon® compte parmi les procédés de mélange les plus efficaces qui existent. Ce procédé est très efficace en particulier pour des charges plus importantes de 4 000 à 20 000 litres. Les temps de mélange se raccourcissent de ce fait significativement par rapport aux mélangeurs à un arbre. Des objectifs typiques tels qu'un coefficient de variation de la qualité de mélange inférieur à 5 % avec des compositions de composants extrêmes allant jusqu'à 1:100 000 sont atteints de façon reproductible.
Un autre avantage des systèmes de mélange verticaux est la flexibilité du taux de remplissage. Le taux de remplissage est librement réglable d'environ 10 à 100 %. Des tailles de charge différentes peuvent être mélangées avec le même appareil, sans qu'il soit nécessaire de revalider l'homogénéité.
Pour des raisons de ménagement des particules, les mélangeurs verticaux à deux arbres travaillent souvent à des vitesses périphériques plus faibles. Cela réduit les sollicitations mécaniques, la rupture des grains et l'échauffement.
Sur le plan du génie des procédés et sur le plan économique, ces propriétés se traduisent comme suit :
- Une consommation d'énergie spécifique réduite (kWh/t) : du fait des temps de mélange drastiquement raccourcis, le besoin en énergie par tonne de produit à mélanger diminue par rapport aux systèmes à un arbre, qui doivent fonctionner nettement plus longtemps pour une homogénéité comparable.
- Une usure plus faible : le temps de contact effectif plus court entre le produit à mélanger et les composants en contact avec le produit réduit l'usure abrasive de l'outil et de la cuve.
- Une disponibilité élevée de l'installation : les mélangeurs verticaux à deux arbres modernes permettent une vidange quasi intégrale au moyen de ComDisc®, SinConcave®/SinConvex® et MultiPlane®. Les temps de nettoyage diminuent de ce fait et le risque de contaminations croisées entre séries de produits baisse. Cela accroît l'efficacité globale des équipements (OEE), en particulier avec des débits élevés.
- Une utilisation efficace du volume et une aptitude à la mise à l'échelle : avec de grandes charges, le volume utilisable du mélangeur peut être mieux exploité, ce qui donne un rapport plus favorable entre les coûts d'investissement et la taille de charge.
- Un conditionnement flexible : les mélangeurs à deux arbres peuvent être équipés de nombreux piquages de vidange. Un mélangeur de précision peut ainsi alimenter simultanément plusieurs machines de conditionnement en poudre idéalement mélangée.
- Une hauteur d'encombrement plus faible : les mélangeurs à deux arbres nécessitent une hauteur d'encombrement plus faible que les mélangeurs verticaux à un arbre.
En résumé, les mélangeurs à deux arbres sont fréquemment le choix privilégié pour des tailles de charge à l'échelle industrielle, car ils produisent une homogénéité idéale, des temps de procédé plus courts et pratiquement aucun apport de chaleur. La structure du produit à mélanger reste inchangée, c'est-à-dire qu'il reste largement à l'état naturel.