Quels mélangeurs continus conviennent aux formulations de détergents avec additifs liquides ?
Dans la fabrication continue de poudres et de granulés lessiviels, des composants liquides tels que des tensioactifs non ioniques, des huiles de parfum, des antimousses, des solutions de polymères ou des liants sont incorporés dans un mélange de solides. Les enzymes, les agents blanchissants, les azurants optiques et les parfums ne sont souvent dosés qu'après les étapes principales à forte intensité énergétique ou thermique, car l'humidité, la chaleur et la sollicitation mécanique peuvent nuire à leur stabilité. Les enzymes sont donc souvent utilisées dans les lessives sous forme de granulés protégés.
Le choix du système de mélange dépend avant tout de la quantité et de la viscosité du liquide, de la densité apparente et du comportement à l'écoulement de la poudre de base, de la structure de granulé souhaitée, de la sensibilité des ingrédients, du débit, du besoin de nettoyage et de l'apport d'énergie admissible. Il est également déterminant de savoir si l'ajout de liquide doit seulement produire un mouillage homogène, ou si une agglomération, une granulation, un enrobage, un séchage ou un refroidissement ciblés sont prévus.
Les mélangeurs et granulateurs à couche annulaire continus conviennent particulièrement pour un mouillage et une agglomération intenses et rapides. La poudre est conduite le long de la paroi de la chambre de mélange par des outils rotatifs sous forme de couche annulaire dynamique ; les composants liquides sont pulvérisés dans cette couche en mouvement. Le mouvement relatif élevé favorise la répartition de petites quantités de liquide et la formation de granulés. En cas de dosage de liquide ou de sollicitation mécanique trop élevés, des grains surdimensionnés, des collages, de l'abrasion ou un échauffement indésirable peuvent toutefois apparaître. Les systèmes à couche annulaire sont donc particulièrement pertinents lorsqu'une granulation ou une densification ciblées doivent avoir lieu en plus du mélange.
Les mélangeurs à socs continus génèrent un lit de produit fluidisé mécaniquement. Des liquides peuvent être introduits dans la zone de poudre en mouvement via des lances de dosage ou des buses de pulvérisation. Ils sont d'un usage polyvalent lorsqu'une poudre de base lessivielle doit être mouillée avec des tensioactifs liquides, des composants de parfum ou d'autres additifs. Des outils de broyage supplémentaires peuvent limiter la surhumidification locale et la formation de grumeaux, mais augmentent l'apport d'énergie et la sollicitation mécanique du produit. Ils ne devraient donc être utilisés que si la recette et la structure de particules souhaitée l'exigent.
Les mélangeurs à pales à double arbre conviennent aux procédés continus à apport d'énergie modéré et à forte puissance de brassage. Des arbres à pales tournant en sens inverse créent une zone de mélange se chevauchant, dans laquelle les composants secs et les additifs liquides peuvent être répartis uniformément. Ils sont particulièrement intéressants lorsque des granulés sensibles, par exemple des enzymes enrobées, des granulés d'agents blanchissants ou des supports de parfum, doivent être incorporés de la façon la plus ménageante possible. Les indications sur les teneurs maximales en liquide ou les débits ne sont toutefois pas transposables de façon générale. Elles dépendent de la recette, de la viscosité, de la surface des solides, de la taille de l'appareil et de la structure de produit souhaitée, et doivent être vérifiées par essai.
Les installations à lit fluidisé continues conviennent lorsque l'ajout de liquide doit être combiné à une granulation, un séchage, un refroidissement ou un enrobage. Dans un lit fluidisé, les particules sont fluidisées par l'air de procédé, tandis que les liquides sont appliqués via des buses. On peut ainsi former des granulés fluides et peu poussiéreux ou pourvoir des composants sensibles de couches de protection. Cette technique est utilisée par exemple lorsque des granulés lessiviels doivent être séchés, refroidis ou enrobés de façon ciblée. Les besoins en énergie ainsi que les exigences en matière de traitement de l'air sortant, de séparation des poussières et de régulation du procédé sont plus élevés que pour un simple mélangeur continu.
Les mélangeurs continus verticaux ou les mélangeurs à vis conique peuvent être pertinents pour des composants très sensibles au cisaillement, poussiéreux ou sensibles à la rupture. Leur point fort réside dans une homogénéisation ménageante. Pour les liquides à haute viscosité, des quantités de liquide plus importantes ou une agglomération ciblée, ils sont toutefois généralement moins adaptés que les systèmes plus intensifs à couche annulaire, à socs ou à double arbre. Ils constituent donc plutôt une solution spécialisée pour les mélanges finaux à faible teneur en liquide ou pour l'incorporation d'additifs secs sensibles.
Pour le dosage de liquide, des doseurs de solides gravimétriques et des dosages de liquide régulés par débit massique sont appropriés. Pour les additifs visqueux, on utilise fréquemment des pompes volumétriques, des conduites thermorégulées et des buses chauffables. Des débitmètres massiques Coriolis peuvent être utilisés pour la saisie et la régulation du débit massique de liquide ; le choix, le montage, l'étalonnage et l'aptitude à la viscosité concernée doivent être vérifiés. La technique de pulvérisation doit être conçue de manière à ce que la taille des gouttes, le motif de pulvérisation, le débit et la position de la buse correspondent au flux de produit. Un ajout trop grossier ou localement concentré favorise les grumeaux et les dépôts, tandis qu'une pulvérisation trop fine peut, pour des composants volatils, entraîner des pertes ou une charge sur l'air sortant.
Pour les parfums et les enzymes, un post-dosage tardif et contrôlé est souvent judicieux. Les huiles de parfum peuvent être appliquées sur un granulé de base fini et suffisamment froid. Les enzymes sont généralement utilisées sous forme de granulés ou de granulés enrobés, afin de réduire l'émission de poussière et les pertes d'activité. L'humidité et les produits chimiques blanchissants oxydants peuvent nuire à la stabilité des enzymes ; l'ordre de dosage, le temps de contact, la température et la teneur en eau de la formulation doivent donc être fixés de façon ciblée.
Une distribution étroite des temps de séjour aide à mieux maîtriser l'homogénéité et le temps de contact des additifs sensibles. Sa largeur réelle est cependant déterminée par la géométrie du mélangeur, le taux de remplissage, le débit, le rétromélange et les propriétés du produit ; elle ne peut pas être attribuée de façon générale à un type de mélangeur donné. En cas de changements fréquents de recette ou de parfum, des zones de produit bien accessibles, des temps de vidange résiduelle courts et un procédé de nettoyage adapté sont en outre importants pour limiter la contamination croisée et les temps d'arrêt.
Ainsi amixon® pilote le mélange continu avec ajout de liquide dans le mélangeur continu AMK
Le mélangeur continu AMK d'amixon® est conçu pour des tâches de mélange continu avec des produits secs, humides et en suspension. Il peut être utilisé lorsque des solides sont dosés en continu et, si besoin, additionnés de liquides tels que des tensioactifs, des parfums, des huiles, des liants ou d'autres additifs. La possibilité de traiter un liquide sans collages, formation de grumeaux ni altération des composants sensibles dépend toutefois de la recette, de la viscosité, de la quantité dosée, de la taille des gouttes, de la température du produit, de l'intensité de mélange et du concept de nettoyage, et doit être vérifiée pour l'application concernée.
Au démarrage de l'AMK, l'organe d'évacuation reste d'abord fermé. Les organes de dosage gravimétriques démarrent simultanément avec un faible débit massique et ajustent leurs flux de dosage l'un par rapport à l'autre pendant la phase de stabilisation. Le taux de remplissage dans le mélangeur augmente en continu. Dès qu'environ la moitié de la quantité de remplissage est atteinte, l'entraînement du mélangeur démarre. À un taux de remplissage d'environ 80 pour cent du volume utile, l'organe d'évacuation s'ouvre lentement. Ce taux de remplissage est ensuite maintenu constant, tandis que les flux de dosage sont progressivement augmentés jusqu'au débit massique prévu. Cette stratégie de démarrage vise à garantir que le produit ne soit évacué qu'après un mélange suffisant.
L'arrêt s'effectue également de façon contrôlée. Les organes de dosage réduisent progressivement leur débit massique et sont finalement désactivés ensemble. Le mélangeur continue de fonctionner et se vide via l'organe d'évacuation. Ce procédé peut réduire nettement les quantités de démarrage et de fin de production dont la qualité de mélange serait insuffisante. Le fait qu'aucun produit ne doive réellement être rejeté dépend de la recette concernée, de l'exigence d'homogénéité, de la qualité de régulation du dosage et de la stratégie de libération de l'exploitant.
Selon amixon®, le taux de remplissage peut être réglé dans une plage d'environ 10 à 80 pour cent du volume utile. Le temps de séjour est influencé par le taux de remplissage et le débit et, selon le fabricant, peut être réglé indépendamment de la vitesse de rotation de l'outil de mélange. L'intensité de mélange et le temps de séjour moyen peuvent ainsi être ajustés séparément dans de larges limites. La distribution réelle des temps de séjour est toutefois également influencée par les propriétés du produit, la géométrie du mélangeur, le débit, le rétromélange et l'ajout de liquide. Elle devrait notamment être sécurisée par des mesures ou des essais de mélange représentatifs en cas d'exigences critiques de dosage et d'homogénéité.
L'outil de mélange SinConvex® génère un mouvement de produit tridimensionnel. Selon l'exécution de l'outil et la vitesse de rotation, l'AMK peut être conçu pour une homogénéisation ménageante ou une désagglomération plus intensive. Pour les ajouts de liquide, l'emplacement du point d'introduction, la répartition du liquide dans le flux de produit et la coordination entre la buse, la technique de transport et le fonctionnement du mélangeur sont déterminants. Un ajout finement réparti dans une zone de produit suffisamment agitée peut améliorer l'homogénéité et limiter la surhumidification locale. Pour les additifs à haute viscosité, des réservoirs de préparation, conduites ou buses thermorégulés peuvent être nécessaires.
Selon le fabricant, l'AMK peut également fonctionner par charges. Ce mode de fonctionnement peut être pertinent par exemple pour des essais de produit, de petits lots de recette, des prémélanges ou des procédés avec une conduite de taux de remplissage et de temps de séjour différente. Pour l'exploitation continue ultérieure, les flux de dosage de tous les composants principaux et secondaires doivent être stables et reproductibles ; pour les ingrédients dosés en faible quantité, un prémix peut être nécessaire.
La gamme de tailles comprend, selon amixon®, entre autres l'AMK 50 avec un débit volumique d'environ 1 à 3 m³/h ainsi que des tailles plus grandes jusqu'à l'AMK 3000 avec environ 45 à 135 m³/h. Ces valeurs doivent être comprises comme des grandeurs d'orientation de l'appareil. Le débit massique réellement atteignable dépend de la densité apparente, de l'humidité, du comportement à l'écoulement, de la recette, du temps de séjour requis et de la tâche de mélange.
Pour les applications dans la production de lessives, l'AMK peut être utilisé pour l'homogénéisation continue et l'ajout de liquide. Les parfums ou autres additifs sensibles sont souvent introduits seulement après des étapes préalables particulièrement intensives en énergie ou thermiques. Pour les enzymes, il faut tenir compte du fait que l'humidité, la température, les agents blanchissants oxydants et l'abrasion mécanique peuvent influencer la stabilité. Les enzymes sont donc souvent dosées dans les poudres lessivielles sous forme de granulés protégés et incorporées dans des conditions contrôlées.
La chambre de mélange de l'AMK est conçue, selon le fabricant, pour la zone ATEX 20. Les équipements hygiéniques, les ouvertures d'inspection, les organes d'évacuation pauvres en espace mort, les joints et les options de nettoyage peuvent être choisis de façon spécifique au projet. Le fait qu'une installation réponde aux exigences EHEDG, FDA ou 3-A n'est pas déterminé uniquement par le type de mélangeur. Sont déterminants l'exécution choisie, les matériaux en contact avec le produit, les surfaces, les joints, la technique de nettoyage et la validation documentée du procédé prévu.