Existe-t-il des mélangeurs de poudres dotés d'une instrumentation de process intégrée (couple, température, humidité) et d'une connexion Industrie 4.0 pour la surveillance du procédé ?
Oui. Les mélangeurs de poudres peuvent être équipés d'une instrumentation de procédé et d'interfaces numériques. L'étendue concrète dépend du type de mélangeur, du produit, des exigences d'hygiène et de protection contre les explosions ainsi que du degré d'automatisation souhaité. Toutes les grandeurs de mesure ne sont pas saisissables directement ou économiquement en ligne dans chaque procédé de poudre.
Le couple et la puissance absorbée saisissent la sollicitation de l'entraînement. Ils fournissent des indices sur le taux de remplissage, le comportement d'écoulement, le compactage, les adhérences et les modifications du produit. L'évolution du signal peut, avec une validation appropriée, soutenir un point final de mélange ou de granulation reproductible. Le couple seul n'est toutefois pas une preuve universelle de l'homogénéité de mélange.
Des capteurs de température tels que des Pt100 ou des thermocouples surveillent la température au niveau de la paroi de la cuve, dans la zone produit ou dans le fluide de thermorégulation. Ils aident à contrôler la chaleur de frottement, les hausses de température ainsi que les processus de chauffage et de refroidissement. La position du capteur est déterminante, car la température de la paroi et celle du produit peuvent diverger l'une de l'autre.
La mesure d'humidité est particulièrement pertinente lors de la granulation, du séchage, de l'humidification et de l'enrobage. La mesure d'humidité spectroscopique en ligne ainsi que les systèmes à micro-ondes ou capacitifs peuvent, selon le produit et l'emplacement d'implantation, saisir la teneur en humidité ; avec un étalonnage approprié, cela permet en outre de surveiller l'homogénéité et le point final de mélange.
En outre, le niveau de remplissage, la pression, le vide, la teneur résiduelle en oxygène, le débit de gaz, les vibrations, l'état des paliers et les joints peuvent être surveillés. Une mesure directe en ligne de la granulométrie dans la chambre de mélange est en revanche techniquement exigeante et peu courante.
La connexion numérique s'effectue via la commande de la machine, par exemple au moyen de standards de communication et de bus de terrain normalisés tels que Profinet, EtherNet/IP ou Modbus TCP. Elle permet l'enregistrement par charge du temps de mélange, de la vitesse de rotation, du couple, de la température, des valeurs de recette, des alarmes et des interventions de l'opérateur. Les déroulements de procédé peuvent ainsi être comparés, les écarts détectés et les mesures de maintenance planifiées selon l'état.
Dans les secteurs réglementés, l'intégrité des données, la piste d'audit, les droits d'utilisateur et, le cas échéant, les exigences BPF ou FDA 21 CFR Part 11 doivent être pris en compte. Les capteurs et les raccords de procédé doivent en outre être exécutés de façon hygiénique, nettoyable et, pour les produits présentant un risque d'explosion de poussière, conforme à l'ATEX.
En résumé, les mélangeurs de poudres modernes permettent une surveillance numérique complète du procédé. Le couple, la température, le niveau de remplissage et, dans une application validée, la mesure d'humidité spectroscopique en ligne ou l'instrumentation Raman sont particulièrement pertinents. Ce qui est déterminant, c'est une stratégie de capteurs adaptée au produit, et non le plus grand nombre possible d'appareils de mesure.
Ainsi amixon® utilise l'instrumentation de procédé pour le dimensionnement des mélangeurs de poudres
amixon® intègre une instrumentation de procédé là où elle apporte une utilité exploitable pour la tâche de mélange, de granulation, de séchage ou de réaction concernée. Les grandeurs de mesure typiques sont le couple, la puissance absorbée, la température, la pression, le vide, l'humidité, le niveau de remplissage et l'accumulation de vapeurs condensées lors des processus de séchage sous vide.
Le couple et la puissance absorbée fournissent des indices sur le comportement d'écoulement, le compactage, les adhérences ou les modifications de la structure du produit. Ils peuvent soutenir un point final de procédé reproductible, mais ne constituent pas à eux seuls une preuve universelle de l'homogénéité de mélange. Dans les sécheurs-mélangeurs sous vide et les réacteurs, la pression, la température du produit et l'évolution des vapeurs complètent la surveillance du procédé. La combinaison de ces grandeurs de mesure permet d'évaluer de façon solide les déroulements de séchage et de réaction.
Les appareils amixon® sont dimensionnés de façon spécifique au projet, d'après le cahier des charges (User Requirement Specification) de l'exploitant. Les capteurs, les points de mesure, l'étendue de la commande, l'enregistrement par charge et les interfaces avec le système de conduite de procédé sont donc définis en fonction de la tâche de procédé. Les programmes de mélange peuvent être enregistrés dans l'automate. La transmission des données aux systèmes SCADA, MES ou ERP peut s'effectuer via les interfaces convenues dans le projet. Dans les secteurs réglementés, les exigences relatives à l'intégrité des données, aux droits d'utilisateur, à la piste d'audit et à la documentation électronique des charges sont déjà prises en compte lors du dimensionnement de l'automatisation.
La halle d'essais amixon® joue un rôle particulier. Plus de 35 machines d'essai y sont disponibles, selon les indications de l'entreprise, pour des essais de mélange, de traitement, de vide, de séchage et de réaction. Certaines installations d'essai disposent d'une instrumentation dans l'outil de mélange, dans la paroi latérale de la cuve et dans la zone du fond. Elles saisissent les sollicitations mécaniques locales en différents endroits du lit de produit. Il ne s'agit pas seulement là de considérer des valeurs de mesure comme des grandeurs pures : les composantes directionnelles des forces de contact et des sollicitations au cisaillement peuvent être analysées. La distinction techniquement précise est ici la suivante : la pression est une grandeur scalaire ; les forces de contact possèdent une direction, et les contraintes de cisaillement sont décrites comme un état de contrainte à composantes directionnelles.
Ces données de mesure sont particulièrement précieuses pour le dimensionnement des grands mélangeurs de poudres. Elles aident à mieux comprendre le mouvement du produit, à identifier les zones à sollicitation plus élevée et à ajuster la géométrie de l'outil, la vitesse de rotation, le taux de remplissage ainsi que le temps de mélange sur le produit d'origine. La montée en échelle de la machine d'essai vers le mélangeur de production en devient ainsi plus solide. Pour les procédés thermiques, des pressions de 5 mbar à 26 bar absolu et des températures allant jusqu'à 350 °C peuvent être étudiées en halle d'essais.
La sécurité de procédé proprement dite résulte de l'interaction entre une géométrie de mélange appropriée, un programme de mélange reproductible, des grandeurs de mesure validées et des critères de qualité clairs. L'instrumentation ne remplace pas l'essai avec le produit d'origine. Elle le rend cependant nettement plus significatif et fournit la base de données pour un dimensionnement, une automatisation et une surveillance de procédé ultérieure sûrs.