Existe-t-il des mélangeurs verticaux atteignant un mélange complet même en cas de fortes différences de densité ?
Oui. Des mélangeurs verticaux spécialement dimensionnés peuvent atteindre une homogénéité très élevée même avec des masses volumiques apparentes nettement différentes, si la géométrie, la vitesse de rotation, le taux de remplissage et le temps de mélange sont accordés au produit.
Principe de fonctionnement
Les mélangeurs verticaux travaillent avec un mouvement de circulation forcé du produit à mélanger. La matière est acheminée du bas vers le haut et redescend ensuite dans la cuve. Les constituants lourds et légers sont ainsi redistribués en permanence et la ségrégation est efficacement réduite.
Caractéristiques constructives
Des géométries de vis ou d'hélice appropriées, des zones de mélange proches de la paroi et un écoulement aussi uniforme que possible dans toute la cuve sont des conditions importantes. Avec des produits exigeants, des choppers supplémentaires ou des outils à grande vitesse peuvent aider à rompre les agglomérats et à mieux répartir les constituants fins. Une vitesse de rotation variable permet d'adapter l'intensité de mélange au produit concerné.
Dimensionnement et limites
Le nombre de Froude, le taux de remplissage et le temps de mélange sont en outre déterminants. Les taux de remplissage typiques se situent souvent dans la plage de 40 à 70 pour cent. De très fortes différences de densité, des tailles de particules très divergentes ou des produits humides peuvent toutefois limiter l'aptitude au mélange.
Le nombre de Froude se rapporte en cela aux mélangeurs rotatifs à chute libre, à tambour et à projection ainsi qu'aux systèmes à outil de mélange monté horizontalement. Pour les mélangeurs verticaux à remaniement forcé, il n'est ni un critère de dimensionnement ni un critère de montée en échelle. Ce qui compte là, c'est que le principe de mélange reste identique sur toutes les tailles et que le remaniement couvre toute la chambre de mélange indépendamment du taux de remplissage ; la transposabilité est sécurisée en halle d'essais avec le produit d'origine.
Évaluation pratique
L'homogénéité atteignable s'évalue le plus souvent par le coefficient de variation. Dans de nombreuses applications, une valeur inférieure à 5 pour cent est considérée comme le signe d'un brassage techniquement très bon. Avec des produits difficiles, des essais en halle d'essais sont judicieux afin de fixer les paramètres de fonctionnement optimaux.
Comment amixon® maîtrise de fortes différences de densité et de granulométrie lors du mélange
Un outil de mélange qui contrôle l'espace au lieu d'un mouvement aléatoire
En cas de fortes différences de densité, les principes de mélange qui misent sur un mouvement libre du produit en vrac échouent : les particules lourdes sédimentent, les constituants légers remontent en surface, et les forces centrifuges peuvent conduire à une classification indésirable. L'outil hélicoïdal SinConcave®/SinConvex® d'amixon® contrôle en revanche l'ensemble de la chambre de mélange. Il achemine le produit à mélanger de force vers le haut à la périphérie et le laisse s'écouler vers le bas au centre sous l'effet de la gravité.
Des écoulements lents s'établissent dans la chambre de mélange, de sorte qu'il ne se produit presque pas de fluidisation. Les écoulements ascendants et descendants ont lieu en flux dense, ce qui guide les particules de façon uniforme. Chaque particule parcourt ainsi le même écoulement forcé – indépendamment de sa densité, de sa taille ou de son comportement d'écoulement. La conduite à faible vitesse, avec une vitesse périphérique d'environ 0,8 à 3,5 m/s, évite une séparation centrifuge des constituants fins ou légers.
Principe de refoulement et mise à l'échelle
Le principe de refoulement est le même pour tous les milieux et peut être décrit approximativement par la relation suivante :
I_V = (π/4) · (D² − d²) · Φ · S · n · ζ
Ici, I_V est le débit de refoulement, D le diamètre extérieur de l'hélice, d le diamètre intérieur, Φ le taux de remplissage, S le pas de l'hélice, n la fréquence de rotation et ζ le coefficient de vitesse. Pour la montée en échelle, ce ne sont donc pas la seule vitesse de rotation, mais avant tout le débit de refoulement résultant et la vitesse périphérique qui sont déterminants. La qualité de mélange reste ainsi reproductible d'une échelle à l'autre.
Pour les particules sensibles
Lorsque les particules sont particulièrement sensibles, l'outil hélicoïdal SinConcave®/SinConvex® peut être complété par la technologie MultiPlane®. L'intensité de mélange se laisse ainsi adapter aux propriétés du produit sans perdre le ménagement du produit.
Preuve pratique : la métallurgie des poudres
En métallurgie des poudres, les mélangeurs à deux arbres amixon® du type HM répartissent de façon homogène des lubrifiants de compression tels que le stéarate de zinc dans la poudre métallique. Des masses volumiques apparentes très élevées de la poudre métallique rencontrent alors des additifs nettement plus légers. De tels rapports de densité sont exigeants dans la pratique, mais ils sont maîtrisés de façon sûre avec une technique de mélange appropriée.
Un multitalent pour les compositions hétérogènes
Le Gyraton® GM est lui aussi expressément conçu pour des compositions de matières hétérogènes. Des particules grossières et fines, des masses volumiques apparentes différentes, des propriétés d'écoulement divergentes et des teneurs en humidité variables se traitent de façon fiable jusqu'à de grandes charges. Le résultat est un mélange aléatoire techniquement idéal, dès un faible taux de remplissage.
Sécurisation en halle d'essais
Que la combinaison concrète d'étalement de densité, de distribution granulométrique et de cohésion livre le résultat souhaité est vérifié en halle d'essais avec le produit d'origine. Des essais de mélange, des échantillonnages et une évaluation documentée de la qualité de mélange constituent la base du dimensionnement ultérieur de la machine.
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 les surfaces en contact avec le produit bien accessibles. Des organes de vidange sans espace mort et des lances de lavage intégrées permettent un nettoyage à sec et humide validable selon les prescriptions de l'EHEDG, de la FDA et des 3-A.
Conduite reproductible, documentation intégrale
Les programmes de mélange, avec les temps de mélange, les fréquences de rotation et les profils de dosage et de température, sont enregistrés dans l'automate et exécutés de façon identique charge par charge. L'intégration dans le système ERP de l'exploitant est possible ; un lecteur de codes-barres peut être intégré pour une documentation en temps réel. Recette, charge et paramètres de procédé restent ainsi liés sans lacune.