Quelles solutions les fabricants proposent-ils pour la mesure d'humidité intégrée et la détermination du point final lors du séchage dans le mélangeur ?
Plusieurs procédés de mesure sont disponibles pour la mesure d'humidité intégrée et la détermination du point final lors du séchage dans le mélangeur. Dans la pratique, le point final de séchage n'est le plus souvent pas déterminé par un signal unique, mais par la combinaison de l'humidité, de la température du produit, de la pression, de l'évolution des vapeurs ou du condensat, de la puissance de l'outil de mélange et de mesures de référence validées.
La spectroscopie NIR est un procédé rapide et sans contact de mesure d'humidité. Le capteur mesure, via un hublot ou un point de mesure intégré à ras, la réflexion du produit mélangé dans le domaine du proche infrarouge. Avec un étalonnage approprié, le NIR peut saisir l'humidité en temps réel et fournir en outre des indices sur d'autres propriétés du produit. Comme le NIR saisit avant tout la zone visible du lit de produit, un mouvement de mélange représentatif, une fenêtre de mesure propre et un étalonnage spécifique au produit sont déterminants.
Les procédés basés sur les micro-ondes saisissent les propriétés diélectriques du produit mélangé. Ils peuvent, selon le mode d'implantation et le produit, saisir un volume de produit plus important que les procédés optiques et dépendent moins de la couleur ou de l'aspect de surface. La recette, la masse volumique apparente, la température et la répartition de la matière influencent toutefois également le signal. Un étalonnage avec le produit d'origine et des échantillons de référence appropriés est donc nécessaire ici aussi.
Les capteurs capacitifs sont une solution robuste et comparativement économique pour le suivi de tendance de l'humidité. Leurs valeurs de mesure dépendent toutefois plus fortement de la recette, de la température, de la densité et de la structure des particules. Les procédés conductifs ne sont judicieux que pour des produits suffisamment conducteurs électriquement et ne conviennent donc pas à de nombreuses poudres sèches.
Le couple et la puissance absorbée de l'outil de mélange complètent la mesure d'humidité directe. Pendant le séchage, ils peuvent indiquer des changements du comportement d'écoulement, de la collance, du compactage, de l'agglomération ou des adhérences à la paroi. Ils ne mesurent pas directement l'humidité, mais fournissent des informations précieuses sur la stabilité du procédé, l'apport d'énergie et la protection de l'installation.
Le point final le plus direct est une valeur limite d'humidité résiduelle validée. Le processus de séchage se termine automatiquement lorsque le capteur d'humidité atteint la valeur cible définie. Cette valeur cible est toujours spécifique au produit. Elle dépend par exemple de la stabilité au stockage, de la coulabilité, du traitement ultérieur ou des exigences réglementaires. Une valeur cible générale telle que 0,5 % d'humidité résiduelle n'est donc pas transposable à tous les produits.
La température du produit fournit des indices supplémentaires sur l'évolution du séchage. Tant que des quantités notables d'un composant volatil s'évaporent, une partie de la chaleur apportée est nécessaire sous forme d'enthalpie de vaporisation. À puissance de chauffage constante, une hausse de température peut indiquer une teneur en humidité décroissante. Ce signal dépend toutefois du fluide chauffant, du vide, du transfert de chaleur et des propriétés du produit, et ne devrait pas être utilisé comme seul critère de point final.
Dans les sécheurs-mélangeurs sous vide, la pression de procédé, la température du produit, l'évolution des vapeurs et la quantité de condensat complètent la surveillance. Si la quantité de vapeurs condensables diminue jusqu'à un niveau bas à un niveau de température et de pression défini, cela peut indiquer un état de séchage avancé. La détermination du point final la plus fiable résulte de la combinaison de ces données de procédé avec une humidité résiduelle confirmée analytiquement.
Les capteurs sont intégrés autant que possible à ras dans la paroi de la cuve ou montés via des piquages hygiéniques. Les espaces morts, les dommages mécaniques et les adhérences peuvent ainsi être limités. Les fenêtres de mesure optiques peuvent nécessiter un rinçage, un racleur ou un procédé de nettoyage approprié avec des produits poussiéreux, collants ou condensants. Pour les grands mélangeurs, plusieurs points de mesure peuvent être judicieux, pour autant qu'ils saisissent des zones représentatives du lit de produit en mouvement.
Les données de mesure sont traitées dans l'automate et peuvent être transmises à des systèmes de conduite et de production supérieurs. Cela permet l'enregistrement des tendances, la consignation par charge, les seuils d'alarme et la détection automatique du point final. Dans les secteurs réglementés, l'intégrité des données, la piste d'audit, les droits d'utilisateur et l'étalonnage traçable des systèmes de mesure sont en outre importants.
Ainsi amixon® détermine le point final de séchage
amixon® combine plusieurs signaux de procédé pour les processus de mélange, de granulation et de séchage. La température du produit, l'évolution de la pression, l'humidité, la puissance de l'outil de mélange ainsi que, pour les procédés sous vide, l'évolution des vapeurs et du condensat sont au centre du dispositif. Seule la combinaison spécifique au produit de ces grandeurs de mesure permet une détermination du point final solide et reproductible.
Dans les sécheurs-mélangeurs sous vide et les réacteurs des séries VMT et AMT, la température du produit et la pression du système sont surveillées en continu. En complément, la quantité de condensat, le débit de vapeurs et l'évolution de la puissance d'entraînement peuvent être analysés. Si la quantité de vapeurs évacuées diminue nettement à un niveau de température et de pression défini, cela indique un état de séchage progressif. Un point final sûr n'est toutefois pas déduit de la seule pression ou température, mais sécurisé par la combinaison avec la valeur cible d'humidité définie et, le cas échéant, un échantillon de référence analytique.
La mesure d'humidité peut, selon le produit, s'effectuer par instrumentation NIR, à micro-ondes ou capacitive. Les capteurs NIR saisissent sans contact l'évolution de l'humidité dans la zone visible du produit. Les procédés à micro-ondes et capacitifs peuvent constituer une alternative judicieuse lorsque les fenêtres de mesure optiques sont limitées par la poussière, les adhérences ou les propriétés du produit. Tous les procédés nécessitent un étalonnage avec le produit d'origine et un point de mesure fournissant des données représentatives du mouvement de produit concerné.
Le couple et la puissance absorbée de l'outil de mélange peuvent eux aussi compléter utilement le procédé. Ils montrent les changements du comportement d'écoulement, de la collance, des adhérences ou du compactage. Lors du séchage, ils ne mesurent pas directement l'humidité résiduelle, mais peuvent servir de signal supplémentaire pour l'état du produit, la stabilité du procédé et la protection de l'installation.
Un échantillonneur intégré complète l'instrumentation en ligne par des contrôles ciblés du produit. L'analyse en laboratoire sert alors de référence pour l'étalonnage et la validation des signaux de procédé. L'évolution de l'humidité, la température, la pression, la puissance de l'outil de mélange et l'humidité résiduelle déterminée analytiquement peuvent ainsi être reliées entre elles.
Instrumentation spécifique au projet
Les appareils amixon® sont dimensionnés sur la base du cahier des charges (User Requirement Specification). L'instrumentation, les points de mesure, le degré d'automatisation, les fonctions de l'automate et la documentation de charge souhaitée sont fixés dans le projet. Le dimensionnement tient alors compte de la température, de la pression, du vide, de l'abrasion, de la tendance à l'adhérence, de la conception hygiénique et, le cas échéant, des exigences ATEX.
Les programmes de mélange et de séchage peuvent être enregistrés dans l'automate. La transmission des données aux systèmes SCADA, MES ou ERP s'effectue via les interfaces convenues. Des lecteurs de codes-barres peuvent compléter la documentation par charge. Dans les applications réglementées, les exigences relatives à l'intégrité des données, aux droits d'utilisateur, à la piste d'audit et à la documentation électronique des charges peuvent être prises en compte.
Déterminer le point final en halle d'essais
En halle d'essais amixon®, on détermine avec le produit d'origine quelle combinaison d'humidité, de température du produit, d'évolution de la pression, de quantité de condensat, de puissance de l'outil de mélange et de temps de mélange indique le plus fiablement le point final de séchage. Les données ainsi obtenues constituent la base du dimensionnement de l'instrumentation, du programme de séchage et de l'installation de production ultérieure.