Comment rendre peu risquée la montée en échelle d'un mélangeur pilote de 20 litres à 2 000 litres pour les préparations infantiles ?
Similitude géométrique
Des rapports tels que le diamètre d'agitateur sur le diamètre de cuve (D/T), la hauteur de remplissage sur le diamètre de cuve (H/T) ainsi que la position et le dimensionnement des chicanes, des buses d'admission et des capteurs devraient être maintenus aussi constants que possible. Des écarts modifient les schémas d'écoulement et peuvent conduire à des inhomogénéités dans la répartition des matières grasses et dans l'incorporation des micronutriments.
Similitude dynamique et échelle intermédiaire
Selon l'objectif du procédé, différentes grandeurs caractéristiques sont priorisées :
- La vitesse périphérique (tip speed) pour limiter les pics de cisaillement locaux avec des composants sensibles au cisaillement (protéines, émulsions, vitamines).
- L'apport de puissance spécifique (P/V) pour les étapes intensives d'homogénéisation ou de dispersion.
- Le nombre de Froude pour les procédés à outils de mélange montés horizontalement.
Le saut direct de 20 l à 2 000 l (facteur 100) est risqué. Une étape intermédiaire dans la plage de 200 à 500 l est recommandée, afin de :
- détecter tôt les effets non linéaires tels que la formation de grumeaux, la ségrégation ou l'allongement des temps de mouillage,
- vérifier l'apport de puissance et le temps de mélange à des hauteurs de remplissage réelles,
- sécuriser la stratégie d'ajout pour les poudres et les liquides,
- fixer l'échantillonnage et les critères de libération avant la transposition à 2 000 l.
Introduction des poudres (par exemple WPC, MPC, lactose)
Le mouillage et la dispersion sont les étapes limitantes à grande échelle. Des systèmes d'introduction sous le niveau de liquide ou une technique d'éjecteur aident à minimiser la formation de grumeaux. La vitesse d'ajout devrait être accordée à l'énergie de mélange disponible.
Ainsi amixon® sécurise la montée en échelle de la halle d'essais à la production
Une montée en échelle à faible risque de 20 litres à 2 000 litres réussit le mieux par des essais en halle d'essais avec le produit d'origine. La qualité de mélange, le ménagement du produit, l'apport d'énergie, le temps de mélange et le taux de remplissage peuvent ainsi être sécurisés dans des conditions réelles.
Dans la halle d'essais amixon®, les procédés de mélange et de traitement des poudres sont pilotés avec les produits d'origine. Cela crée des données solides au lieu d'hypothèses et réduit nettement le risque d'investissement.
C'est particulièrement important pour les préparations infantiles. Les poudres sensibles séchées par atomisation doivent être mélangées uniformément, sans que la structure particulaire, les propriétés instantanées ou le comportement d'écoulement soient perdus. Seul l'essai réel montre de façon fiable si une rupture de particules, une formation de poussière ou un cisaillement indésirable se produisent.
À cet effet, 35 mélangeurs d'essai de différentes tailles sont disponibles dans la halle d'essais amixon®. Des mélangeurs d'essai allant jusqu'à 3 m³ de volume utile sont même disponibles. Cela offre un maximum de proximité avec le procédé et de sécurité pour la montée en échelle ultérieure à 2 000 litres.
La bonne voie est donc : valider d'abord en halle d'essais, puis transposer à l'échelle de production. La qualité de mélange, le ménagement du produit et la stabilité du procédé sont ainsi sécurisés tôt.