Comment fonctionne la montée en échelle de la halle d'essais vers la production afin de préserver la qualité de mélange et l'intégrité des particules ?
Lors de la montée en échelle de mélanges de poudres, ce sont avant tout les paramètres de géométrie, de taux de remplissage, de vitesse de rotation, d'apport d'énergie et de temps de mélange qui sont transposés de la halle d'essais à la production. L'objectif est de maintenir de façon reproductible l'homogénéité et le ménagement des particules à plus grande échelle.
Principe de base
Un simple agrandissement ne suffit cependant pas, puisque l'écoulement, la répartition de l'énergie et la sollicitation changent eux aussi avec l'échelle. C'est pourquoi la similitude cinématique et la similitude dynamique doivent être prises en compte en plus de la similitude géométrique.
Grandeurs de réglage importantes :
- Taux de remplissage : le maintenir autant que possible constant dans la plage validée.
- Nombre de Froude : avec les mélangeurs de solides dont l'outil de mélange est monté horizontalement, il est souvent important pour conserver des schémas de mouvement semblables.
- Vitesse périphérique : particulièrement pertinente lorsque la rupture de particules ou l'abrasion de l'enrobage doit être limitée.
- Apport de puissance spécifique (P/V) : utile pour les tâches dispersives, mais critique en raison de l'échauffement et d'un possible endommagement des particules.
Sécuriser la qualité de mélange
L'homogénéité du mélange est sécurisée par l'échantillonnage et l'évaluation statistique. Pour les procédés par charges, cela signifie que le temps de mélange et la vitesse de rotation doivent être choisis de sorte que l'uniformité souhaitée soit atteinte, sans que l'on mélange inutilement longtemps. Pour les procédés continus, la distribution des temps de séjour est en outre déterminante.
Sécuriser l'intégrité des particules
Pour les produits sensibles, le temps de procédé le plus court possible avec une qualité de mélange suffisante est idéal. Une vitesse périphérique trop élevée ou un apport d'énergie trop important peuvent provoquer de l'abrasion, la rupture des grains ou des dommages à l'enrobage, tandis qu'une intensité trop faible conduit à une homogénéité insuffisante.
Dans la pratique, on choisit donc le plus souvent un compromis entre le nombre de Froude (si l'outil de mélange est monté horizontalement), la vitesse périphérique et l'apport d'énergie, adapté au produit et au type de mélangeur.
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.
Ainsi amixon® sécurise la montée en échelle de la halle d'essais à la production
Le principe de mélange est identique à toutes les échelles.
Le cœur de l'approche amixon® : les mélangeurs d'essai et de production travaillent avec le même système de mélange. L'outil à ruban hélicoïdal SinConcave®/SinConvex® transporte le produit vers le haut dans la périphérie et vers le bas au centre. Cet écoulement total tridimensionnel présente la même caractéristique indépendamment de la taille.
L'écoulement de produit I_V se calcule aisément.
I_V = A · v_ax = (π/4) · (D² − d²) · Φ · S · n · ζ
- I_V : débit d'une hélice de mélange verticale
- D/d : diamètre de l'hélice, extérieur/intérieur
- Φ : taux de remplissage
- S : pas de l'hélice
- n : fréquence de rotation
- ζ : coefficient de vitesse
En ce sens, une congruence peut toujours être établie pour les tailles les plus diverses.
La mise à l'échelle s'effectue par la formule de remaniement, c'est-à-dire par le débit volumique de refoulement de l'outil de mélange hélicoïdal et la fréquence de remaniement qui en découle – et non par la seule vitesse de rotation : toutes les tailles sont exploitées dans la même fenêtre d'environ 0,8 à 3,5 m/s, en règle générale à faible vitesse. L'écoulement, la sollicitation mécanique des particules et les conditions de similitude sont ainsi préservés entre les échelles.
Une qualité de mélange indépendante du taux de remplissage
Les mélangeurs amixon® atteignent les plus hautes qualités de mélange dès un faible taux de remplissage, d'environ 10 % – le mélange aléatoire techniquement idéal, qui ne peut pas être amélioré dans la pratique. Les tailles de charge peuvent varier dans le même mélangeur, sans que l'homogénéité doive être validée à nouveau. Le moment le plus critique de la montée en échelle s'en trouve désamorcé : les premières petites charges de production dans la grande machine.
Un raster de tailles fin au lieu de sauts d'échelle
Sur demande, amixon® fabrique les tailles de mélangeur par pas de 100 litres, de 100 à 50 000 litres (VM, HM, AM). Le Gyraton® GM prend la suite de 10 à environ 100 m³ par pas de 1 m³. Le pas de l'échelle d'essai validée à la taille cible est librement choisi avec la finesse souhaitée, puisqu'il n'y a pas de saut imposé vers la taille de catalogue suivante qui viendrait rompre la similitude.
Validation avant l'investissement
En halle d'essais amixon®, 35 installations d'essai de tailles diverses sont disponibles. Les essais se déroulent avec le produit d'origine, avec des taux de remplissage réels et dans la plage de température et de pression prévue. Ils sont réalisés, exploités et documentés avec les experts amixon®. Les paramètres déterminés – vitesse périphérique, temps de mélange et taux de remplissage – entrent tels quels dans le dimensionnement de la machine de production.
La fabrication à Paderborn comme fondement de la qualité
amixon® développe et fabrique exclusivement dans son usine de Paderborn, avec la plus grande intégration verticale possible et tous les composants provenant d'Allemagne. En tant qu'entreprise de soudage certifiée disposant de qualifications européennes, japonaises, coréennes et américaines, amixon® construit chaque appareil en pièce unique sur la base de l'URS de l'exploitant. Le contrôle qualité reste intégralement en interne et chaque spécification est justifiable jusqu'au niveau du composant. Cette maîtrise de la fabrication garantit en même temps l'approvisionnement à long terme. Chaque composant est encore reproductible des décennies plus tard.
Un service sur l'ensemble du cycle de vie
Après la mise en service, amixon® continue de se tenir aux côtés de l'exploitant : des inspections régulières et une maintenance préventive garantissent la disponibilité, sur demande avec de la maintenance prédictive. Des pièces d'usure sélectionnées sont livrées dès la première livraison, et la plupart des pièces de rechange sont stockées sur le site de Paderborn ainsi que dans les points de service au Japon et aux États-Unis. Un service de pièces de rechange à vie est ainsi garanti – même lorsque les fournisseurs d'origine disparaissent. De nombreuses machines amixon® sont en service quotidien depuis plus de 30 ans. Grâce à la modernisation et à la mise à niveau, elles restent au dernier état de l'art.