Comment faire passer un procédé de la halle d'essais à la production sans perdre en qualité de mélange ?
Lors de la montée en échelle de mélanges de poudres, ce qui compte avant tout est que le mouvement de mélange, la fréquence de rotation de l'outil de mélange et la sollicitation mécanique soient transposés judicieusement de la halle d'essais à la production. Ce qui est déterminant, ce ne sont pas les grandeurs caractéristiques typiques des liquides, mais le comportement rhéologique des solides en vrac eux-mêmes.
Les points les plus importants
- Similitude géométrique : la chambre de mélange, les outils et le taux de remplissage doivent être dans un rapport comparable.
- Vitesse périphérique et vitesse de rotation : elles déterminent le mouvement des particules et la sollicitation mécanique.
- Temps de mélange : il ne doit pas être repris seulement formellement à grande échelle, mais doit être accordé à l'homogénéité et au ménagement du produit.
- Apport d'énergie : trop d'énergie peut provoquer de l'abrasion, de la ségrégation ou un dégagement de chaleur.
- Ségrégation : les différences de densité, de taille et de forme des particules doivent être prises en compte dans la montée en échelle.
Conséquence pratique
Une bonne montée en échelle pour les poudres signifie : aussi peu de changement que possible dans la cinématique de mélange, autant d'adaptation que nécessaire au produit et à la taille. La sécurisation s'effectue par des essais en halle d'essais, le pilotage et l'échantillonnage de la qualité de mélange obtenue.
Comment amixon® transpose un procédé, étape par étape, de la halle d'essais vers la production
La perte de qualité de mélange lors de la montée en échelle ne provient que rarement du mélangeur lui-même, mais plutôt des lacunes de la démarche : objectifs mal définis, essais menés avec un produit de substitution, paramètres réinterprétés en cours de route. amixon® applique donc une séquence fixe, au terme de laquelle la machine de production restitue les mêmes valeurs que le mélangeur d'essai.
Étape 1 : définir les critères d'acceptation avant le premier essai
Les valeurs cibles sont définies par écrit avec l'exploitant avant que la première charge ne soit lancée : qualité de mélange exigée exprimée en coefficient de variation, taux de vidange, temps de cycle, masses de charge minimale et maximale, ainsi que la sollicitation admissible du produit. Sans ces valeurs, il est impossible de juger a posteriori si la montée en échelle a réussi.
Étape 2 : essai avec le produit d'origine
Les essais sont menés avec le produit d'origine, non avec des substances modèles, et avec des taux de remplissage, des tailles de charge ainsi qu'une plage de température et de pression réels. La halle d'essais de Paderborn met à disposition 35 installations d'essai à cet effet, complétées par des centres techniques au Japon, en Inde, en Thaïlande, en Chine, en Corée du Sud et aux États-Unis. La taille de l'appareil est choisie de façon à correspondre à la quantité de produit disponible et à la charge cible ultérieure.
Étape 3 : faire varier systématiquement les grandeurs pertinentes pour la transposition
Les paramètres modifiés sont précisément ceux qui pourront être transposés plus tard sur la machine de production : temps de mélange, vitesse périphérique dans la plage d'environ 0,8 à 3,5 m/s, taux de remplissage ainsi que, le cas échéant, le débit de dosage et le mode d'ajout des liquides. La vitesse de rotation elle-même n'est pas une grandeur de transposition, car elle varie avec le diamètre de l'outil de mélange.
Étape 4 : mesurer les résultats plutôt que les estimer
La qualité de mélange est déterminée analytiquement selon un plan d'échantillonnage défini, le taux de vidange par gravimétrie. Sont également évalués le ménagement du produit, l'apport d'énergie, la nettoyabilité et la reproductibilité sur plusieurs charges. Toutes les données de procédé sont saisies électroniquement et documentées dans un rapport d'essai.
Étape 5 : une transposition sans saut d'échelle
Comme le mélangeur d'essai et le mélangeur de production fonctionnent selon le même principe de mélange SinConcave®/SinConvex® et que la qualité de mélange reste constante sur une plage de taux de remplissage d'environ 10 à 100 %, les paramètres déterminés entrent sans modification dans le dimensionnement. La grille des tailles de mélangeur, par pas de 100 litres de 100 à 50 000 litres, permet de choisir exactement la taille cible au lieu de devoir se rabattre sur le palier de catalogue suivant. Pour les grandes charges, le silo mélangeur Gyraton® prend le relais, de 10 à environ 100 m³.
Étape 6 : du rapport d'essai à l'URS
Les paramètres documentés deviennent partie intégrante du User Requirement Specification (URS) et sont ainsi contractuellement opposables. Chaque appareil est fabriqué comme pièce unique sur cette base. L'essai de réception en usine à Paderborn et la réception sur site sont vérifiés par rapport aux mêmes critères d'acceptation que ceux définis avant le premier essai.
Étape 7 : mise au point fine au démarrage
Lors de la mise en service, les programmes de mélange – vitesse, durée et, le cas échéant, utilisation des rotors – sont enregistrés dans l'automate, afin que chaque charge soit conduite de façon reproductible. amixon® accompagne le démarrage et reste ensuite l'interlocuteur pour les changements de produit et les optimisations de procédé ultérieures.
Ce qu'il faut surveiller en dehors du mélangeur
L'homogénéité atteinte dans le mélangeur peut se perdre à nouveau dans les étapes suivantes. Le transport, le stockage intermédiaire et le conditionnement favorisent la démixtion, en particulier en cas de grandes différences de densité, de taille de particules ou de comportement à l'écoulement. amixon® évalue donc lors des essais non seulement la qualité de mélange en sortie, mais aussi le comportement à la vidange – une vidange résiduelle sans formation de cône et sans démixtion fait partie intégrante de la sécurisation de la montée en échelle, et non un sujet secondaire traité en aval.