Comment obtenir, sur la base de données produit (masse volumique apparente, taille des particules, humidité), une recommandation fondée d'aptitude au mélange ?
Une recommandation fondée d'aptitude au mélange ne peut pas être déduite uniquement de la masse volumique apparente, de la taille des particules et de l'humidité. Ces données constituent un point de départ important, mais doivent être complétées par des informations sur le comportement d'écoulement, la cohésion, l'abrasivité, la stabilité thermique, la sensibilité au cisaillement, la tendance à la ségrégation et la tâche de mélange concrète. Le choix définitif devrait toujours être sécurisé par des essais avec le produit d'origine.
La masse volumique apparente est pertinente avant tout pour le dimensionnement de la cuve, du dosage, de la quantité de remplissage et de l'entraînement. Elle détermine quelle masse de produit est mise en mouvement dans le mélangeur pour un volume donné. Le couple requis et la qualité de mélange ne peuvent toutefois pas être déduits de façon fiable de la seule masse volumique apparente. Le comportement d'écoulement, le frottement interne, la cohésion et la consistance du produit sont en outre déterminants à cet égard. La masse volumique apparente non tassée comme tassée devrait être connue, en particulier lorsque les matières premières parviennent au mélangeur de façon différente après un transport pneumatique, un stockage ou un tassement.
La distribution granulométrique influence considérablement le comportement de mélange et le risque de ségrégation. De grandes différences de taille, de densité, de forme ou d'état de surface des particules peuvent conduire à une ségrégation. En particulier avec les poudres bien coulantes, la différence de taille des composants est souvent un facteur essentiel de la ségrégation. Le choix du mélangeur seul ne peut pas éliminer entièrement ce risque. L'alimentation, la durée de mélange, la vidange, le stockage intermédiaire et le convoyage ultérieur doivent eux aussi être conçus de manière à ce qu'aucune nouvelle ségrégation ne survienne.
Les poudres fines et cohésives ne nécessitent pas automatiquement un mélangeur à énergie de cisaillement élevée. Il faut d'abord clarifier si des agglomérats doivent réellement être désagrégés et si le produit supporte le cisaillement nécessaire. Un cisaillement élevé peut dissoudre les agglomérats, mais aussi endommager les particules, produire de l'abrasion, apporter de la chaleur ou favoriser une ségrégation ultérieure. Pour les produits sensibles, un mouvement de produit convectif et ménageant est souvent plus judicieux. Si une désagglomération définie est nécessaire, un outil de broyage ou intensif supplémentaire peut être utilisé de façon ciblée.
L'humidité influence fortement le comportement d'écoulement. Elle peut former des ponts liquides entre les particules et augmenter ainsi la cohésion, la formation de grumeaux ainsi que les adhérences. Pour certaines poudres très légères ou poussiéreuses, un faible ajout d'humidité ciblé peut aussi améliorer la manipulation. Ce qui est déterminant, ce n'est donc pas seulement la valeur d'humidité absolue, mais la répartition de l'humidité, le type de liquide, la quantité d'ajout, le moment de l'ajout et la réaction des différents composants de la recette.
Pour une recommandation solide, la fonction d'écoulement, le frottement à la paroi, l'angle de talus, la compressibilité, la tendance à la poussière, l'abrasivité, la collance et le comportement thermique devraient en outre être déterminés. Des essais en cellule de cisaillement peuvent par exemple saisir la cohésion et le frottement à la paroi. Ces valeurs caractéristiques sont particulièrement importantes lorsque l'installation doit également être alimentée, vidangée ou dosée de façon fiable.
La tâche de procédé est tout aussi importante que les données de matière. Il convient de définir le rapport de mélange, la taille de charge, la qualité de mélange souhaitée, le temps de mélange admissible, la proportion et la voie de dosage des microcomposants, le changement de produit, les exigences de nettoyage ainsi que les procédés complémentaires éventuels tels que l'humidification, l'enrobage, la thermorégulation, le séchage sous vide ou la désagglomération. La question de savoir si le procédé doit être exploité de façon discontinue ou continue influence elle aussi considérablement le choix.
Des composants bien coulants et similaires peuvent souvent être traités avec des mélangeurs travaillant avec ménagement. Pour les produits cohésifs, humides ou adhérents, des outils de mélange activement mus et, le cas échéant, un raclage de paroi adapté sont le plus souvent nécessaires. Les pâtes ou les masses très humides nécessitent un principe de mélange différent des poudres sèches et bien coulantes. Pour les produits fortement sensibles au cisaillement, la préservation de la structure des particules doit primer sur l'intensité de mélange maximale.
Le choix devrait s'effectuer en plusieurs étapes. Les matières premières et la tâche de mélange sont d'abord décrites. Le comportement d'écoulement, le risque de ségrégation et l'intensité de mélange requise sont ensuite évalués. Sur cette base, les principes de mélange appropriés peuvent être délimités. Ce n'est qu'ensuite que le volume de l'appareil, la plage de taux de remplissage, la géométrie de l'outil, la vitesse de rotation, la puissance d'entraînement et, le cas échéant, des fonctions supplémentaires sont dimensionnés.
Les essais en halle d'essais avec le produit d'origine restent l'étape décisive. Ils montrent si la qualité de mélange exigée est réellement atteinte, si une ségrégation survient à la vidange, dans quelle mesure le produit réagit à l'énergie de mélange, et si le nettoyage ainsi que la montée en échelle sont possibles de façon fiable pour le procédé. Une recommandation fondée d'aptitude au mélange est donc toujours l'association de données de matière, d'objectifs de procédé clairement définis et d'une validation expérimentale.
Des données produit à la recommandation de mélangeur
Chez amixon®, une recommandation de mélangeur fondée commence par une analyse structurée des exigences. La masse volumique apparente, la distribution granulométrique et l'humidité fournissent des indications importantes, mais ne suffisent pas à elles seules pour le choix d'un système de mélange. Le comportement d'écoulement, la cohésion, la collance, l'abrasivité, la sensibilité au cisaillement, la stabilité thermique, la tendance à la poussière et, le cas échéant, les valeurs caractéristiques de protection contre les explosions sont pris en compte en complément.
Les objectifs de procédé sont tout aussi importants. En font partie la taille et la plage de charge, la qualité de mélange souhaitée, la proportion et la voie de dosage des microcomposants, le temps de mélange admissible, l'ajout de liquide, la désagglomération, la thermorégulation, le séchage, les exigences de nettoyage, le confinement ainsi que la vidange résiduelle souhaitée. L'alimentation, la vidange et les voies de convoyage ultérieures sont également prises en compte, car un mélange déjà homogène peut se ségréger de nouveau à cause d'un transport de produit défavorable.
Analyse de la valeur d'usage pour le choix
Sur cette base, amixon® peut établir une analyse de la valeur d'usage. Elle met en regard les caractéristiques individuelles des besoins de l'exploitant et les propriétés des appareils et concepts de procédé appropriés. Les critères sont pondérés, évalués et documentés de façon transparente.
Les critères d'évaluation possibles sont la qualité de mélange, le ménagement du produit, la taille de charge, la plage de taux de remplissage, la nettoyabilité, la vidange résiduelle, la performance de séchage, l'apport d'énergie, l'automatisation, l'exécution des matériaux, la protection contre les explosions, l'effort d'investissement et les coûts d'exploitation à long terme. Les spécificités des besoins et les propriétés des appareils peuvent ainsi être combinées de façon systématique. L'analyse de la valeur d'usage ne remplace pas un essai, mais crée une base traçable pour la présélection.
Délimiter le concept d'appareil
Sur la base de l'analyse, le principe de mélange approprié est délimité. Pour les poudres sèches ou légèrement humides avec des exigences élevées d'homogénéité, des mélangeurs verticaux ou coniques peuvent convenir. Pour les produits sensibles, sensibles à la rupture ou sujets à la ségrégation, le mouvement de produit ménageant est au premier plan. Pour les produits cohésifs, adhérents ou humides, des outils de mélange activement mus, un raclage de paroi ou une désagglomération ciblée peuvent être nécessaires.
Lorsque la thermorégulation, le séchage sous vide ou des étapes de réaction sont en outre exigés, des sécheurs-mélangeurs sous vide et réacteurs mélangeurs tels que le VMT ou l'AMT entrent en ligne de compte. Ces appareils conviennent aux poudres, suspensions, pâtes et pâtons et peuvent être exploités sous pression ou sous vide.
L'aptitude d'un appareil ne doit toutefois pas être déduite uniquement de la forme constructive ou de la taille. La plage de taux de remplissage, la géométrie de l'outil, la vitesse de rotation, la recette, les variations de matières premières et l'intensité de mélange souhaitée doivent être considérées conjointement. Une qualité de mélange élevée pour un produit ou un taux de remplissage n'est pas automatiquement transposable à toute autre recette ou charge.
Vérification en halle d'essais
La présélection est ensuite vérifiée avec le produit d'origine. En halle d'essais, la qualité de mélange, le temps de mélange, le ménagement du produit, la tendance à la ségrégation, la répartition des liquides, l'évolution de la température, l'apport d'énergie, la nettoyabilité et la vidange résiduelle peuvent être examinés. Pour les procédés sous vide, le temps de séchage, l'humidité résiduelle, l'évolution du vide et la température du produit sont en outre évalués.
Les données d'essai fournissent des recommandations solides pour la taille de l'appareil, l'outil de mélange, la plage de vitesse de rotation, le taux de remplissage, le temps de procédé, l'ordre de dosage et, le cas échéant, le profil de thermorégulation ou de séchage. amixon® associe ainsi l'évaluation des données produit à une analyse de la valeur d'usage transparente et à une validation pratique dans des conditions proches de la réalité.