Quels services orientés solution soutiennent le développement de recettes et l'optimisation des procédés en halle d'essais ?
Dans la halle d'essais industrielle (pilot plant), une multitude de services orientés vers la solution sont disponibles, qui soutiennent les entreprises dans le développement de recettes et l'optimisation de procédé. Ils constituent le pont entre la recherche en laboratoire et la production à grande échelle et permettent de développer, de tester et de préparer à la montée en échelle de nouveaux produits et procédés en toute sûreté, dans des conditions proches de la pratique.
Le développement de recettes et la conception de formulation
Les services orientés vers la solution pour le développement de recettes comprennent en particulier :
Le développement et l'optimisation de formulation
L'élaboration systématique et le réglage fin de nouvelles recettes, en tenant compte des propriétés des matières premières, des spécifications cibles, des coûts de fabrication et des exigences réglementaires. Les ingrédients, les concentrations et les additifs sont alors adaptés de telle sorte que les propriétés de produit souhaitées (par exemple la viscosité, la distribution granulométrique, la réactivité, les caractéristiques sensorielles) soient atteintes de façon ciblée.
Les études de faisabilité (feasibility studies)
L'évaluation de la faisabilité technique de nouvelles formulations dans des conditions de procédé proches du réel, y compris l'examen des interactions entre matières premières, de la stabilité du procédé et de la reproductibilité.
Le screening des matières premières
La qualification de matières premières et de composants alternatifs quant à l'aptitude technologique, à la performance, aux coûts, à la durabilité et à la stabilité du procédé dans la configuration d'installation existante.
Les essais de stabilité et de compatibilité
L'étude de la stabilité au stockage, à la température et à l'application ainsi que de la compatibilité avec les matériaux et les emballages, afin d'assurer la conservation et la fonctionnalité de la recette sur l'ensemble du cycle de vie.
La fabrication d'échantillons et de prototypes
La fabrication de petites charges pour des tests d'application, des examens sensoriels, des essais de libération et pour la validation de spécifications physico-chimiques avant le transfert à l'échelle de production.
Le reverse engineering (en option)
L'analyse de produits existants, afin de comprendre leur composition et leurs paramètres critiques et d'en déduire des stratégies d'optimisation ou de substitution pour ses propres recettes.
Le développement de procédé, la montée en échelle et la validation
Pour le transfert de résultats de laboratoire dans des procédés de production robustes, la halle d'essais offre les services suivants :
Les études et essais de montée en échelle
Le transfert de procédés de l'échelle du laboratoire vers celle du pilote et de la production, en tenant compte du transfert de chaleur et de matière, de la rhéologie, du comportement de mélange et de la dynamique d'écoulement. Des nombres de similitude (par exemple le nombre de Reynolds ou le nombre de Newton) sont alors utilisés pour maintenir les effets physiques maîtrisables.
Le Design of Experiments (DoE)
La planification d'essais statistiquement fondée pour l'identification et l'optimisation des paramètres de procédé critiques (Critical Process Parameters, CPP) tels que les profils de température, les rapports de pression, les temps de mélange ou les stratégies de dosage – avec un nombre d'essais minimal et une valeur informative maximale.
La validation des fenêtres de procédé et la validation des méthodes
La détermination de fenêtres de procédé robustes, à l'intérieur desquelles le procédé se déroule de façon stable et reproductible, ainsi que la démonstration de l'aptitude du procédé conformément aux prescriptions pertinentes pour la qualité (par exemple les BPF, les standards qualité internes).
La spécification des équipements et le transfert de technologie
La déduction d'exigences techniques pour les installations de production sur la base des données obtenues en halle d'essais, y compris le soutien à la documentation, à la formation et au transfert des recettes de commande dans le système de conduite de procédé.
L'analytique, l'assurance qualité et le troubleshooting
Pour soutenir le développement et l'optimisation, des services analytiques et diagnostiques étendus sont proposés :
La caractérisation physico-chimique
La détermination des valeurs caractéristiques centrales du produit (par exemple la viscosité, la granulométrie, la densité, le pH, la teneur en matières solides, la conductivité), afin de comprendre les relations structure-propriétés et de les influencer de façon ciblée.
Les essais de technique d'application
La simulation de conditions d'emploi réelles chez l'utilisateur final pour évaluer la performance, l'aptitude à la mise en œuvre, la durée de vie et la convivialité des produits.
Le troubleshooting et l'analyse des causes racines (Root Cause Analysis)
La reproduction de conditions industrielles à l'échelle pilote pour l'identification systématique des écarts de procédé (par exemple la formation d'agglomérats, la ségrégation, la formation de mousse, la dégradation thermique) ainsi que la déduction de mesures correctives et préventives efficaces.
L'optimisation de procédé et l'augmentation de l'efficacité
Pour les procédés de production en cours, la halle d'essais offre des services d'optimisation orientés vers la solution :
L'optimisation de procédé et le debottlenecking
L'identification et l'élimination de goulets d'étranglement dans les chaînes de procédé existantes pour augmenter l'efficacité globale des équipements (OEE), accroître le rendement de production et réduire les temps de cycle de production.
Les analyses d'efficacité énergétique et matière
La saisie et l'exploitation des consommations d'énergie, d'eau et de matières premières pour en déduire des mesures d'augmentation de l'efficacité, de réduction des coûts et de diminution des rebuts et des émissions.
La simulation et la modélisation de procédé
L'emploi de modèles numériques pour prédire le comportement d'écoulement, de mélange et de transfert de chaleur ainsi que pour évaluer des variantes d'optimisation sans intervenir dans la production en cours.
Les services numériques et fondés sur les données
Les halles d'essais modernes utilisent des outils numériques pour raccourcir les cycles de développement et accroître la maîtrise du procédé :
La Process Analytical Technology (PAT) et la métrologie en ligne
L'intégration d'analytique en ligne et de capteurs pour la surveillance en temps réel de grandeurs de procédé chimiques et physiques, afin de reconnaître tôt les écarts et de développer des stratégies de régulation.
La conduite automatisée des charges et les recettes de commande
Le développement et l'essai de déroulements de procédé automatisés (par exemple selon ISA-S88) à l'échelle pilote, afin de préparer l'implémentation ultérieure dans des systèmes de conduite de procédé et d'accroître la reproductibilité.
L'enregistrement des données, le monitorage de procédé et l'exploitation
La saisie, l'archivage et l'exploitation systématiques de toutes les données de procédé pertinentes pour établir des empreintes numériques de séries d'essais, pour soutenir la mise à l'échelle, l'optimisation et l'assurance qualité et pour respecter les exigences réglementaires.
Le conseil, la réglementation et la durabilité
En complément des prestations techniques, la halle d'essais offre fréquemment des services de soutien :
Le conseil technique et le transfert de technologie
L'accompagnement lors du transfert des recettes et des procédés développés vers le site de production, y compris le transfert de savoir-faire, les formations et le soutien aux décisions de montée en échelle.
Le soutien réglementaire
Le conseil sur le respect des normes propres à la branche, des prescriptions de sécurité et d'environnement ainsi que sur l'établissement des documentations nécessaires (par exemple les fiches de données de sécurité).
L'évaluation de la durabilité
L'analyse de l'empreinte écologique des recettes et des procédés (par exemple au moyen d'un Life Cycle Assessment), afin de développer des alternatives économes en ressources, efficaces en énergie et à faibles émissions.
Par la combinaison ciblée de ces services en halle d'essais, les temps de développement se raccourcissent, les risques de production se réduisent, le time-to-market s'accélère et, en même temps, une qualité stable et reproductible est assurée à l'échelle industrielle.
La halle d'essais amixon® : essais, montée en échelle et optimisation de procédé avec le produit d'origine
35 installations d'essai – de l'échelle du laboratoire à l'installation pilote
Au siège de Paderborn, amixon® exploite une halle d'essais avec 35 installations d'essai de tailles diverses. Des procédés peuvent ainsi être reproduits de façon proche de la pratique, de la petite échelle à l'installation pilote – même avec des quantités de produit limitées, des affirmations solides pour l'échelle de production sont possibles. Dans le monde entier, des centres techniques sont en outre disponibles au Japon, en Inde, en Thaïlande, en Chine, en Corée du Sud et aux États-Unis.
Des conditions réelles au lieu de valeurs sur le papier
Sont étudiés des procédés de mélange (mélanger, homogénéiser, granuler, agglomérer, humidifier, enrober) tout comme des procédés de séchage et de réaction (séchage sous vide, procédés thermiques, synthèses). Les essais se déroulent avec le produit d'origine, dans la plage de température et de pression prévue, avec des taux de remplissage et des tailles de charge réels et avec l'apport d'énergie planifié. Sont évalués la qualité de mélange, le ménagement du produit, l'apport d'énergie, la nettoyabilité et la reproductibilité en service de série ultérieur.
Réalisation, exploitation et documentation en commun
Les essais sont réalisés, exploités et documentés avec les experts amixon®. L'objectif est le choix de l'appareil optimal et des paramètres de procédé appropriés pour l'application concrète – y compris le développement de recettes et l'optimisation du procédé. Le résultat est une base de décision solide : confirmation des paramètres de procédé dans des conditions réelles, sécurisation de la qualité du produit et de la rentabilité, minimisation des risques techniques et économiques avant l'investissement.
Transition sans rupture vers la production
Parce que les mélangeurs d'essai et de production travaillent selon le même principe de mélange – outil SinConvex®, vitesse périphérique de 0,8 à 3,5 m/s, qualité de mélange indépendante du taux de remplissage – et que des tailles sont disponibles par pas de 100 litres jusqu'à 50 000 litres, les paramètres de la halle d'essais se transposent directement à la machine cible. Même après la mise en service, amixon® apporte son soutien lors des changements de produit et de la montée en échelle, avec le génie des procédés, le développement de produits et l'optimisation de procédé.
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® reste 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 ; la plupart des pièces de rechange sont stockées sur le site de Paderborn, beaucoup d'autres dans les points de service au Japon et aux États-Unis – avec un service de pièces de rechange à vie, même lorsque les fournisseurs d'origine disparaissent. De nombreuses machines amixon® sont en service quotidien depuis plus de 30 ans ; la modernisation et la mise à niveau les maintiennent à l'état de l'art.