Qu'en est-il du temps de mélange d'un mélangeur KoneSlid® par rapport aux mélangeurs à double cône classiques ?
Un mélangeur KoneSlid® atteint, pour de nombreuses tâches de mélange de poudre, des temps de mélange nettement plus courts qu'un mélangeur à double cône classique. Les deux systèmes se distinguent fondamentalement dans leur mode de fonctionnement. Le mélangeur à double cône classique est un mélangeur à chute libre composé de deux trémies soudées ensemble, qui tournent en tant que récipient fermé autour d'un axe horizontal. Le produit est alors soulevé, divisé, remanié de façon répétée et retombe sous l'effet de la gravité. Le mélangeur KoneSlid® fonctionne en revanche comme un mélangeur conique vertical à un arbre avec outil de mélange activement entraîné. Son temps de mélange est donc en règle générale nettement plus court, car le mouvement de produit est généré de façon ciblée et ne résulte pas uniquement des mouvements passifs de chute et d'avalanche d'un lit en rotation.
Dans le mélangeur à double cône, le mélange s'effectue par une combinaison de convection et de mélange diffus. À chaque rotation, des parties du lit sont remaniées, mais l'échange entre des zones de produit spatialement éloignées est limité. Ce principe convient particulièrement aux poudres et granulés bien coulants, largement exempts d'agglomérats, de granulométrie, forme de particule, masse volumique apparente et comportement d'écoulement suffisamment similaires. Pour de tels produits, un mélangeur à double cône peut atteindre une homogénéisation ménageante et suffisante. Le temps de mélange requis se situe toutefois souvent dans une plage de plusieurs minutes et peut être nettement plus long pour des recettes plus exigeantes. Il dépend du taux de remplissage, de la vitesse de rotation, de la géométrie de la cuve, de la recette, de l'homogénéité visée et du nombre de rotations de cuve nécessaires.
Le mélangeur KoneSlid® génère en revanche un écoulement de produit tridimensionnel actif. Un outil de mélange rotatif transporte le produit en spirale vers le haut dans la zone proche de la paroi. Dans la zone centrale, il s'écoule à nouveau vers le bas sous l'effet de la gravité. Un corps de refoulement conique redirige le flux de produit descendant vers la zone de mélange extérieure. L'ensemble du mélange est ainsi continuellement remanié et réparti sur toute la chambre de mélange. La recirculation convective active accélère considérablement l'échange de matière. Pour le KoneSlid®, des temps de mélange d'environ 20 à 120 secondes sont indiqués selon le produit et la tâche ; le nombre de rotations d'outil nécessaires peut être nettement inférieur au nombre de rotations de cuve d'un mélangeur à chute libre.
Le temps de mélange plus court ne signifie pas automatiquement une sollicitation plus forte ou dommageable pour le produit. Le KoneSlid® peut fonctionner à vitesse de rotation comparativement basse. L'effet de mélange résulte surtout de la convection tridimensionnelle ciblée, et non de vitesses périphériques élevées ni de mouvements de chute incontrôlés. Cela peut être avantageux pour les particules sensibles, les agglomérats friables ou les recettes peu poussiéreuses. En même temps, la durée de mélange, la vitesse de rotation et, si nécessaire, l'intégration d'outils de mélange intensifs supplémentaires peuvent être ajustés à la cohésivité, à la formation d'agglomérats et à l'homogénéité souhaitée.
Pour les recettes complexes avec de petits composants secondaires, des pigments ou des additifs, un mélangeur actif à un arbre peut être particulièrement avantageux. Il en va de même pour les mélanges de masses volumiques apparentes différentes, de tailles de particules différentes ou de comportement d'écoulement limité. Néanmoins, aucun type de mélangeur ne peut garantir de façon forfaitaire, indépendamment de la recette et des conditions de procédé, d'atteindre toujours un coefficient de variation déterminé. Des valeurs cibles telles qu'un CV inférieur à 5 pour cent doivent être démontrées pour le mélange concret via un plan d'échantillonnage approprié et une méthode d'analyse validée. Pour de très faibles proportions de dosage, des prémélanges, des ordres d'ajout appropriés ou des aides au dosage sont en outre nécessaires.
Outre le temps de mélange net, l'évacuation et le nettoyage influencent la durée totale de la charge. Dans le KoneSlid®, un corps de refoulement central peut être abaissé à la fin du processus de mélange ; l'évacuation du produit via l'organe d'écoulement central est ainsi soutenue. Pour des produits suffisamment coulants, cela peut permettre une vidange courte et largement complète. Le temps de vidange réel, la quantité résiduelle et le risque de démixtion lors de l'évacuation dépendent toutefois toujours de la cohésivité, de l'humidité, de la structure des particules, de la section d'évacuation et de la technique de transport en aval.
La puissance absorbée spécifique d'un mélangeur convectif actif peut être plus élevée que celle d'un système à chute libre, car l'outil de mélange déplace le produit de façon ciblée. La question de savoir si cela se traduit dans le processus global par un besoin énergétique plus élevé ou plus faible par charge ne peut pas être déterminée de façon générale. Elle dépend de la durée de mélange, du taux de remplissage, de la résistance du produit, du rendement de l'entraînement, du chargement, de la vidange et de l'effort de nettoyage. Un avantage possible du KoneSlid® réside dans le fait que l'énergie de mélange est apportée sur une durée nettement plus courte et que la durée totale de la charge peut diminuer. Une évaluation énergétique fiable devrait toutefois se fonder sur des mesures avec le produit concret.
Le choix entre le KoneSlid® et le mélangeur à double cône ne devrait donc pas s'effectuer exclusivement sur la base du temps de mélange. Un mélangeur à double cône peut constituer une solution économique et ménageante pour le produit pour des mélanges de poudre simples, bien coulants, déjà désagglomérés et peu critiques en termes de temps. Un mélangeur KoneSlid® est particulièrement intéressant lorsque des durées de charge courtes, une homogénéisation précise, le traitement de poudres cohésives ou de composition différente, un ajout de liquide ou une adaptation flexible de l'intensité de mélange sont requis. Dans tous les cas, le temps de mélange, la qualité de mélange, le comportement à l'évacuation et une démixtion possible après le mélange devraient être examinés avec le produit d'origine.
Le mélangeur KoneSlid® KS : temps de mélange court, vidange rapide
Le mélangeur KoneSlid® KS d'amixon® est conçu pour l'homogénéisation particulièrement rapide et en même temps ménageante de produits en vrac sensibles. Les applications typiques sont les produits issus du séchage par atomisation, de la granulation en lit fluidisé ou du séchage sur bande, par exemple les poudres pour boissons instantanées, les dérivés de lait en poudre, les soupes instantanées, le muesli, le thé ou les composants pour produits surgelés. De tels produits se composent souvent de particules de tailles différentes, sensibles et partiellement agglomérées. L'objectif est d'atteindre l'homogénéité requise sans modifier inutilement la structure des particules, les propriétés d'instantanéisation, la solubilité ou la faible teneur en poussière.
Le mélangeur KoneSlid® fonctionne avec un outil de mélange central, activement entraîné. Celui-ci transporte le produit vers le haut dans la zone proche de la paroi, tandis qu'il s'écoule à nouveau vers le bas au centre sous l'effet de la gravité. Un corps de refoulement central redirige le flux de produit descendant vers la zone de mélange extérieure. Il en résulte une recirculation de produit tridimensionnelle et forcée. Dès environ quatre rotations d'outil, l'ensemble du volume de charge peut avoir été retourné une fois. Après environ 20 à 40 rotations, le mélange aléatoire techniquement idéal peut être atteint, selon la recette, le taux de remplissage, l'homogénéité visée et les propriétés du produit. Le nombre concret de rotations nécessaires et le temps de mélange doivent toutefois toujours être sécurisés par des essais avec le produit d'origine.
En comparaison, les mélangeurs à double cône et en V classiques sont des mélangeurs à chute libre ou à culbutage. L'ensemble de la cuve de mélange tourne, tandis que le produit est soulevé, divisé et ramené par gravité. L'homogénéisation résulte d'un remaniement répété et de mouvements aléatoires du lit. Le procédé est ménageant et convient aux poudres ou granulés bien coulants, largement exempts d'agglomérats. Comme l'échange de produit s'effectue de façon moins ciblée, les mélangeurs à double cône nécessitent, dans de nombreux cas, plus de rotations de cuve et des temps de mélange plus longs qu'un mélangeur KoneSlid® fonctionnant activement. La différence effective dépend toutefois de la recette, du taux de remplissage, de la vitesse de rotation, de la géométrie de la cuve et de l'homogénéité visée.
En présence de différences prononcées de taille de particule ou de masse volumique apparente, le risque de démixtion peut augmenter dans le mélangeur à double cône. De tels risques existent aussi en particulier lors de la vidange, dans les tronçons de chute ou lors du transport ultérieur. Le KoneSlid® réduit ce risque par sa conduite de produit convective définie et par la durée de procédé courte, mais n'empêche pas une démixtion de façon fondamentale par sa seule géométrie. L'affirmation d'une insensibilité totale à la densité ne serait donc pas techniquement fiable. La question de savoir si le mélange reste stable jusqu'au conditionnement doit être vérifiée pour chaque recette par des essais de mélange, d'évacuation et de transport.
Un autre avantage du KoneSlid® réside dans son concept d'évacuation. Après la fin du processus de mélange, le système de fermeture central peut s'abaisser et libérer une grande section d'évacuation. Pour des produits suffisamment coulants, la charge peut s'écouler en quelques secondes. Cela peut raccourcir sensiblement la durée de la charge et réduire les résidus de produit. Des indications telles qu'une vidange résiduelle de 99,98 pour cent ou mieux doivent toutefois être rapportées au produit concret, au taux de remplissage effectif et à l'exécution d'appareil respective. Les produits cohésifs, humides ou adhérents peuvent présenter un comportement de vidange nettement différent.
La vidange rapide peut offrir d'autres avantages par rapport à des solutions avec vis d'évacuation ou de petites sections d'écoulement. Pour un produit approprié, elle peut réduire le temps de séjour dans la zone d'évacuation, diminuer l'effort de nettoyage et éviter des zones potentielles d'accumulation de produit. Des affirmations telles que « pas de formation de pont » ou « pas de démixtion » ne devraient toutefois pas être formulées de façon forfaitaire, car la formation de pont et la démixtion dépendent toujours de la cohésivité, de l'humidité, de la structure des particules, de la teneur en air, de la géométrie d'évacuation et de la technique de transport en aval.
Le KS peut être réalisé de façon spécifique au projet pour répondre aux exigences hygiéniques et de sécurité. En font partie une conception ATEX pour la zone 20, des options pour le fonctionnement sous vide ou gaz inerte ainsi que des concepts d'hygiène selon EHEDG, FDA ou 3-A Sanitary Standards. La conformité concrète résulte respectivement de l'exécution convenue et des exigences de l'exploitant. Des surfaces de produit soudées sans joint apparent et polies, un outil de mélange monté uniquement en partie haute, des portes d'inspection CleverCut® bien accessibles avec joints OmgaSeal®, des organes d'évacuation à faible espace mort ainsi que des lances de lavage intégrées peuvent soutenir le nettoyage à sec manuel ou un nettoyage humide validable.
Outre le KS, amixon® propose différentes formes de construction pour diverses tailles de charge et tâches de procédé. Les mélangeurs verticaux et coniques VM, HM et AM ainsi que les réacteurs mélangeurs-sécheurs VMT et AMT peuvent, selon le projet, être réalisés jusqu'à environ 50 000 litres. Le Gyraton® GM couvre de grandes charges jusqu'à environ 100 m³. Pour les charges de tout petit volume et de développement, l'EM d'environ 5 à 200 litres ainsi que le mélangeur conteneur COM d'environ 100 à 4 000 litres sont disponibles. La plage de taux de remplissage possible peut, selon la forme de construction, la recette et la conception de l'appareil, atteindre environ 10 à 100 pour cent. La question de savoir si la qualité de mélange techniquement idéale est atteinte sur l'ensemble de la plage doit être démontrée en fonction du produit.
amixon® peut réaliser la comparaison entre un mélangeur à double cône existant et le KoneSlid® au centre technique avec le produit d'origine. Sont alors évalués non seulement le temps de mélange et l'homogénéité, mais aussi le ménagement du produit, la rupture de particules possible, le temps de vidange, la vidange résiduelle, le comportement de la poussière, la nettoyabilité et la stabilité du mélange après évacuation et transport. Les résultats d'essais documentés offrent une base de décision fiable pour le choix du principe de mélange approprié.