Mélangeur vertical :

principe, ajout de liquides et enrobage

Summary

Les mélangeurs verticaux sont des mélangeurs discontinus à cuve verticale, dans lesquels un seul outil de mélange assure la circulation verticale du produit. Ce type de construction convient particulièrement à l’ajout de liquides au moyen de lances de pulvérisation ainsi qu’à l’enrobage uniforme des particules.

Informations utiles sur le mélangeur vertical : principe, ajout de liquides et enrobage

Un mélangeur vertical est un mélangeur discontinu doté d’une cuve verticale, dans laquelle un seul outil de mélange transporte le produit de bas en haut, puis le laisse redescendre librement sous l’effet de la gravité le long de l’axe vertical de l’outil. Ce brassage tridimensionnel mobilise l’intégralité du lot avec un faible apport d’énergie et de faibles contraintes de cisaillement, même lorsque les composants présentent des différences importantes de masse volumique apparente, de taille des particules et de propriétés d’écoulement.

L’excellent brassage de l’ensemble du volume rend ce type de construction particulièrement adapté à l’ajout de liquides : des lances de pulvérisation (procédé de pulvérisation) assurent le mouillage uniforme du produit en mouvement, sans créer de surhumidification locale. Le résultat dépend principalement du débit de dosage, de la taille des gouttelettes et du rapport entre la quantité ajoutée et la capacité d’absorption de la poudre (mouillage des poudres, humidification des poudres). Les agglomérats éventuellement formés peuvent être éliminés par une désagglomération supplémentaire.

L’enrobage repose sur le même principe : les particules sont recouvertes d’une couche définie. Dans ce cas, le temps de mélange détermine l’épaisseur et l’uniformité de la couche. Les critères de sélection sont la taille des lots, la teneur en humidité, la tendance au collage et le taux d’enrobage requis.

Matrice de sélection

Critère	Question directrice	Conséquence pour la sélection
Proportion de liquide	Quelle est la proportion de la phase liquide par rapport au poids du lot ?	Jusqu’à quelques pour cent, l’ajout sur la surface du produit en mouvement suffit. Au-delà, le point d’ajout, la configuration de pulvérisation et la durée d’ajout doivent être spécifiquement conçus et testés.
Viscosité et température du liquide	Le liquide peut-il être pulvérisé à la température d’ajout ?	Les huiles et les graisses doivent parfois être dosées au moyen de conduites et de buses chauffées. Dans le cas contraire, des gouttes se forment à la place d’un cône de pulvérisation, entraînant une surhumidification locale.
Point d’ajout	La pulvérisation s’effectue-t-elle dans le produit brassé, dans le flux de produit ou sur la paroi de la cuve ?	L’ajout doit s’effectuer exclusivement dans le produit en mouvement. La pulvérisation sur la paroi ou sur une couche immobile entraîne des adhérences et la formation d’agglomérats.
Capacité d’absorption de la poudre support	Quelle quantité de liquide la poudre peut-elle absorber avant de devenir collante ?	La quantité ajoutée par lot et le débit de dosage admissible sont limités. Cette limite est déterminée expérimentalement et non par calcul.
Formation d’agglomérats	Le produit tend-il à former des agglomérats après le mouillage ?	Ce critère détermine si des outils auxiliaires de désagglomération sont nécessaires ou si le seul mouvement de mélange suffit.
Enrobage : état cible	Les particules doivent-elles être enrobées uniformément ou le liquide doit-il seulement être incorporé ?	L’enrobage exige un temps de séjour défini et identique pour toutes les particules dans la zone de pulvérisation, contrairement à une simple incorporation.
Sensibilité au cisaillement	La couche appliquée doit-elle rester intacte ?	Une faible vitesse de l’outil et un temps de post-mélange limité sont nécessaires pour éviter l’abrasion de l’enrobage.
Teneur en poussières et en particules fines	Le mouillage génère-t-il de la poussière ou permet-il de fixer la fraction fine ?	La fraction fine est liée de manière ciblée ; le pilotage du procédé évite délibérément de générer des particules fines.
Nettoyage après l’ajout de graisse	Le nettoyage doit-il être effectué à sec ou par voie humide, et à quelle fréquence ?	Les résidus graisseux nécessitent un nettoyage humide. L’accessibilité des buses et des lances de pulvérisation devient ainsi un critère de sélection.
Fonctionnement en charges partielles	La machine fonctionne-t-elle également avec un remplissage partiel ?	La configuration de pulvérisation et le débit de dosage doivent être adaptés au taux de remplissage minimal, et pas uniquement à la pleine charge.

FAQ

Une configuration idéale-typique achemine les matières premières, après un tamisage de contrôle ménageant, vers des postes de dosage gravimétrique, puis directement dans le mélangeur via des transferts courts, calmes et fermés. Après le mélange suit une évacuation aussi directe, régulière et à faible hauteur de chute que possible vers le conditionnement ou le procédé suivant.

Une configuration de procédé idéale relie le tamisage, le dosage-pesage, le mélange et le conditionnement via des interfaces courtes, étanches aux gaz et à la poussière, et exécutées de façon hygiénique. Des brides sanitaires et des raccords stérilisables peuvent être utilisés là où le produit, le nettoyage ou l'exigence de procédé le requièrent.

Une épaisseur de couche homogène lors de l'enrobage de particules de poudre avec une suspension ou une solution pulvérisée dans un mélangeur vertical résulte d'un rapport coordonné entre le débit de pulvérisation et la recirculation du produit. Chaque particule doit traverser la zone de pulvérisation active suffisamment fréquemment pendant le temps de dosage. Le liquide doit atteindre la surface des particules en mouvement sous forme d'un dépôt de gouttelettes fin et réparti de façon homogène, puis disposer d'un temps suffisant pour s'étaler ainsi que pour une évaporation, un séchage ou une solidification contrôlés.

Des débits de pulvérisation trop élevés, de grosses gouttes, des suspensions instables, des surfaces collantes trop longtemps, un séchage insuffisant ou une recirculation de produit trop faible favorisent les agglomérats et des couches irrégulières. Une intensité de mélange trop élevée peut en revanche arracher les enrobages frais, provoquer une casse des particules, former des fines et échauffer le produit.

La conduite de procédé optimale associe donc des propriétés stables de suspension ou de solution, une pulvérisation fine, une position de buse adaptée, une conduite de température contrôlée, une recirculation de produit modérée et continue, des conditions de solidification adaptées et un temps de post-mélange suffisamment long, mais pas excessif. La conception définitive doit s'effectuer avec le produit d'origine. L'épaisseur de couche, la répartition de la couche, la part d'agglomérats, l'abrasion, la température du produit et la stabilité à l'évacuation ne peuvent pas être prédites de façon fiable par une formule unique. Des résultats fiables résultent d'essais de coating représentatifs, d'une analytique adaptée et de l'optimisation systématique du débit de pulvérisation, de la taille des gouttes, des propriétés de la suspension, de la température, de l'intensité de mélange et du taux de remplissage.

Une épaisseur de couche homogène lors de l'enrobage de particules de poudre avec une suspension ou une solution pulvérisée résulte d'une circulation de produit ménageante et continue et d'un apport de liquide finement ajusté. Le débit de pulvérisation ne doit pas dépasser le taux de recirculation du produit à mélanger. Chaque particule doit traverser plusieurs fois la zone de pulvérisation et y absorber progressivement de petites quantités de matière d'enrobage.

Les mélangeurs verticaux amixon® peuvent fonctionner à faibles vitesses périphériques d'outil et génèrent une recirculation tridimensionnelle du produit sans zones marquées de projection, de choc ou d'écrasement. Cela permet de traiter de façon ménageante, avec une conception adaptée, les coatings, agglomérats, cristaux et particules séchées par atomisation. La thermorégulation et le vide peuvent accélérer l'évaporation et le durcissement de l'enrobage et permettent des procédés de coating à plusieurs étapes avec pulvérisation, répartition et solidification contrôlée répétées.

Des rotors de coupe activables peuvent, si nécessaire, désagréger localement des agglomérats ou soutenir la répartition de suspensions à haute viscosité, sans solliciter durablement et fortement l'ensemble de la charge. La conception définitive du débit de pulvérisation, de la taille des gouttes, de la température, du vide, de l'intensité de mélange et du profil d'étapes est déterminée avec le produit d'origine en halle d'essais et documentée sous forme de recette d'automate reproductible.

Le mouillage de poudres avec des huiles ou des graisses est une étape clé dans de nombreuses industries, notamment l'agroalimentaire, l'alimentation animale, la pharmacie, la chimie et la cosmétique. L'objectif est une répartition homogène et sans grumeaux de la phase liquide visqueuse dans la poudre, sans agglomérats indésirables.

amixon® résout cela par la combinaison de l'outil SinConvex® contrôlant tout le volume et d'un rotor de coupe : le liquide est dosé par lance ou buse bifluide directement dans la zone d'action du rotor de coupe et réparti de façon microfine, la chambre de mélange restant exempte de dépôts. Des doubles enveloppes thermorégulables maintiennent les graisses à faible viscosité de manière fiable.

Les erreurs les plus fréquentes sont le surremplissage, le sous-remplissage, la confusion entre poids et volume de travail, la modification isolée du taux de remplissage ainsi que l'hypothèse selon laquelle un mélange plus long pourrait compenser un remplissage incorrect. Le surremplissage limite le mouvement du produit ; le sous-remplissage peut provoquer des zones mortes, des sollicitations par choc et un traitement inégal.

L'hélice de mélange verticale SinConvex® transporte le produit vers le haut le long de la paroi et permet un reflux central. Selon l'équation de transport, le débit volumique de recirculation augmente avec le taux de remplissage ; en même temps, la quantité de charge augmente proportionnellement. Dans des conditions géométriquement comparables, la puissance de recirculation spécifique peut donc être maintenue sur une large plage de taux de remplissage.

Les mélangeurs verticaux à un arbre peuvent être chauffés ou refroidis via une double enveloppe de cuve, des arbres de mélange thermorégulés, des outils hélicoïdaux ou à vis thermorégulés, un couvercle et des composants internes critiques. La double enveloppe est la solution de base ; des outils internes thermorégulés augmentent la surface de transfert thermique et sont particulièrement intéressants pour le séchage sous vide, les produits pâteux, les procédés de cristallisation et les réactions exigeantes.

Les mélangeurs verticaux à un arbre amixon® peuvent assurer le chauffage et le refroidissement en tant que fonction de procédé intégrée. La thermorégulation va de la double enveloppe chauffable ou refroidissable jusqu'à la thermorégulation complète de l'arbre de mélange, des bras, de l'hélice, des trous d'homme, des organes d'évacuation et des filtres de vapeurs. L'eau, la vapeur ou l'huile thermique servent de fluides caloporteurs ; selon l'alimentation en fluides, un système peut couvrir aussi bien des tâches de chauffage que de refroidissement.

Les mélangeurs verticaux à deux arbres offrent, pour le mélange et l'humidification de poudres cohésives, une recirculation intensive et tridimensionnelle ainsi qu'une bonne base pour l'incorporation homogène de liquides. Ils offrent en outre des avantages constructifs pour limiter les collages et faciliter la vidange. Les propriétés d'écoulement peuvent être caractérisées dans des conditions de sollicitation définies, par exemple avec un appareil de cisaillement de Jenike, via la fonction d'écoulement. La conception définitive du mélangeur, du dosage de liquide et de l'évacuation devrait être validée pour chaque recette par des essais de mélange proches de la pratique.

Le mélangeur vertical à deux arbres amixon® HM associe une recirculation tridimensionnelle intensive à une action de mélange adaptable, particulièrement ménageante si nécessaire. Il convient pour l'homogénéisation et l'humidification de poudres cohésives, ainsi que pour des produits humides, pâteux et de consistance pâteuse. Les outils de mélange hélicoïdaux SinConvex® et SinConcave® améliorent la recirculation du produit et favorisent une très bonne vidange, MultiPane® permet une homogénéisation particulièrement ménageante des particules sensibles, et des rotors de coupe peuvent accélérer la désagglomération. ComDisc® favorise une vidange résiduelle poussée, DosiFlap® permet le remplissage contrôlé de big bags et de conteneurs, tandis que WaterDragon® associe un nettoyage à jet dirigé programmable à une fonction de séchage efficace. Le HM peut ainsi être adapté à des exigences élevées en matière de qualité de mélange, de ménagement du produit, d'hygiène, de conditionnement et de disponibilité de l'installation.

Le choix d'un mélangeur d'épices industriel avec dosage de liquide intégré exige une approche globale des aspects liés au génie des procédés, à la technique de dosage, à l'hygiène, à la sécurité et à la rentabilité. Les critères les plus importants sont résumés ci-après de façon systématique.

amixon® associe à cette fin l'outil hélicoïdal SinConcave®/SinConvex® et des rotors de coupe : l'ajout d'huile ou de graisse s'effectue par lance ou buse bifluide directement dans la zone d'action du rotor de coupe, ce qui donne une répartition microfine sans sur-mouillage local, la chambre de mélange restant exempte de dépôts. Des cuves de liquide thermorégulables maintiennent les graisses à faible viscosité de manière fiable.

Pour incorporer des huiles et des graisses dans les potages instantanés en poudre, ce sont avant tout les pales de mélange internes, les rotors de coupe, les têtes à couteaux, les rubans hélicoïdaux et les outils à palettes qui conviennent. Selon la recette, des outils à grande vitesse tels que rotors de coupe ou têtes à couteaux sont utilisés pour dissoudre les agglomérats de façon fiable. Si en revanche des constituants sensibles doivent être ménagés, on emploie des outils plus doux comme les rubans hélicoïdaux ou les socs.

amixon® incorpore huiles, graisses et arômes liquides sans grumeaux dans les poudres en dosant le liquide directement dans la zone d'activité de mélange la plus intense. L'outil hélicoïdal SinConcave®/SinConvex® amène en permanence de la poudre fraîche dans la zone de mouillage, tandis que le rotor de coupe répartit finement la phase liquide. Grâce à la thermorégulation, à une stratégie de dosage précise et à une intensité de mélange ajustée, même des graisses visqueuses ou solides s'incorporent uniformément. Le procédé est conçu pour des mélanges reproductibles, hygiéniques et ménageant le produit.

Pour les mélanges d'épices avec ajout d'huile, les mélangeurs de précision hygiéniques tels que mélangeurs à socs, mélangeurs hélicoïdaux et coniques ainsi que mélangeurs à palettes à deux arbres conviennent particulièrement, associés à une technique de buses fines, à des choppers et à une régulation précise de la vitesse et du dosage, afin de répartir l'huile uniformément et d'éviter la formation de grumeaux.

amixon® dose les huiles, les graisses et les arômes liquides directement dans la zone d'action du rotor de coupe, où ils sont répartis de façon microfine ; l'outil de mélange SinConcave®/SinConvex® amène en permanence de la poudre fraîche et non mouillée dans la zone de mouillage, si bien que la chambre de mélange reste exempte de dépôts. Pour de faibles quantités d'ajout, la buse bifluide produit la pulvérisation la plus fine, et pour des teneurs en matières grasses plus élevées l'ajout se fait de façon séquentielle avec des phases de mélange intermédiaires. Selon la tâche, les mélangeurs verticaux VM et HM, SpherHelics® et KoneSlid®, ou les mélangeurs coniques AM et AMK sont utilisés ; l'intensité de mélange est réglable en continu et le taux de remplissage librement sélectionnable entre 10 et 100 %.

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Mélangeur vertical :

principe, ajout de liquides et enrobage

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Matrice de sélection

FAQ

À quoi ressemble une configuration idéale-typique pour le tamisage, le dosage-pesage, le mélange et l'évacuation du produit sans ségrégation ?

Comment obtenir une épaisseur de couche homogène lors de l'enrobage de particules de poudre, lorsque l'enrobage est introduit sous forme de suspension ou de solution pulvérisée dans le lit de produit d'un mélangeur vertical ?

Que faut-il observer lors du mouillage de poudres avec des huiles ou des graisses afin d'éviter la formation de grumeaux ?

Quelles erreurs sont fréquemment commises concernant le taux de remplissage d'un mélangeur ?

Quelles options de thermorégulation (chauffage/refroidissement) sont disponibles dans les mélangeurs verticaux à un arbre ?

Quels avantages offre un mélangeur vertical à deux arbres pour le mélange et l'humidification de poudres cohésives ?

Quels critères prendre en compte lors du choix d'un mélangeur d'épices avec dosage de liquide intégré ?

Quels outils de mélange conviennent à l'incorporation d'huiles et de graisses dans les potages instantanés en poudre ?

Quels outils de mélange et quelles configurations sont optimaux pour les mélanges d'épices avec ajout d'huile ?

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