De nos jours, un système de mélange doit associer une productivité maximale en cas de matériaux enrobés, des réglages rapides des formulations et une conception énergétique optimisée. Témoignage d’Ulrich Schär, de la direction distribution/technique des procédés, chez MTI Mischtechnik International, avec l’exemple de son mélangeur « Uni tec ».

Il n’est possible d’obtenir une ligne vraiment efficace et orientée vers l’avenir que si tous les facteurs essentiels de l’environnement de production ont été pris en considération lors de la conception. La question prioritaire est de savoir si le processus de production doit se dérouler de manière continue ou en fonction des chargements. Lorsque les processus sont adaptés de telle sorte que les capacités élevées de production restent constantes, qu’il n’y a pas, ou rarement, de modification de la formulation et qu’une unité d’alimentation automatique est disponible, le fonctionnement continu est alors la solution adéquate. Dans la pratique, il est pourtant souvent plus fréquent d’avoir à faire avec des compositions de mélanges continuellement variables, ce qui nécessite des interruptions permanentes de la production pour procéder au nettoyage. Les ajouts de matières premières faits manuellement ou de manière partiellement automatisée peuvent être plus facilement exécutés dans un traitement par lots. Les paramètres, selon la technique du procédé, peuvent, de ce fait, varier de façon beaucoup plus importante et permettent des processus avec des temps de vie presque quelconques, un réglage précis de la température et une traçabilité complète de chaque chargement différent - un critère de plus en plus important pour une consignation complète par procès-verbaux des spécifications du produit.

L’importance du coefficient de variation

Une question fondamentale concerne aussi la qualité exigée du mélange : quand un mélange est-il vraiment homogène, quand est-ce un bon mélange ? Pour ce faire, le profil de qualité d’un produit intermédiaire ou d’un produit final doit être défini individuellement pour chaque cas d’application. Si, par exemple, lors de la fabrication de produits pharmaceutiques, l’observation exacte de la composition est décisive dans chaque différent comprimé, les paramètres d’influence importants pour la qualité peuvent être la granulation humide d’un mélange stabilisateur tout comme la répartition granulométrique, la faculté d’écoulement et la densité apparente. Un mélangeur de charge moderne, tel que le mélangeur universel vertical, de la série de fabrication « Uni tec » conçu par MTI Mischtechnik International, a été conçu pour reproduire également les techniques de procédés les plus divers. Tous les mélanges sont soumis à l’obligation d’homogénéiser, avec une qualité définie préalablement, les parties concernées de la formulation. Pour ce faire, il faut se baser sur le mélange qui décrit les écarts existant dans la composition de tous les composants d’une quantité fixée d’essais de charge du malaxeur en les comparant avec la concentration prévue (coefficient de variation). En fonction de l’application et du volume à mélanger utilisé, il faut déterminer la grandeur d’essais, la quantité et les positions de l’échantillonnage pour le système choisi et les conserver pour chaque examen de mélange. Dans la pratique, la taille de l’échantillon se situe, par exemple, entre quelques grammes d’un mélange de comprimés et quelques kilogrammes dans le cas de l’élaboration d’une formulation de matériaux de construction.

Processus mis en œuvre dans le mélangeur universel

Pour le traitement des matériaux en vrac, les mélangeurs verticaux ont fait depuis longtemps leurs preuves lorsque les volumes à mélanger sont plutôt faibles - jusqu’environ 2000 litres - et que les conditions d’exploitation varient en raison de leur facilité de nettoyage. Les matières premières avec des densités apparentes de 0,05 à 4,0 kg/l et des dimensions de grains de quelques µm jusqu’à plusieurs millimètres peuvent être ainsi traitées. Ainsi, le mélangeur universel haute performance de la série de fabrication « Uni tec » a été conçu dans ce but, si bien qu’avec une très courte durée de mélangeage et un haut débit spécifique, les sollicitations mécanique et thermique du produit, même pour des matières sensibles, demeurent très faibles. A une vitesse circonférentielle 5 à 8 m/s du mélangeur fonctionnant au sol, on obtient l’effet vortex du mélange tridimensionnel sans zone morte. Au contraire des mélangeurs traditionnels qui produisent un changement d’emplacement des particules dans le flux du produit pulvérulent en raison du mélange distributif, une fluidification du mélange est générée dans le vortex. Les particules glissent alors de manière plus ou moins prononcée sur le matelas d’air. Malgré ce mouvement de produit beaucoup plus intensif, l’augmentation de température n’est seulement que de 1 à 2 Kelvin par minute du temps de mélangeage. Il ne faut, normalement, que trois à cinq minutes pour obtenir un mélange idéal, c’est à dire ne pouvant plus être amélioré. La puissance motrice nécessaire pour ce processus est habituellement de 0,05 à 0,1 kW de puissance du moteur par kg de charge du malaxeur avec une densité apparente pouvant atteindre jusqu’à 0,6 kg/l.

Géométrie adaptée à la fonction et économie d’énergie

Pour augmenter la puissance de dispersion, afin d’obtenir des agglutinations dans des matières premières et une fine répartition et/ou une granulation des additifs liquides ou pâteux, la gamme « Uni tec » peut être équipé d’un couteau rotatif. En fait, il s’agit d’un outil fonctionnant à plein rendement qui est adapté latéralement à la cuve de mélange et peut être équipé de lames de différentes formes. La conception géométrique dépend essentiellement de la fonction exigée et va des lames coudées jusqu’à des systèmes à plusieurs niveaux de forme ondulatoire. De nombreux processus d’agglomération et de granulation présentent des exigences élevées selon la technique du procédé utilisé pour le système et nécessitent ainsi une conception adaptée de la machine. Les pulvérisateurs - même à température réglable - pour les fluides, une double enveloppe pour une commande de processus adaptée à la température ainsi qu’un modèle résistant à la compression et au vide de la cuve de mélange sont d’autres variantes d’équipement avec lesquelles des déroulements complexes peuvent être conçus avec précision tout en étant reproductibles. Obtenir le meilleur mélange dans le plus court temps de processus pour les cas d’application habituels représente l’exigence minimale d’une installation de mélange moderne et à haute performance. Pour cela, on utilise pour la gamme « Uni tec » des outils de mixage qui produisent la qualité de mélange souhaitée pour une petite consommation d’énergie. Entraînés par des moteurs de courant triphasé asynchrone de la classe de degré d’efficacité IE2, en liaison avec des variateurs de fréquence de la toute nouvelle génération, ils remplissent aujourd’hui même les demandes de la future classe IE3.

Sauvegarde des formulations pour reproductibilité

Afin de disposer d’un service intuitif de la machine et du processus, on utilise uniquement des systèmes de gestion soutenus par commande programmable. Tous les principaux paramètres d’exploitation sont saisis en permanence. Affichés dans des images de menu claires, ils sont transmis, si nécessaire, via un BUS aux systèmes pour évaluation. La commande sauvegarde les formulations individuelles et leurs paramètres de production afin de conserver les processus de production reproductibles. L’intégration et la communication avec les systèmes de gestion électronique subordonnés, par exemple d’une installation de chargement, sont toujours possibles. Un suivi de charge individuelle, comme la partie d’un système de logistique ou d’un système assurance qualité, est également réalisable avec un logiciel supplémentaire. Pour la recherche de tous les paramètres de processus requis, il n’est habituellement pas nécessaire de prendre en compte les éléments théoriques. Par contre, les données sont nécessaires lors des examens empiriques afin de confirmer les suppositions convenues. Pour ce faire, MTI Mischtechnik International met à la disposition un centre R & D très bien équipé et des ingénieurs de procédé expérimentés.