Introduction au mélange de poudre
Principe du mélange de poudres et solides, mélange en batch ou en continu, principaux mélangeurs industriels
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| Resume |
|---|
| 1. Principes de mélange |
| 2. Mélange en batch vs mélange en continu |
| 3. Mélangeurs
generalement utilises Mélangeurs à ruban Paddle Mixers Mélangeurs Tumbler Mélangeurs Ploughshare |
La présente page se concentre sur le mélange à sec de solides.
1. Principes de mélange
Nombre Froude
Le mélange de poudre est basé sur le mouvement des particules de la recette à mélanger. Le mouvement peut être de type différent et différents modèles de mélangeurs correspondront à différents principes de mélange.Les mélangeurs sont souvent classés grâce au numéro de Froude . Ce nombre adimensionnel définira le régime de mélange en fonction de sa valeur.
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comparison
5. Energy Savings
Le nombre de Froude est défini dans l'équation 1 [Perry]:
Equation 1 : Nombre de Froude
vecR = rayon du mélangeur ou rayon de l'agitateur du mélangeur
Il peut être exprimé sous une forme plus pratique pour les mélangeurs de poudre ayant un élément de mélange dans l'équation 2:
Équation 2: Calcul du nombre de Froude pour un mélangeur équipé d'un outil de mélange (ruban, palettes ...)
Avecu = élément de mélange de vitesse de pointe
D = diamètre de l'élément de mélange
Le nombre de Froude compare 2 forces: Fr = (forces autres que la gravité - principalement centrifuges) / gravité
Si Fr <1, cela signifie que les forces de gravité seront plus fortes que les forces centrifuges, la poudre restera fixée dans le mélangeur , déplacée, mais pas dans un nuage.
Si Fr> 1, cela signifie que les forces centrifuges auront tendance à être plus fortes. la force de gravité: la poudre aura tendance à être suspendue dans l'air dans le mélangeur .
Parmi les mélangeurs couramment utilisés industriellement pour le mélange de poudres, le tableau ci-dessous propose une classification selon le nombre de Froude
Tableau 1: Mélangeur classé selon son numéro de Froude et son principe de mélange
| Fr | Classe de mixage | Type de mixeur | Avantages | Les inconvénients |
| <1 | La diffusion | Type mélangeurs à
chute libre V Blenders double cône blenders Bin Mélangeurs Batteries blenders |
Très simple Faible consommation d'énergie Mélange en douceur Pas d'éléments mélangeurs dans l'équipement Fiabilité Accès pour le nettoyage |
Mélange long. Impossible d'obtenir un bon mélange pour des poudres de tailles de particules très différentes. On peut observer des effets de ségrégation. |
| <1 | Convection | Type mélangeur de
poussée Mélangeurs à ruban Mélangeurs à vis |
Obtenez
généralement de meilleurs résultats de mélange que les
mélangeurs à diffusion Faible consommation d'énergie Généralement moins coûteux que les mélangeurs à palettes ou à socs |
Mélange long Complexité mécanique Accès pour le nettoyage Peut endommager le produit lors d'un malaxage prolongé |
| > 1 | Convection | Mélangeurs pneumatiques |
Temps de mélange
court Mélange en douceur Faible consommation d'énergie Bon accès pour le nettoyage (certaines conceptions peuvent être réalisées avec des arbres extractibles. Pour les mélangeurs à palettes, existe en exécution de mélange continu. Pour les mélangeurs à palettes, une injection de liquide peut être envisagée. |
Le coût par
rapport à culbuteurs de diffusion / ruban blenders Si l' injection de liquide, sujettes à l' agglomération - a besoin alors certains éléments de mélange supplémentaires à cisaillement élevé pour lit fluidisé pneumatique généré, il faut faire attention aux risques de ségrégation en raison des amendes « flottant » en haut de la mixer |
| >> 1 | Cisaillement par convection | Mélangeurs Plow
Share Éléments de mélange à cisaillement élevé |
Temps de mélange
court Réduction des risques d'agglomération de la poudre Existe en exécution de mélange continu |
Plus la rupture
de poudre d' entrée haute énergie Coût |
Un autre type de classification pourrait être proposé en fonction du type de procédé où les mélangeurs sont intégrés: batch ou continu. Si le mélangeur en lots représente probablement la majorité des applications industrielles, certains types de mélangeurs (mélangeurs à pales) peuvent être utilisés en mode continu, ce qui peut être utile pour certains types de processus.
Temps de mélange
Les éléments suivants vont influencer le temps de mélange. En règle générale, les exploitants de mélangeurs recherchent un temps de mélange aussi court que possible afin d'augmenter la productivité de leur ligne.
Tableau 2: paramètres influençant le temps de mélange
| Paramètre de fonctionnement | Influence sur le temps de mélange |
| Volume de mélange | Un volume de
mélange plus élevé entraîne un temps de mélange plus long Mais doubler le volume ne signifie pas doubler le temps de mélange Pour les mélangeurs à Fr> 1, après un certain volume, le temps de mélange sera presque constant. Remarque: un mélangeur ne doit pas être trop rempli sinon le mélange peut même devenir impossible |
| Vitesse de mélange | Une vitesse de
mélange plus élevée donne généralement un temps de mélange
plus court. Une influence sur la poudre doit cependant être prise en compte (rupture de la poudre). |
| Nombre de Froude | Un nombre élevé
de Fr devrait donner un temps de mélange plus court La cassure de la poudre sera une préoccupation lorsque Fr >> 1 |
| Type de solides | Plus les tailles de particules des composants du mélange sont différentes, plus il sera difficile de mélanger |
L'influence du nombre de Froude et du volume du mélangeur est représentée dans le graphique ci-dessous:
Figure 1: Temps de mélange = f (Fr, Volume) [Gericke]
Le temps de mélange dépend également de la séquence et du lieu de remplissage des ingrédients. En particulier, la position d'addition de micro-ingrédients est d'une importance primordiale. Si les micro-ingrédients sont ajoutés sur le côté d'un mélangeur, le temps de mélange peut être considérablement affecté. En tant que bonne pratique, les processus doivent être conçus pour que les petits ingrédients mineurs et les micro-ingrédients soient introduits au centre du mélangeur, en tout cas dans la zone "active" du mélangeur (la zone de fluidisation par exemple).
2. Batch vs Continu
La conception d'un processus de mélange de poudres ou granules en discontinu ou en continu est une question qui sera posée au tout début du projet car les processus nécessiteront des équipements de traitement très différents.Le principe de fonctionnement est radicalement différent. Pour le lot, il y aura une séquence de préparation discontinue, avec le dosage des ingrédients, puis le chargement dans le mélangeur, puis le mélange, puis le déchargement du mélangeur. Cette séquence sera ensuite répétée chaque fois qu'un mélange doit être effectué. Pour un processus en continu, tout se passe en même temps et avec un équipement différent du lot en ce sens qu'il est capable de doser en continu les ingrédients dans le mélangeur. Le mélangeur est également capable de déplacer les ingrédients et de les mélanger en même temps, ce qui lui permet de fonctionner en continu.
La grille suivante résume ce que chaque type de processus implique en ce qui concerne les paramètres de conception clés.
Tableau 5: Comparaison des procédés de mélange discontinu et continu
| Variable de processus | Continu | Lot |
| Capacité | De 10 kg / h à très gros | Du très petit au grand |
| Taille du mixeur (à sortie similaire | Plus petite | Plus grand |
| Risques de ségrégation | Plus petite | Plus élevé en raison des étapes qui suivent le mélange (chute soudaine du matériau |
| Espace requis (à sortie similaire) | Plus petite | Plus grand |
| La flexibilité | Basse (mélangeur continu conçu pour peu de changements de recettes | Plus élevé (l'installation de mélange peut démarrer / arrêter à la demande |
| Complexité de la recette | Inférieur (nombre limité d'ingrédients | Plus élevé (le processus peut accueillir plus d'ingrédients |
| Automatisation | Complexe pour le contrôle des mangeoires à perte de poids | Généralement simple |
| Compétence du personnel requise | Élevé à cause des systèmes de dosage | Inférieur |
| Espace requis | Comparativement bas | Relativement grande |
Les processus de mélange en continu doivent être alimentés en poudre en continu par des systèmes de dosage spéciaux. Ces systèmes de dosage sont constitués d’alimentateurs à perte de poids. Les alimenteurs peuvent utiliser les unités d'alimentation suivantes: convoyeurs à vis, plateaux vibrants ou bandes de pesée. Chaque alimentateur est sur des cellules de charge et doit être équipé d'un système de contrôle très développé permettant de mesurer la perte de poids au fil du temps, de filtrer les perturbations et d'ajuster la vitesse de l'alimentation pour conserver un point de consigne donné en kg / h.
Pour un mélangeur continu, la précision de l’alimentation influe grandement sur l’homogénéité. Un mélangeur continu doit pouvoir fournir un mélange radial mais également axial. En principe, on obtiendra de meilleurs résultats en écoulement piston, avec une dispersion axiale minimale. Cependant, si l'alimentation continue n'est pas stable, une inhomogénéité sera constatée à la sortie du mélangeur continu. En pratique, une dispersion axiale est nécessaire pour remédier aux imprécisions de l’alimentation.
Une faible précision de l’alimentation signifie que: la dispersion axiale est nécessaire, donc un volume de mélange supérieur est requis, ainsi un temps de mélange supérieur est requis
3. Mélangeurs communs
Les mélangeurs communs suivants seront présentés ci-dessous
| Ribbon Blender |
| Paddle mixer |
| Tumbler mixer |
Mélangeur a ruban
Principe de mélange
Figure 2: mélangeur à ruban
Principales caractéristiques
Tableau 3: caractéristiques process du mélangeur à ruban
| Outil de mélange | Ruban |
| Régime froude | Moins que 1 |
| Vitesses de mélange typiques | 50-70 tr / min pour les petits mélangeurs, 10-20 tr / min pour les gros volumes |
| Taille | De quelques 100 l à plus de 10000 l |
| Temps de mélange typique | Plus de 5 minutes |
| Impact sur le produit | Peut être grave si le temps de malaxage est long |
| Nombre de roulements | 2 - outil de mélange non en porte à faux |
| Le couvercle supérieur | Boulonné, avec joint |
| Sortie | 1 - généralement rond, certains design hygiénique |
| Nettoyabilité | Limité, pas un bon accès |
| Accès | Généralement portes sur le dessus |
Mélangeurs à pales à double arbre
Principe de mélange
Principales caractéristiques
Tableau 4: Caractéristiques process du Mélangeur à pales à double arbre
| Outil de mélange | Pales |
| Régime froude | Plus de 1 |
| Vitesses de mélange typiques | 50 t / min pour environ 1000 l de mélangeur |
| Taille | De quelques 100 l à 5000 l |
| Temps de mélange typique | 1 à 2 minutes |
| Impact sur le produit | Le mélange est assez doux, avec une faible dégradation de la poudre |
| Nombre de roulements | 1 ou 2 - l'outil de mélange peut être en porte-à-faux |
| Le couvercle supérieur | Boulonné, avec joint ou soudé |
| Sortie | 1 ou 2 tours - conception hygiénique possible, portes anti-bombes possibles |
| Nettoyabilité | Bon, certains design permettent de sortir les fûts |
| Accès | Portes latérales, certaines versions avec porte avant (en porte-à-faux) |
Melangeur rotatif
Principe de mélange
Principales caractéristiques
Tableau 5: Caractéristiques process des mélangeurs rotatifs
| Outil de mélange | Conteneur - en forme de V, double cône, tambour - généralement pas d'outil de mélange |
| Régime froude | Moins que 1 |
| Vitesses de mélange typiques | 25 tours |
| Taille | De quelques litres à 2000 litres (lorsque les conteneurs sont mélangés) |
| Temps de mélange typique | 5 à 15 minutes |
| Impact sur le produit | Le mélange est assez doux (si aucun agitateur ajouté), faible dégradation de la poudre attendue |
| Nombre de roulements | Le tambour est agité par un bras rotatif |
| Le couvercle supérieur | Serré |
| Nettoyabilité | Bon lorsque le conteneur est petit, médiocre si grand, il est recommandé de dédier le conteneur à un seul produit |
| Accès | Le mélangeur doit être protégé par une cage de sécurité |
Melangeurs a containers
Les conteneurs peuvent être de taille très variable. Les plus petits mélangeurs fonctionneront avec des tambours allant de quelques litres à 200 litres. Ces tambours sont souvent fabriqués en acier inoxydable et peuvent être équipés de déflecteurs sur le capot supérieur. Ces déflecteurs favorisent le mélange et peuvent entraîner une réduction du temps de mélange.Les grands conteneurs auront généralement un fond conique. Ces conteneurs peuvent avoir une taille de 500 à 2000 l. Certains modèles peuvent en réalité être équipés d'un agitateur. Le mélange associera ensuite l’effet de l’agitateur à l’effet classique d’avalanche de la rotation du récipient.
Sources
[Perry] : Perry's 8th Edition, Solids Mixing, 21-39
[Gericke] : adapted from Different Methodes of Batch and Continuous Mixing of Solids, Bulk Solids Handling, H.R. Gericke,1993
