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Mélangeur à ruban (Mélange à sec de poudres)

Trouvez les réponses à toutes vos questions dans notre manuel de mélange

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Section summary
1. Qu'est-ce qu'un mélangeur à ruban: définition
2. Principe de fonctionnement du mélangeur à ruban
3. Paramètres procédés du mélange
4. Conception des mélangeurs à ruban - Spécifications détaillées
5. Dimensionnement du mélangeur de solides
6. Problèmes courants avec les mélangeurs à ruban
7. Guide d'achat d'un mélangeur à ruban - Comment sélectionner un mélangeur à ruban


1. Qu'est-ce qu'un mélangeur à ruban: définition

Les mélangeurs à ruban sont constitués d'une enveloppe en forme de U dans laquelle tourne un agitateur. L'agitateur est conçu comme un double ruban hélicoïdal qui permet de créer un mouvement convectif des matériaux dans 2 directions, réalisant le mélange des poudres et des solides en vrac.

Les mélangeurs à ruban sont très répandus dans les industries de transformation pour le mélange à sec de solides en vrac. Bien qu'il existe d'autres conceptions de mélangeurs qui sont plus performants que les mélangeurs à ruban dans certains domaines (vitesse de mélange, conception hygiénique ...), les mélangeurs à ruban restent une solution très simple et robuste pour mélanger des matériaux secs offrant des performances de mélange décentes qui sont suffisantes pour de nombreuses applications. . Il n'est pas rare d'avoir en usine des mélangeurs à ruban industriels vieux de 40 à 50 ans, toujours parfaitement opérationnels. De nombreux fabricants proposent des mélangeurs à ruban industriels, de quelques centaines de litres à plusieurs mètres cubes.

À quoi sert un mélangeur à ruban? Les mélangeurs à ruban sont actuellement utilisés dans de nombreuses industries et applications: pharmacie, alimentation et boulangerie, cosmétique, plastiques, épices, mélanges pour boissons, ciments coulis et mortiers, café et thé, tabac ...

Cette page Web se concentre sur la conception détaillée des mélangeurs à ruban afin d'offrir des directives de sélection et d'achat aux opérateurs de mélangeurs.

2. Principe de fonctionnement du mélangeur à ruban

Quel est le mécanisme de mélange d'un mélangeur à ruban?

Les mélangeurs à ruban sont des mélangeurs à convection. Le mouvement du mélange est forcé par la rotation du ruban qui fait circuler le produit dans 2 sens: le ruban est en fait réalisé en 2 parties, 1 ruban extérieur fait circuler le produit dans 1 sens tandis qu'un autre ruban situé à l'intérieur du 1er déplace le produit dans dans l'autre sens (il peut être possible d'avoir des profils encore plus complexes pour tenter d'optimiser l'efficacité du mélange et donc le temps de mélange). En mélangeant suffisamment de temps, ces 2 mouvements axiaux, couplés à un certain mouvement radial (lames "coupant" la matière lors de la rotation), permettront d'atteindre le degré d'homogénéité requis. La torsion de l'hélice doit être étudiée par le fabricant afin que la direction dans laquelle les rubans extérieurs poussent soit vers la vanne de sortie du mélangeur, si ce n'est pas le cas, un bon débit de décharge du mélangeur ne peut pas être obtenu.

Contrairement aux mélangeurs à pales à double arbre, la poudre n'est pas fluidisée dans un mélangeur à ruban. La vitesse de mélange optimale est conseillée par le fabricant du mélangeur, certains essais peuvent cependant être effectués à une vitesse plus ou moins élevée (à condition que le variateur soit capable de maintenir une vitesse différente) afin de vérifier l'influence sur la qualité du mélange et les propriétés du produit (en général , une vitesse inférieure nécessitera un temps de mélange plus long mais le produit peut être moins endommagé).

Ribbon mixer

Figure 1: Dessin du mélangeur à ruban

3.Paramètres procédés du mélange

Comment atteindre une bonne homogénéité avec un melangeur à ruban?

Pour les mélangeurs à ruban, le temps de mélange est généralement de 3 à 5 min. Les mélangeurs à ruban ont la réputation de ne pas être censés avoir un temps de mélange court, ce qui amène certains opérateurs à mélanger 10 à 15 min. Si le mélange n'a pas de particularité (injection de liquide ...) un temps de mélange aussi long devrait alerter le producteur que le fonctionnement du mélangeur n'est pas optimal.

Les performances du mélangeur, c'est-à-dire le temps nécessaire pour atteindre une homogénéité souhaitée, sont fonction des paramètres de fonctionnement suivants:

  • Taille de batch (lot) : 70 à 80% du volume total du mélangeur. Visuellement, le dessus des lames doit être légèrement au-dessus du niveau du produit et un espace libre vers le capot supérieur doit toujours être disponible. C'est un problème très courant de trouver des mélangeurs à ruban surchargés, ce qui diminue fortement leurs performances. A noter qu'il n'est pas conseillé de sous-remplir un mélangeur à ruban, car le niveau de poudre doit atteindre le ruban intérieur pour être déplacé et ainsi mélangé.
  • Vitesse de mélange: il faut suivre les recommandations du fournisseur, la vitesse de mélange typique pour les mélangeurs de taille moyenne (500-2000 l) est d'environ 50 tr / min avec un nombre de Froude <1
  • Petits Ingrédients à introduire dans le mélangeur après les ingrédients principaux (ou en sandwich), de préférence dans la zone centrale du mélangeur

Level of solids in Ribbon mixer

Figure 2: Mélangeur à ruban recommandé et volume de mélange maximal

Le mouvement du ruban a un certain impact sur le produit mélangé. La poussée imposée au produit combinée à des temps de malaxage qui ne sont pas très courts, provoquent généralement une certaine casse sur les solides traités. La rupture signifie que la distribution de la taille des particules (PSD) sera modifiée, avec la création de certaines particules plus petites en raison de la rupture de particules plus grosses. L'impact peut être minimisé en validant le temps exact nécessaire pour le mélange (homogénéité) et ainsi ne pas mélanger plus longtemps sans besoin, et en optimisant la vitesse de mélange pour mélanger le plus bas possible. Cependant, on s'attend à ce que la casse soit plus élevée que dans les mélangeurs à palettes à double arbre par exemple.

Les mélangeurs à ruban fonctionnent bien avec des poudres à écoulement libre, en raison de leur mode de fonctionnement (poussée par un agitateur rotatif), les mélangeurs à ruban peuvent être moins efficaces avec des poudres cohésives et peuvent même bloquer si le mélange est très cohésif.

La puissance absorbée requise pour un mélangeur à ruban est assez faible, de l'ordre de 3 à 5 kW / m3.

4. Conception des mélangeurs à ruban - Spécifications détaillées

Conception de l'agitateur

Certains fabricants ont adapté la conception de leur mélangeur à ruban en changeant l'agitateur en utilisant des pales ou socs. Ces conceptions ne doivent pas être confondues avec les mélangeurs à palettes à double arbre ou les mélangeurs à cisaillement / mélangeurs à soc. Le fait de passer à une conception de palette à arbre unique peut être avantageux pour les matériaux à très faible écoulement, les matériaux fragiles ou si la taille du lot peut être aussi faible que 15 à 20% de la taille nominale du lot. Lors de l'utilisation de socs, il est possible d'avoir une meilleure action près de la paroi du mélangeur, des forces centrifuges élevées ne doivent cependant pas être utilisées et réservées aux mélangeurs / socs à cisaillement qui ont une virole cylindrique, par rapport à une conception en U pour les mélangeurs à ruban .

Accès au melangeur

L'accès à l'intérieur d'un mélangeur à ruban pour le nettoyage ou la maintenance n'est pas très facile, étant donné que le ruban prend beaucoup de place dans le mélangeur, et a une forme complexe.

Les fonctions d'accès les plus courantes pour les mélangeurs à ruban sont d'avoir des trappes sur le dessus du mélangeur, avec parfois la possibilité d'ouvrir complètement le couvercle du mélangeur (couvercle inclinable ou coulissant). Certains fabricants proposent de disposer d'un système d'extraction du ruban qui permette de retirer tout le ruban, c'est possible mais ajoute au coût et à la complexité mécanique.

L'ouverture du mélangeur doit être détectée afin que le mélangeur ne puisse pas être démarré, pour la sécurité des opérateurs accédant à l'intérieur du mélangeur. Les accès doivent être protégés par des verrous bloquant l'ouverture lorsque le mélangeur fonctionne et détectant quand il a été ouvert.

Des précautions doivent être prises pour les applications hygiéniques, en effet le ruban doit être entièrement soudé pour éviter toute pièce détachée qui pourrait pénétrer dans le produit. La difficulté d'accès pour le nettoyage signifie que les risques de contamination croisée doivent être bien pesés et gérés par l'exploitant de l'usine.

Vannes de décharge

3 types de vannes de décharge peuvent être trouvés sur le marché, en fonction des fournisseurs et des besoins du client.

  • Vannes à clapet simples: les vannes de décharge ont une forme rectangulaire. C'est la conception la plus courante.
  • Vanne de décharge ronde hygiénique: la vanne a une forme ronde et, une fois fermée, mimimise les interstices où le produit peut se déposer et éviter d'être mélangé, contrairement au 1er type de vanne qui présente des écarts plus importants. Ces vannes ont une taille limitée qui peut augmenter le temps de décharge et donc réduire la capacité du mélangeur.
  • Ouverture complete du fond du melangeur: le fond du mélangeur peut être entièrement ouvert par de grands volets. Le principal avantage est que le temps de malaxage est très court (moins de 30 s, et que la quantité de produit restant dans le malaxeur est très faible. Cependant, il faut faire attention à l'étanchéité des portes une fois fermées, ainsi qu'à l'accès pour le nettoyage sous les portes.

En fonction de la technologie choisie, le mélangeur se déchargera est une trémie qui sera entièrement reliée au fond du mélangeur, ou qui sera reliée par un tuyau court au mélangeur (vanne ronde)

Instrumentation

L'instrumentation suivante peut être trouvée sur les mélangeurs à ruban:

  • Capteur de vitesse: permet de confirmer la rotation et la vitesse des arbres
  • Capteurs de température: positionnés sur les roulements, permettent de détecter un échauffement anormal dû à des roulements cassés
  • Débitmètre: positionné sur l'alimentation en air comprimé au niveau du joint d'étanchéité du roulement. Le rinçage du joint de roulement constitue une fonction importante pour éviter la pénétration de produit dans les roulements, ce qui les endommagerait ou ferait brûler la poudre, ce qui constituerait une source d'inflammation provoquant une explosion de poussière.
  • Capteur de position de vanne: permet de détecter que la vanne de décharge est fermée
  • Serrures de sécurité: placées sur chaque porte d'accès, assurent la sécurité de la machine en empêchant l'opérateur d'accéder au mélangeur pendant qu'il fonctionne, ou démarrer le mélangeur si un point d'accès est ouvert.

ATEX - risques d'explosion de poussière dans les mélangeurs à ruban

Afin de traiter les poudres, les mélangeurs à ruban, qui mélangent avec une vitesse de pointe de l'outil de mélange> 1 m / s, doivent présenter les caractéristiques suivantes afin d'éviter les risques d'explosion de poussière:

  • La distance entre la pointe des palettes et le corps du mélangeur doit être suffisamment grand pour éviter tout contact ruban / boîtier
  • Les joints de roulement doivent être sous pression
  • Pendant le chargement et le déchargement, la vitesse du mélangeur doit être telle que la vitesse de pointe des pales soit <1 m / s

La vitesse peripherique du ruban peut être calculée grâce à la formule suivante:

Tip speed

Avec :
- R est le rayon de l'outil de mélange (centre de l'arbre à l'extrémité de la palette) en m
- n est la vitesse de mélange en tr / min

5. Dimensionnement du mélangeur de solides

Le mélangeur doit être le goulot d'étranglement de l'installation de mélange, ce qui signifie qu'il ne doit pas être ralenti par la section de processus en amont ou en aval. La capacité de l'installation doit être donnée et une taille de lot doit être choisie en conséquence, en tenant compte également d'un nombre estimé de lots / h

Taille du lot (kg) = Capacité (kg / h) / Nombre de lots par heure (/ h)

Le processus de mélange étant en fait volumétrique, il est nécessaire de connaître la densité non exploitée (en vrac) du mélange pour dimensionner correctement le mélangeur.

Taille du lot (l) = Taille du lot (kg) / Densité en vrac (kg / l)

En plus de cela, il est essentiel de considérer que le système ne doit jamais être rempli à 100% de sa capacité, afin de laisser de l'espace pour le mouvement des particules.

Taille totale du mélangeur (l) = Taille du lot (l) / 0,7

Les mélangeurs ont généralement un coefficient de remplissage maximal compris entre 0,65 et 0,8.

6. Problèmes courants avec les mélangeurs à ruban

Guide de dépannage général pour les mélangeurs à ruban

Les mélangeurs à ruban sont généralement des équipements fiables, mais un certain nombre de problèmes peuvent nécessiter des corrections:

Tableau 1: problèmes courants avec les mélangeurs à ruban

Problèmes Cause probable et solution
Le ruban est bloqué Densité de poudre trop élevée - réduire la densité / la taille du lot
Démarrez le mélangeur à basse vitesse pendant le remplissage et n'arrêtez pas le mélangeur avant le déchargement
Temps de mélange trop long Le mélangeur est trop rempli - réduire la taille du lot
La vitesse de mélange est trop faible - augmentez la vitesse de mélange
La séquence de remplissage est incorrecte - assurez-vous que les petits ingrédients sont chargés entre les ingrédients principaux
Dommages au produit, casse Temps de mélange trop long
Trop de vitesse

7. Guide d'achat d'un mélangeur à ruban - Comment sélectionner un mélangeur à ruban

7.1 Acheter un nouveau mélangeur à ruban

Lors de la recherche d'un nouveau mélangeur à ruban pour votre usine, les questions suivantes doivent être posées afin d'acheter les bonnes spécifications:

  • Quel est le débit attendu de la ligne? Quelle est la densité du produit à mélanger? Quel est le temps de mélange et le temps de cycle prévus? Cela donnera la taille du mélangeur à ruban à acheter. N'oubliez pas que le mélangeur à ruban ne doit pas être rempli à plus de 80% de son volume total
  • Est-ce une application nécessitant un nettoyage? si oui, pensez aux portes d'accès sur le dessus du mixeur pour nettoyer, pensez aux verrous de sécurité sur l'accès
  • L'application gère-t-elle un produit abrasif? si oui, discutez avec le fournisseur du mélangeur à ruban de l'alliage dans lequel le mélangeur peut être fourni
  • À quelle vitesse le mixeur doit-il être déchargé? Comment ? Cela vous donnera les entrées nécessaires pour la vanne de décharge
  • Est-ce dans la zone ATEX? Si oui, le mixeur doit être certifié, le jeu palette / carter garanti, les joints du roulement doivent être sous pression et éventuellement leur température surveillée

7.2 Mélangeur à ruban d'occasion

De nombreux mélangeurs à ruban usagés se trouvent sur le marché. Lorsque vous recherchez un batteur d'occasion, vous devez effectuer les vérifications suivantes:

  • Le mélangeur à ruban a-t-il été utilisé pour une application similaire à vos besoins?
  • Recherchez les dommages sur le ruban, les rayures à l'intérieur de la coque, mesurez l'écart entre le ruban et le boîtier, il ne doit pas y avoir de contact métallique métallique
  • Faire tourner le mélangeur, écouter les roulements, si possible mesurer les vibrations
  • Si nécessaire, le mélangeur peut-il être nettoyé?
  • Le couvercle peut-il être modifié pour répondre à vos besoins en matière de raccords
  • Tous les rubans ne sont pas équivalents, si possible effectuer un test avec le produit pour valider l'homogénéité et la dégradation du produit lors du mélange
  • La vanne de décharge est-elle fonctionnelle
  • Tester tous les instruments pouvant être fournis avec le mélangeur
  • Le mélangeur est-il conforme ATEX pour la zone que vous avez définie, sinon peut-il être installé ultérieurement

Sources

Mixing in the Process Industries, Harnby, Edwards, Wienow, Butterworth Heinemann, 1992
Food Mixing : Principles and Applications, Cullen, Wiley-Blackwell, 2009
Perry's Chemical Engineer's Handbook, McGraw Hill, 2008