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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 |
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.
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.
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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).
Figure 1: Dessin du mélangeur 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:
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.
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 .
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.
3 types de vannes de décharge peuvent être trouvés sur le marché, en fonction des fournisseurs et des besoins du client.
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)
L'instrumentation suivante peut être trouvée sur 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 vitesse peripherique du ruban peut être calculée grâce à la formule suivante:
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
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.
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 |
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:
De nombreux mélangeurs à ruban usagés se trouvent sur le marché. Lorsque vous recherchez un batteur d'occasion, vous devez effectuer les vérifications suivantes:
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