Comment obtenir le meilleur mélange : techniques d'induction de poudre

Sep 07, 2023

Erin Dillon, coordinatrice médias et marketing, Charles Ross & Son Co. | 23 janvier 2023

Suite aux perturbations de la chaîne d'approvisionnement de la pandémie et à l'augmentation des prix des matières premières, les fabricants donneront la priorité aux économies de coûts et à l'efficacité en 2023. Une question clé que les clients demandent à plusieurs reprises est de savoir comment introduire rapidement et efficacement des ingrédients en poudre dans un liquide. Les difficultés d'association des composants secs et humides imposent plusieurs contraintes. Minimiser la poussière et éviter les dangers aéroportés est une préoccupation. Créer un mélange uniforme - qu'il s'agisse d'une dispersion ou d'une solution - en appliquant la quantité appropriée de cisaillement en est une autre. L'incorporation de poudres hydrophobes dans un véhicule aqueux présente une autre couche de complexité car elles résistent au mouillage et forment des agglomérats tenaces également appelés "yeux de poisson".

Les opérateurs développent des solutions de contournement pour atteindre leurs objectifs de mélange, comme le processus fastidieux de tamiser les poudres et de les ajouter lentement au lot, ou d'ajouter rapidement des poudres et de cisailler le lot pour décomposer les agglomérats. Dans les cas extrêmes, les opérateurs ont recours à la surcharge des solides et à l'élimination des inévitables grumeaux qui restent non dispersés même après une durée de mélange excessive. Non seulement ce processus est laborieux, mais il gaspille également des matières premières et de l'énergie coûteuses, tout en compromettant l'intégrité de la formulation entre les lots.

Avec certains ingrédients épaississants, si les poudres sont chargées trop lentement, une accumulation de viscosité incontrôlée peut se produire au milieu du processus, empêchant l'incorporation complète des solides restants. D'autre part, si les poudres sont ajoutées trop rapidement à la surface d'un lot dans des conditions d'écoulement turbulent, le processus devient sujet à la formation de poussière et de poudres flottantes. De plus, un mélange agressif pourrait provoquer un cisaillement excessif des particules déjà hydratées. Un mélange intense prolongé peut entraîner une perte de viscosité permanente ou d'autres propriétés rhéologiques indésirables.

En plus des solutions de contournement décrites précédemment, certains fabricants ont adopté des systèmes d'éjecteur pour améliorer l'induction de la poudre dans le liquide. Dans ces systèmes, le liquide est pompé à grande vitesse dans une chambre venturi puis dans un mélangeur en ligne. Le vide créé dans la chambre venturi aspire les poudres d'une trémie aérienne et dans l'éjecteur, où elles rejoignent le flux de liquide. Les flux de poudre et de liquide sont ensuite mélangés par un dispositif rotor/stator, qui propulse le flux vers l'aval. Bien que cette configuration élimine les problèmes de poussière et de flottement associés aux systèmes discontinus, elle présente des inconvénients. D'une part, le système nécessite généralement une maintenance importante avec trois appareils distincts en série. Équilibrer les performances de la pompe, de l'éjecteur et du mélangeur est souvent difficile et les temps d'arrêt sont assez élevés dans de nombreuses applications. La limitation la plus sérieuse est liée aux limitations de fonctionnement inhérentes au venturi ou à l'éjecteur, car le colmatage est très courant. Le système est capricieux et nécessite beaucoup d'expérience et d'attention de l'opérateur pour fonctionner correctement. Étant donné que le débit d'alimentation de l'éjecteur est déterminé par le vide créé par un flux rapide, il dépend également fortement de la viscosité. L'efficacité de l'éjecteur diminue régulièrement à mesure que la viscosité augmente jusqu'à ce qu'il s'arrête finalement.

Lorsque de grandes quantités de poudres doivent être ajoutées en vrac, ou lorsque les solides difficiles à disperser prennent trop de temps pour être complètement mouillés, même avec une lame à grande vitesse, un mélangeur rotor/stator avec capacité d'induction de poudre intégrée vaut la peine d'être envisagé. .

Un exemple est le système Ross Solids/Liquid Injection Manifold (SLIM). Il introduit des poudres telles que la silice fumée, le carbonate de calcium, les gommes, les amidons et les pigments dans la phase liquide directement dans la zone de cisaillement élevé, favorisant un mouillage instantané. Les dispersions et les solutions sont créées en moins de temps par rapport aux méthodes traditionnelles d'ajout de poudres au-dessus d'un lot agité ou à l'aide d'un éjecteur. Utilisant un mélangeur rotor/stator spécialement conçu, la technologie SLIM génère un vide intense dans la zone de cisaillement élevé et aspire les poudres dans un flux fluide - les matériaux secs et humides sont combinés au point exact où le mélange intense a lieu, pas dans un éducteur en amont. Cela permet au SLIM de traiter de grands volumes de solides sans colmatage ni agglomérats. Un autre avantage est le fonctionnement relativement sans poussière - les opérateurs signalent une réduction significative des particules en suspension dans l'air dans la zone de mélange.

Le générateur rotor/stator du système SLIM aspire un grand volume de poudre (indiqué en jaune) dans la zone de cisaillement élevé, où il est simultanément combiné et mélangé avec le flux liquide (bleu).

Mélangeur multi-agitateur de 1 000 gal avec Inline SLIM et tuyauterie de recirculation. Après avoir introduit un ingrédient en poudre difficile via le SLIM, les opérateurs chargent des matières premières supplémentaires à travers le couvercle du mélangeur pour que les lames en dents de scie se dispersent à mesure que la viscosité du lot augmente. Le produit fini est un adhésif thermofusible de qualité médicale.

La technologie SLIM est également disponible en configuration batch. Les mélangeurs discontinus à haut cisaillement (également parfois appelés homogénéisateurs) avec une tête de mélange à rotor/stator sont couramment utilisés pour mouiller les poudres et préparer des dispersions fines. Le rotor à quatre pales tourne à des vitesses de pointe d'environ 3 000 à 4 000 pieds/min dans un stator fixe à tolérance étroite. Cela génère un cisaillement mécanique et hydraulique en attirant les composants du produit dans le rotor et en les expulsant radialement à travers les ouvertures du stator. Pour une meilleure efficacité, ce style de mélangeur peut être fourni avec une fonction d'induction de poudre intégrée. Le lot SLIM, par exemple, introduit des solides sous la surface, éliminant les poudres flottantes et favorisant la dispersion instantanée.

Conceptions SLIM par lots sur un élévateur pour une utilisation avec plusieurs cuves (à gauche) et fixées sur un réservoir (à droite)

Erin Dillon est coordinatrice médias et marketing, Charles Ross & Son Co. (Hauppauge, NY). Pour plus d'informations, appelez le 631-234-0500 ou visitez mixers.com.

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