Cinétique de mélange et changement d'échelle en mélangeur Turbula
Résumé
Le Turbula est un mélangeur couramment utilisé dans les secteurs de la pharmacie, de la
cosmétique et de l’agroalimentaire, tant dans d’industrie qu’en recherche. Son efficacité repose
sur la combinaison de trois mouvements : une translation, une rotation, et une inversion selon la
théorie géométrique de Schatz [1]. Cette combinaison entraîne un mouvement tri-dimensionnel
chaotique permettant l’obtention rapide de mélanges homogènes pour de nombreux systèmes
notamment pour les mélanges de poudres.
Au contraire de l’agitation des fluides et du fait de la complexité et de la diversité des milieux
granulaires et pulvérulents, il est difficile d’identifier les grandeurs qui permettent de
caractériser une poudre et d’en prédire le comportement au sein d’un mélange. L’optimisation
d’un procédé de mélange de poudres repose donc sur un travail expérimental réalisé en partie à
l’échelle laboratoire. L’enjeu principal réside alors dans la transposition des résultats
expérimentaux à ceux pouvant être obtenus aux échelles pilote et industrielle. Cette
extrapolation, propre à un équipement particulier, reste encore très empirique. L’utilisation de
corrélations entre nombres adimensionnels (nombre de Froude et nombre de puissance) dans
lesquels interviennent des coefficients qui dépendent des caractéristiques d’écoulement du
solide dans le mélangeur a souvent été suggérée, notamment pour les mélangeurs à cuve
tournante, mais reste très peu répandue. En effet, les corrélations existantes sont rarement
transposables d’un système à un autre et leur utilisation reste très délicate lorsque le mélangeur
possède plusieurs axes de rotation, comme c’est le cas du mélangeur Turbula.
Le travail présenté concerne la caractérisation des mélanges de poudre multi-composants
faiblement cohésifs obtenus dans des mélangeurs Turbula de dimensions différentes (2F et 10
B). Les cinétiques de mélange y sont étudiées expérimentalement, pour différentes vitesses de
rotation des cuves, en fonction du nombre de tours de celles-ci. Pour chaque taille de mélangeur,
des simulations de mouvement sous Solidworks permettent d’obtenir les vitesses et
accélérations en différents points périphériques de la cuve en fonction des variables opératoires
(taille du mélangeur, vitesse d’entraînement des axes). Ces grandeurs sont ensuite reliées à la
qualité des mélanges dans l’objectif de définir un groupement de nombres adimensionnels
permettant le changement d’échelle sur un mélangeur Turbula.
Domaines
Génie des procédés
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)