Certaines substances résistent naturellement au mélange en raison de l'état physique de leurs ingrédients. Si vous avez déjà essayé d'incorporer manuellement une poudre sèche dans un liquide, ou de faire fondre une cuillérée de glace dans un verre de lait ou de soda, vous avez sans doute constaté cette difficulté.
Un mélangeur à cisaillement élevé (high-shear mixer) résout ce problème grâce à l'utilisation de rotors ou de turbines tournant à très grande vitesse, associés à une pièce fixe appelée stator. Cette combinaison génère une force de cisaillement qui déplace latéralement deux plans adjacents du fluide, permettant ainsi à des ingrédients de natures différentes de se combiner efficacement.
Les applications des mélangeurs à cisaillement élevé
Les industries plasturgique, cosmétique, chimique, agroalimentaire, pharmaceutique et des adhésifs recourent largement aux mélangeurs à cisaillement élevé dans de nombreux procédés de fabrication. Ces équipements servent notamment à :
- incorporer des produits granulaires dans des liquides ;
- associer des gaz à des liquides ;
- créer des suspensions, des dispersions et des émulsions ;
- réduire la taille des particules et homogénéiser les mélanges.
Il existe plusieurs types de mélangeurs à cisaillement élevé, chacun adapté à des applications spécifiques.
Le mélangeur à cisaillement élevé discontinu (batch)
Le mélangeur discontinu traite les liquides incompatibles entre eux, ou les associations poudres-liquides, en les versant par le haut de l'appareil dans une cuve verticale équipée d'un arbre rotatif situé au fond. Son principal inconvénient réside dans le nettoyage difficile des cuves : certains modèles intègrent donc des systèmes d'auto-nettoyage, tandis que d'autres sont réservés exclusivement au mélange d'ingrédients secs.
Le mélangeur à cisaillement élevé en ligne
Grâce à sa conception horizontale, le mélangeur en ligne fonctionne par aspiration des ingrédients d'une extrémité à l'autre, selon un principe de pompage centrifuge. Ce type d'appareil offre un contrôle plus précis du processus de mélange et se nettoie plus facilement que les modèles discontinus.
Le mélangeur en ligne à ultra-cisaillement
Les mélangeurs en ligne à ultra-cisaillement génèrent une force de cisaillement encore plus intense, ce qui en fait la machine idéale pour incorporer des particules et des molécules extrêmement fines dans d'autres composants. Les rotors propulsent les particules dans les trous ou les fentes des stators, qui les redistribuent uniformément dans les autres substances. Certains modèles permettent également de modifier la dynamique de l'écoulement afin d'optimiser le mélange.
Le granulateur à cisaillement élevé
Le granulateur à cisaillement élevé associe un mélangeur en ligne ou discontinu à un sécheur à lit fluidisé afin de réduire la taille des granulés. Un liquide est utilisé pour accélérer le processus, puis le mélange est pompé vers le lit de séchage, où l'humidité est extraite : il ne reste alors que les granulés raffinés.
L'induction de poudre en ligne
Lorsqu'il faut combiner plusieurs ingrédients granulés ou pulvérulents présentant des tailles de particules différentes, le mélangeur à induction de poudre en ligne constitue la solution la plus adaptée. Il se distingue par sa facilité d'utilisation et son nettoyage simple.
Les mélanges à l'équilibre
On parle de mélange à l'équilibre lorsqu'un mélange conserve ses caractéristiques une fois obtenues, quelle que soit la durée prolongée du processus. Les différents types de mélangeurs à cisaillement élevé parviennent à ces résultats en régulant le nombre de passages de la matière dans la zone de cisaillement, jusqu'à l'obtention de la taille de particule ou de gouttelette souhaitée.
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