Appareil utilisé dans les industries (chimique, alimentaire, pharmaceutique, cosmétique…) lors de l’élaboration d’un produit par synthèse ou par mélange. Les opérations de mélange sont requises à de très nombreuses étapes de procédés industriels. Les nombreux mélangeurs disponibles sur le marché sont de plusieurs types : mécaniques, statiques, à cuve tournante, par propulsion d’un jet de liquide grâce à une pompe, dont le mouvement est généré par un gaz.
Selon la viscosité du milieu et le type de phase (liquide, solide ou gazeux), on parle de mélangeur, de malaxeur ou de pétrin.
Les mélangeurs industriels peuvent être classés en fonction de l’agitation qu’ils génèrent, les principaux sont :
- à écoulement axial avec hélice, pour mélanges à faibles et moyennes viscosités, en industrie agroalimentaire et pétrolière : mise en suspension de solides, cristallisations ;
- à écoulement radial avec turbine, pour création d’écoulements fortement turbulents : fermentation, fabrication d’émulsion, réactions chimiques gaz-liquide ;
- à écoulement tangentiel avec ancre ou barrière, pour fluides très visqueux.
Pour réaliser ces agitations, le mélangeur peut créer : le déplacement du liquide, caractérisé alors par sa vitesse et sa direction ; de la turbulence (variation erratique des vitesses locales) ; du cisaillement caractérisé par un gradient de vitesse.
Un agitateur comprend une motorisation (avec réducteur de vitesses), un mécanisme de guidage de l’arbre, un arbre (avec autour un dispositif d’étanchéité) et un mobile d’agitation.
Le dimensionnement hydraulique et mécanique d’un agitateur est complexe. Sa conception prend en compte trois critères : la nature des éléments à mélanger, le but de l’agitation et l’environnement. Son choix dépendra également du nombre de phases en présence (une ou plusieurs).
Les conditions environnementales indiqueront les contraintes subies par l’agitateur et imposeront à l’équipement des caractéristiques spécifiques : pression (étanchéité), température (moyens de refroidissement), types de fluides et atmosphère (type de protection particulière).
Cet article décrit les différents procédés industriels d'obtention des émulsions, depuis les techniques d'agitation mécanique et hautes pressions - techniques nécessitant un apport énergétique élevé - jusqu'aux techniques à membranes et par inversion de phases, peu gourmandes en énergie. Il constitue une aide à la décision pour le choix d'une technique. En effet, pour une même formulation, plusieurs technologies sont possibles, avec des paramètres opératoires et des caractéristiques différents qui peuvent conduire à des émulsions de différentes morphologies H/E, E/H ou multiples.
Cet article présente les concepts théoriques de base de l’opération unitaire agitation-mélange. Il décrit les opérations d’agitation-mélange mettant en œuvre une ou plusieurs phases au sein d’une cuve d’agitation équipée d’un agitateur et présente tous les paramètres globaux d’un système d’agitation. Les potentialités d’application de la mécanique des fluides numérique permettent d’acquérir des données locales telles que les champs de vitesse et de turbulence. Des exemples de calcul des diverses grandeurs d’un système d’agitation illustrent les divers concepts théoriques et montrent la complexité de l’extrapolation des résultats obtenus sur une unité pilote vers une unité industrielle.
Cet article donne les caractéristiques géométriques des mobiles d’agitation et le nombre de pompage. Il couvre les mobiles d’agitation à débit axial, radial et tangentiel.
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