Investigation on the Mixing Performance in a Superblend Coaxial Mixer

Le mélange est une opération unitaire très courante dans les procédés industriels qui trouve son application dans divers domaines tels que la dispersion de liquides, la suspension de solides, les réactions chimiques (polymérisation, fermentation…) et d'autres applications. Par ailleurs, dans beaucoup de cas impliquant des systèmes monophasique ou multiphasique, d'importantes variations de la viscosité peuvent être observées durant le procédé en raison des comportements rhéologiques complexes des systèmes mis en jeu. Cela se traduit notamment par une très grande déviation par rapport aux principes considérés lors de la conception d'un mélangeur standard. Ainsi, le choix d'un type de mélangeur pouvant assurer une efficacité élevée tout au long du procédé peut être une opération relativement complexe nécessitant beaucoup d'innovation. Dans cette optique, différents types de mélangeurs ont été considérés dont le mélangeur coaxial « Superblend » qui a donné les résultats extrêmement prometteurs. Ce mélangeur se compose de deux agitateurs : Un ruban hélicoïdal et un Maxblend. Ainsi, grâce à cette combinaison, différentes conditions de fonctionnement peuvent être considérées dans un seul récipient pour faire face aux problèmes liés aux comportements rhéologiques complexes des fluides mis en jeu. Ayant pour objectif d'apporter plus de compréhension des performances de mélange, des principes de conception et des lignes directrices des opérations de scale up de ce type de mélangeur, une caractérisation complète de l'hydrodynamique du Superblend a été réalisé en considérant des fluides Newtonien et non-Newtoniens dans des systèmes monophasique ou multiphasique. Les résultats obtenus ont montré que le champ d'écoulement, les performances de mélange en termes de puissance consommée et de temps de mélange ainsi que la contribution de chaque agitateur dépendaient fortement du comportement rhéologique, de la taille des particules et de leur concentration dans les suspensions de solides, du rapport de vitesse des agitateurs ainsi que du mode de rotation. La vitesse caractéristique proposée par Farhat et al. (2008) pour les mélangeurs coaxiaux a notamment été appliquée à d'autres mélangeurs multi-arbres qui n'ont pas été considérés dans les précédents travaux et le domaine d'application et limitations ont été discutés. Ainsi, en comparant les résultats avec les données disponibles, la puissance consommée, le temps de mélange et l'énergie de mélange de différents types de mélangeurs ont été présentés et une approche globale pour prédire la puissance consommée des mélangeurs multi-arbre a été proposée. En conclusion, il a été trouvé que le Superblend surclassait tous les autres mélangeurs en termes de temps et d'énergie de mélange.