Ligne de production de boissons instantanées

Poudres traitées : Sucre cristallisé, Rebaudioside M, poudre de cacao et autres ingrédients “mineurs”

Process de mélange d'ingrédients alimentaires
 

Objectifs : Notre client, situé dans la région métropolitaine d'Atlanta aux États-unis, est un fabricant de boissons instantanées, gélatines, desserts végétaliens, puddings, etc...
Le projet d'expansion de l’installation découle de la nécessité à s’adapter aux nouveaux formats de livraison des ingrédients. La nouvelle ligne permettra donc de se faire livrer les principaux ingrédients dans des contenants différents afin de s'adapter aux diverses recettes et de permettre l'introduction de tous les ingrédients mineurs dans le process. Les nouvelles méthodes de livraison nécessitent d'adapter le système actuel, originellement prévu pour des big bags, à des sacs de 25 kg et à l'introduction manuelle pré-pesée d'arômes en poudre.
Étant donné que certains ingrédients sont enrobés, il est impératif de prendre en compte la prévention de l'attrition de ces particules. Tous les ingrédients doivent être mélangés afin de produire un mélange homogène sans création de fines supplémentaires, puis reconditionnés dans un big bag pour être réemballés et expédiés. Le volume de mélange requis est celui d’un big bag d'ingrédients mélangés, soit une capacité de mélange d'une tonne.

Solution proposée : La nouvelle installation intègre 2 stations de vidange de big bags et sacs combinés Duopal®, 2 doseurs à vis, un mélangeur à pales (avec possibilité d'injection de vapeur pour une action de mélange douce et un enrobage des particules) et une station de remplissage de big bags FlowMatic®02.
 

1. Stations de vidange big bags et sacs combinée Duopal®

Les deux ingrédients principaux de la ligne process sont livrés en big bags. Aussi, la ligne devant produire plus de 60 recettes différentes, la mise en place de 2 stations de vidange pour big bags et sacs permet l'ouverture des 2 types de contenants sur le même poste de travail tout en limitant l’encombrement au sol. Cette configuration permet aux opérateurs de garantir un approvisionnement régulier des principaux ingrédients, tout en s'adaptant aux différentes recettes nécessitant le déconditionnement de sacs papier de 25 et 50 kilos.
Le chargement des big bags sur la station Duopal® est réalisé à l’aide d’un palan électrique et d'une croix de manutention. L’opérateur positionne ainsi facilement les 4 anses du big bag sur la structure. Une fois le big bag en place, l’opérateur fixe la manchette de vidange sur le tube télescopique double enveloppe. Le tube assure une étanchéité totale lors de la vidange du big bag. Il maintient la manchette en tension pour permettre un écoulement fluide tout en assurant un travail ergonomique à l'opérateur. La station de vidange est également équipée de vérins de massage pour briser les éventuelles mottes ou prises en masse de la poudre contenue dans le big bag. La structure de la station Duopal® est fabriquée en acier inoxydable 304 (conception alimentaire).

Juste en dessous de la boîte de délaçage se trouve l'enceinte réservée à la vidange des sacs. L'opérateur ouvre la porte d'accès à charnière et place le sac sur la grille de sécurité. Il peut ensuite utiliser un objet coupant dédié pour ouvrir le sac et en verser le contenu dans la trémie. L’ensemble de la station est pesé. L’armoire de commande informe les opérateurs du niveau de vidange atteint. Elle garantit également une traçabilité des lots pour l'enregistrement des entrées de matières, des quantités utilisées, des dates, des informations sur les recettes, etc.
Sur chaque station de déchargement de big bags et sacs se trouvent des filtres à poussière intégrés qui contiennent et filtrent la poussière provenant des différents points de déchargement. Les filtres à poussière sont dotés d'équipements qui permettent aux opérateurs de récupérer la poudre contenue dans les cartouches. Un réservoir d'air comprimé est relié à plusieurs buses qui envoient des jets d'air à travers les cartouches filtrantes. De cette manière, les filtres restent propres et les fines peuvent être réintégrées dans le process.
Certains matériaux ayant tendance à s’agglomérer, des émotteurs sont positionnés sous la trémie de décharge des stations Duopal®. Les émotteurs détruisent les agglomérats et les mottes. L'installation est complétée par une écluse rotative située sous l'émotteur pour permettre le contrôle du flux des matières et le dosage. À l'intérieur du boîtier de la vanne rotative se trouve un rotor divisé en compartiments ce qui permet de doser les ingrédients. Les vannes rotatives utilisent un variateur de fréquence pour contrôler la vitesse à laquelle elles tournent.
 

2. Doseurs à vis 

Pour les quantités de poudre qui représentent un très faible pourcentage de la recette globale à mélanger, les opérateurs doivent pré-peser et ajouter des quantités très précises dans le mélangeur situé en aval. Aussi, pour gagner du temps et améliorer l'ergonomie, une petite trémie de dosage est utilisée à cet effet pour charger régulièrement les petites quantités de poudre de la recette en cours.
Une petite trémie de dosage alimente un doseur à vis équipé de pesons. Ces cellules de charge indiquent à l'automate programmable la quantité de poids qui est “perdue” à partir du point d'alimentation (ici la trémie de dosage). Il s’agit alors d’un système qui fonctionne par “perte de poids”. Compte tenu de la densité apparente et des caractéristiques d'écoulement de certaines poudres, il est possible d'atteindre une précision de dosage de 5 grammes. Le principe de fonctionnement est simple : la matière est extraite de la chambre de stockage principale à l'aide d'une petite vis sans fin qui la “pousse” ensuite dans un tube horizontal fixé au corps principal.
Le doseur est également équipé d'un agitateur entraîné par un moteur secondaire. Cela pallie à tout problème d'écoulement et assure une alimentation constante. Pour les besoins de ce projet, le doseur à vis utilisé est un doseur D12 qui fournit un débit théorique de 524 litres par heure.


3. Mélangeur à pales

Comme mentionné précédemment, le client souhaite dimensionner la capacité du mélangeur de manière à pouvoir remplir un big bag par lot de recettes mélangées. Compte tenu des différentes densités en vrac des différents produits manipulés, la capacité du mélangeur a été dimensionnée pour un volume total de 1500 litres, soit un volume de travail maximal de 1100 litres.
La technologie retenue est celle d’un mélangeur à pales. Le mélangeur à pales Palamatic Process est idéal pour mélanger des ingrédients de densité et de taille différentes, car la conception des socs "projette" les ingrédients vers le haut à une telle vitesse que le mélange se fait dans l'air, dans une zone sans gravité où la densité et la taille n'ont pas d'importance. Le mélangeur à pales standard est constitué d'un moteur, d'un réducteur, d'un accouplement et d'un arbre avec des accessoires en forme de pales qui frappent les ingrédients en provoquant un mouvement multidirectionnel qui mélange rapidement les granules et les poudres.
Selon les besoins de production, le mélangeur à pales peut être conçu pour un traitement par lots ou en continu. La sortie peut être personnalisée avec une bride boulonnée ou une trappe permettant une vidange complète et rapide sans résidus de produits dans le corps du mélangeur.
Un dispositif sur mesure pour la production de vapeur propre a été ajouté au mélangeur afin de faciliter les effets d'agglomération ainsi que l'enrobage des particules de sucre avec l'ajout d'arômes et d'édulcorants artificiels. L'arbre a été conçu avec une technologie “en porte-à-faux” pour permettre un accès facile et rapide à l'intérieur du mélangeur pour un nettoyage rapide entre les recettes de lots.


4. Station de remplissage de big bags FlowMatic®02

Une station de remplissage de big bags est installée directement en sortie de mélangeur. Le modèle retenu est le modèle Flowmatic®02. Le big bag est suspendu à des fourches arrondies et un vérin pneumatique permet de le lever et l'abaisser progressivement sur sa palette de manutention. Un joint gonflant permet de fixer la goulotte du big bag à la structure de vidange et assure une connexion étanche. La largeur des fourches est réglable manuellement pour s'adapter aux big bags de différentes tailles.
Une manchette souple permet de raccorder le mélangeur à la station de conditionnement de big bags. Cela permet d'isoler le poids de l'équipement et d'éviter toute interférence avec les cellules de charge installées sous la structure de la station de remplissage. En bout de ligne, l’objectif est atteint : remplir un big bags ingrédients alimentaires mélangés toutes les 15 minutes.