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1 - CLASSIFICATION DES PROCÉDÉS

2 - FABRICATION D’UNE ÉMULSION

3 - ÉMULSIFICATION PAR AGITATION MÉCANIQUE

4 - HOMOGÉNÉISEURS HAUTE PRESSION

5 - MÉLANGEURS STATIQUES

6 - PROCÉDÉ ULTRASONORE

7 - PROCÉDÉS À MEMBRANES

8 - MICROFLUIDIQUE

9 - INVERSION DE PHASES

10 - TECHNIQUES MINEURES

11 - CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

12 - ANNEXE : PRÉPARATION D’ÉMULSIONS D’HUILE DE SILICONE

13 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : J2153 v2

Émulsification par agitation mécanique
Procédés d’émulsification - Techniques et appareillage

Auteur(s) : Martine POUX, Jean-Paul CANSELIER

Date de publication : 10 avr. 2023

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RÉSUMÉ

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. 

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ABSTRACT

Emulsification processes – Techniques and equipment

This article describes different industrial processes for obtaining emulsions, from mechanical agitation and high-pressure homogenizers (high energy processes) to phase inversion and membrane techniques (low energy processes). It should help decision making for the choice of a relevant technique. Indeed, for the same formulation, several technologies are available, with different operating parameters and characteristics, which may lead to various emulsion types: O/W, W/O or multiple ones.

Auteur(s)

  • Martine POUX : Ingénieur de recherche, HDR - Laboratoire de Génie chimique INPT/UPS/CNRS, - École nationale supérieure des ingénieurs en arts chimiques et technologiques, Toulouse (INP-ENSIACET), France

  • Jean-Paul CANSELIER : Ingénieur ENSCT, docteur-ingénieur, docteur d’État, Pompertuzat, France

INTRODUCTION

Dans de nombreuses industries (agroalimentaire, pharmaceutique, cosmétique, mais aussi chimique), beaucoup de produits fabriqués – que ce soit des intermédiaires ou des produits finis – se présentent sous la forme d’émulsion. La mise en contact de phases non miscibles pour obtenir un produit pseudo-homogène stable requiert un certain nombre de connaissances technologiques et du savoir-faire. Le changement d’échelle en vue d’une production en grande quantité, basé sur les résultats issus de la phase de développement, s’avère souvent difficile : en effet, les phénomènes impliqués dans la formation des émulsions sont nombreux et complexes et liés au type de technologie utilisée, de sorte que, pour une formulation et des conditions opératoires données, il n’existe pas de solution unique permettant d’obtenir une émulsion stable.

Cet article, qui fait suite à celui sur les mécanismes de formation des émulsions publié dans la même collection [J 2 152], a pour but de guider le choix de l’utilisateur en décrivant, en expliquant et en comparant les principaux procédés industriels de préparation des émulsions : techniques classiques d’agitation mécanique (hélices, turbines, rotors-stators), mélangeurs coaxiaux, mélangeurs statiques, moulins colloïdaux, techniques haute pression, ultrasons, techniques à membranes, microfluidique, inversion de phases… Dans chacun des cas, à titre comparatif, la technologie, les paramètres opératoires, les propriétés des émulsions générées et les domaines d’utilisation sont précisés. Il s’agit donc ici d’offrir à l’utilisateur les éléments indispensables à la production d’émulsions en vue d’une aide à la décision.

Le lecteur pourra aussi consulter les articles [J 2 150] et [J 2 158] ainsi que la référence .

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KEYWORDS

high pressure   |   emulsion   |   homogenizer   |   rotor-stator   |   colloid mill

VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-j2153


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3. Émulsification par agitation mécanique

3.1 Appareils

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3.1.1 Disperseurs

  • Principe et mécanismes

    Le but de ces appareils est de créer un bon cisaillement pour favoriser la rupture des gouttes ; en ce sens, les mobiles d’agitation radiaux sont bien adaptés. Mais le rôle de l’agitateur ne se limite pas seulement à la formation des gouttelettes en cuve agitée : il doit assurer aussi une bonne recirculation, afin de fournir une distribution de tailles assez étroite car, lorsque les gouttes s’éloignent de l’agitateur, donc de la zone de cisaillement, elles ont tendance à coalescer. Un équilibre rupture-coalescence doit donc être atteint. En règle générale, plus la dispersion sera difficile à effectuer, plus le cisaillement devra être intense et nécessitera l’action d’homogénéiseurs (cf § 3.1.2).

  • Technologie

    Les mobiles bien adaptés sont des mobiles comme la turbine de type Rushton ou la turbine à pales inclinées générant un cisaillement important accompagné d’un bon débit de pompage. Lorsque la dispersion est facile à mettre en œuvre, l’utilisation de mobiles axiaux, comme les hélices, est suffisante. Dans les cas difficiles, on peut choisir des outils très cisaillants comme les dilacérateurs, mais il convient alors de les associer à des mobiles créant une circulation comme des hélices, des ancres… Les différents modes de circulation des fluides dans une cuve agitée selon la nature du mobile d’agitation sont présentés dans l’article [J 3 800], le cas des systèmes diphasiques étant abordé dans l’article ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - SJÖBLOM (J.) (éd.) -   Encyclopedic handbook of emulsion technology.  -  Marcel Dekker, New York (2001).

  • (2) - ZHOU (G.), KRESTA (S.M.) -   Correlation of mean drop size and minimum drop size with the turbulence energy dissipation and the flow in an agitated tank.  -  Chem. Eng. Sci., 53, n° 11, p. 2063-2079 (1998).

  • (3) - VERMEULEN (T.), WILLIAMS (G.M.), LANGLOIS (G.E.) -   Interfacial area in liquid-liquid and gas-liquid agitation.  -  Chem. Eng. Progr., 51, p. 85F-95F (1955).

  • (4) - CALDERBANK (P.H.) -   Physical rate processes in industrial fermentations, part I : the interfacial area in gas-liquid contacting with mechanical agitation.  -  Trans. I Chem. E., 36, p. 443-463 (1958).

  • (5) - SPROW (F.B.) -   Distribution of drop sizes produced in turbulent liquid-liquid dispersion.  -  Chem. Eng. Sci., 22, p. 435-442 (1967).

  • ...

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