Qu’est-ce qu’un granulateur ?
Une granuleuse est conçue pour former des granulés de taille homogène et présentant une bonne fluidité. Ce type d’équipement de traitement se décline en plusieurs catégories et utilise différentes méthodes de granulation. Selon sa conception, une granuleuse peut traiter des poudres fines, des mélanges humides contenant des liants ou des morceaux solides plus volumineux nécessitant un broyage. L’objectif final est de créer des granulés uniformes plus faciles à manipuler. Par exemple, ces matériaux granulés sont plus faciles à mettre en gélules ou à comprimer en comprimés. Les équipements de granulation sont courants non seulement dans l’industrie pharmaceutique, mais aussi dans les secteurs des nutraceutiques, de l’alimentation, des produits chimiques et même du recyclage.
Types de procédés de granulation
La transformation des poudres en granulés se résume généralement à une question simple : faut-il ajouter du liquide ou non ? C’est cette différence qui définit les deux principales méthodes de granulation : la granulation humide et la granulation à sec.
Granulation par voie humide
Dans un procédé de granulation par voie humide, un liant liquide est utilisé pour agglomérer les poudres fines. Les liants liquides couramment utilisés sont l’eau, l’alcool ou des solutions de polymères. Les agglomérats de poudre humide sont ensuite séchés et calibrés en granulés uniformes. La granulation par voie humide est la technique la plus répandue dans la fabrication de comprimés et de gélules. Elle nécessite toutefois une étape de séchage et ne convient pas aux matériaux sensibles à l’humidité ou à la chaleur. Ce procédé peut être mis en œuvre selon différentes méthodes. La granulation à haut cisaillement permet d’obtenir rapidement des particules compactes et uniformes. Le mélange à faible cisaillement traite les poudres sensibles de manière plus douce. La granulation en lit fluidisé combine la pulvérisation et le séchage, ce qui est efficace pour les lots à grande échelle.
Granulation à sec
Dans ce procédé, aucun liquide n’est ajouté. Les poudres sont comprimées sous haute pression pour former des rubans ou des boudins denses. Le matériau est ensuite transformé en granulés. Comme il n’y a pas d’étape de séchage, la granulation à sec permet d’économiser du temps et de l’énergie. C’est la méthode privilégiée pour les matériaux qui se dégradent sous l’effet de l’humidité ou de la chaleur. La difficulté réside dans le fait que la densité et la taille des granulés peuvent être moins uniformes qu’avec les méthodes humides.
Comparaison rapide entre la granulation humide et la granulation à sec
| Granulation par voie humide | Granulation à sec | |
| Utilise-t-il du liquide ? | Oui, des solutions de liants ont été appliquées | Aucun liquide n’est utilisé |
| Étapes | Mélange → Liant → Masse humide → Séchage → Tamisage | Compression → Broyage → Tamisage |
| Idéal pour | Amélioration de la compressibilité et de l’uniformité de la composition | Matériaux sensibles à la chaleur et à l’humidité |
| Points forts | Permet d’obtenir des granulés solides et homogènes ; moins de poussière | Processus plus rapide ; pas de séchage ; préserve les principes actifs |
| Limites | Doit être séché ; ne convient pas aux poudres sensibles | Moins de contrôle sur la densité et la taille |
Types courants de broyeurs
Il existe plusieurs modèles de granulateurs. Chacun est adapté à une technique de granulation spécifique. Voici les types les plus couramment utilisés dans l’industrie moderne :
Granulateur à faible cisaillement
Cette machine est conçue pour la granulation humide. Elle mélange les poudres et les liants en douceur et lentement. Elle convient particulièrement aux matériaux délicats ou fragiles. Les granulés obtenus sont souvent plus gros et moins denses, mais s’écoulent plus facilement et se compressent mieux.
Granulateur à haut cisaillement
Il s’agit du granulateur humide le plus couramment utilisé. Il est équipé d’une turbine à rotation rapide et d’un broyeur qui permettent de mélanger les poudres et les liants. L’action de mélange intense permet d’obtenir des granulés denses et uniformes. Les particules produites par ce type de granulateur sont souvent prêtes à être encapsulées ou compressées en comprimés. Comme il fonctionne à grande vitesse, c’est le choix idéal pour le traitement de lots importants.
Granulateur à lit fluidisé
Cette granuleuse est un appareil deux-en-un : elle permet à la fois la granulation et le séchage. Elle maintient les particules de poudre en suspension à l’intérieur de la cuve grâce à un flux d’air ascendant. Le liant est pulvérisé sur les particules et sèche rapidement sous l’effet du flux d’air continu. Les granulés obtenus sont assez denses et s’écoulent facilement. Ce modèle constitue un choix très efficace pour les opérations à grande échelle et en continu.
Compacteur à rouleaux et granulateur
Contrairement aux trois modèles précédents, il s’agit d’une granuleuse à sec. Elle comprime les poudres entre deux rouleaux tournant en sens inverse. Ce processus permet d’obtenir des rubans denses qui sont ensuite broyés en granulés. Comme elle n’utilise ni humidité ni chaleur, cette machine à granuler est idéale pour les matériaux sensibles. Les granulés obtenus sont prêts à être utilisés directement pour la fabrication de comprimés.
Broyeur oscillant
Cette granuleuse est une machine polyvalente. Elle utilise un rotor oscillant pour broyer les gros morceaux et un tamis pour calibrer les granulés. Son fonctionnement est plus doux que celui d’un compacteur à rouleaux. Cette machine permet d’obtenir des granulés uniformes, tant dans les procédés de granulation à sec qu’en milieu humide. Son inconvénient est qu’elle fonctionne généralement plus lentement que les autres modèles.
Pièces pour granulateurs
Il existe de nombreux types de granulateurs ; il est donc impossible d’en décrire les composants de manière générale. Nous allons ici examiner un à un les éléments clés de chaque type principal.
Granulateur à faible cisaillement
- Cuve de mélange – Cuve cylindrique ou conique dans laquelle on mélange les poudres et le liant.
- Turbine – Pales tournant lentement qui brassent les poudres pour obtenir des mélanges homogènes.
- Lame de granulation – Permet de couper et de façonner les agglomérats en granulés de taille homogène.
Granulateur à haut cisaillement
- Cuve de mélange – Cuve à double enveloppe en acier inoxydable destinée au mélange et à la granulation.
- Roue – Pale à grande vitesse qui mélange rapidement les poudres et le liant.
- Broyeur – Réduit la matière humide en granulés plus petits et uniformes.
- Vanne de décharge – Sortie régulée pour l'évacuation des granulés finis.
- Buse de pulvérisation du liant – Pulvérise uniformément la solution de liant pendant le mélange.
Granulateur à lit fluidisé
- Chambre de traitement – Une cuve qui granule et sèche les granulés.
- Plaque de répartition d'air – Assure une circulation d'air homogène afin de maintenir les particules en suspension.
- Buses de pulvérisation – Permettent de pulvériser le liant ; peuvent être à pulvérisation par le haut ou par le bas.
- Système de filtration – Contrôle la poussière et élimine l'humidité.
Compacteur à rouleaux
- Trémie d'alimentation et vis sans fin – Distribue la poudre de manière régulière dans la zone de compactage.
- Rouleaux de compactage – À rotation inverse pour comprimer les poudres en flocons ou en rubans.
- Lames de raclage – Empêchent l'accumulation de poudre sur les surfaces des rouleaux.
- Unité de broyage – Réduit le ruban en granulés.
- Tamis de calibrage – Permettent de contrôler la granulométrie finale.
Broyeur oscillant
- Trémie d'alimentation – Récipient en acier inoxydable qui achemine le matériau vers le rotor.
- Rotor oscillant – Effectue un mouvement de va-et-vient pour faire passer le matériau à travers le tamis.
- Tamis – Ne laisse passer que les granulés de la bonne taille.
Principe de fonctionnement d’un granulateur
Les différents granulateurs fonctionnent selon des principes variés pour transformer les mélanges de poudres en granulés homogènes. Voici comment fonctionne chaque type :
Granulateur à faible cisaillement : fonctionne en faisant lentement tourner les poudres dans une cuve. Il mélange délicatement les poudres à l’aide d’une turbine. Une lame permet de façonner les agglomérats. Ce mouvement combiné permet d’obtenir des granulés moins denses mais uniformes.
Granulateur à haut cisaillement : fonctionne à grande vitesse tout au long du processus. Utilise une turbine pour mélanger les poudres avec des liants. Broie la masse humide à l’aide d’une lame de hachage afin de produire des granulés denses.
Granulateur à lit fluidisé : soulève les poudres grâce à un flux d’air ascendant. Pulvérise uniformément la solution liante sur les particules en suspension et les mélange. Sèche simultanément le mélange pour obtenir des granulés solides.
Compacteur à rouleaux : Le granulateur à rouleaux fonctionne en pressant les poudres entre deux rouleaux. Les rouleaux tournent en sens inverse pour les comprimer en rubans. Une unité de broyage et un tamis sont ensuite utilisés pour produire des granulés de la taille souhaitée.
Granulateur oscillant : produit des granulés à l’aide d’un rotor et d’un tamis. Le rotor effectue un mouvement de va-et-vient qui broie les agglomérats de poudre. Le matériau est ensuite forcé de passer à travers un tamis afin d’obtenir des granulés de taille homogène.
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