7.1.1. Spécifications des variables contrôlées
Pour le produit ciblé dans cette étude, la valeur cible de la concentration en poudre d’enrobage est de 20% massique. Les limites inférieures et supérieures sont inconnues. Toutefois, comme l’enrobage ciblé n’a pas de rôle autre que l’esthétique et la protection du comprimé contre l’humidité, les limites ont été posées, de concert avec les opérateurs et scientifiques en poste chez Pfizer, à environ +/- 2% massique.
Le niveau idéal de solution dans les cuves permet à la fois de prévenir l’aération de la solution via l’incorporation d’air par les agitateurs (niveau assez élevé) et d’assurer un mélange homogène de la solution (niveau assez bas). Ce niveau équivaut à environ 50% du niveau maximal de solution dans la cuve. La limite supérieur équivaut à environ 90% du niveau de solution maximal, alors que la limite inférieure à environ 30%. Pour la cuve #1, la limite maximale est à 45 cm, le niveau idéal à 25 cm et la limite inférieure à 15 cm. Pour la cuve #2, la limite maximale est à 31.5 cm, le niveau idéal à 17.5 cm et la limite inférieure à 10.5 cm.
7.1.2. Spécifications des variables manipulées
Le débit maximal pouvant être traité par le mélangeur est de 3.5 kg/min. La concentration maximale en poudre est de 30%w/w (ratio minimal eau/poudre de 2.33).
La poudre d’enrobage est alimentée vers le mélangeur par une vis sans fin dont la vitesse est contrôlée par un variateur de vitesse (VFD). La vis sans fin a une capacité variant de 0.2 à 4.5 litres/min ou encore de 0.15 à 3.38 kg/min, considérant une masse volumique moyenne de la poudre d’enrobage de 0.75 kg/L. Toutefois, il est suggéré de maintenir le débit de poudre en deçà de 1kg/min (débit maximal à la sortie du mélangeur * Concentration en poudre maximale dans le mélangeur = 3.5 kg/min * 0.3 kg poudre/kg solution=1.05 kg/min).
93
Pour les besoins de l’étude pilote, l’eau sera alimentée sous pression vers le mélangeur. Le débit sera varié par une valve (ball-valve) actionnée de façon électropneumatique. À l’échelle commerciale, il est plus probable que l’eau soit alimentée par une pompe à déplacement positif, telle qu’une pompe à lobes dont la vitesse de rotation du moteur sera contrôlée par une VFD. Dans les deux cas, il est suggéré de maintenir le débit d’eau en deçà de 3.5 kg/min.
Le moteur du mélangeur est assorti d’une VFD. Celle-ci permet principalement de varier le taux de cisaillement dans le mélangeur et a donc un impact négligeable sur le débit de solution dans le mélangeur. Aussi, il importe de préciser que le mélangeur n’a pas le rôle de pousser la solution d’enrobage dans la première cuve. Une pompe à lobes est située à la sortie du mélangeur à cette fin. Cette pompe est aussi munie d’une VFD, laquelle sera ajustée de façon à pomper la solution produite dans le mélangeur, ni plus, ni moins. La pompe a une capacité maximale d’environ 22 kg/min de solution.
Le débit à la sortie de la première cuve sera manipulé via une pompe à lobes munie d’une VFD. Ce débit sera dirigé vers la deuxième cuve en cas d’opération normal. Il pourra aussi être recirculé vers l’entrée du mélangeur au besoin, tel que pendant le remplissage de la cuve 1 ou encore pour apporter des ajustements majeurs à la concentration en poudre. La pompe a une capacité maximale d’environ 22 kg/min de solution.
Dans le cas de l’unité pilote, la solution à la sortie de la cuve 2 se dirige vers un drain par gravité. Dans le cas de l’unité à l’échelle commerciale par contre, la solution sera pompée (pompe à déplacement positif) à un débit constant vers l’enrobeuse. Cette situation sera utilisée pour l’étude. Le débit à la sortie de la cuve 2 sera donc considéré constant.
7.1.3. Changements de valeur cible
Considérant le procédé actuel d’enrobage, la solution d’enrobage utilisée a une concentration en poudre d’enrobage bien précise et qui ne doit pas varier pendant l’opération. Ainsi, lors de la production d’une solution d’enrobage avec l’unité de production, la valeur cible en concentration de poudre d’enrobage ne sera jamais appelée à être changée. Un éventuel système global pourrait par contre relier le gain en poids des comprimés à la sortie de l’enrobeuse (Variable contrôlée) à la concentration cible de poudre d’enrobage (Variable
manipulée). Pour cette raison et parce qu’il n’est pas exclu que l’unité de production de solution d’enrobage soit un jour intégrée dans un tel système, les changements de valeur cible en concentration de poudre d’enrobage suivants seront appliqués lors de la simulation :
- Augmentation de 20% à 25% massique à 500 min.
Les niveaux de solution dans les cuves 1 et 2 pourront être modifiés en cours d’opération et ceci afin d’augmenter le volume de solution ‘’prête’’ ou encore pour faciliter la désaération par une augmentation du temps de résidence dans les cuves. Pour les besoins de cette étude, les changements de niveaux de solutions cibles dans les cuves 1 et 2 suivants seront appliqués lors de la simulation :
o Cuve 1 : Augmentation de 27 cm (54%) à 32 cm (64%) à 50 min. o Cuve 2 : Augmentation de 17 cm (49%) à 20 cm (57%) à 300 min.
7.1.4. Bruit de procédé et bruit analytique
Le bruit le plus important en provenance du procédé est dû à l’alimentation de la poudre. En effet, la vis sans fin a une précision de +/-2% volumique, ce à quoi nous devons ajouter la variabilité de la masse volumique de la poudre d’enrobage (0.6 kg/L à 0.9 kg/L). La précision gravimétrique est estimée à +/-25%.
La concentration dans la cuve 1 est prédite via l’acquisition de la viscosité de la solution. Ce modèle prédictif a une précision d’environ +/- 2% par rapport à la concentration réelle.
Le niveau de solution dans les cuves est prédit grâce à des senseurs de pression. Ces senseurs ont une précision de +/- 0.075% à laquelle on ajoute la variabilité de la masse volumique de la solution (environ de 1 kg/L à 1.15 kg/L). Au global, la précision sur le niveau est d’environ +/- 14.5%.