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M E M O I R E D E S C R I P T I F déposé à l'appui d'une demande de BHEVET D'IMPORTATION basé, sur le brevet français n 810.252 du 19 janvier 1935 aax noms de Messieurs Fernand SOCCART et eorge ilfrid EDWARDS SOCIETE ANONYEE FRANCAISE POUH LA SEPARATION, L'EMULSION ET
LE MELANGE (PROCEDES S.E.M.) "Perfectionnements aux mélangeurs, émulseurs, etc..".
La présente invention concerne les perfectionne- ments apportés aux.procédés et dispositifs destinés à réa- liser d'une façon continue des mélanges, des émulsions, des lavages, tout en permettant ou en facilitant, le cas échéant, les réactions chimiques tant entre produits à l'état liqui- de qu'entre produits solides ou gazeux.
Elle a pour objet principal, de réaliser d'une façon continue : 1 - Le dosage des différentes phases liquides pulvérulen- tes, etc..., que l'on veut mélanger ; 2 - La dispersion rationnelle au sein de la phase continue de la ou des phases discontinues, avec le libre choix de ces phases ; 3 - Le contrôle et le réglage de la régularité et du degré de cette dispersion ;
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4 - La perfection du mélange intime des phases constitu- tives.
Le procédé conforme à la présente invention con- siste à cet effet, en principe, à admettre un ou plusieurs éléments en état de pulvérisation ou de division extrême dans une couche fine ou "film" s'écoulant d'une manière continue, et constituée par un ou plusieurs autres éléments. Pour améliorer le mélange intime des phases ainsi constituées, l'invention consiste en outre, le cas échéant, à provoquer dans le mélange des phénomènes tourbillonnaires ou de dis- persion par chocs.
Etant donné que l'écoulement du film continu et que la quantité du corps dispersé peuvent être rigoureusement contrôlés, on peut arriver à doser exactement la répartition des différents éléments du mélange. On peut ainsi disperser un élément,A, plus ou moins divisé, dans un élément B, à l'état continu, ceci à n'importe quelle proportion, ou disperser l'élément B à l'état plus ou moins divisé, dans un élément A à l'état continu, ceci à h'importe Quelles proportions.
Le dispositif conforme à la présente invention comportera donc, d'une part, un appareil pour provoquer l'écoulement d'un liquide sous forme d'une couche mince et continue, ainsi qu'un autre appareil pour projeter sur cette phase un autre élément à l'état de dispersion. Le dispositif pour faire écouler les liquides en couche mince d'une maniè- re continue pourra, conformément à l'invention, être constitué par une surface de révolution .de préférence conique, maintenue en rotation, sur la face interne de laquelle le liquide en phase continue s'écoulera d'une manière régulière sous l'effet de la force centrifuge.
Le dispositif pour projeter la phase dispersée sur la phase continue pourra être constitué par n'importe quel appareil de pulvérisation, mais
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sera de préférence formé d'une manière analogue au support de la phase continue par une surface de révolution en rota- tion, de préférence conique dont le bord le plus évasé se trouvera à l'intérieur du cône support de la phase continue, de telle sorte que la phase liquide ou pulvérulente s'échap- pant de ce dispositif sous l'effet de la force centrifuge, soit projetéesur la phase continue suivant tout le pourtour des surfaces en rotation.
Conformément à l'invention, en outre, pour pouvoir améliorer la perfection du mélange ainsi obtenu, le disposi- tif pourra comprendre une série de cônes ou surfaces de réve- lution successifs en rotation, logés les uns¯. dans les au- tres, de telle manière que le mélange s'échappant successi- vement de chaque surface soit pulvérisé par renouvellement de l'effet indiqué ci-dessus et projeté sur la surface sui- vante, de façon à provoquer à chaque fois sous l'effet du choc ainsi réalisé, un nouveau malaxage de l'ensemble.
D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description ci-après relatives aux dessins ci-joints qui représentent schématiquement, à titre d'exem ple,différents modes de réalisation de cette invention.
Les figures 1, 2, 3, 4,5, 6 et 7 représentent sché- matiquement en coupe, différentes réalisations d'invention.
La figure 8 est une coupe d'un appareil mélangeur conforme à l'invention.
Sur la figure 1, 1 désigne un cône tournant autour de son axe et à l'intérieur duquel on introduit en 2 la phase liquide ou pulvérulente, qui sous l'effet de la force centrifuge se répartit en 5 le long et sur toute la surface intérieure du cône formant ainsi une couche continue dont l'épaisseur varie en fonction du diamètre. Plus la couche s'éloigne de l'axe, plus elle est mince. Lorsque cette couche' arrive à la partie extrême du cône, elle quitte ce dernier
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en 4 sous l'effet de la force centrifuge et n'élit plus soutenue se divise en particules extrêmement fines comparables à un brouillard que l'on recueille de n'importe quelle manière appropriée.
Par ailleurs, on a prévu co-axialement au cône 1, un autre cône 5 dont le diamètre terminal est inférieur à celui du cône 1, le plan terminal coupant la surface du cône 1 en 7.
On introduit dans ce cône,qui peut tourner à la même vitesse ou à une vitesse différente du cône 1, une phase liquide ou pulvérulente, qui, sous l'effet de la force centrifuge, quitte le cône 5 en 6 à l'état très dispersé, pour être projetée violemment sous l'effet de la force centrifuge, en 7, sur la couche liquide 5, avec laquelle elle se mélange intimement pour s'échapper en 4 comme il a été dit ci-dessus.
Le mélange estd'ailleurs favorisé par la différence initiale des vitesses tangentielles des deux phases. Il sera possible volonté d'ailleurs de régler la proportion du mélange final en agissant sur l'arrivée des phases dans leurs cônes respec- tifs de contrôler la dispersion et la finesse du mélange en agissant sur les vitesses absolues et relatives de rotation des cônes ou sur leurs positions relatives, ou enfin, sur les diamètres et angles au sommet de ces cônes.
Selon les besoins et facilités de construction, les cônes peuvent être placés concentriquement ou non, ils peuvent être placés dans le même sens ou non, ou encore le nombre des cônes dispersant peut être illimité et dépendre du nombre de phases que l'on veut disperser dans la phase continue. Enfin, on peut utiliser au lieu de cônes des surfaces de révolution ayant un profil quelconque.
Dans la description ci-après, pour plus de facilité de langage, on appellera cônes les surfaces de révolution employées.
Sur la figure 2, un cône 1, tourne autour d'un axe en regard d'un disque comportant différentes surfaces coni-
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ques 5 et 13 tournant autour du même axe. Une des phases à mélanger est introduite au moyen d'un entonnoir 8 ou tout autre dispositif à l'intérieur du cône 1 pendant que l'autre phase est introduite par injection ou par su cion naturelle du liquide 11, à l'intérieur du cône 5. Des ailettes 9 et
10 peuvent d'ailleurs faciliter le mouvement du liquide dans les deux cônes. La phase introduite dans le cône 1 s'écoule- ra le long de la surface conique intérieure en couche conti- nue.
La phase introduite dans le cône 5 s'écoulera aus- si le long de la première partie conique en couche continue, mais en quittant la crête 6 elle se divisera et viendra, à l'état dispersé, rencontrer la couche continue du cône 1 en
7, ou elle s'y mélangera.
Le mélange quittant le cône 1 en 4 se dispersera pour venir heurter la surface conique 13 en 12. A ce moment et pendant l'écoulement de 12 à 14 se produira un second effet du mélange.
Le mélange quittant le cône 13 en 14 est redispersé pour être finalement recueilli par un dispositif quelconque.
Dans ce dispositif la proportion du liquide introduit dans le cône 5 peut varier automatiquement avec la quantité de liquide introduite en 1 en utilisant par exemple la dépression créée par l'écoulement du mélange entre les disques, laquelle variera avec la quantité de la phase introduiteen 1.
En agissant sur ce profil du cône 5 et sur le niveau du liquide, oh peut faire varier la quantité de la phase introduite dans le cône 5.
Ainsi, un contrôle des proportions peut être réalisé avec connue résultat qu'une fois établie la proportion restera invariable, même si le débit de la phase admise en A varie.
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Sur la figure 3, oh a un dispositif analogue à celui de la figure 1, mais les disques A et B sont placés l'un dans l'autre, de façon à ce que la phase introduite à l'intérieur du cône 5 au moyen de l'entonnoir 15 soit dispersée en
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6 pour venir rencontrer 811 7 1¯j C::IÀC<î -; (1,)-:10 j..ll.la ,-1.] 1- i>?1-5.=; introduite l'intérieur du cône 1 au moyen de l'entonnoir 8.
Le mélange se parfait pendant l'écoulement de 7 en 4. Le recueil s'effectue comme dans le cas de la figure 1.
Dans la figure 4, le cône 1 est supporté par un distributeur double 16 et 17, monté sur un arbre 22. Le disque 5-18 constitué de surfaces coniques opposées peut tourner autour de cet axe.
Une des phases à mélanger étant introduite en 15 sera récoltée dans l'espace 17 puis chassée par la force centrifuge au travers des trous 21 et viendra rencontrer le cône intérieur 5. Etant dispersée à la crête 6, cette phase viendra rencontrer en cet état une deuxième phase introduite dans le distributeur 16 par l'entonnoir 8 et s'écoulant en couche continue le long du cône 1, aprs cvoir traversé les trous 20. L'effet du mélange se continuera ensuite comme pré- cédemment.
Dans la figure5 les deux disques forméspar des surfaces coniques sont fixés sur le distributeur su porté par un axe 22.A part la vitesse angulaire des disques qui est identique, le fonctionnement de ce montage est identique a celui de la figure 3.
La figure 6 représente deux modes de récolte de l'émulsion produite entre les disques A et B.A droite la plaque 23 est un cône fixe placé en regard de la dernière surface conique tournante.
A gauche la plaque 24 est une plaque conique fixe ayant des trous ou des ailettes et qui est placée en regard de la dernière surface conique tournante.
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Dans l'un et l'autre cas, le mélange est guidé et lancé entre la dernière paroi mobile et cette paroi fixe.
La figure 7 représente un dispositif pour réaliser le dosage, la répartition et le mélange de 3 phases. Ce dispositif est une combinaison de ceux représentés dans les figures 1 et 3.
Une des phases est introduite dans le cône 1 au moyen de l'entonnoir 8.
Une deuxième phase introduite ou aspirée dans le cône 5 est pulvérisée en quittent la crête 6 et vient à l'état dispersé, rencontrer le film de la première phase en 7.
Un mélange se produit entre 7 et 4. Ce mélange étant dispersé en 4 viendra rencontrer la troisième phase qui aura été introduite à l'intérieur du cône 25 au moyen de l'entonnoir 26. Un mélange des 3 phases se produira entre 27 et 28.
Après dispersion finale, le mélange peut être récolté d'une façon quelconque ou par un dispositif analogue à ceux représentés dans la figure 6.
Il va sans dire que les dispositifsprécédents peuvent être adaptés à la préparation des mélanges ou émulsions comprenant un nombre de phases supérieur à 3 et en appliquant toujours le même principe de dosage, de la dispersion et du mélange. Il va également de soi que l'on peut faire intervenir en cascade un nombre de dispersions et de mélanges illimité.
Les vitesses relatives entre les disques 1, 5 et 25 peuvent aussi varier en sens et en grandeur, suivant les cas ; la vitesse des disques peut, comme dans le cas de la figure 5 être identique.
'Enfin, les surfaces coniques peuvent être lisses, striées ou rugueuses suivant les cas.
La méridienne des surfaces de révolution peut vay rier, de même la longueur des surfaces et la distance entre les disques.
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Le mode de suspension et d'entraînement des cônes peut être absolument quelconque.
Les cônes peuvent fonctionner à l'air libre ou dans un vase ou récipient clos de façon à pouvoir émulsion- ner ou mélanger sous pression, sous vide ou en présence de gaz actifs ou inertes.
La figure 7 représente une réalisation pratique du dispositif représenté schématiquement figure 4. Sur cette figure, le plateau inférieur 5 est monté sur un arbre creux
35 qui est supporté par 2 roulements dans un corps de pa- lier 40. Cet arbre porte, à sa partieinférieure, une pou- lie à gorge 32.
A l'intérieur de l'arbre creux et supporté par deux roulements à billes enchassés dans l'arbre creux pas- se un arbre intérieur 22. Cet arbre se termine à sa partie supérieure par un distributeur 16,17 et è sa partieinfé- rieure par une poulie à gorge 33, Le distributeur qui est composé de deux chambres 16 et 17 supporte un plateau supé- rieur 1 et la poulie 33 commande le plateau 5.
La commande de ces poulies de diamètre adéquat égal ou différent, se fait au moyen d'une courroie ronde ou trapézoïdale ou autre à partir d'une source motrice quel- conque. En croisant l'une des courroies on peut faire tourner un plateau dans le sens contraire à l'autre.
-En dessous du plateau inférieur est placée une goulotte 31 qui sert à èvacuer le mélange final. Cette goulotte porte un couvercle 4 qui se termine par une partie cylindrique 42. A l'intérieur de cette partie cylindrique coulisse un cylindre 43 évasé à sa partie inférieure en 24 de façon à épouser la forme conique de la dernière surface du plateau 5 comme cela a été représonté figure 6.
Ce cône fixe 43-24 est réglable en hauteur, sa distance du plateau inférieur pouvantainsi être augmentée selon les cas. Ce cône, une fois réglé, est fixé dans sa
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position définitive au moyen de l'écrou 36.
La partie cylindrique 42 porte un entonnoir qui distribue toute matière qui y est introduite dans l'es- pace 16 du distributeur. A l'intérieur de l'entonnoir 8 se trouve un second entonnoir 15 qui distribue toute matière qui y est introduite dans l'espace 17 du distributeur. L'é- coulement des phases se fait alors comme dans le cas de la figure 4 jusqu'à ce que le mélange arrive en contact avec le cône fixe 24.
Ici intervient un phénomène émulsificateur dû au laminage et au frottement comme cela se produit dans le cas bien connu des moulins colloïdaux. Mais cet effet de laminage par frottement qui, en général, absorbe une puis- sance sensible pourra très souvent être évité. Dans ce cas, on relève le cône fixe 43-24 en le faisant coulisser dans le guide 42.
Il ne servira que d'écran pour arrêter l'émulsion jaillissant à la crête 4. Le cône 24 pourra être lisse, strié, percé ou échancré suivant les cas. L'émulsion sera finalement récoltée et évacuée par la goulotte d'évacuation
30-31.
Il va sans dire que, dans cet appareil, la distan- ce entre le plateau supérieur 1, et le plateau inférieur 5, peut varier en intercalant des rondelles entre le plateau 1 et le distributeur 16-17.
Le plateau inférieur 5 porte, à sa partie inférieure, des trous 44, qui servent à évacuer tout liquide qui serait amené pendant que les disques ne seraient pas en rotation, ceci évitant le passage de liquide dans les roulements.
On pourra, bien entendu, apporter de nombreuses modifications aux dispositifs qui viennent d'être décrits sans sortir de l'invention et qui est applicable, comme il a été dit, au mélange de toutes substances pulvérulentes, liquides ou gazeuses.