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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR MELANGER UNE SUBSTANCE SOLIDE PULVERULENTE ET
UN LIQUIDE.
Le mélange d'une substance solide pulvérulente et d'un liquide se heurte souvent à des difficultés, par exemple, quand la substance solide réagit rapidement à la surface en formant une couche difficilement pénétrable pour le liquidée Ceci provoque facilement la formation de mottes difficiles à traitero A titre d'exemple, on peut mentionner la dissolution de substances solides qui, avec un solvant, forment des solutions collofdales, telles que fécule .,cacao ou poudre de colle avec de l'eau. Ces difficultés se présentent aussi, lorsqu'on mélange des phosphates bruts avec des acides forts, ce qui ralentit une décomposition complète.
On a proposé différents procédés et dispositifs permettant d'éviter cet inconvéniento Ainsi on a déjà proposé de faire couler le liquide sous forme d'une pellicule fermée, par exemple par un orifice circulaire, et de répandre la substance solide sur cette pellicule. De plus, on a proposé de répandre la substande dans un organe en forme d'entonnoir, dans lequel on donduit un courant de liquide en spirale le long de la paroi, en injectant le liquide tangentiellement dans cet entonnior.
Selon l'invention, on utilise aussi une couche de liquide en rotation dans un organe en forme d'entonnoir, dans lequel on répand la substan- ce solide à mélanger au liquide. La couche de liquide en rotation est cependant obtenue d'une autre manière, tandis qu'on réalise, comme avantage spécial, un mélange'très intime de la substance solide avec le liquide et encore que le mélange peut être dosé à l'encontre d'une surpression dans un récipient de réaction.
Le dispositif selon l'invention se compose d'une chambre de rotation à axe vertical et munie d'un orifice de soutirage central, d'un ou de plusieurs conduits d'adduction essentiellement tangentiels pour le liquide et d'un organe en forme d'entonnoir disposé au-dessus de la chambre de-rotation et
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coaxiale à celle-ci, lequel organe débouche par sa petite base centralement dans la chambre de rotation, en face de l'orifice de soutirage.
Le diamètre intérieur de l'embouchure de l'organe en forme d'entonnoir doit être inférieur au diamètre de l'orifice de soutirage de la chambre de rotation.
Si, par le conduit d'adduction tangentiel, on chasse un liquide dans la chambre de rotation, ce liquide acquiert un mouvement cyclonique dans la chambre de rotation, en formant un noyau creux. En élevant la pression d'adduction, le noyau creux se rétrécit. Si le diamètre devient inférieur au diamètre de l'embouchure de l'organe en forme d'entonnoir, le liquide en rotation s'introduit aussi dans l'espace en forme d'entonnoir et y forme un cône de liquide animé d'une rotation rapide. Le liquide monte alors en spirale le long de la paroi; de là il coule en spirale vers le centre, puis est
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aspiré le -long ¯de ¯ l'8xe,dans ¯la¯.chambe de rotation.
Comme le liquide en rotation est expulsé de la chambre de rotation par l'orifice de soutirage central, il se produit à cet endroit un effet d'injecteur. Ceci permet de faire couler le liquide dans un récipient dans lequel règne une certaine surpression, sans risquer que le liquide remplisse entièrement l'organe en forme d'entonnoir ou même en déborde.
La grandeur de la surpression surmontable dépend du rapport entre les diamètres de l'embouchure de l'organe en forme d'entonnoir et de l'orifice de soutirage de la chambre de rotation. Plus ce rapport est faible, plus la surpression surmontable peut être élevée. Les pressions allant jusqu'à. 0,25 atm. surpression sont faciles à surmonter.
La hauteur à laquelle le liquide monte dans l'organe en forme d'entonnoir dépend, dans un dispositif donné, de la pression à laquelle le liquide est chassé dans la chambre de rotation et de la contre-pression que le liquide doit surmonter, en sortant de la chambre. Cette hauteur peut être réglée soit en réglant la contrepression, la pression d'adduction étant constante, par exemple à l'aide d'un robinet de réglage prévu sur le conduit de soutirage d'un récipient fermé, dans lequel la chambre de rotation se décharge, soit en réglant la pression d'adduction du liquide, la contre-pression étant constante.
En répandant une substance solide pulvérulente sur la surface du cône de liquide formé dans l'organe en forme d'entonnoir, cette poudre est rapidement aspirée vers l'intérieur le long de l'axe. Dans la chambre de rotation, il se produit subséquemment un mélange complet, sous l'influence des fortes accélérations centrifuges et des grandes tensions de cisaillement produites par le courant cyclonique. Le mélange est ensuite expulsé par l'orifice de soutirage.
En résume, on peut dire que l'invention concerne un dispositif pour mélanger une substance solide pulvérulente et un liquide, ce dispositif se composant d'une chambre de rotation munie d'un ou de plusieurs conduits d'adduction essentiellement tangentiels pour le liquide et d'un orifice de soutirage central ménagé à la base de la chambre de rotation, d'un organe en forme d'entonnoir disposé au-dessus de la chambre de rotation et coaxial à celle-ci, lequel organe débouche centralement et en face de l'orifice de soutirage dans la chambre de rotation, et d'un conduit d'adduction pour la substance solide débouchant au-dessus de l'organe en forme d'entonnoir.
De plus, l'invention porte sur un procédé pour mélanger une substance solide pulvérulente et un liquide, ce procédé se caractérisant en ce que le liquide est chassé à travers un dispositif tel qu'indiqué ci-dessus, tandis que la pression et, le cas échéant, la contre-pression, sur 1-*espace, dans lequel l'orifice de soutirage se décharge, est (sont) telle(s) que, dans l'organe en forme d'entonnoir, il se forme un cône de liquide animé d'une rotation rapide, la substance solide étant répandue sur la surface dudit cône.
L'invention sera expliquée à l'aide d'une forme de réalisation non limitative, en référence aux dessins ci-annexés, dans lesquels:
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- la figure 1 est une coupe schématique d'un dispositif selon l'invention, et - la figure 2 représente un dispositif pour effectuer des réac- tions chimiques ou physiques entre une substance solide pulvérulente et un li- quide, en employant un dispositif selon l'invention..
A la figure 1, la notation de référence 1 désigne une chambre de rotation se composant d'une partie cylindrique 2 et d'une partie conique con- nexe 3, dans laquelle est ménagé un orifice de soutirage circulaire central 4.
Un conduit d'adduction tangentiel 5 pour le liquide débouche en
6 dans la chambre de rotationo A la partie supérieure de cette chambre se dé- charge l'organe en forme d'entonnoir 7, monté coaxialement à la chambre de ro- tationo Entre l'organe en forme d'entonnoir et la chambre de rotation se trou- ve un court tuyau de jonction 8 qui débouche centralement dans la chambre de rotation et s'y étend sur une certaine distance.
Au-dessus de l'organe en forme d'entonnoir se trouve le conduit d'adduction 9 pour la substance solide. La structure de ce conduit peut va- riero Il importe seulement que la substance solide puisse régulièrement des- cendreo A cette fin on peut monter, par exemple, une toile vibrante dans le conduit d'adduction 90
A la figure 2, un dispositif correspondant à celui de la figure 1 est monté dans le couvercle 14 d'un récipient 1 0, à la base duquel est rac- cordé un conduit de soutirage 11 munid'un robinet 12, le récipient 10,contenant au surplus un tube montant 13.
Si l'on chasse du liquide, par exemple de l'eau, par le conduit d'adduction tangentiel 5, il se forme un courant cyclonique dans la chambre de rotation 1, tandis qu'à partir d'une vitesse d'adduction déterminée du liquide, il se forme un cône de liquide 15 (figure 1) dans l'organe en forme d'entonnoir 7o Les composantes de courant non-tangentielles s'étendent sensiblement dans la direction des flèches de la figure la Si, dans la construction de la figure 2, le robinet 12 est ouvert plus ou moins fort, la pression dans le récipient 10 diminue ou augmente respectivement et peut être lue dans le tube montant 13.
Si par le conduit d'adduction 9, la substance solide est répandue sur la surface du cône de liquide, cette substance solide est rapidement aspirée dans la chambre de rotation 1, et est rapidement et entièrement mélangée au liquide, après quoi le mélange obtenu est projeté dans le récipient 10 et soutiré finalement par le conduit de soutirage 11.
A travers une chambre de rotation d'un diamètre intérieur maximum de 34 mm, dont la partie cylindrique présentait une hauteur de 100 mm, dont l'orifice de soutirage avait un diamètre de 14 mm, dont le conduit d'adduction tangentiel avait un diamètre de 10 mm et au-dessus de laquelle se trouvait un organe en forme d'entonnoir, dont le diamètre maximum était de 60 mm, lequel organe se déchargeait dans la chambre de rotation par un tuyau d'un diamètre intérieur de 8 mm, on a chasse de l'eau à une pression d'adduction de 3 atm surpression. Il s'est formé un cône de liquide bien développé dans l'organe en forme d'entonnoir 7. Le réglage du robinet 12 (figure 2) a permis d'ajuster la surpression, dans le récipient 10, à 100 cm d'eau.
En augmentant cette pression le niveau du liquide dans l'organe en forme d'entonnoir 7 s'est élevé jusqu'à débordement du liquidée
La contrepression étant trop basse, le niveau du liquide a baissé un peu. En réduisant le diamètre du tuyau 8 jusqu'à. 5 mm, il a été possible d'élever la contre-pression jusqu'à 250 cm d'eau environ, sans que le 11quide déborde de l'organe en forme d'entonnoir. En employant un diamètre de 10 mm, on n'a plus pu surmonter une contre-pression sensible.
En augmentant la pression d'adduction du liquide, on a cependant pu surmonter une certaine contrepression, tandis que l'emploi de diamètres du tuyau 8 inférieurs à 5 mm a permis d'élever encore davantage la contrepression.
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La quantité de substance solide qu'on peut ajouter par litre de liquide à chasser par la chambre de rotation dépend de la nature du liquide et de la substance solide. Une limite supérieure est atteinte, quand la rotation du liquide dans l'organe 7 est trop freinée.
REVENDICATIONS.
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METHOD AND DEVICE FOR MIXING A PULVERULENT SOLID SUBSTANCE AND
LIQUID.
The mixing of a powdery solid substance and a liquid often comes up against difficulties, for example, when the solid substance reacts rapidly on the surface forming a layer which is difficult to penetrate for the liquid. As an example, mention may be made of the dissolution of solid substances which, with a solvent, form collofdal solutions, such as starch, cocoa or glue powder with water. These difficulties also arise when mixing crude phosphates with strong acids, which slows down complete decomposition.
Various methods and devices have been proposed which make it possible to avoid this drawback. Thus, it has already been proposed to let the liquid flow in the form of a closed film, for example through a circular orifice, and to spread the solid substance on this film. In addition, it has been proposed to spread the substance in a funnel-shaped member, in which a spiral stream of liquid is led along the wall, injecting the liquid tangentially into this funnel.
According to the invention, a rotating layer of liquid is also used in a funnel-shaped member, in which the solid substance to be mixed with the liquid is spread. The rotating liquid layer is, however, obtained in another way, while a very intimate mixing of the solid with the liquid is achieved as a special advantage and yet the mixture can be metered against the liquid. overpressure in a reaction vessel.
The device according to the invention consists of a rotation chamber with a vertical axis and provided with a central withdrawal orifice, one or more essentially tangential supply conduits for the liquid and a member in the form of a 'funnel placed above the rotating chamber and
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coaxial with it, which member opens through its small base centrally into the rotation chamber, opposite the draw-off orifice.
The inside diameter of the mouth of the funnel-shaped member should be less than the diameter of the draw-off port of the rotation chamber.
If, through the tangential adduction duct, a liquid is driven into the rotation chamber, this liquid acquires a cyclonic movement in the rotation chamber, forming a hollow core. As the adduction pressure increases, the hollow core becomes narrower. If the diameter becomes smaller than the diameter of the mouth of the funnel-shaped organ, the rotating liquid also enters the funnel-shaped space and forms a rotating cone of liquid there. fast. The liquid then rises in a spiral along the wall; from there it flows in a spiral towards the center, then is
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sucked the -long ¯de ¯ the 8xe, in ¯lā.chamber of rotation.
As the rotating liquid is expelled from the rotating chamber through the central draw-off port, there is an injector effect here. This allows the liquid to flow into a container in which there is a certain overpressure, without risking that the liquid completely fills the funnel-shaped member or even overflows therefrom.
The magnitude of the surmountable overpressure depends on the ratio between the diameters of the mouth of the funnel-shaped member and of the withdrawal orifice of the rotation chamber. The lower this ratio, the higher the surmountable overpressure can be. Pressures going up to. 0.25 atm. overpressure are easily overcome.
The height at which the liquid rises in the funnel-shaped member depends, in a given device, on the pressure at which the liquid is forced into the rotating chamber and on the back pressure that the liquid must overcome, in coming out of the room. This height can be adjusted either by adjusting the back pressure, the supply pressure being constant, for example using an adjustment valve provided on the withdrawal duct of a closed container, in which the rotation chamber is discharge, or by adjusting the liquid supply pressure, the back pressure being constant.
By spreading a powdery solid substance on the surface of the liquid cone formed in the funnel-shaped organ, this powder is quickly sucked inward along the axis. In the rotation chamber, complete mixing subsequently occurs, under the influence of the strong centrifugal accelerations and the large shear stresses produced by the cyclonic current. The mixture is then expelled through the draw-off orifice.
In summary, it can be said that the invention relates to a device for mixing a pulverulent solid substance and a liquid, this device consisting of a rotation chamber provided with one or more essentially tangential supply ducts for the liquid and a central draw-off orifice formed at the base of the rotation chamber, a funnel-shaped member arranged above the rotation chamber and coaxial with it, which member opens out centrally and in front of the withdrawal orifice in the rotation chamber, and a supply duct for the solid substance opening above the funnel-shaped member.
In addition, the invention relates to a process for mixing a powdery solid substance and a liquid, this process characterized in that the liquid is expelled through a device as indicated above, while the pressure and, the where appropriate, the back pressure, over 1- * space, into which the tapping orifice discharges, is (are) such that, in the funnel-shaped member, a cone of liquid animated by a rapid rotation, the solid substance being spread over the surface of said cone.
The invention will be explained with the aid of a non-limiting embodiment, with reference to the accompanying drawings, in which:
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- Figure 1 is a schematic sectional view of a device according to the invention, and - Figure 2 shows a device for carrying out chemical or physical reactions between a pulverulent solid substance and a liquid, using a device according to the invention ..
In FIG. 1, the reference notation 1 denotes a rotation chamber consisting of a cylindrical part 2 and an attached conical part 3, in which a central circular draw-off orifice 4 is formed.
A tangential adduction pipe 5 for the liquid opens into
6 in the rotation chamber o At the top of this chamber the funnel-shaped member 7 is discharged, mounted coaxially with the rotation chamber o Between the funnel-shaped member and the rotation chamber There is a short junction pipe 8 which opens centrally into the rotation chamber and extends there for a certain distance.
Above the funnel-shaped organ is the supply duct 9 for the solid substance. The structure of this duct can vary. It is only important that the solid substance can descend regularly. For this purpose it is possible to mount, for example, a vibrating fabric in the supply duct 90
In Figure 2, a device corresponding to that of Figure 1 is mounted in the cover 14 of a container 10, at the base of which is connected a draw-off pipe 11 provided with a tap 12, the container 10, additionally containing a rising tube 13.
If liquid, for example water, is driven out through the tangential supply pipe 5, a cyclonic current is formed in the rotation chamber 1, while from a determined supply speed of the liquid, a liquid cone 15 (figure 1) forms in the funnel-shaped member 7o The non-tangential current components extend substantially in the direction of the arrows in figure la Si, in the construction in Figure 2, the tap 12 is more or less open, the pressure in the container 10 decreases or increases respectively and can be read in the rising tube 13.
If through the adduction pipe 9 the solid substance is spread over the surface of the liquid cone, this solid substance is quickly sucked into the rotation chamber 1, and is quickly and completely mixed with the liquid, after which the obtained mixture is projected into the receptacle 10 and finally withdrawn through the withdrawal duct 11.
Through a rotation chamber with a maximum internal diameter of 34 mm, the cylindrical part of which had a height of 100 mm, whose withdrawal opening had a diameter of 14 mm, whose tangential supply duct had a diameter 10 mm and above which was a funnel-shaped member, the maximum diameter of which was 60 mm, which member discharged into the rotation chamber through a pipe with an internal diameter of 8 mm, one flushed water at a supply pressure of 3 atm overpressure. A well-developed liquid cone formed in the funnel-shaped organ 7. The adjustment of the tap 12 (FIG. 2) made it possible to adjust the overpressure in the container 10 to 100 cm of water. .
By increasing this pressure, the level of the liquid in the funnel-shaped organ 7 rose until the liquid overflowed.
The back pressure being too low, the liquid level has dropped a little. By reducing the diameter of the pipe 8 to. 5 mm, it was possible to raise the back pressure to about 250 cm of water, without the fluid overflowing from the funnel-shaped member. By using a diameter of 10 mm, it was no longer possible to overcome a substantial back pressure.
By increasing the liquid supply pressure, however, it was possible to overcome a certain back pressure, while the use of pipe diameters 8 of less than 5 mm made it possible to raise the back pressure still further.
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The quantity of solid substance which can be added per liter of liquid to be expelled by the rotation chamber depends on the nature of the liquid and of the solid substance. An upper limit is reached when the rotation of the liquid in the member 7 is too slowed down.
CLAIMS.