FR2834652A1 - Dispositif d'agitation en particulier pour la dispersion ou l'emulsification de deux liquides non miscibles - Google Patents

Dispositif d'agitation en particulier pour la dispersion ou l'emulsification de deux liquides non miscibles Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'agitation rotatif comprenant un élément de mélange fonctionnant selon le principe du mélangeur statique, fixé radialement sur un axe creux (1, 2), cet élément de mélange comportant une cavité occupée par un garnissage, la dite cavité communiquant d'une part avec l'espace intérieur de l'axe creux, d'autre part avec le milieu fluide à agiter.

Description

est constitué de la membrane selon la revendication 9 ou 10.
DISPOSITIF D'AGITATION EN PARTICULIER
POUR LA DISPERSION OU L'EMULSIFICATION
DE DEUX LIQUIDES NON MISCIBLES
0 L'invention concerne un dispositif d'agitation, en particulier appliqué à la
dispersion ou l'émulsion de deux liquides non miscibles.
On connâît les agitateurs rotatifs comprenant un ou plusieurs mobiles fixés sur un arbre. Le cisaillement, la turbulence et la circulation que l'agitateur introduit dans le liquide à mélanger dépendent alors notamment des caractéristiques du mobile, en
particulier de sa géométrie.
Pour la dispersion ou l'émulsification de liquides non miscibles, il est impor
tant que l'agitateur impartisse un fort cisaillement.
Un exemple de tels agitateurs sont les mélangeurs à rotor et stator. Des dispo sitifs de ce genre sont commercialisés par Rayneri sous la marque Ultramix et par IKA sous la marque Ultra Turrax. Le rotor, par exemple une turbine, est monté à l'intérieur d'une pièce fixe, le stator. Le déplacement relatif du rotor par rapport au stator engendre alors des forces de cisaillement qui provoquent la dispersion ou
l'émulsification des liquides.
Par ailleurs, on conna^it également des mélangeurs statiques dans lesquels le flux de liquide traverse successivement une série d'éléments de mélange fixes qui dévient et divisent le flux. L'efficacité de l'appareil est lice à la géométrie des
éléments de mélange et à leur nombre.
Cependant, les deux types de dispositifs présentent des inconvénients.
En effet, en raison de la nocessité de crécr un cisaillement élevé au sein du liquide, les agitateurs à rotor et stator sont des dispositifs mécaniques complexes en raison de la faible dimension de l'entrefer qui implique de sévères tolérances en matière d'usinage et d'alignement, de la géométrie des petites perforations du stator et de la vitesse élevoe du rotor. Par ailleurs, la dissipation importante d'énergie dans un petit volume conduit à un échanffement pouvant avoir une influence sur les
fluides à mélanger, voire entrâîner des problèmes de sécurité.
Le mélangeur statique nocessite la mise en circulation du liquide à mélanger.
Ainsi, le plus souvent, il faudra recourir à une pompe. Ces dispositifs sont par \\H I RSCH4\VOL I \DACI YLO\ 18 500 M 8563 doc - 10 janner 2002 1/7 ailleurs peu adaptés pour la préparation de dispersions ou d'émulsions de liquides
non miscibles.
La présente invention a pour but de proposer un dispositif rotatif d'agitation, en particulier pour la dispersion et l'émulsification de liquides non miscibles, qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur. L'invention a donc comme objet un dispositif rotatif d'agitation comprenant un élément de mélange fonctionnant selon le principe du mélangeur statique, fixé radialement sur un axe creux, cet élément de mélange comportant une cavité occupée par un garnissage et communiquant avec l' espace intérieur de l' axe creux et le milieu
o fluide à agiter.
Selon une réalisation particulière de l'invention, l'élément de mélange comprend: - deux disques percés en leur centre; - un dispositif de fixation rendant les deux disques solidaires l'un de l'autre en délimitant un espace entre eux; et - un garnissage disposé dans l'espace ainsi délimité, l'axe creux étant formé d'une partie supérieure solidaire d'un des disques et
d'une partie inférieure solidaire de l'autre disque.
En particulier, une ou plusieurs ouvertures ménagées dans la partie supérieure et inférieure de l'axe creux permettent aux fluides à mélanger de circuler dans l'axe et
dans le garnissage.
Selon un mode de réalisation, la fixation entre le premier et le deuxième disque
est réalisée par une ou plusieurs entretoises.
De préférence, l'ouverture dans la partie inférieure de l' axe creux est constituée
2s par son extrémité.
Avantageusement, l'ouverture dans la partie supérieure de l' axe creux est
constituée d'une ouverture ménagée au flanc de l'axe creux.
Selon un autre mode de réalisation, une ou plusieurs tubulures sont fixées radialement sur l'axe creux communiquant avec l'espace intérieur de l'axe et remplies de garnissage analogue aux tvpes de garnissages utilisés dans les mélan
geurs statiques de l'art antérieur.
Le garni s sage est avantageusement constitué d'un ensemb le d 'él éments so lides en matériau adapté, c'est-à-dire notamment en matériau inerte vis-à-vis des fluides à mélanger. Les éléments solides peuvent étre par exemple en matériau métallique, 3s plastique, céramique ou en verre. Ils peuvent étre disposés selon un arrangement régulier ou non à l'intérieur de la cavité constituant l'espace libre de l'élément de mélange. Le garnissage sera avantageusement fixe dans la cavité de manière à préve
nir son déplacement ou sa perte sous le mouvement des fluides à mélanger.
\\HIRSCH4\VOLl\DACTYLO\18500\18563.doc - 10 janvier 2002 - 2/7 Le garnissage peut 8tre en particulier composé d'une ou plusieurs couches de
grillage. Ce grillage est avantageusement métallique.
Un autre objet de l'invention est l'utilisation du dispositif selon l'invention
pour la préparation de dispersions et/ou d'émulsions de liquides non miscibles.
Le dispositif selon l'invention est expliqué plus en détail en rétérence à la figure unique en annexe qui montreun mode de réalisation d'un agitateur selon l'invention. Le dispositif selon le mode de réalisation illustré à la figure unique comprend les éléments suivants: lo - une première partie supérieure comprenant un premier disque 5 fixé par tout moyen mécanique connu (par exemple soudage, vissage) à l'extrémité inférieure d'un axe creux 1. L'axe creux 1 est percé près de son extrémité supérieure d'un orifice latéral 6 permettant la circulation du liquide dans lequel est plongé le dispositif; - une partie inférieure semblable à la partie supérieure, comprenant un deuxième disque 5' fixé par tout moyen mécanique à l'extrémité supérieure d'un axe creux 2. L'extrémité inférieure de l' axe creux 2 est ouverte et
laisse libre passage au liquide dans lequel est plongé le dispositif.
Les deux disques 5, 5' sont rendus solidaires l'un de l'autre en ménageant un espace entre eux par tout moyen convenable. De préférence, ce moyen est constitué de plusieurs entretoises situces sur la périphérie des disques et régulièrement répar ties, par exemple à 120 l'une de l'autre, et ménageant entre les disques un espace cylindrique. Le nombre d'entretoises reliant les deux disques sera de préférence proportionnel à la taille du dispositif. En cas d'utilisation d'une seule entretoise, on veillera à l' équilibre pour assurer une bonne rotation de l' ensemble. L'espace ménagé entre les disques 5, 5' est rempli par un garnissage formant des chicanes. Un tel garnissage est de préférence composé d'un empilement de plusieurs couches de grilles métalliques découpées en forme de disque de méme diamètre que les disques ,5'. A l' extrémité supérieure libre de l' axe creux 1 de la partie supérieure du dispositif est fixée par tout moyen mécanique convenable (par exemple soudage, vissage) un axe plein permettant d'accoupler le dispositif, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse, à un moteur susceptible de lui imprimer un
mouvement de rotation.
De préférence, l'axe creux 1 et le disque 5 d'une part, l' axe creux 2 et le disque ' d'autre part forment chacun un ensemble, l'axe et le disque étant rendus solidaires
l'un de l'autre par tout moyen convenable (soudure, vissage etc.).
NUlIRSCH4\VOLI\DACTYLO\1850018563.dcc - 10 janvier 2002 - 3J1 Toutefois, les disques 5, 5' peuvent en principe étre remplacées par d'autres éléments considérés comme équivalents dès lors qu'ils définissent un espace de mélange comprenant les garnissages, relié aux deux axes creux et permettant une extraction radiale du mélange résultant. Ces éléments sont tels qu'ils autorisent une bonne rotation de l'ensemble. On peut citer à titre d'exemple l'utilisation de plusieurs pales creuses ou de plusieurs tubulures, communiquant avec l' axe et munies chacune individuellement d'éléments d'un garnissage semblable à ceux utilisés dans les
mélangeurs statiques.
Le fonctionnement de l'agitateur selon l'invention est le suivant: 0 Les liquides à mélanger sont introduits dans une cuve adaptée dans laquelle est disposé l'agitateur. De préférence, l'interface entre les deux liquides se situe au niveau du garnissage, c'est-à-dire que chaque axe est immergé dans un liquide distinct. Lorsque l'agitateur est mis en rotation, les liquides sont aspirés au travers des axes creux sous l'effet de la force centrifuge et se mélangent intimement en
traversant le garnissage formant chicanes avant d'être expulsé à sa périphérie.
De cette façon, la rotation de l'agitateur permet au garnissage de jouer le rôle
d'un mélangeur statique, renforçant ainsi l'effet de mélange obtenu.
En effet, le dispositif selon l ' invention permet la prép aration d' une émulsion de
deux liquides à vitesse bien plus faible que les agitateurs rotor stator connus.
Ainsi, un dispositif d' agitation selon le mode de réalisation indiqué à la figure a
été utilisé pour disperser un mélange d'eau et d'huile moteur multigrade standard.
Une émulsion stable a été obtenue en moins de 5 minutes avec une vitesse de rotation
de 60 t/min seulement pour un diamètre des disques de 11 cm.
Le dispositif selon l'invention constitue donc un dispositif de mélange simple et peu onéreux, efficace à faible vitesse de rotation, et particulièrement adapté pour la
dispersion ou l'émulsification de liquides non miscibles.
\\HIRSCH4\VOLl\DACTYLO\18500\18563.doc - 10 janvicr 2002 - 4/7
2834652
REVE ND I CATION S
1.- Dispositif d' agitation rotatif comprenant un élément de mélange fonction nant selon le principe du mélangeur statique, fixé radialement sur un axe creux (1,2), cet élément de mélange comportant une cavité occupée par un garnissage, la dite cavité communiquant d'une part avec l' espace intérieur de l ' axe creux, d'autre part
avec le milieu fluide à agiter.
2.- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'élément de mélange comprend: - deux disques (5,5') percés en leur centre; - un dispositif de fixation (3) rendant les deux disques (5,5') solidaires l'un de l'autre en délimitant un espace entre eux; et - un garnissage (4) disposé dans l'espace ainsi délimité, l'axe creux étant formé d'une partie supérieure (1) solidaire du disque (5) et
d'une partie inférieure (2) solidaire du disque (5').
3.- Dispositif selon la revendication 2, dans lequel l'axe creux (1,2) comporte une ouverture (6) dans sa partie supérieure et une ouverture (7) dans sa partie infé rieure.
4.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la
fixation entre le premier et le deuxième disque (5,5') est réalisée par une ou plusieurs entretoises.
S.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
l'ouverture (7) dans l' axe creux (2) est constituée par son extrémité.
6.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
l'ouverture (6) dans l'axe creux (1) est ménagée au flanc de l' axe.
7.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel sont
fixées radialement sur l'axe creux (1,2) une ou plusieurs tubulure(s) communiquant
avec l'espace intérieur de l'axe et remplies de garnissage.
8.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le garnis
sage (4) est composé d'un ensemble d'éléments solides en matériau métallique,
plastique, céramique, verre, disposés selon un arrangement régulier ou non.
R:\18500\18563.doc - 10 janvier 2002 - 5/7
9.- Dispositif selon la revendication 8, dans lequel le garnissage (4) est compo-
sée d'une ou plusieurs couches de grillage.
10.- Dispositif selon la revendication 9, dans lequel le grillage est métallique.
s
11.- Utilisation du dispositif selon l'une des revendications précédentes pour la
préparation de dispersions etlou d'émulsions de liquides non miscibles.
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