Brevet FR2008446A1 — publié le 19700123

La présente invention se rapporte à des mélangeurs à chute libre pour matières en poudre ou grains capables de couler comme des fluides (qu'on appellera dans la suite "fluides" pour simplifier), comprenant une cuve de mélangeur, ayant la 5 forme générale d'un tambour, inclinée sur l'horizontale et qui tourne autour de son axe longitudinal, la matière étant introduite à l'extrémité supérieure de cette cuve et s'en écoulant à son autre extrémité, ou extrémité inférieure. Pour les matières àmélanger particulièrement fragiles, 1 0 dans lesquelles il ne doit pas se produire de destruction du grain, on connaît déjà des mélangeurs à chute libre - par exemple des mélangeurs à double cône - mais ces mélangeurs ne peuvent atteindre une précision de mélange satisfaisante, dans le fonctionnement discontinu ou par charges séparées qu'avec des 15 temps de brassage très longs. Dans le cas de certaines matières à mélanger qui présentent de fortes différences de granulométrie et de poids, ces mélangeurs connus tendent même à dissocier le mélange. En pratique, ils ne sont absolument pas utilisables en qualité de mélangeurs à passage traversant. 20 L*invention a pour but de réaliser un mélangeur à chute libre au moyen duquel on puisse mélanger des matières solides fluides, même très fragiles, à large intervalle de granulométrie, en une opération continue, d*une façon extrêmement rapide et par conséquent non destructive, intensàe et régulière. 25 Suivant l'invention, pour résoudre ce problème, dans lin mélangeur du genre cité au début, la cuve du mélangeur, formée par un tambour, est subdivisée intérieurement, par le montage de segments de disques annulaires disposés radialement, en un grand nombre de chambres de mélange successives qui sont 30 reliées entre elles de telle sorte que la matière à mélanger passe petit à petit, par déversement du trop plein des diverses chambres, de la première chambre de mélange, qui est au niveau le plus haut, et à travers les chambres suivantes, qui sont à des niveaux de plus en plus bas, pour parvenir à la sortie 35 située à l'extrémité inférieure, en subissant un mouvement de brassage constant et non destructeur. Le mélangeur suivant l'invention est un mélangeur à chute libre qui ne contient aucun organe mélangeur mobile mais qui, contrairement aux mélangeurs à chute libre connus, ne 40 travaille pas comme mélangeur discontinu mais comme mélangeur 2 2008446 13138 continu ou à passage traversant. Ce mélangeur présente avantageusement un tambour cylindrique dont les parois d'extrémité, présentent, à une extrémité, une ouverture d'introduction et, à l'autre, une ouverture de sortie. 5 Pour assurer le déplacement de la matière à mélanger à l'intérieur du tambour mélangeur de l'entrée à la sortie, ce tambour est incliné sur l'horizontale d'un angle compris de préférence entre 10 et 25°. Sa vitesse de rotation est choisie de façon que la matière à'mélanger ne soit pas soumise à l'in-10 fluence des forces centrifuges qui risqueraient de faire obstacle à la chute libre, c'est-à-dire à l'écoulement ou au ruissellement descendant de la matière à mélanger. Un tambour de 400 mm de diamètre intérieur est avantageusement entraîné à une vitesse de rotation de 10 à 30 t/mn. 15 Pour donner l'intense brassage désiré, le tambour mélangeur est avantageusement subdivisé par des segments annulaires ou disques annulaires dont le diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur du tambour. IDans le cas des cuves ou tambours à section carrée ou polygonale, les segments doivent 20 être adaptés par leur périmètre extérieur à la forme de la cuve. le diamètre intérieur des disques annulaires est - suivant la fluidité du produit et le débit "de production désiré - de 50 à 80 Jé du diamètre du tambour. Les segments sont avantageusement répartis sur toute la longueur du tambour du mélangeur, avec 25 un écartement mutuel compris entre 15 et 40 # du diamètre du tambour de sorte que, à part la première chambre qui peut être plus large, on obtient un grand nombre de petites chambres de mélange de mêmes dimension^'. Sous l'effet de la rotation du tambour mélangeur, la 30 matière à mélanger est constamment maintenue dans cette chambre, comme dans les mélangeurs à tambour roulant connus, en mouvement de roulement de glissement et d*écoulement. Grâce à la disposition inclinée du tambour mélangeur et à la pénétration continue de nouvelle matière à mélanger, toutes les petites chambres de 35 mélange se déversent dans les chambres suivantes, disposées plus bas, où la matière à mélanger participe aussitôt aux mouvements de roulement, glissement et écoulement avec la matière à mélanger qui s'y trouve déjà. Plus le degré de remplissage est important et plus le tambour mélangeur est ineliné, plus le dé-40 bit de trop plein de matière à mélanger qui se déverse est grand 69 13138 5 2008446 et plus le trajet d'écoulement est long, c'est-à-dire que les trop-pleins qui se déversent peuvent s'écouler dans la chambre immédiatement suivante et même dans la chambre qui suit cette dernière. 5 Afin que les fractions lourdes de la matière à mélan ger ne séjournent pas dans les diverses chambres de mélange plus longtemps que les fractions légères, on prévoit, dans chaque chambre de mélange, au moins une plaque de soulèvement ou d'entraînement, qui présente avantageusement la même largeur et la 10 même hauteur que la chambre, lorsque, lors de la rotation du tambour mélangeur, ces plaques d'entraînement ont atteint l'inclinaison qui correspond à la pente d'éboulement de la matière à mélanger, la fraction lourde qui se trouve encore en avant de la plaque se déverse principalement dans la chambre de 1 5 mélange immédiatement suivante et en partie dans la chambre qui suit celle-ci, où elle participe aussitôt aux mouvements de roulement et d'écoulement avec la matière à mélanger qui se trouve dans ces chambres. Lors de la vidange du mélangeur, ces plaques ont pour effet d'obliger les derniers restes de matière 20 à mélanger à quitter rapidement le mélangeur en passant par l'ouverture de sortie. Pour atteindre une grande précision de mélange, le tambour mélangeur doit avantageusement avoir une longueur qui correspond au moins à quatre fois son diamètre de sorte que l'on 25 peut former de nombreuses petites chambres de mélange. Lorsque l1acheminement de la matière à mélanger composée de plusieurs constituants s'effectue en continu, on peut atteindre les conditions les plus sévères que l'on peut exiger de la précision du mélange. Toutefois, on obtient également de bons résultats de 30 mélange lorsque la matière à mélanger est acheminée par l'intermédiaire de basGules à mouvement discontinu lorsque les cadences de mouvement des bascules sont rapides. Le mélangeur suivant l'invention est également très bien approprié pour le refroidissement ou le chauffage de la 35 matière à mélanger lorsqu'il est équipé d'une double paroi munie d'une entrée et d'une sortie de liquide, cette double paroi étant reliée, par exemple par des perçages pratiqués dans l'arbre et dans les bras ou rayons qui portent le tambour mélangeur. Le refroidissement ou chauffage est beaucoup plus intense 40 dans les mélangeurs suivant l'invention que dans les mélangeurs 69 13138 4 2008446 connus parce que les mélangeurs suivant l'invention sont comparables à un tube à ailettes de radiateur j en effet, la chaleur du fluide de refroidissement ou de chauffage est transmise à la matière à mélanger, non seulemen^ar la paroi cylindrique du 5 tambour mélangeur mais également par les segments de tôle annulaire montés dans le tambour pour diviser ce dernier en petites chambres de mélange et également par les plaques d'entraînement placées dans les chambres de mélange. Par ailleurs, dans le mélangeur suivant l'invention, aucun organe mélangeur mobile ne 10 s'oppose au refroidissement par frottement sur la matière à mélanger. La description qui va suivre, en référence au dessin annexé, donné surtout à titre d'exemple, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée. 15 Sur le dessin annexé, on a représenté schématiquement \in exemple d'exécution du mélangeur Buivant l'invention s - la figure 1 est une vue en coupe verticale longitudinale de l'ensemble du mélangeur ; - la figure 2 est une vue en coupe du tambour mélan-20 geur, prise suivant la ligne II-II de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe du tambour mélangeur prise suivant la ligne III-III de la figure 1. Le mélangeur est constitué par une cuve 1, cylindrique ou en forme de tambour, et qui, à ses deux extrémités, 25 prend appui sur un arbre par l'intermédiaire de bras ou rayons 3» L'arbre 2 est incliné sur l'horizontale, monté rotatif dans des paliers 4 et immobilisé en translation axiale. Les paliers 4 sont fixés sur des supports 5 et 5a de différentes hauteurs. Le tambour mélangeur 1 est divisé par des segments 30 annulaires 6 en tôle, qui servent également de pièces de tête, en un grand nombre de petites chambres de mélange 7. De l'entrée à la sortie, les ehambres de mélange successives sont à des niveaux de plus en plus bas, suivant l'inclinaison du tambour de sorte que, lorsque le degré de remplissage du tambour est 35 suffisant, la matière à mélanger s'écoule d'une chambre de mélange à la suivante. Dans chaque chambre de mélange, se trouve une plaque de soulèvement ou d'entraînement 8 qui, à chaque tour du tambour mélangeur 1, entraîne également les fractions lourdes de la matière à mélanger et les déverse dans la chambre 4-0 suivante. Par ailleurs, à la fin de l'opération, ces tôles as 69 13138 5 2008446 surent la vidange totale du tambour mélangeur. L'arbre 2 est entraîné par un moteur à réducteur 9 et par l'intermédiaire d'une transmission à chaîne 10, à une vitesse qui en aucun cas ne fait ôbstacle à la chute libre de 5 la matière à mélanger en raison des effets de la force centrifuge. Pour l'alimentation, il est prévu une bande transporteuse sans fin 11, disposée par exemple au dessus du mélangeur et au dessus de laquelle sont agencés des dispositifs doseurs 10 K à P pour le dosage des divers constituants du mélange, qui déversent de préférence continuellement. De la bande transporteuse en mouvement 11, la matière tombe, dans le sens des flèches 11a et 11b, à travers une trémie 12 qui pénétre, à travers une plaque de fermeture 13 fixée à l'appui 5» dans la première cham-15 bre de mélange du tambour mélangeur 1. A l'extrémité de sortie du tambour, est prévue une trémie de sortie 14- fixée au support 5a de sorte que l'opération de mélange peut se dérouler sans dégagement de poussière si des garnitures d'étanchéité à bagues glissantes, non représentées, sont interposées entre la plaque 20 de fermeture 13 et la trémie de sortie 14 d'une part et le tambour tournant 1 d'autre part. La ligne ondulée 16 de la figure 3 représente la surface libre de la matière à mélanger qui glisse ou s'écoule de haut en bas suivant une certaine pente d'éboulement lorsque le 25 tambour mélangeur 1 est en rotation tandis que la ligne 16a de la figure 1, d'où, partent les flèches 16b qui sont pointées vers le bas, représente le trop plein de matières qui déborde continuellement et se déverse d'une chambre de mélange à l'autre en s'écoulant dans le sens axial. Dans la zone de la flèche 17 30 de grande longueur tracée sur la figure 3» la matière à mélanger est au repos mais elle est continuellement soulevée par la rotation du tambour mélangeur 1 jusqu'au point de renversement 17a, dans une sorte de mouvement de roulement. Du point de renversement 17a, la matière glisse dans la zone des flèches 18, de haut 35 en bas cosame en chute libre, au-dessus et au-dessous de la ligne ondulée 16 et, en même temps, en formant un courant de matière à mélanger qui s'écoule suivant la ligne 16a et les flèches 16b, et qui subit continuellement une sorte de roulement sur lui-même. Les flèches 18 de la figure 1 montrent que la matière 40 qui glisse et tombe de haut en bas en partant du point de ren- 69 13138 6 2008446 versement 17a reste en partie dans la même chambre de mélange et se déverse en partie dans la chambre de mélange immédiatement suivante ou dans celle qui suit celle-ci, avec le courant de matière à mélanger qui s'écoule en direction de l'extrémité de 5 sortie du tambour mélangeur 1. L'ensemble de la matière à mélanger est soumis obligatoirement, de l'entrée à la sortie du tambour mélangeur 1, dans chaque chambre de mélange 7» à un processus de rotation, glissement, roulement et écoulement, en provenant de diverses 10 directions et en se dirigeant dans diverses directions. Dans l'exemple d'exécution représenté, pour pouvoir utiliser également le mélangeur pour refroidir ou tempérer ou chauffer des matières en vrac, le tambour 1 est muni d'une double paroi 19. Pour introduire un fluide de chauffage ou de 15 refroidissement dans cette double paroi 19 ou l'en évacuer, les extrémités 2a et 2b de l'arbre 2 ainsi que les rayons 3 sont creux. La température du fluide de chauffage ou de reJÊoidisse-ment est transmise à la matière en vrac, non seulement par la paroi du tambour mélangeur 1 mais également par les segments 20 annulaires 6 et par les plaques d'entraînement 8. Pour intensifier encore le processus de ehauffage ou de refroidissement au moyen des mélangeurs suivant l'invention, il est encore possible de disposer autour du tambour mélangeur tournant, un tambour fixe 20, représenté en traits interrompus 25 sur la figure 1, d'un diamètre supérieur d'environ 30 5£ à celui du tambour tournant, et comprenant une tête 21 à travers laquelle passe l'extrémité inférieure de l'arbre 2. Le tambour fixe 20 est muni d'une double paroi 22 qui forme une chambre de chauffage ou de refroidissement. Dans ce cas, la tête inférieure 30 21 du tambour extérieur fixe 20 est placée à un certain écarte-ment de la tête du tambour rotatif ; sur la double paroi 19 du tambour mélangeur est agencée une vis transporteuse 23» qui peut être avantageusement à deux filets, et qui est montée de façon à reprendre la matière qui sort du mélangeur à l'extrémi-35 té inférieure et à la faire monter dans la fente annulaire 24 formée entre le tambour fixe et le tambour rotatif pour l'éjecter à l'extrémité supérieure du tambour fixe. Dans ce cas, la quantité supplémentaire de chaleur apportée à la matière à mélanger ou à transporter est transmise non seulement par la 40 surface interne du tambour fixe mais également par les filets 69 13138 7 2008446 de la vis car la vis transportsuse 23 est reliée rigidement à la double paroi 19 du tambour mélangeur rotatif 1. la double paroi 22 est munie de tubulures 25 et 26 prévues respectivement pour l'introduction et 1 * évacuation du 5 fluide de chauffage ou de refroidissement. 69 13138 8 2008446 BETENIIOATIOHS 1. Mélangeur travaillant en chute libre, pour produits solides, fluides comprenant une cuve de mélangeur inclinée sur 1 * horizontale, qui tourne autour de son axe longitudinal, la matière étant introduite dans 1*extrémité supérieure de cette 5 cuve et en sortant par l'autre extrémité, gui est située à un niveau plus bas, ce mélangeur étant caractérisé en ce gue la cuve a la forme d'un tambour et en ce gu'elle est subdivisée intérieurement, par montage de segments de disgues annulaires disposés radialement, en un grand nombre de chambres de mélange 10 successives. 2. Mélangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce gue, dans chague chambre de mélange, est agencée au moins une plague de soulèvement ou d'entraînement. 3. Mélangeur suivant la revendication 2, caractérisé 15 en ce gue ehague plague d'entraînement est de largeur égale à celle de la chambre de mélange correspondante et en ce gu'elle fait saillie sur la paroi du tambour mélangeur, dans une direction radiale, pour se prolonger jusgu'au bord intérieur des segments annulaires. 2 0 4« Mélangeur suivant l'une ou plusieurs des revendi cations 1 à 3, caractérisé en ee gue le diamètre intérieur de ehague segment de disgue annulaire est compris entre 50 et 80 du diamètre du tambour. 5. Mélangeur suivant l'une ou plusieurs des revendi-2 5 cations 1 à 4, caractérisé en ee gue les segments de disgues annulaires sont disposés dans le tambour, à un éeartement compris entre 15 et 40 56 du diamètre de ee tambour. 6. Mélangeur suivant l'une ou plusieurs des revendications 1 à 5» caractérisé en ce gue le tambour est appuyé 30 sur un arbre entraîné gui est incliné d'un angle compris entre 10 et 25°. • 7. Mélangeur suivant la revendication 6, caractérisé en ee gue le tambour est porté par l'arbre entraîné par l'intermédiaire, de bras radiaux. 35 8. Mélangeur suivant l'une ou plusieurs des revendi cations 1 à 7, caractérisé en ee que le tambour est éguipé 13138 9 2008446 d'une double paroi destinée à recevoir et/ou à faire circuler un fluide de refroidissement ou de chauffage. 9. Mélangeur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'arrivée du fluide de refroidissement ou de chauffage dans la chambre annulaire formée par la double paroi du tambour et la sortie de ce fluide se produisent à travers les bras percés de trous longtudinaux et à travers l'arbre. 10. Mélangeur suivant l'une ou plusieurs des revendications 1 à 9» caractérisé en ce que les deux extrémités du tambour mélangeur sont munies de trémies d'entrée et d'évacuation fixes et raccordées par des joints étanches aux poussières. 11. Mélangeur suivant l'une ou plusieurs des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le tambour rotatif est logé dans un tambour fixe qui entoure le tambour rotatif à un certain éeartement, et qui est ouvert à son extrémité supérieure. 12. Mélangeur suivant la revendication 11, caractérisé en ce que le tambour fixe est muni d'une double paroi pour contenir ou faire circuler un fluide de chauffage ou de refroidis sement. 13. Mélangeur suivant la revendication 11 ou la revendication 12, caractérisé en ee qu'une vis transporteuse est prévue dans l'espace annulaire compris entre le tambour fixe et le tambour rotatif pour transporter la matière à mélanger. 14« Mélangeur suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la vis transporteuse est fixéçéur la face externe du tambour rotatif.