Brevet FR2013049A1 — publié le 19700327

La présente invention se rapporte à un mélangeur qui peut être utilisé pour ajouter et mélanger efficacement des poudres, granulés, gels, suspensions, liquides à haute viscosité etc. 5 On connaît et utilise déjà dans la technique des mélan geurs qui comprennent des agitateurs munis d'aubes rotatives à l'intérieur d'une cuve, des malaxeurs à bras, des pétrins, etc. Le principe de base du fonctionnement de ces mélangeurs de la technique antérieure est apparenté à l'agitation que l'on 10 peut obtenir avec une cuiller, c'est-à-dire que les couches statiques de poudres et autres produits sont détruites, retournées et mélangéès entre elles par des palettes agitées. Toutefois, dans cette agitation qui est réalisée à l'état statique, et étant donné que les couches statiques de la matière sont découpées par 15 intermittence, les collisions et inversions des mouvements des particules ne sont pas très fréquentes de sorte que le mélange exige un temps relativement long. En outre, en raison de la haute résistance de friction statique, dans le cas où l'on a à traiter des gels et des suspensions, la résistance due à la viscosité 20 s'ajoute à la résistance due au frottement. Il est donc nécessaire pour cette raison de donner aux palettes agitatrices une forme telle qu'elles manifestent une haute résistance, de façon à augmenter la quantité de matière qui est transférée par chaque déplacement élémentaire, ce qui nécessite la mise en oeuvre de 25 couples élevés et d'une grande puissance. L'invention vise à réaliser un mélangeur qui soit exempt de ces inconvénients. Suivant l'invention, le rotor du mélangeur présente la forme d'un serpentin hélicoïdal qui s'étend sur la longueur d'un 30 cylindre et qui est entraîné à une vitesse capable de fluidiser les matières à mélanger. La description qui va suivre, en référence aux dessins annexés, donnés surtout à titre d'exemple, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée. 35 Sur ces dessins, la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation d'un mélangeur réalisé conformément à l'invention; la figure 2 est une vue en élévation de côté, en partie arrachée, d'une variante de réalisation de l'invention» 69 24009 -2- 2013049 Sur la figure 1 des dessins, on a représenté un mélangeur comprenant un cylindre horizontal 1, un orifice d'entrée 2, qui reçoit les matières à mélanger, situé à une première extrémité du cylindre un orifice de sortie 3, situé à l'extrémité op-5 posée du cylindre 1, un rotor 4 constitué par un serpentin hélicoïdal, qui s'étend le long de la surface interne du cylindre 1, et un moteur 5 qui sert à entraîner le rotor 4 en rotation à une vitesse suffisante pour fluidiser la matière à l'intérieur du cylindre et à faire écouler cette matière dans le sens axial. Le 10 moteur 5 est relié à un arbre 6 qui porte le rotor 4 par l'intermédiaire d'un accouplement 7 e"t l'arbre 6 tourne dans les paliers 8. Bien que le cylindre 1 puisse être disposé horizontalement comme représenté sur le dessin, il peut également être incliné lorsqu'il est nécessaire de réduire le temps de séjour de la ma-15 tière dans le cylindre. Le diamètre extérieur du rotor hélicoïdal est légèrement plus petit que le diamètre intérieur du cylindre 1. Il est avantageux de donner un petit pas au rotor hélicoïdal 4 de façon à diminuer l'angle des spires avec la section droite du cylindre, 20 afin de réduire ainsi la résistance à la rotation. Il est également possible d'utiliser l'arbre de rotation 6, pour former l'hélice du rotor. Toutefois, lorsque la matière de ce serpentin, hélicoïdal est élastique, il est préférable de réaliser le rotor et l'arbre rotatif en. des matières différentes 25 l'une de l'autre afin de réduire les vibrations. La section du fil métallique qui constitue le rotor hélicoïdal peut être circulaire, carrée ou rectangulaire, mais on préférera la forme circulaire en raison de la faible résistance opposée par cette forme. 30 Dans le fonctionnement, lorsque le rotor 4 est entraîné en rotation par le moteur 5, les matières qu'il s'agit de mélanger, par exemple une poudre, un liquide, un gel, une suspension etc, sont introduites dans le cylindre par l'orifice d'entrée 2 et les matières mélangées sont déchargées à travers l'orifice de 35 sortie 3. La vitesse de rotation, c'est-à-dire le nombre de tours par minute du rotor 4, est choisie à une valeur suffisamment élevée pour maintenir constamment les matières contenues dans le cylindre 1 dans un état fluide. 69 24009 -3- 2013049 Bien que la vitesse de rotation diffère suivant le type et les propriétés de la matière à mélanger, ojqXztilise généralement une-vitesse périphérique de plus de 2 m/s, de préférence voisine de 4 m/s. 5 Avec cette vitesse élevée, toutes les couches sont agi tées de façon à projeter les particules et à leur faire subir des collisions énergiques et répétées, pour obtenir un brassage homogène. Toutefois, en dépit de la haute vitesse de fonctionnement, la puissance absorbée est très faible. Pendant la rotation 10 du serpentin hélicoïdal, la totalité de la surface interne du cylindre est balayée par les spires de ce serpentin de sorte que la totalité de la matière contenue dans le cylindre est maintenue constamment à l'état fluidisé. En outre, étant donné que le rotor est hélicoïdal, la matière est transportée en direction de 15 l'orifice de sortie, à l'état mélangé. Plus le pas du serpentin est petit, plus la puissance d'entraînement est faible. Avec un petit cylindre, d'une longueur de seulement 1 à 2 m, il est possible de traiter une grande quantité de matière avee un temps de séjour très court, limité à environ 5 secondes. 20 A titre d'exemple de mélange d'une suspension àu moyen du mélangeur suivant l'invention, on a obtenu un mélange homogène sous forme de gel, d'une eau souillée de terre et de sable contenant 70 % de solides, à un débit de 350 1/mn et avec un temps de séjour limité à environ 5 secondes, le rotor hélicoïdal 25 étant entraîné à une vitesse périphérique de 4 m/s. La puissance absorbée par cette opération était de 3j7 KW. Au contraire, lorsque le même traitement était exécuté avec un pétrin ou malaxeur classique, il demandait un temps de séjour de 60 secondes, à une vitesse périphérique du rotor de 30 1 m/s. La puissance absorbée était de 19 &W. Le coefficient de frottement que l'on observe dans l'opération de mélange réalisée avec le mélangeur suivant l'invention diminue lorsque la vitesse périphérique du rotor croît. C'est-à-dire que ce coefficient est de 0,022 à une vitesse périphérique 35 de 3 m/s et de 0,019 à une vitesse périphérique de 4 m/s et de 0,016 à une vitesse périphérique de 5 hl/s. H est donc évident que la résistance de frottement est réduite par la fluidisation. Bien que les aubes rotatives soient disposées en hélices 69 24009 -4- 2013049 dans les mélangeurs classiques du type à bras et dans les pétrins classiques, le pas de ces aubes est trop grand de sorte qu'on ne peut pas dire que les rotors soient de forme hélicoïdale. l'angle de l'hélice avec la section droite de la cuve est 5 de ce fait trop grand et augmente la résistance à la rotation. En outre, la forme des bras oppose une grande résistance, de sorte qu'il est impossible de travailler à des vitesses élevées. C'est pour cette raison que les mélangeurs de la technique antérieure ne peuvent effectuer qu'un brassage à l'état 10 stationnaire par agitation ou pétrissage. En outre, ces machines de la technique antérieure exigent une forte puissance et un long temps de séjour. Le mélangeur suivant l'invention est capable de résoudre tous ces problèmes. La matière constitutive du rotor hélicoïdal n'est pas 15 critique. Lorsqu'une extrémité de ce rotor est fixée à l'arbre rotatif, l'autre extrémité peut être libre. L'extrémité de déchargement du cylindre peut être laissée ouverte pour donner un orifice de sortie pour le mélange. Lorsqu'il s'agit de mélanger entre elles des matières très vis-20 queuses, le résidu de la matière tend à adhérer au rotor et au cylindre et à se solidifier sur ce rotor et ce cylindre en provoquant diverses perturbations. Pour éliminer cet inconvénientj on peut prévoirvun mécanisme approprié pour injecter un liquide dans le cylindre, une électro-vanne et une minuterie pour comman-25 der automatiquement l'instant d'injection du liquide avec un débit déterminé, afin de laver et de nettoyer l'intérieur du cylindre ainsi que de compléter la quantité de liquide introduite dans le mélange. La figure 2 représente un exemple de cet agencement. 30 Comme dans le mélangeur représenté sur la figure 1, la variante représentée sur la figure 2 comprend un cylindre 1, un rotor hélicoïdal 4, un orifice 2 d'entrée de la matière à mélanger et un moteur d'entraînement 5. Les matières à mélanger sont introduites dans l'orifice d'entrée 2 par une goulotte 13 et un con-35 voyeur 14 ou équivalent. A une extrémité du cylindre 1, est prévu un tube 10 cintré en une couronne et qui porte une série de gicleurs (non représentés), répartis sur la périphérie de cette couronne pour pro 69 24009 -5- 2013049 jeter ou injecter un liquide. Le tube 10 est relié à une source de liquide (constituée dans cw cas, par de l'eau ordinaire) par l'intermédiaire d'une électro-vanne 11, laquelle est reliée au moteur 5, par l'intermédiaire d'une minuterie 12, de façon à la-5 ver le cylindre avant et après l'opération de mélange, et pendant un temps approprié. Le temps d'injection du liquide de lavage qui arrive par l'intermédiaire de 1'électro-vanne est commandé par le réglage de la minuterie, normalement, 1'électro-vanne 11 est main-10 tenue fermée pendant que l'opération s'effectue dans le cylindre 1. Toutefois, si nécessaire, il est possible d'ajouter une quantité quelconque de liquide au mélange au cours de l'opération de mélange. Dans le fonctionnement réel,en même temps que le moteur 5 15 est mis en circuit, la minuterie 12 est également mise en marche pour ouvrir l'électro-vanne 11 pendant tin temps déterminé. De cette façon, l'eau du réseau est projetée à l'intérieur du cylindre 1 à travers une série de gicleurs de la couronne 10. L'eau ainsi projetée circule dans le cylindre 1, sous l'action du rotor 20 4 pour laver et nettoyer ce cylindre. Après écoulement d'un temps réglé et prédéterminé, la minuterie 12 entre en action pour fermer 'électro-vanne 11 afin d'interrompre la projection d'eau à l'intérieur du cylindre 1. Ensuite, les matières premières sont introduites dans l'orifice 25 d'entrée 2 par des moyens d'alimentation 13 et 14. Oes matières pénètrent ensuite dans le cylindre 1, et sont transportées vers l'orifice de sortie 3 tout en étant agitées par le rotor hélicoïdal 4. Si la proportion du liquide dans le mélange n'est pas suffisante, on peut augmenter la quantité de liquide en ouvrant 30 1'électro-vanne 11 pendant l'opération de mélange. Lorsque cette opération est terminée, la minuterie 12 ouvre 1'électro-vanne 11, pendant que le rotor 4 reste en rotation, pour introduire de l'eau de nettoyage dans le cylindre pendant un temps prédéterminé afin de laver l'intérieur du cylindre. 35 Ensuite, l'eau est déchargée à travers l'orifice de sortie 3* De cette façon, l'eau de nettoyage est non seulement introduite dans le cylindre 1 pendant des intervalles de temps prédéterminés, avant et après l'opération de mélange mais également au cours de 69 24009 -6- 2013049 cette opération, pour compléter la teneur en eau du mélange si nécessaire. Au lieu d'utiliser la minuterie, on pourrait également commander manuellement l'introduction de l'eau. Il ressort de ce qui précède que l'invention a pour ob-5 jet un nouveau mélangeur capable d'assurer une grande efficacité avec une puissance absorbée relativement petite, capable de traiter une grande quantité de matière avec un temps de séjour réduit, qui est de petite dimension et facile à utiliser. L'utili-satioïidu mécanisme de projection de liquide dans le cylindre a 10 pour effet de balayer les résidus du mélange qui se présentent sous la forme d'une suspension, poudres ou de granulés et qui adhèrent au rotor et au cylindre avant et après l'utilisation du mélangeur. Les perturbations provoquées par les adhérences et la solidification du mélange peuvent être ainsi efficacement élimi-15 nées, ce qui améliore la caractéristique dé résistance à la corrosion et la longévité du mélangeur. En reliant la minuterie à la source de liquide, il est possible de maintenir la durée de projection du liquide à une valeur constante. En outre, on peut à volonté augmenter la quantité de liquide contenue dans le mé-20 lange. 69 24009 -7- 2013049 - KEVEUDICAIIONS - 1 - Mélangeur du type comprenant un rotor qui tourne dans un cylindre horizontal présentant un orifice d'entrée à une extrémité et un orifice de sortie à l'autre extrémité, ce 5 mélangeur étant caractérisé en ce que le rotor comprend une hélice qui s'étend le long du cylindre et en ce que cette hélice est entraînée en rotation pour fluidiser la matière à mélanger dans le cylindre. 2 - Mélangeur suivant la revendication 1, caractérisé 10 en ce que l'hélice est montée sur un arbre rotatif relié aux moyens d'entraînement. 3 - Mélangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens de projection de liquide à l'intérieur du cylindre, dans la région de l'orifice d'entrée. 15 4- - Mélangeur suivant la revendication 3s caractérisé en ce que les moyens de projection de liquide sont commandés par une minuterie. 5 - Mélangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre horizontal est incliné vers le bas, en di-20 rection de l'orifice de sortie.