Brevet FR2001240A1 — publié le 19690926

La présente invention, se rapporte à un procédé ainsi qu'à un dispositif de mélange par gravité de différentes charges de matières granuleuses en vrac. En vue de l'utilisation de certaines sortes de matières gra-5 nuleuses en vrac, il importe que la matière conserve des propriétés constantes pendant des durées prolongées ou à l'intérieur de quantités importantes de matière. Ainsi, lors de l'extrusion de matières synthétiques, on n'obtient un produit de composition homogène que dans le cas où les granulés ont été déjà prémélangés 10 au point que les différences résultant de productions différentes soient essentiellement compensées. Des problèmes semblables se posent lors de la fabrication de fils sans fin à partir de polymères synthétiques en fusion. Afin d'empêcher des différences dans les propriétés des fils, on amène fréquemment les matières 15 en fusion sous la forme de copeaux et on mélange de façon intensive plusieurs charges de ces copeaux avant de les ramener à l'état de fusion et avant de procéder au filage définitif. Peur mélanger différentes charges de matières granuleuses en vrac, on dispose essentiellement de trois procédés différents 20 de mélange, à savoir de procédés faisant appel à des mélangeurs entraînés par voie mécanique, à des mélangeurs fonctionnant par voie pneumatique et à des mélangeurs faisant appel à la gravité. L'utilisation de mélangeurs entraînés par voie mécanique, par exemple des mélangeurs à tambour, des agitateurs et des dis-25 positifs analogues est à rejeter pour mélanger des quantités relativement importantes de matières granuleuses en vrac, et cela non seulement en raison de la consommation élevée d'énergie. En effet, dans ce type de dispositifs mélangeurs, une grande partie de l'énergie d'entraînement est transmise à la matière sous la 30 forme de travail de broyage, de sorte que cette matière qui se présente avant le processus de mélange sous la forme d'une matière à grains de même grosseur contient, après le processus de mélange, en dehors des grains ayant la grosseur initiale, également une partie non négligeable de grains plus fins. Cette proportion en • 35 grains fins contribue fréquemment à l'apparition de phénomènes de séparation indésirable et perturbe en outre dans la plupart des cas l'utilisation ultérieure de ces matières. 69 02199 2 2001240 Les mélangeurs fonctionnant par voie pneumatique entraînent également une consommation d'énergie relativement importante, à quoi s'ajoutent encore des frais considérables pour l'appareillage. Les vitesses élevées du gaz, nécessaires pour faire tourbillonner 5 des grains d'une grosseur de quelques millimètres provoquent également lors du mélange pneumatique, une usure importante et en partie un broyage par chocs de la matière. En raison des inconvénients décrits ci-dessus des procédés de mélange faisant appel à des dispositifs mélangeurs entraînés par 10 voie mécanique ou fonctionnant par voie pneumatique, on utilise de plus en plus, pour mélanger des grandes quantités de matières granuleuses en vrac, des procédés de mélange faisant appel à la gravité ou à la chute libre des grains de la matière. Dans les procédés de mélange de ce type, la matière doit être amenée en 15 continu ou par charges successives, par élévation à un niveau d'énergie statique plus élevé; il est ensuite possible de laisser la matière ruisseler ou s'écouler de haut en bas à travers un réservoir ou un ensemble de réservoirs et d'assurer un mélange des différentes charges par des chicanes ou des organes de distribu-20 tion appropriés. La présente invention entre dans le cadre des procédés et dispositifs de mélange du groupe défini en dernier lieu. L'invention se rapporte à un procédé de mélange par gravité de charges différentes de matières granuleuses en vrac, suivant lequel on 25 verse les charges successivement dans un premier réservoir dans lequel elles forment des couches superposées dans le sens vertical, on retire la matière simultanément des différentes couches sous la forme de filets indépendants de débit à peu près égal et on réunit ces fils à l'extérieur du réservoir, ainsi qu'à un 30 dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Par "mélange par gravité", on entend ici un mélange faisant appel à la gravité ou à la chute libre des grains de la matière. Par "charge",^on entend lors du fonctionnement en continu la quantité de matière versée par unité de temps dans le réservoir, 35 tandis que lors du remplissage intermittent du réservoir, on entend par "charge" le contenu d'un récipient de transport. Il est déjà connu de réaliser un mélange par gravité de 69 02199 3 2001240 différentes charges de produits granuleux en vrac, en versant les charges successivement dans un réservoir où elles forment des couches superposées dans le sens vertical, en retirant simultanément la matière des différentes couches sous la forme de 5 filets de débit à peu près égal et en réunissant ces filets à 1*extérieur du réservoir. Un dispositif connu pour la mise en oeuvre d*un tel mélange (brevet des Etats Unis d'Amérique n2 455.082) se compose d'un réservoir dont la surface de base présente la forme d*un hexagone 10 régulier. La sortie inférieure est constituée par une trémie ayant la forme d'une pyramide hexagonale régulière et dont la pointe est coupée pour former une sortie centrale, ce qui permet à la aatière de s'écouler de la trémie. A l'intérieur du réservoir débouchent, à des hauteurs différentes, au total douze tubes 15 de décharge ayant des ouvertures de décharge dirigées vers le haut. Ces tubes traversent la paroi de la trémie et se terminent à l'extérieur du réservoir à peu près à la même hauteur, à savoir dans un collecteur dans lequel, selon la position d'une vanne, la matièré s'écoulant du réservoir par les tubes de 20 décharge peut passer librement ou peut s'accumuler. Dans le cas où l'on règle la vanne de manière que la matière s'accumule dans le collecteur, les ouvertures inférieures des tubes de décharge sent toutes obturées ou libérées en même temps par les cânes de déversement qui se forment en dessous de ces ouvertures. Cela 25 assure un écoulement simultané de la matière à partir de différentes couches, sous la forme de filets ayant à peu près le même débit. Après un unique passage de la matière à mélanger, à travers un dispositif de ce type connu, l'homogénéité du mélange ainsi 30 obtenu doit être considérée comme étant insuffisante. Ce dispositif permet moins un mélange qu'un dosage de quantités partielles à peu près égales de matière à partir de différentes zones du réservoir. Ces quantités partielles remplissent le collecteur sous la forme de"veines" juxtaposées contenant 35 essentiellement les grains de la couche d'où ces grains ont été retirés par le tube de décharge qui se termine au-dessus des "veines". 69 02199 4 2001240 « Suivant un procédé également connu (brevets des Etats Unis d*Âmérique nû 3.106.385 et 3.158.362), on cherche à obtenir un mélange ultérieur de ces "veines" par le fait que l'on réunit en dessous du réservoir les quantités partielles retirées des diffé-5 rentes couches et qu'on les renvoie par voie pneumatique vers l'extrémité supérieure du réservoir d'où elle traverse encore une fois le réservoir suivant le principe connu. Le nombre de passages dans le réservoir détermine l'homogénéité du mélange. Ce procédé présente plusieurs inconvénients s il exige le 10 fonctionnement en continu d'un compresseur d'air; en raison du procédé utilisé, la formation de fines par usure et par broyage par chocs est inévitable, ce qui enlève un avantage essentiel du mélange par gravité; la canalisation de circulation est également exposée à de fortes sollicitations par les arêtes de la matière 15 granuleuse et doit être surveillée en permanence; finalement, malgré les dépenses élevées nécessaires du point de vue énergie et appareillage, l'homogénéité du mélange ne peut pas être considérée comme bonne, même en cas de répartition optimale des extrémités supérieures des tubes de décharge dans le réservoir. 20 La présente invention vise à améliorer l'homogénéité lors du mélange par gravité de différentes.charges de matière granuleuse en vrac et de conserver en même temps tous les avantages d'un procédé de mélange ne faisant appel qu'à la gravité. Des essais ont démontré que ce résultat ne peut pas 6tre 25 obtenu en plaçant simplement l'un en dessous de l'autre deux dispositifs identiques de type connu, car les "veines" ne sont ainsi que mal décomposées. En effet, il est nécessaire de prévoir un organe de distribution qui assure une décomposition des "veines", c'est-à-dire un mélange horizontal ou transversal et qui permet 30 en même temps à la matière de s*écouler en étant sollicitée le moins possible, c'est-à-dire qui ne provoque pas de sollicitations mécaniques notables pour les différents grains. Le procédé conforme à l'invention de mélange par gravité de différentes charges de matières granuleuses en vrac, dans lequel 35 les charges sont versées successivement dans un premier réservoir en formant des couches superposées dans le sens vertical, la matière étant retirée simultanément des différentes couches sous 69 02199 S 2001240 la forme de filets indépendants de débit à peu près égal et ces filets étant réunis à l'extérieur du réservoir est caractérisé par le fait qu'on soumet les filets réunis, qui remplissent la section intérieure d'un tube de transport sous la forme de "veines" juxta-5 posées, à un mélange transversal et qu'on les verse dans un second réservoir d'où l'on retire la matière simultanément, en vue du mélange ultérieur, de préférence de nouveau à partir de hauteurs différentes, pour la réunir à l'extérieur du second réservoir. Du fait qu'une grande importance doit être attribuée au 10 mélange transversal, il suffit déjà, dans certains processus de mélange, que la matière mélangée soit évacuée en vue de son utilisation ultérieure après la décomposition des "veines". Cependant, dans certains cas où l'on veut donner une homogénéité accrue au mélange, on envoie de préférence dans un second réservoir la 15 matière déjà soumise au mélange transversal. A la sortie de ce second réservoir, l'homogénéité du mélange est encore une fois améliorée. Dans le cas où des exigences des plus sévères sont imposées à l'homogénéité du mélange, par exemple lors du mélange de copeaux *20 colorés provenant de différentes productions, il est recommandé de faire suivre le second réservoir d'un système de distribution supplémentaire en vue du mélange transversal. La matière est animée de préférence déjà au début du mélange transversal-d'un mouvement dont la composante verticale est 25 dirigée vers le bas. Le procédé conforme à l'invention est de préférence mis en oeuvre de façon continue. Après un remplissage unique du réservoir supérieur, on verse dans ce dernier autant de matière que l'on en retire par le collecteur supérieur. Après le mélange transversal, 30 on verse la matière retirée dans le second réservoir. On n'ouvre ce second réservoir que lorsqu'il est plein. A partir de cet instant, on retire de ce réservoir autant de matière que l'on en rajoute à partir du collecteur supérieur. Cependant, le procédé conforme à l'invention peut également 35 être mis en oeuvre de façon intermittente. On remplit alors par charges successives le réservoir supérieur et on le vide ensuite complètement dans le second réservoir, avec dosage des quantités 69 02199 6 2001240 partielles et mélange transversal des "veines". De ce second réservoir ou du second collecteur £e trouvant en dessous de ce ré- pre servoir, on retire la matiere/mélangée par charges successives, en la soumettant au mélange définitif. La mise en oeuvre intermittente 5. du procédé est particulièrement avantageuse dans le cas où les réservoirs remplissent entièrement leur rôle de silo de stockage et dans le cas où les charges doivent être prélevées selon les besoins. L'invention se rapporte également à un dispositif pour la mise 10 en oeuvre du procédé conforme à 1*invention, avec un réservoir supérieur et un réservoir inférieur, un collecteur supérieur et un collecteur inférieur, un ensemble supérieur et un ensemble inférieur de tubes de décharge dont les extrémités supérieures se terminent à des hauteurs différentes à 1*intérieur d'un réservoir 15 et dont les extrémités inférieures se terminent à la même hauteur à l'intérieur d'un collecteur, et avec des moyens pour l'introduction des charges à mélanger et des moyens pour l'évacuation commandée de la matière mélangée, ce dispositif étant caractérisé par un Système de distribution monté entre le collecteur supérieur et 20 le réservoir inférieur et comportant une canalisation d'arrivée et un élément de distribution tournant. Le dispositif conforme à l'invention, en particulier l'utilisation du système de distribution assure que" le flux de matière contenant des "veines" et venant du collecteur supérieur est ré-25 parti, avec décomposition des "veines", sur toute la section droite du réservoir inférieur, sans que les différents grains ne soient sollicités dans le sens d'une usure. Dans le cas où des exigences particulièrement sévères sont imposées à l'homogénéité du mélange, le collecteur inférieur est 30 suivi d'un système de distribution supplémentaire. Pour la description plus détaillée de l'invention, on va se référer au dessins annexé, sur lequel î la fig. 1 est une vue en élévation schématique d'un exemple de réalisation du dispositif conforme à l'invention, avec un 35 écorché de la partie supérieure du réservoir inférieur, permettant de reconnaître les éléments essentiels du système de distribution. 69 02199 7 2001240 la fig. 2 est une coupe longitudinale de la partie supérieur® du réservoir inférieur et du système de distribution. Comme le montre la fig. 1, les charges à mélanger de la matière granuleuse en vrac parviennent dans le sens de la flèche 5 "À" par 1* entrée 1 de la matière sous la forme de couches successives dans le réservoir supérieur 2. De là, la matière est retirée de façon connue par les ouvertures des tubes de décharge 3 qui se terminent à l'intérieur du réservoir supérieur 2 et par le tube de décharge central 5 venant de la trémie de décharge supérieure 4, 10 pour être réunie dans le collecteur supérieur 6, des quantités partielles essentiellement égales étant retirées des différentes zones du réservoir. De la sortie 7 du collecteur, la matière prémélangée parvient par l*organe de réglage 20, par exemple une vanne dans la canalisation de liaison 8 .qu'elle remplit sous la forme de "veines" 15 juxtaposées, passe par la tubulure d'arrivée 22 de la partie rapportée 9 en chute libre dans la trémie de déviation 23 et arrive de là dans l'élément de distribution tournant 17 qui est entraîné par le Moteur électrique 18 en passant par l'arbre 19. A sa sortie de l'éléaent de distribution 17, la matière est répartie uniformément 20 sur toute la section droite du réservoir inférieur 10, les "veines* étant essentiellement décomposées par l'effet de mélange transversal. La matière est retirée du réservoir inférieur 10 par les tubes de décharge 11 et de la trémie inférieure de décharge 12 par le 25 tube de décharge central inférieur 13 pour être recueillie dans le collecteur inférieur 14; de la sortie 15 du collecteur, la matière est envoyée, après son passage par l'organe de réglage 2^,par la tubulure de décharge 16 dans le sens de la flèche "D" vers l'emplacement d'utilisation ultérieure. 30 Pour la description plus détaillée du système de distribution, on va se référer à la fig. 2. Ce système de distribution est monté dans la partie 9 rapportée sur le réservoir inférieur 10 et se compose essentiellement d'une tubulure d'arrivée 22, d'une trémie de déviation 23 et d'un élément de distribution 17. 35 L'élément de distribution 17 représenté sur le dessin est cons titué par un tube cintré à ouverture de sortie biseautée. Cependant, cet élément peut également présenter une autre forme, par exem- 69 02199 a 2001240 pie la forme d'une plaque oblique ou d'une rigole. Toutefois, sa configuration doit assurer que l'ensemble de la matière arrivant dans cet élément soit dévié unilatéralement pendant la rotation de cet élément. La demanderesse a constaté avec étonnement que la 5 déviation unilatérale assure un meilleur mélange transversal que la déviation vers tous les cStés à l'aide d'un plateau éjecteur horizontal tournant. La trémie de déviation 23 est fixée dans sa position par rapport à la tubulure d'arrivée 22 par plusieurs tubes d'ancrage 24 10 soudés à cette trémie et au couvercle 25. La sortie de la trémie de déviation est traversée par l'arbre 19 sur l'embout fileté 32 duquel une douille 31 est serrée rigidement à l'aide d'un écrou 33* La douille 31 est soudée à l'élément de distribution 17 et assure la transmission du mouvement de rotation de l'arbre 19 à l'élément 15 de distribution 17. L'arbre 19 lui~même est relié par l'accouplement 28 (indiqué schématiquement) et par les clavettes 29 au bout d'arbre 30 du moteur électrique 18 qui est fixé par sa bride 27 au couvercle 25, ce couvercle étant à son tour boulonné à la bride 26 de la partie 20 rapportée. La flèche MB" indique le sens d'arrivée de la matière dans le système de distribution et, la flèche NCH indique le sens dans lequel la matière quitte l'élément de distribution 17. Ce vecteur mouvement "C" présente une composante verticale dirigée vers le 25 bas, ce qui fait que les particules ne sont pas projetées perpendiculairement contre la paroi du réservoir inférieur 10, même en cas de vitesses de rotation élevées de l'élément de distribution 17, mais entrent en contact tout au plus sous un angle très aigu avec la paroi et ne se trouvent ainsi soumi^s qu'à des sollicita-30 tions négligeables par chocs% Far modification de l'angle que la direction de sortie de la matière (flèche "C") forme avec l'axe du réservoir inférieur 10 et par modification du nombre de tours de l'élément de distribution 17, on peut faire varier le degré du mélange transversal. 35 La distance de l'extrémité de la partie cintrée de l'élément de distribution 17 à l'axe de l'arbre 19 peut également être considérée comme grandeur déterminante. Cette distance doit être 69 02199 9 2001240 çhoisie de manière que la matière quittant l'élément de distribution 17 recouvre une partie la plus importante possible de la section droite du réservoir inférieur 10» Essai comparatif A 5 Dans un dispositif mélangeur de type connu, correspondant à l'état le plus moderne de la technique, dans lequel deux réservoirs comportant chacun un ensemble de tubes de décharge et un collecteur sont montés l'un derrière l'autre, mais qui ne comporte pas d'organe de distribution intermédiaire pour le mélange trans-10 versai nécessaire, on mélange au total 18 tonnes de copeaux de PERLON mat. A cet effet, on verse successivement dans le réservoir supérieur, à raison de charges de 1,5 tonne , 6 tonnes de copeaux de "PERLON", sorte E 3 tonnes de copeaux de "PERLON", sorte F, et 15 9 tonnes de copeaux de "PERLON", sorte E. E et P sont deux modifications cristallographiquement différentes du dioxyde de titane contenu dans le "PERLON" mat. Les copeaux qui ne se distinguent les uns des autres que par cette caractéristique présentent la même charge électrostatique, de sorte qu'une dépré-20 . dation de l'homogénéité du mélange par des charges électrostatiques différentes est impossible. Les modifications différentes du dioxyde de titane permettent une analyse simple du mélange aux rayons X, après réduction des échantillons à l'état de cendres. Après remplissage du réservoir supérieur, on laisse passer une 25 quantité d'environ 1,5 tonne de copeaux dans le réservoir inférieur et on renvoie ces copeaux dans le réservoir supérieur. Ensuite, on laisse le contenu tout entier du réservoir supérieur s'écouler dans le réservoir inférieur avant de vider ce dernier par des charges successives. 30 Dans chaque charge de 1,5 tonne du mélange terminé, on prélève 10 échantillons de 10 g de matière chacune, on les réduit à l'état de cendres et on les soumet à une analyse aux rayons X. Le résultat de l'analyse indique que l'écart standard du mélange est de 3,5 à 3,4 fois supérieur à celui d'un mélange au hasard. 35 Essai comparatif B Pour examiner dans quelle mesure l'homogénéité du mélange peut ttre améliorée dans un mélangeur à longue durée, on procède 69 02199 1.0 2001240 un mélange supplémentaire du mélange obtenu après l'essai comparatif A, à raison de six charges à 3 tonnes chacune dans un mélangeur oscillant jusqu'à obtenir un degré d'homogénéité optimal du mélange. On prélève ensuite et on analyse 100 échantillons de 10 g 5 de matière chacun. L'écart standard du mélange est compris entre environ 1,3 et 1,7 fois l'écart standard d'un mélange au hasard. EXEMPLE Tout comme pour l'essai comparatif A, on verse 18 tonnes de copeaux de "PERLON" mat dans le réservoir supérieur. On laisse 10 passer une quantité d'environ 1,5 tonne par l'organe de distribution et le réservoir inférieur et on la renvoie dans le réservoir supérieur. Ensuite, on laisse passer le contenu tout entier du réservoir supérieur par l'organe de distribution (nombre de tours n = 60 mn ) dans le réservoir inférieur et on vide ensuite ce 15 dernier par charges successives. Les échantillons sont prélevés de la même manière que pour l'essai comparatif A. L'écart standard du mélange réalisé suivant le procédé conforme à l'invention est de 2,5 à 3,2 fois supérieur à celui d'un mélange au hasard. Comparativement à l'homogénéité déterminée par l'essai compa-20 ratif A, susceptible d'être obtenue à l'aide de dispositifs mélangeurs connus, et à l'homogénéité optimale possible, déterminée par l'essai comparatif B, l'homogénéité que procure le procédé conforme à l'invention représente une amélioration d'environ 45$. 69 02199 n 2001240 REVENDICATIONS 12) - Procédé de mélange par gravité de différentes charges de matières granuleuses en vrac, dans lequel les charges sont versées successivement dans un premier réservoir, dans lequel elles forment des couches superposées dans le sens vertical, la 5 matière étant retirée successivement des différentes couches sous la forme de filets indépendants de débit à peu près égal et ces filets étant réunis à l'extérieur du réservoir, procédé caractérisé par le fait que l'on soumet à un mélange transversal les fileta réunis qui remplissent la section droite d'un tube de 10 transport sous la forme de "veines" juxtaposées et qu'on les verse dans un second réservoir d'où l'on retire simultanément la matière^ en vue du mélange ultérieur, de préférence à nouveau à des hauteurs différentes pour la réunir à l'extérieur du second réser-voir. 15 2®) - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on soumet la matière, à sa sortie du second réservoir, à un mélange transversal supplémentaire. 3#) - Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on conduit la matière de manière qu'elle soit 20 animée, déjà au début du mélange transversal, d'un mouvement dont la composante verticale est dirigée vers le bas. 4t) - Procédé suivant les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'on met en oeuvre ce procédé de façon continue. 5*) - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant 25 l'une des revendications 1, 3 ou 4, avec un réservoir supérieur et un réservoir inférieur, un collecteur supérieur et un collecteur inférieur, un ensemble supérieur et un ensemble inférieur de tube de décharge dont les extrémités supérieures se terminent à des hauteurs différentes à l'intérieur d'un réservoir et dont les 30 extrémités inférieures se terminent à la même hauteur à l'intérieur d'un collecteur, avec des moyens pour l'introduction des charges à mélanger et des moyens pour l'évacuation commandée de la matière mélangée, dispositif caractérisé par un système de distribution monté entre le collecteur supérieur et le réservoir inférieur et comportant une tubulure d'arrivée et un élément de distribution tournant. 69 02199 12 2001240 62) - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 2 à 4, avec un réservoir supérieur et un réservoir inférieur, un collecteur supérieur et un collecteur inférieur, un ensemble supérieur et un ensemble inférieur de tubes *5 de décharge dont les extrémités supérieures se terminent à des hauteurs différentes à l'intérieur d'un réservoir et dont les extrémités inférieures se terminent à la même hauteur à l'intérieur d'un collecteur, avec des moyens pour l'introduction des charges à mélanger et des moyens pour-l'évacuation commandée de la 10 matière mélangée, dispositif caractérisé par un système de distribution monté entre le collecteur supérieur et le réservoir inférieur et par un système de distribution faisant suite au réservoir inférieur, ces systèmes de distribution comportant une tubulure d'arrivée et un élément de distribution tournant.