Brevet FR2092769A1 — publié le 19720128

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif pour mélanger, rendre onctueuses et homogénéiser des matières pâteuses et fluides, qui sont soumises, en une couche mince, à un traitement de mlaneage, en faisant intervenir des efforts de cisaillement. Jusqu'à présent , le traiteírXent de telles matières, dans le but spécifié ci-dessus, s'opère en règle générale d'une manière discontinue, ctest-à-dire par charge, dans des récipients, à laide a'outils agitateurs ou mélangeurs quelconques, qui présentent nécessairement, d'une manière générale, de grandes dimensions et qui sont montés à rotation dans ces récipients. Outre qu'il présente l'inconvénient de la discontinuité, un tel mode opératoire exige des durées de traitement relativement longues, pour donner l'assurance que effet désiré du traitement a été atteint au moins dans une certaine mesure et que toutes les particules de la masse sont soumises tôt ou tard à l'action des outils mélangeurs et agitateurs, ce qui, en fin de compte ne peut cependant pas être garanti avec une certitude à cent pour cent.Ceci est dû eu fait que le récipient est chaque fois chargé de la totalité de la masse à traiter, cependant que, au cours du traitement, seule la stratification des particules qui se trouvent directement dans le champ d'action des organes rotatifs subit un bouleversement. I1 en résulte que le bouleversement de la stratification et le mélangeage des particules individuelles de l'ensemble de la masse s'opère d'une manière lente. Lorsque, par exemple, une matière déterminée doit encore en outre être aérée au cours de son traitement, ceci ne peut être réalisé le plus souvent avec les dispositifs à fonctionnement discontinu qu'en faisant appel à un appareillage relativement important. Le brevet autrichien NO 21.701 décrit un dispositif pour mélanger des produits constituant des masses visqueuses, dispositif qui, il est vrai, permet un mélange continu, mais où le produit à mélanger est conduit à travers un interstice entre deux surfaces mobiles l'une par rapport à l'autre, interstice qutil remplit complètement, c'est-à-dire, la matière coule à travers cet interstice en un courant relativement compact, de sorte que, par exemple, une aération - qui, il est vrai, ne paraît pas s'imposeur en ce qui concerne les matières appelées en particulier à être traitées par ce dispositif - est irréalisable.La formation de zones de canine dans la masse, dans lesquelles peuvent se produire des bouleversements de la stratification, ainsi qu'unie aCcumulation de la masse devant les organes mélangeurs - qui sont constitués uniquement par des inegalités de surface -, ne peuvent pas être réalisées non plus. D'après le brevet autrichien NO 239.204, il est connu de rendre efficace l'action d'outils mélangeurs et homogénéisateurs en créant une cavitation permanente dans le liquide. I1 est vrai que ceci peut être effectué d'une manière continue; toutefois, cette méthode suppose une masse compacte ou bien, dans un cas spécial, un anneau liquide relativement épais, dans lequel les outilsmélangeurs doivent être complètement immergés. D'autre -part, dans ce procédé, et tout comme dans les traitements de mélange discontinus, il peut arriver aisément que certaines particules de la matière ou du liquide ne soient pas du tout attaquées. Partant de ce qui précède, la présente invention vise à établir un procédé et un dispositif pour la mise en oeuvre de celui-ci, à l'aide desquels les inconvénients cités plus haut peuvent être éliminés, c'est-à-dire un procédé qui permet d'exécuter tout le processus de traitement d'une manière continue, ainsi qu'il est connu en soi, mais cependant avec la certitude que les particules de la matière, tout en coulant librement et en formant des zones calmes, sont constamment reprises pour de brefs moments par les outils mélangeurs et homogénéisateurs. Ce but est atteint par un procédé de l'espèce définie plus haut, et qui, suivant ltinvention, est caractérisé en ce que la matière à traiter est étalée, sous la forme d'un film sur la face intérieure dtune surface de traitement cylindrique verticale et est amenée, essentiellement par la pesanteur, à passer, sur cette surface, en regard de plusieurs outils mélangeurs et homogénéisateurs superposés, animés dtune rotation rapide par rapport à la surface de traitement, cette matière étant évacuée de la surface de travail acrès être passée au-delà du dernier outil mélangeur et homogénéisateur, la surface active des outils mélangeurs et homogénéisateurs étant distante de la surface de traitement cylindrique d'une quantité inférieure à l'épaisseur du film ou étant en contact direct avec cette surface. Un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend un carter présentant une surface de traitement cylindrique, à laquelle sont affectés des organes de traitement de matière montés à rotation par rapport à cette surface, ce dispositif étant caractérisé suivant l'invention nar le fait cu'un arbre est disposé dans l'axe central longitudinal du carter ouvert en haut et en bas, cet arbre étant muni outils mélangeurs et homogénéisa- teurs - tels nue des disques, des br mélangeurs, des éléments sortant des galets, etc. - superposés ou disposés les uns à la suite aes autres. Grce à ce procédé et à ce dispositif, l'ensemble de la msse à traiter est amené, sous la fore d'un film, aux organes de traiterilent, en regard desQuels le film se dirige vers le bas sous l'influence permanente de 1 gravité naturelle, cependant que les particules du film sont soumises aussitôt quelles parviennent à portée des outils mélangeurs et homogénéisateurs, à une certaine retenue, d'une part, et à des efforts de cisaillement, d'autre part, efforts engendres par les outils qui tournent rapidement par rapport à la matière. I1 s'ensuit que l'ensemble du processus peut être dénomné, cote tenu de sa nature particulière, un processus de mélange et d'homogénéisation en couche mince. A côté des efforts de cisaillement engendrés, il se manifeste encore, en raison de la conception particulièrement favorable du dispositif, décrite ci-dessus, des accélérations centrifuges agissant sur les particules de matière qui entrent en contact avec les outils tournant par rapport à la surface de traitement, accélérations qui sont également favorables au mélange et à l'homogénéisation, car elles favorisent le remuage des particules de matière dans ia couche mince. En plus ae l'avantage de 1 continuité, le traitement de la masse sous la forme d'un film offre encore surtout l'avantage que le mélange ou l'homogénéisation s'effectue d'une manière intense, en attaquant toutes les particules, et avec rapidité, parce que ces particules sont consta-: :xnent amenées, en quelaue sorte par une circulation forcée,vers les outils de traitement, sont ainsi constanitnent et forcément soumises à l'action de ceux-ci et ne peuvent en aucun cas échapper à l'action du traitenient,com- me cela risque de se produire, avec des effets défavorables, dans les dispositifs connus. I1 s'ensuit que la matière est traitée d'une manière ininterrompue, abstraction faite des braves zones de calme situées entre les outils de traitement, Un autre avantage réside dans la possibilité d'effectuer simultanément, si nécessaire, une aération de la matiere, en refoulant ou en aspirant de l'air, ou un autre az approprié, à travers le dispositif, dans lequel cas le débit de l'alimentation, la largeur de l'interstice, ltadmission du gaz et, éventuellement, la conformation des organes iirnergés, doivent évide;iilent etre mis en concordance entre eux, afin de permettre un passage du gaz à travers le dispositif. Ceci concerne également l'application éventuelle d'un vide en vue du désaérage de la masse, par exemple dans la moitié inférieure du dispositif, ce qui peut être réalisé lorsque la pénétration, dans le film de matière, dans la partie supérieure du dispositif, des disques immergés prévus pour ce cas, est mise à profit en tant qutobturation hermétique. Un autre avantage du procédé suivant l'invention et du dispositif pour sa mise en oeuvre réside en ce que, étant donné la répartition de la masse sous la forme dsun film, la température de la matière peut être aisément influencée pendant le traitement, presque sans inertie, csest-d-dire, par exemple en subdivisant convenablement la chambre destinée à la circulation des fluides d'apport de chaleur ou dsévacuation de chaleur, on peut établir, le long du trajet de traitement, des zones avec apport de chaleur et des zones avec évacuation de chaleur. A cette fin, le carter du dispositif est constitué par une enveloppe à double paroi munie de canaux séparés les uns des autres et munis chacun de raccordements distincts aboutissant aux canaux individuels pour les fluides d'apport et d'évacuation de chaleur. D'autres particularités seront exposées ci-après d'une manière plus détaillée en se reportant aux dessins annexés, qui représentent des exemples de réalisation. Dans ces dessins schématiques: La fig. 1 est une coupe longitudinale du dispositif suivant l'invention. La fig. 2 représente l'immersion des outils mélangeurs et homogénéisateurs dans le fin de matière. La fig. 3 représente une seconde forme de réalisation du dispositif suivant l'invention. La fig. 4 représente une troisième forme de'réalisation du dispositif suivant I'invention, et Les fig. 5 à 8 représentent des formes de réalisations particulières des outils mélangeurs et homogénéisateurs. Les fig. 1 et 4 sont des vues schématiques du dispositif sous différentes formes de réalisation, où l'on a omis de représenter en particulier le système d'admission et d'évacuation de la matière, le système de support à rotation du rotor, le système d'entraînement de ce dernier, et des détails analogues, Le dispositif se compose en principe d'un carter 1 à surface de traitement intérieure cylindrique 1' et à arbre 2, sur lequel sont montés des outils mélangeurs et homogénéisateurs 3. Le carter 1 peut être pourvu dXune double enveloppe 4, appelée à constituer un canal 5, dans lequel on peut introduire des fluides de chauffage ou de refroidissement par les conduites d'amenez ou de départ 6', 6. L'ensemble du dispositif est de préférence orienté verticalement.Ainsi qu'il ressort des Fig. 1 et 2, par exemple, les outils mélangeurs et homogénéisateurs 3 peuvent être disposés soit directement sur l'arbre 2t, soit sur un cylindre 2", muni de tourillons en vue de son montage à rotation. Le principe du procédé est mis en évidence dans la fig. 2, d'où il ressort que la matière s'écoule vers le bas, sous la forme dtun film 7, le long de la surface de traitement 1t, les zones périphériques des disques 3 étant immergées dans le film. Les effets de mélange et dEomogénéisation qui en résultent ont déjà été exposés plus haut. La fig. 3 représente une forme de réalisation du disDositif où il a été tenu compte de la possibilité de lapplication du vide. A cette fin, on prévoit dans la partie inférieure du dispositif - hors duquel,dans ce cas, le film de matiere nepeut pas s'écouler simplement dtune façon libre - un raccord 8 pour le vide et une pompe d'extraction 9. Les disques inférieurs 3 présentent dans ce cas des perforations 10, de sorte que le vide appliqué peut agir à peu près dans le tiers inférieur ou dans la moitié inférieure du dispositif. Les disques 3 situés au-dessus des disques perforés 3' agissent comme un système d'obturation dans la partie supérieure, car ils sont exempta de-perforations et que leurs zones périphériques plongent dans le film 7. Si l'on veut que la matière soit soumise, au cours de son déplacement le long de la surface de traitement 1', à des effets de température différents, on subdivise le canal 5, représenté dans la fig. 1, en plusieurs canaux individuels 5t, pourvus de raccords d'arrivée et de départ individuels 11 et 12, ainsi qugon le voit dans la fig. 4. Les outils mélangeurs et homogénéisateurs peuvent être conçus de diflrentes manières, compte tenu du comportement des matières à traiter. Ces outils peuvent être de simples disques, comme il ressort des fig. 1 à 4, et peuvent éventuellement, ainsi quton le voit dans la fig. 2, présenter des surfaces Dérivhériques coniques 13, ce qui peut produire un certain effet d'aspiration des particules de la matière vers l'espace annulaire 14.D'autre part, et à titre de variante, les disques peuvent être munis den- coches 15, suivant la'fig. 5, ou bien, et comme montré dans la fig. 6, leurs surfaces périphériques cylindriques peuvent être munies de portions profilées souslaSrme de moletages inclinés suivant le sens de rotation de telle manière qu'il en résulte un effet de transport vers le bas. I1 va de soi que de tels moletages peuvent aussi être prévus sur les surfaces coniques 13 de la fig. 2. De mêmes on pourrait prévoir à des distances angulaires déterminées par rapport aux portions profilées 16, des portions profilées d'ùn sens opposé, afin dtintensifier ainsi l'effet de mélangeage et le bouleversement des couches qui résulte de celuici. Finalement, la fig. 7 représente une autre forme d'exécution, où un support 17 en forme de croix par exemple, monté sur l'arbre 2s, porte des galets 18. Cette forme d'exécution des éléments de traitement oonviendrait en particulier pour assurer une ventilation permanente de l'ensemble de l'espace intérieur du dispositif pendant le traitement. Le disaue suivant la fig. 5, muni d'encoches 15, peut aussi être employé conjointement avec un anneau à gorge 15t suivant la fig. 8, qui est convenablement intercalé dans la surface de traitement 1' et qui peut éventuellement présenter, en plus de sa gorge l9t, des encoches 19 formées sur ses bords périphériques, ce qui détermine dans une certaine mesure une sorte d'attaque à haute fréquence de la masse. I1 convient encore de noter que, dans cette méthode et ce dispositif, l'ensemble du rotor demeure à l'état propre pendant tout le processus de traitement, parce que, bien que le récipient 1 proprement dit soit immobile, toutes les particules sont soumises à la force centrifuge et sont ainsi constamment maintenues sur la surface de traitement 1s. A cet égard, on pourrait évidemment orienter l'ensemble du dispositif suivant une certaine inclinaison, voire, éventuellement, le placer dans une position norizontale; dans ce cas, les faces périphériques des éléments de traitement et d'immersion devraient être conformées de telle manière qu'il en résulte un avarlcer.ent des particules de la ..latière. La position verticale de ltensemble du dispositif est toutefois particulière- ment favorable, car, dans ce cas, la gravité, présente de toute façon, peut être utilisée au mieux pour ltavancelent du film de matière. Suivant la nature de la matière, celle-ci peut être chargée, par exemnle au moyen d'un système de chargement annulaire prévu sur le bord périph-rique suprieur de la surface de traite;-rlent 1'; toutefois, à titre de variante, la matière peut être simplement déversée dans l'ouverture supérieure de ltenveloppe, car elle est aussitôt projetée par les outils rotatifs contre la surface de tratement. Le dispositif suivant l'invention convient par exemple aussi pour la dissolution et l'homogénéisation de colles pour caoutchouc naturel et synth'tisue. REVENDICATIONS 1. Procédé pour mélanger, rendre onctueuses et homogénéiser des matières pâteuses et fluides, soumises, sous une coc mince, à un traitement de mélange, avec l'intervention de la gravité, caractérisé en ce que la m'titre à traiter est étalée, sous la forme d'un film, sur la face intz,ieure dtune surface de traitement cylindrique et est alunée, essentiellement par la pesanteur, à passer, sur cette surface, en regard de plusieurs outils mélan- geurs et homogénéisateurs superposés, animés d'une rotation rapide par rapport à la surface de traite-nent, cebte manière étant évacuée de la surface de travail après être passée au-delà du dernier outil mélangeur et homogénéisateur, la surface active des outils mélangeurs et homogénéisateurs étant distante de la surface de traitement cylindrique d'une quantité inférieure à l'épaisseur du film ou étant en contact direct avec cette surface. 2. Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, qui comprend un carter présentant une surface de traitement cylindrique, à laquelle sont affectés des organes de traitement de matière montés à rotation par rapport à cette surface, ce dispositif étant caractérisé suivant l'invention par le fait qu'un arbre est disposé dans l'axe central longitudinal du carter, ouvert en haut et en bas, cet arbre étant muni d'outils mélangeurs et homogénéisateurs, tels que des disques, des bras mélangeurs, des éléments portant des galets, etc. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments inunergés, établis sous la forme de disques, pr- sentent des surfaces périphériques conioues. 4. Dispositif suivant les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que 1 surface périphérioue des disques est munie dZencoches. 5. Dispositif suivant les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les surfaces périphériques des disques présentent des portions profilées sous la forme de molatages, inclinées par rapport à l'axe de l'arbre. 6 Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le disque muni d'encoches est pourvu d'un anneau à gorge situé à ltendroit de la surface de traitement et concentrique à celle-ci.