Brevet FR2189107A1 — publié le 19740125

La présente invention concerne un dispositif destiné au traitement de produits à écoulement fluide, tels que des liquides et/ou des substances en forme de poudre, pour des buts de mélange, d'homogénéisation ou de pétrissage au cours d'un déplacement d'écoulement des produits, dispositif dans lequel sont prévus, dans une pièce ou corps tubulaire parcouru par le produit à traiter, plusieurs éléments en forme de bande, enroulés en spirale, disposés directement l'un derrière l'autre, avec directions d'enroulement, identiques ou opposées, ces éléments s'étendant avec leurs aretes longitudinales jusque contre la paroi du tube, tandis que leurs aretes voisines qui s'étendent transversalement à la direction longitudinale du tube, forment un angle. On connait de tels dispositifs, destinés notamment au mélangeage de liquides visqueux, la réalisation du dispositif étant telle, que le corps tubulaire est séparé en deux canaux dont la section transversale reste constante sur toute la longueur du corps tubulaire. Pour obtenir un mélange intime complet de masses de grande viscosité, il est nécessaire de prévoir, dans le dispositif connu, plusieurs éléments en forme de bandes, grace à quoi la distance sur laquelle s'effectue le mélange est très longue. Le contact ponctuel entre les éléments en bande disposés l'un derrière l'autre, qui est prescrit dans le mode de construction connu est, d'une part, très difficilement réalisable parce que les éléments de bande peuvent être difficilement fixés dans le cas d'un contact ponctuel, même s?ils sont soudés entre eux, du fait que, dans le cas d'un contact ponctuel, des gauchissements des bandes ne peuvent pas être évités, et d'autre part, il est inévitable, dans le mode de construction connu, que, au courant principal, se superpose un courant secondaire, qui consomme une quantité considérable d'énergie cinétique. Avec la disposition connue, on obtient seulement une rotation partielle de 12écoulement, en correspondance avec la configuration en hélice donnée aux éléments de bande, et, de cette manière, le degré d'efficacité est abaissé, de sorte que, pour des masses très visqueuses, la multiplication mentionnée des éléments en forme de bandes est rendue nécessaire et ainsi également une grande longueur de parcours de mélangeage. D'autre part, le dispositif ne convient pas pour dissocier les formations d'agglomérats. Pour cette raison, il est prévu, dans la réalisation connue, pour irefficacité du mélange, dans la fabrieation de polyuréthane expansée en mousse, une disposition supplémentaire de perforations dans les éléments de paroi, et en outre encore un tamis avant l'évacuation de la matière. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif du type décrit au début, tel que les inconvénients mentionnés soient évités et que soit produit un courant d'écoulement propre à l'obten- tion dkn effet de mélange accru, sans dépense supplémentaire d'énergie de la configuration en hélice, sans formation remarquable d'un courant secondaire0 Pour résoudre ce problème, le dispositif de l'invention est caractérisé en ce que les éléments de bande enroulés en spirale présentent au moins une section de prolongement plane orientée en direction longitudinale du corps tubulaire, et au moins à une des extrémités tournées l'une vers l'autre des éléments en bande, une fente pour l'engagement de l'autre élément en bande, pour former quatre sections de canal d'écoulement disposées autour de l'axe longitudinal du- corps tubulaire. Grâce à la constitution mentionnée, on obtient non seulement un écoulement pulsé, car la section transversale dans les sections de quart de canal est inférieure à celle dans les autres sections des éléments en bandes, mais les courants de demi--canal formés dans la partie enroulée en spirale des éléments en bandes sont partagés chaque fois au point de transition vers l'élément en bande suivant, et, de cette manière, on obtient un mélangeage intensif du produit qui s'écoulez Grace à l'engagement réciproque des éléments en bande, on évite des modifications brusques de la direction d'écoulement, et de cette manière, les courants secondaires sont largement évités. Sur outre coté, agissent les accroissements de débit dans la zone des sections de quart de canal, c'est-à-dire dans la zone de recouvrement des éléments de bandes, et également sur les canaux suivants formés par les éléments de bandes enroulés en spirale. Les surfaces directrices des sections planes de prolongement, qui s'étendent ans la zone du recouvrement réciproque des éléments de bandes, forment, en effet, avec la partie suivant e de l'élément de bande eroCé des angles positifs ou négatifs en direction de l'écoulementO Tn en résulte qu'il se forme des différences locales de pression et de débit qui agissent sur la partie suivante des canaux demi-circulaires formés par les éléments de bandes enroulés, d'une manière telle que l'écoulement, à la suite de l'un des quarts de canaux, suit la configuration de 1' élément de bande enroulé, sur toute la longueur de l'élément, tandis que, à la suite de l'autre quart de canal, l'écoulement ne se rapproche que très peu de la paroi correspondante de l'élément de bande enroulée On obtient ainsi des conditions de brassage et de mélangeage particulièrement favorables, qu'on peut d'ailleurs observer optiquement en employant une partie de corps tubulaire transparente et une coloration appropriée des fluides à mélanger. La nouvelle constitution du dispositif présente l'autre avantage que les éléments de bandes individuels sont fixés en position de manière simple grâce à leur engagement réciproque. Il est avantageux de prévoir que les éléments de bandes présentent, aux deux extrémités, des sections de prolongement planes orientées en direction longitudinale du corps tubulaire, qui forment, dans la zone de l'engagement, des sections de canal qui s'étendent vers l'axe longitudinal du corps tubulaire. Dans ce mode de construction, sont formés, dans la zone de recouvrement des éléments de bandes, des quarts de canaux circulaires qui présentent une section transversale restant identique, et qui assurent un transfert favorable des courants d'écoulement d'un élément en bande à l'autre, notamment lorsque les éléments de bandes disposés l'un derrière l'autre présentent des directions d'enroulement opposées. Les éléments de bandes doivent alors se superposer au moins sur la longueur de leur partie plane.Il est tout à fait possible, de prévoir le recouvrement des sections de bandes respectives jusque dans la partie enroulée en spirale, ou, au contraire, de prévoir un recouvrement qui ne s'étend pas sur toute la longueur des parties planes. Suivant la longueur du recouvrement, les conditions d'écoulement peuvent être influencées, non seulement dans les domaines des recouvrements, mais également dans les sections des éléments de bandes qui s'y raccordent. De toute façon, il est cependant préférable de donner aux sections de prolongement planes des éléments de bandes, une dimension, en direction longitudinale du corps tubulaire, qui soit inférieure à celle des sections de bandes en forme de spirale. Une forme d'exécution préférée, qui convient particulièrement pour des produits à viscosité élevée, est caractérisée en ce que les sections de bandes en forme de spirale présentent, en direction longitudinale du corps tubulaire, une torsion d'environ 180O et les prolongements plans forment, dans le domaine de leur engagement réciproque, un angle d'environ 900 avec les sections de bandes voisines. Les éléments de bandes peuvent, dans le dispositif de l'invention être engagés l'un dans l'autre de manière démontable, et, par exemple, entre, de cette manière montés dans des tuyaux flexibles. Mais les éléments de bandes peuvent aussi bien être fixés rigidement les uns aux autres. Cette liaison rigide ne soulève aucune difficulté parce que les éléments de bandes sont soudés l'un à l'autre aux endroits de recouvrement et peuvent alors être emmanchés en les comprimant dans un corps tubulaire. Suivant le genre du ou des produits à traiter, il peut etre avantageux de prévoir non seulement un changement continu de direction d'écoulement par répartition du courant en canaux semi-circulaires ou de quarts de cercle, mais, en outre, de prévoir des resserrements par lesquels est obtenu un accroissement local de vitesse d'écoulement. Dans ce but, on peut prévoir que le domaine de l'engagement réciproque des sections de bandes est inséré par force dans un anneau d'entourage. Pour éviter des effets locaux de stagnation et de tourbillonnements, les surfaces de l'anneau exposées au courant, ainsi que, de préférence également les extrémités des éléments de bandes qui sont tournées dans la direction d'écoulement, sont amincies-en forme de lame. La description ci-après se rapporte à des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et expliqués avec référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure i est une représentation schématique d'une possibilité d'emploi du dispositif de traitement de fluides conforme à l'invention la figure 2 est une vue en coupe horizontale également schématique de la partie de droite de la figure 1 la figure 3 montre une coupe longitudinale partielle du dispositif la figure 3a montre une variante de réalisation par rapport à la figure 3 la figure 3b montre une autre variante de la figure 5 également en coupe longitudinale partielle la figure 4 est une vue en coupe le long de la ligne O-D de la figure 3, et la figure 5 montre la disposition de la figure 3, découpée suivant la longueur et ensuite développée. D'après les figures 1 et 2, le dispositif comprend un corps tubulaire contenant les éléments de bandes enroulés en spirale, non représentés dans ces figures. Du côté de l'arrivée de l'écoule- ment, ce corps tubulaire est réuni à une pièce 2 en forme de T, à travers laquelle peuvent être introduites les masses à mélanger A et X, et du liquide 5 ou de l'air L destiné au nettoyage, ou encore d'autres produits, par le raccord prévu dans ce cas. La masse qui est déplacée à travers le corps tubulaire 1 et qui, après fermeture du raccord d'entrée prévu pour le liquide de nettoyage S et l'air t, se compose du mélange A + X, parvient à l'extrémité de sortie de l'élément 1, dans un tube 3, élargi vers le bas en forme de trémie. L'entrée de la masse A + B dans le tube a a lieu tangentiellement suivant la figure 2, de sorte que le courant qui sort de l'élément tubulaire 1 exerce un mouvement circulaire contre la paroi intérieure, et, de cette manière, rend possible un déversement presque sans pression dans des moules ouverts. Dans les figures 3, 3a et 3b on voit les différentes formes de réalisation de l'élément tubulaire I. Dprès la figure 3, on voit que 1' élément tubulaire 1 contient des éléments de bandes 7 et 8 enroulés en spirales ainsi que, en prolongement de l'élément tubulaire vers la droite du dessin, d'autres éléments de bandes du même genre. tes éléments de bandes mentionnés présentent chaque fois une portion 5 enroulée en spirale et, dans la direction longitudinale du tube, des portions de prolongement planes 4, qui se raccordent à angle vif avec les portions 5 enroulées en spirale, et qui s'étendent en direction rectiligne axiale.Les portions de prolongement planes se recouvrent aux endroits de transition d'un élément de bande à l'autre, et forment à ces endroits des points de croisement 6, dont on peut voir l'un au milieu de la figure 3, ainsi que dans la représentation en coupe de la figure 4. Dans ces zones de croisement 6, sont ainsi formées quatre portions de canal d'écoulement a, b, c, et d, disposés autour de l'axe longitudinal de l'élément tubulaire, ainsi qu'il ressort de la figure 4.Par contre, la section transversale libre de l'les ment tubulaire dans le domaine enroulé en spirale 5 des éléments de bandes 7 et 8, est simplement partagée en canaux demi-circulaires, de sorte que, vu en direction d'écoulement, il se produit en permanence un changement des portions de canal semi-circulaires et des portions de canal à quart de cercle. Pour former les emplacements de croisement 6, les portions de prolongement planes 4 des éléments de bandes 7 et 8 sont pourvues de fentes 9. La disposition représentée est telle que les portions enroulées en spirales des éléments de bandes présentent une torsion de 180O, et les portions de prolongement planes 4 forment aux emplacements de croisement 6, un angle droit. Dans la disposition suivant la figure 3a les éléments en formes de bande 7 et 8 disposés à nouveau dans 11 élément tubulaire I ne sont pourvus d'un prolongement plan 4 qu'à une extrémité, tandis que la portion enroulée en spirale 5 s'étend jusqu'à l'autre extrémité de l'élément de bande. gouet endroit, la portion enroulée en spirale est recouverte par la portion de prolongement plane 4 de l'élément de bande 8 suivant, dans la direction de l'écoulement. Ici aussi, des fentes 9, prévues dans les portions de prolongement planes 4 coopèrent avec des fentes correspondantes des portions 5 des éléments de bande 2 et 8 qui sont tournés vers elles, de telle manière que le recouvrement désiré soit réalisé avec l'engagement réciproque désiré. On voit, en outre, d'après la figure 3a, que les portions de prolongement planes 4 présentent des amincissements 10 en forme d'arrêtes coupantes sur les bords tournés dans la direction de l'écou- lement0 Dans l'autre réalisation suivant la figure 3b, qui correspond dans l'essentiel à la réalisation suivant la figure 3, sont prévues, aux points de croisement, donc dans la zone de recouvrement et d'engagement réciproque des éléments de bandes, des bagues 11 qui entourent ces éléments de bandes, et qui sont reliées à force avec les éléments de bandes en engagement, par exemple par liaisons à enfichage, ou par assemblage fixe par soudage. tes bagues 11 sont alors pourvues, pour assurer un meilleur guidage de l'écoulement, de bords en forme d'aretes coupantes 12 qui sont disposés aussi bien en direction de l'écoulement qu'en direction opposée, de sorte que soit évitée, comme avec les amincissements en arêtes coupantes 10 des portions planes des éléments de bandes 1 et 8, une stagnation locale. Dans les représentations des figures 3, 3a et 3b, l'élément de bande l représenté à gauche du dessin est désigné comme élément de départ, c'est-à-dire sans engagement dans un élément de bande précédent, cela simplement pour faciliter la représentation. On voit clairement d'après ces figures que les portions de prolongement planes 4 des éléments de bandés présentent, dans la direction longitudinale du tube, une longueur plus faible que les portions de bandes enroulées en spirale. te mode de fonctionnement de la disposition de l'invention ressort notamment plus clairement de la figure 5 qui reproduit le développement d'un-élément tubulaire suivant la figure 3, découpé suivant sa longueur. Le guidage de l'écoulement et l'effet de mélangeage peuvent être rendus visibles par le déplacement d'une masse colorée. Dans la figure 5, les éléments en forme de bandes 7.1 à 7.5 sont représentés avec un enroulement à droite, et les éléments en forme de bandes 8.1 à 8.5 avec un enroilement-à gauche. Dans la partie de gauche de la figure sont reproduits quatre canaux de quart de cerde 11a à lic qui se forment chacun à l'endroit de croisement des portions de prolongement planes 4. A l'extrémité d'entrée, désignée par une flèche, de l'élément de forme tubulaire t, sont indiquées une masse blanche 12 et une masse rouge 13, représentéespar des lignes en tireté, masses qui sortent à l'autre extrémité sous forme de mélange fini 14. Dans le cas de l'élément de bande 8.1, la portion de prolongement plane de droite 4 forme, avec la partie enroulée, un angle négatif en direction de l'écoulement, et il en résulte une application complète de la masse 13 sur toute la longueur de cet élément de bande. te processus correspondant dans le cas de l'élément de bande 8.2 est clairement visible. L'angle positif des éléments de bandes et des prolongements plans 4 des éléments 7.2 et 7.3 montrent l'éloignement du courant de la masse rouge 13 de la paroi de ces éléments de bandes, et montrent clairement la différence des parcours des masses 12 et 12 dans leur écoulement.Dans le cas des éléments de bandes 7.4, 8.4 et 705, les couches de courant de la masse rouge ne sont plus que faiblement distinctes et les filets de courant ne sont déjà plus visibles sur l'élément de bande l-2, tandis que, dans le domaine des éléments 8e4 et 7.4, on ne peut plus les identifier à l'oeil nu.Dans cette nouvelle disposition, il s'établit, vu d'élément de bande à élément de bande dans la direction d'écoulement, un affaiblissement rapidement croissant de la coloration de la masse rouge 13. te processus de mélangeage se produit évidemment de la même manière pour la masse blanche 12, sans que, d'après le dessin ainsi que d'après les expériences pratiques , lton puisse suivre la. masse blanche dans son déplacement faute de contrastes0 Cependant, étant donné que la masse rouge 13 est mélangée de la manière décrite avec la masse blanche, celle-ci doit obligatoirement subir le même mélange, et à l'extrémité de sortie de l'élément tubulaire 1, on ne peut plus distinguer aucun filet d'écoulement particulier des masses. D'après la représentation de la figure 5, on voit, d'une part, que l'écoulement sortant des canaux semi-circulaires des portions enroulées des éléments en forme de bandes, est partagé, et, par d'autre part, que/ce partage, en liaison avec les conditions de pression différentes, il se forme des voies d'écoulement qui s'appliquent préférablement contre l'une des faces de la portion enroulée des éléments de bande, Notamment dans le domaine des éléments 702 de la figure 5, on constate également une séparation des filets d'écoulement dans la portion enroulée, et, par ce partage, se produisent les différences de parcours déjà mentionnées plus haut qui ont une influence très favorable sur l'intensité du mélange, sans dépense d'énergie particulièrement élevée, ni effets de stagnation dans le courant. L'expérience a montré que la disposition décrite convient particulièrement pour le mélange de composants en polyuréthane pour la fabrication de produits expansés en mousse, et que, sur des parcours de mélangeage très courts, on peut obtenir déjà, sans mesures auxiliaires supplémentaires, un produit final exempt de défectuosités, avec une structure poreuse uniforme. La disposition décrite est appropriée non seulement à des produits liquides ou en forme de pâte, mais également à des produits pulvérulents qui présentent une mobilité d'écoulement suffisante et exigent une constitution plus allongée des éléments de bàndes. La disposition est appropriée, en raison des surfaces de contact très grandes, non seulement au mélangeage et pétrissage et homogénéisation, mais elle peut encore être utilisée, avec une constitution métallique, comme échangeur de chaleurs En outre, on peut la prévoir pour le mélangeage de produits liquides et gazeux. Avec une constitution des éléments de bandes avec des bords amincis en forme d'aretes coupantes, on peut l'utiliser comme mélangeur découpeur. Enfin la nouvelle disposition est utilisable également pour la préparation de l'eau, dans le cas où le problème se pose d'incorporer à l'eau une quantité suffisante d'oxygène en fines bulles gazeuses. En plus de la possibilité de réaliser un mélange finement réparti de deux composants différents, l'installation convient spécialement au mélangeage de composants dans lesquels l'un d'eux ne représente qu'une proportion extrêmement faible par rapport aux autres, et où les composants à mélanger possèdent des poids spécifiques différents. te mélangeage de produits de ce genre présente, on le sait, des difficultés considérables, aussi bien avec des produits pâteux qu'avec des produits solides. La nouvelle disposition peut très facilement être nettoyée après emploi, car il suffit de la charger avec des produits solvants appropriés pour que, en raison du mouvement intense de brossage au cours de l'écoulement, tous les angles et les surfaces soient atteints par le produit de nettoyages t'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés et diverses modifications restent possibles sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention0 -REVENDIGATIONS- 1. Dispositif pour le traitement de produits à écoulement fluide, tels que matières liquides et/ou en poudre, notamment pour le mélangeage et l'homogénéisation ainsi que le pétrissage au cours d'un déplacement d'écoulement des produits, dispositif dans lequel, dans un corps tubulaire traversé par les produits, sont prévus plusieurs éléments de bandes, disposés directement l'un derrière l'autre, et enroulés chacun en spirale avec direction d'enroulement identique ou opposée, ces éléments s'étendant avec leurs bords longitudinaux jusqu'à la paroi du corps tubulaire et leurs aretes voisines qui s'étendent transversalement à la direction longitudinale du corps tubulaire formant un angle, dispositif caractérisé en ce que les éléments de- bandes enroulés en spirale présentent au moins une portion de prolongement plane tournée en direction longitudinale du tube, et au moins, sur l'une des extrémités tournées l'une vers l'autre des éléments de bandes, une fente pour ltengagement de l'autre élément de bande, pour former quatre sections de canaux d'écoulement disposés autour de l'axe longitudinal du corps tubulaire. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de bandes présentent aux deux extrémités des portions de prolongement planes orientées en direction longitudinale du corps tubulaire, qui forment, dans le domaine de leur engagement réciproque des sections de canal qui s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal du corps tubulaire. 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les éléments de bandes sont engagés l'un dans l'autre, au moins sur la longueur de leurs portions planes. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les portions de prolongement planes des éléments de bandes présentent en direction longitudinale du corps tubulaire une longueur plus faible que les portions de bandes en forme de spirales0 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les portions de bandes enroulées en spirale présentent en direction longitudinale du corps tubulaire une torsion d'environ 180O et les portions de prolongement planes forment, dans le domaine de leur engagement un angle de 900 avec la portion de bande voisine. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments de bandes sont engagés l'un dans l'autre de manière démontable. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments de bandes sont reliés entre eux rigidement. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les domaines des éléments de bandes engagés l'un dans l'autre sont reçus à force dans ut anneau qui les entourent. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les éléments de bandes sont constitués, au moins sur leurs extrémités tournées en direction de l'écoulement, avec des bords amincis en aoetAeS coupantes0