Brevet FR2238528A1 — publié le 19750221

La présente invention a trait å un procédé de melange pat agitation et a des mélangeurs du te Gonprenant à l'intérieur d'une enceinte fixe des agitateurs généralement rotatifs et des déflecteurs. Dans l'art antérieur, il estconnu d'utiliser dans des mélangeurs l'effet de vortex. Dans ce type de mélangeur on crée à l'intérieur d'une enceinte de dimensions appropriées une agitation par effet rotatif. De la sorte, des courants de matière s'établissent sous l'effet d'entrainement de l'agitateur et de par les lois classiques de l'hydrodynamique se crée axialement un vortex, la masse liquide tournant autour de cet axe, ce qui provoque des mouvements de particules de matière qui, par suite des accélérations descendent axialement et remontent dans l'enceinte par la partie Périphérique, en perdant leur vitesse par frottement. Lorsqu'on a affaire à des produits visqueux ou même pâteux, le frottement devient prépondérant et une sorte de cavitation se crée dans l'enceinte.Dans le cas de liquides miscibles, on peut arriver à un-mé- lange correct, dans le cas de liquides non miscibles ou de dispersions d'un liquide ou d'un solide dans un autre liquide le mélange ne parvient pas à devenir homogène dans des conditions acceptables. Par ailleurs, dans certaines zones les produits peuvent stagner, dans d'autres cas l'ensemble de la masse peut entrer en rotation sans qu'il y ait mélange correct. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients et de permettre un mélange homogène quelle que soit la nature des produits introduits dans le mélangeur (liquide, solide ou intermédiaire du type pate ou encore des mélanges de ces différentes phases en quelle que proportion que ce soit). Selon la présente invention, le mélangeur est constitué par une enceinte ayant par exemple la forme de deux troncs de cbne opposés et joints à leur grande base par un cylindre à l'interieur- de laquelle est prévu au moins un agitateur rotatif sensiblement et situé au voisinage de la base inférieure. Des déflecteurs sont disposés annulairement sur la paroi intérieure de l'enceinte de préférence au niveau du cylindre; au moins un agitateur porte une pièce de forme générale de révolution cylindrique ou tronconique présentant une surface hélicoidale à pas direct ou inverse.Le déflecteur disposé annulairement peut entre muni d'ailettes inclinées par rapport à l'axe de l'enceinte et pouvant être disposées de fa çon séquentielle sur les déflecteurs ou disposées par groupes sépa rés par des espaces libres. L'expérience a montré que l'on obtenait des résultats particulièrement intéressants, avec un mélangeur dont la partie centrale cylindrique a un diamètre égal à 6,7 à 12,5 fois la hauteur de ce même cylindre, les petites bases du tronc de cône inférieur et du tronc de cône supérieur ayant des diamètres compris entre 0,4 et 0,9 fois le diamètre des grandes bases, c'est-à-dire du cylindre, la hauteur du tronc de cône inférieur étant comprise entre 0,15 et 0,30 fois le diamètre de sa petite base et celle du tronc de cône supérieur entre l à 2 fois le diamètre de sa petite base. On peut également obtenir de très bons résultats avec une forme d'ellipsofde de révolution ou analogue. On peut, comme il est connu dans la'art antérieur, réaliser l'enceinte avec une double paroi permettant la circulation d'un fluide de réfrigération ou de chauffage. On peut également prévoir un couvercle amovible, éventuellement muni d'ailettes, venant se placer sur la petite base supérieure du tronc de cône supérieur. Dans une variante de l'invention, on peut munir l'agitateur rotatif de pales se déplaçant à faible distance d'une couronne d'ailettes fixes. On peut enfin revêtir tout ou partie de la paroi intérieure de l'enceinte d'un matériau abrasif. Pour mieux faire comprendre les caractéristiques techniques et les avantages de la présente invention, on va en décrire deux exemples de réalisation~étant bien entendu que ceux-ci ne sont pas limitatifs quant à leur mode de mise en oeuvre et aux applications qu'on peut en faire. On se refèrera aux trois figures suivantes qui représentent schématiquement : la figure 1, une coupe axiale sur un mélangeur conforme à l'invention; la figure 2,une coupe transversale du même mélangeur; la figure 3, une coupe axiale sur une variante de mélangeur. A la figure 1, l'enceinte est constituée par une partie tronconique 1 munie d'un fond à sa petite base, raccordée à un cylindre 2, lui-meme raccordé à un tronc de cône supérieur 3 ouvert par sa petite base supérieure. La partie cylindrique 2 est munie d'une couronne d'ailettes 4 inclinée par rapport à l'axe du mélangeur. Ces ailettes sont disposées par groupes tels que 9 séparés par un espace libre tel que 10. L'inclinaison des ailettes peut varier entre 0 et 800 par rapport à l'axe selon l'emploi envisagé. Le rôle de ces ailettes est d'empêcher la rotation axiale de la masse et de favoriser des mouvements radiaux. L'axe 5 entraîné par un moteur non représenté porte un a gitateur muni de deux pales 6 prolongées par des racleurs 7 se dé plaçant au voisinage du tronc de cône inférieur 1 et destinées à empêcher des produits de se déposer. L'axe 5 est surmonté par un moyeu conique 8 portant un disque 11 dont la périphérie est décou pée en ailettes d'inclinaison alternée. Sur la figure 1, la hauteur H1 du tronc de cône inférieur est le quart du diamètre D1 de la petite base du tronc de cône in férieur; la hauteur H2 du cylindre est égale au dixième du diamètre du cylindre et la hauteur H3 du tronc de cône supérieur est 1,4 fois le diamètre D3 de la petite base du tronc de cône supérieur, les diamètres D1 et D3 étant respectivement égaux à 0,6 et 0,7 fois le diamètre D2. Si l'on introduit dans l'enceinte, de l'eau, du lait, de la farine dans des proportions pondérales respectives de 55%, 35% et 10% et si l'on fait tourner le mélangeur par exemple à 3.000 tours/minute on obtint en quelques minutes, par exemple 3, un mé lange remarquablement homogène. Du fait de la force centrifuge, les produits sont projetés contre les parois, mais si les airettes sont orientées de sorte que le flux soit dirigé vers le bas dans l'axe et vers le haut sur les parois, cela oblige les produits à circuler en permanence~dans le mélangeurscomne pour la formation 'du vortex. A ce sujet, il convient de rappeler que la formation de vortex se fait dans un sens différent lorsqu'on change d'hémisphère terrestre puisque ce phénomène fait appel à la composition des accélérations et que l'accélération de Coriolis change de signe quand on passe d'un côté de l'équateur à l'autre. Dans l'hémisphère nord par exemple, si l'on regarde la masse fluide par en haut, le vortex se forme dans le sens des aiguilles d r une montre, les produits des cendent donc dans un mélangeur classique par vissage direct vers le bas au centre et vissage indirect en remontant à la périphérie. Selon la présente invention, il faut donc que les différentes pales et ailettes tout en profitant des accélérations tendant à la forma tion du vortex, empêchent la masse d'entrer en bloc en rotation et l'obligent à circuler dans des plans sensiblement radiaux remontant le long des parois pour descendre axialement í ce qui évite le tour billonnement. La figure 3 représente schématiquement une variante du dispositif de la figure -1 comprenant une enceinte 12 à double paroi 13, des ailettes disposes annulairement 14 par groupes 18, un re tord 15 inférieur portant comme à la figure 1 des pales terminées par un dispositif racleur 17, le moyeu l5 est surmonté d'un élément de forme générale cylindrique ou conique et présentant une surface helicoidale 16 de sorte que par rotation du moyeu 15 cet élément oblige la masse à descendre et a éviter la cavitation qui peut se produire, notamment dans le cas de produits pulvérulents ou pâteux. Le couvercle 20 fermant'l'enceinte peut être muni d'ailettes déflectrices 21 qui orientent la masse pour l'obliger à se mouvoir radialement de la périphérie vers le centre. La double paroi 13 peut être raccordée par tous moyens classiques tels que 22 et 23, à un système de réfrigération ou de chauffage. De tels types de mélangeurs peuvent aisément fonctionner avec des capacités très différentes, par exemple de quelques décimètres cubes à plusieurs mètres cubes. La viteSse-d'agtation peut être réglée de façon continue ou discontinue. On peut même envisager à certains moments des inversions de sens, notamment lorsque lés masses sont assez visqueuses ou pâteuses, c'est-d-dire que lorsque la tendance à la cavitation est plus importante que la tendance au vortex. A titre d'exemple, pour un agitateur a capacité de 15 décimètres cubes, on a de bons résultats avec des types très différents de produits à mélangeur en prévoyant une puissance de 5 chevaux pour une vitesse de rotation de 3.000 tours/minute, de 3 chevaux pour 1.500 tours/minute et de 1,5 chevaux pour 750 tours. L'utilisation de la double paroi permet également, en fonctionnant avec des cycles thermiques, de décoller les produits qui pourraient y adhérer. Les dispositifs ci-dessus décrits conviennent, comme il a été dit, à des mélanges de phases liquides, pâteuses, solides, de même type ou de type différent. on notera que le dispositif des la figure 3 convient particulièrement à des mélanges de poudre de densité différente surtout lorsque l'une des poudres est notamment moins dense que les autres. L'invention, comme il a été dit plus haut, concerne égale- ment- tout dispositif mélangeur faisant appel au procédé également couvert par la présente demande de brevet qui consiste à préparer un mélange en créant dans une -enceint une agitation en obligeant la masse à mélanger à se déplacer dans l'ensemble de enceinte en mouvements radiaux en limitant le plus possible la rotation de 1' ensemble-. REVENDICATIONS 1.- Dispositif mélangeur consistant en une enceinte dans laquelle se déplace au moins un agitateur caractérisé par le fait que les agitateurs déplacent toute la masse à mélanger des déflecteurs orientant la masse dans des déplacements sensiblement dans des plans radiaux. 2.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que au moins un agitateur est rotatif à axe sensiblement vertical. 3.- Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait qu'au moins un élément agitateur comprend au moins une surface hélicoïdale allant à l'encontre de la cavitation. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 carac térisé par le fait que des ailettes déflectrices fixes obligent la masse à se déplacer dans des plans radiaux. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 carac térisé par le fait qu'au moins un agitateur présente des racles se déplaçant au voisinage du fond du dispositif. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 carac térisé par le fait que des ailettes déflectrices sont prévues sur les parois du récipient obligeant la masse à se déplacer dans des plans radiaux. 7.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 carac térisé par le fait que des ailettes déflectrices sont prévues sur chaque couvercle obturant au moins une ouverture de chargement. 8.- Dispositif selon l'une des revendications 1- à 7 carac térisé par le fait que l'enceinte est à réglage thermique par double paroi. 9.- Procédé de préparation de melanges caractérisé par le fait qu'il consiste, après avoir introduit les constituants dans une enceinte, à les agiter à l'aide de dispositifs tels que ceux des revendications 1 à 8 tendant à déplacer la masse dans des plans radiaux et à l'empêcher d'entrer en rotation.