Brevet FR2305225A1 — publié le 19761022

L'invention concerne un broyeur-agitateur servant à broyer, à disperser, à homogénéiser et à émulsifier de façon continue ou discontinue des suspensions microbiennes, organiques et minérales, comprenant un récipient de broyage dans lequel tourne un dispositif agitateur formé d'un arbre d'agitateur et de piu- sieurs disques agitateurs, des éléments broyeurs mobiles librement, et un dispositif séparateur servant à séparer la matière broyée des éléments broyeurs à la sortie du broyeur-agitateur. Pour obtenir de bons effets d'agitation et de broyage, les broyeurs-agitateurs connus de ce genre nécessitent des vitesses de rotation relativement grandes et des puissances d'entraine- ment d'autant plus élevées. Les grandes vitesses de rotation du dispositif agitateur conduisent à de grandes vitesses relatives entre les disques agitateurs et la matière broyée, de sorte que celle-ci peut s'échauffer fortement, au moins localement. Par suite, des broyeurs-agitateurs de ce genre conviennent moins bien à des substances sensibles à la température, par exemple à des cellules microbiennes. L'invention a pour but de fournir un broyeur-agitateur qui convienne en particulier aux substances sensibles et permette de les traiter efficacement avec un temps de séjour court des substances dans le broyeur. Selon l'invention, en partant d'un broyeur-agitateur du genre défini plus haut, on résout ce problème par le fait que les disques agitateurs sont des disques obliques disposés obliquement sur l'arbre d'agitateur. Des disques obliques de ce genre ont un effet de broyage si intense et une action d'agitation si grande qu'une grande vitesse de rotation de l'arbre d'agitateur n'est pas nécessaire. Ainsi, lteffort mécanique appliqué à la matière est réduit. En m8me temps, la puissance d'entrainement nécessaire pour entrainer l'arbre d'agitateur est diminuée. Les élévations locales de température sont exclues. Outre une composante de vitesse d'écoulement en direction circonférentielle, les disques obliques engendrent une composante d'écoulement en direction axiale, donc parallèlement à l'arbre d'agitateur, ce qui exclut une rotation de tout le contenu du broyeur-agitateur et cause un nombre accru de chocs entre les éléments broyeurs et la matière. On peut ainsi abréger le temps de séjour de la matière dans le broyeur-agitateur. Les disques obliques ont un avantage supplémentaire, à savoir qu'ils conviennent particulièrement bien à l'utilisation d'éléments broyeurs très petits, par exemple de 0,1 à 0,7 mm det diamètre. Lorsque des éléments broyeurs si petits et si légers sont placés dans les espacements entre des disques usuels dits radiaux ou normaux, disposés perpendiculairement à l'arbre d'agitateur, il est fréquent qu'ils ne soient pas suffisamment activés par ceux-ci. Avec des disques obliques, on obtient une meilleure activation de ces petits éléments broyeurs que l'on utilise de préférence pour traiter des substances microbiennes etc. et qui sont sujets d'autre part à une moindre usure que des éléments broyeurs plus grands. Alors qu'avec des disques radiaux placés perpendiculairement à l'arbre d'agitateur il se produit des écoulements relativement stables, l'utilisation de disques obliques engendre une turbulence poussée de sorte que les mouvements relatifs entre les éléments broyeurs et les particules de matière sont renforcés de fa çon désirable. Avec les disques obliques selon l'invention, il suffit, pour obtenir de très bons effets d'agitation, que la vitesse circonférentielle des disques agitateurs soit de 4 à 18 m/s. Dans un mode d'exécution préférentiel, les disques obliques voisins sont inclinés relativement, c'est-à-dire qu'ils sont inclinés relativement à l'arbre en sens opposé. L'élévation latérale de plusieurs de ces disques obliques inclinés relativement est une ligne brisée ou en dents de scie. Lors de leur rotation, deux disques obliques inclinés relativement provoquent alternativement, dans la zone du récipient de broyage où ils se trouvent, un ameublissement et un tassement de la masse des éléments broyeurs, en particulier lorsqu'il s'agit d'un broyeur-agitateur horizontal. Cela provoque des écoulements semi-hydrauliques intenses, tournant dans le récipient et qui augmentent l'action de broyage. Dans bien des cas, selon l'invention, entre disques obliques voisins est prévu un disque radial disposé perpendiculairement à l'arbre d'agitateur. Ces disques radiaux peuvent aussi être appelés disques transversaux, disques normaux, disques intermédiaires ou disques de retenue. De préférence, le diamètre des disques radiaux est supérieur à celui des disques obliques et il représente par exemple 60 à 95% du diamètre du récipient de broyage. Il est particulièrement avantageux de disposer de tels disques radiaux entre des groupes comprenant chacun deux disques obliques inclinés relativement. On peut ainsi obtenir une coopération prononcée de disques agitateurs par grbupes, ce qui divise la cavité de travail du récipient en différentes zones de broyage. Le mélange rétrograde de la matière venant des différentes zones de broyage est évité par les disques radiaux et le spectre de temps de séjour de la matière est amélioré, c'est-à-dire que toutes les particules de la matière ont à peu près le même temps de séjour dans le récipient. On peut régler ce temps de séjour selon le diamètre des disques radiaux, leur nombre et la disposition et l'inclinaison des disques obliques. Dans une variante de l'invention, entre des disques ou entre des groupes de plusieurs disques sont disposées, dans le récipient, des cloisons fixes munies d'ouvertures. Ainsi également, l'intérieur du récipient de broyage est subdivisé en différentes zones, ce qui évite notamment que certaines particules grossières de la matière ne traversent trop rapidement le broyeur-agitateur de l'entrée à la sortie en direction longitudinale. Ces cloisons ont un effet analogue à celui que donnent plusieurs broyeurs-agitateurs placés en série. Le problème qui est à la base de l'invention peut entre encore mieux résolu si les disques agitateurs sont creux et conçus pour être parcourus par un agent de refroidissement. Avec cette disposition, l'effet d'agitation accru obtenu gracie aux disques obliques peut se faire sentir pleinement, c'est-à-dire que l'on peut travailler avec de grandes puissances d d'entrainement de 1 'ar- bre d'agitateur sans que la matière s'échauffe au cours de son mouvement à travers le récipient. On peut travailler une matière très sensible avec de courts temps de séjour dans le récipient. Dans un tel mode d'exécution à refroidissement, on prévoit de disposer, dans un arbre d'agitateur en forme d'arbre creux relié aux cavités de disques agitateurs creux, un tube central destiné à l'amenée d'agent de refroidissement vaporisable et présentant des ouvertures pour la sortie d'agent de refroidissement vers les cavités des disques agitateurs creux. L'espacement entre l'arbre creux et le tube central doit autre conçu pour l'évacuation de l'agent de refroidissement éventuellement vaporisé. Etant donné que la chaleur d'évaporation de l'agent de refroidissement est empruntée au mélange de matière à broyer et d'éléments broyeurs, on peut obtenir un refroidissement très prononcé de l'ensemble de la suspension. Les échauffements sont exclus avec certitude par l'application d'un tel refroidissement par évaporation. Par contre, un autre mode d'exécution de l'invention est caractérisé par le fait que l'arbre d'agitateur constitue un arbre creux pouvant être alimenté en agent de refroidissement et est relié aux cavités de disques agitateurs creux, la cavité de chaque disque agitateur étant subdivisée en une partie d'arrivée et une partie d'évacuation par une cloisonmunie d'ouvertures à sa circonférence. Dans ce refroidissement à liquide pur et simple, on obtient un écoulement nettement forcé et les disques agitateurs creux sont refroidis intensément sur toute leur extension. Le transfert de chaleur peut encore autre renforcé par le fait que ces cloisons de disques agitateurs creux soient de forme non plane, en particulier ondulées ou munies d'une surface à profil multiple. Enfin, l'invention prévoit encore qu'un refroidisseur de matière broyée puisse entre placé immédiatement à la suite du broyeur-agitateur. Le broyeur-agitateur est alors inclus dans un circuit de matière à broyer qui comprend le broyeur-agitateur, le refroidisseur, un récipient de niveau ou similaire et une pompe de circulation. Si une matière sensible sort effectivement du broyeur-agitateur à l'état échauffé, elle ne reste à température élevée que peu de temps avec cette disposition. Un mode d'exécution particulier de l'invention est caractérisé par le fait que deux broyeurs-agitateurs sont inclus dans deux circuits contenant chacun à la suite du broyeur-agitateur un refroidisseur de matière broyée et raccordés à un récipient de niveau commun ou récipient similaire et à une pompe de circulation commune. Ainsi, de façon simple, on peut répartir entre deux broyeurs-agitateurs une grande puissance nécessaire et assurer le refroidissement éventuellement nécessaire de la suspension. En outre, le broyeur-agitateur peut entre caractérisé par un récipient de broyage présentant une section autre que circulaire, par exemple ovale ou polygonale. Les broyeurs-agitateurs à récipient de section non circulaire sont en eux-mêmes connus, mais dans le cadre de l'invention on obtient des avantages particuliers avec un récipient de ce genre. Apparemment, lorsqu'on utilise des disques agitateurs obliques, la possibilité d'un entraînement en rotation du contenu du récipient est plus grande que lorsqu'on utilise exclusivement des disques radiaux ou d'autres moyens d'agitation, Avec une section ovale, polygonale ou autre, des zones partielles jouent le rible de zones perturbatrices d'écoulement qui empêchent ou modifient un écoulement de rotation.Cela est particulièrement important lorsqu'on traite des suspensions difficiles dites "courtes" avec lesquelles, autrement, il ne se produit une activation suffisante des éléments broyeurs que dans la zone d'agitation immédiate des disques agitateurs. De préférence, on applique les mesures décrites à un broyeur-agitateur qui se distingue par une construction fermée horizontale ou faiblement inclinée. Les avantages mentionnés sont alors obtenus dans une mesure particulièrement grande. On expliquera l'invention plus précisément ci-après à propos d'exemples d'exécution représentés par les dessins sur lesquels La figure 1 ést une coupe longitudinale d'un broyeur-agitateur horizontal : La figure 2 une coupe longitudinale d'un autre mode d'exécution La figure 3 une coupe longitudinale d'un autre mode d'exécution La figure 4 une coupe longitudinale d'un autre mode d'exécution La figure 5 une coupe longitudinale de parties d'un dispositif agitateur refroidi La figure 6 montre des détails d'un disque agitateur La figure 7 une coupe transversale d'un broyeur-agitateur avec récipient ovale La figure 8 une coupe longitudinale d'un autre mode d'exécution La figure 9 un schéma d'un broyeur-agitateur destiné au fonctionnement en circuit fermé La figure 10 un schéma de deux broyeurs-agitateurs destinés-au fonctionnement en circuit fermé. Selon la figure 1, un broyeur-agitateur horizontal fermé destiné au fonctionnement continu présente un récipient de broyage 1 fermé à ses cOtés frontaux par des couvercles 2, 3. A travers un presse-étoupe 4, un joint à anneau de glissement etc. du couvercle 3 passe un arbre d'agitateur 5, seulement indiqué schématiquement, qui est dans le cas présent monté "en porte-à-faux" (c'est-à-dire présente une extrémité libre sans palier). Comme disques agitateurs sont fixés à arbre d'agitateur 5 plusieurs disques obliques 6, les disques 6 voisins étant inclinés relativement de telle sorte qu'en élévation latérale, ils représentent à peu près une ligne brisée (ligne en dents de scie). L'angle dtinclinaison d'un disque oblique 6 relativement à l'arbre d'agitateur 5 peut être de 30 à 8TOC. Sur la figure 1, tous les disques obliques 6 sont inclinés d'un même angle relativement à l'arbre d'agitateur 5, mais les disques obliques voisins 6 sont déviés chaque fois de 18CP sur l'arbre 5. Toutefois, il est possible de donner aux disques une inclinaison différente (d'appliquer des angles différents). Le récipient de broyage 1présente une enveloppe double 8 qui sert de manière connue au refroidissement. Le récipient de broyage 1 est rempli à raison de 50 à 90% d'éléments broyeurs mobiles librement qui doivent avoir un diamètre de 0,1 à 5 mm et peuvent entre formés de verre, de céramique, de matière synthétique, de sable ou de métal. La suspension est amenée par une tubulure d'entrée 9, elle est broyée et traitée au passage à travers le récipient 1, séparée des éléments broyeurs au moyen d'un tamis 10 et évacuée par une tubulure de sortie 29. Selon la figure 2, entre les disques obliques voisins 6 est chaque fois disposé un disque dit radial 7, perpendiculaire à l'arbre d'agitateur 5. Les disques obliques 6 sont ici également inclinés alternativement vers la gauche et vers la droite, l'arbre d'agitateur 5 étant horizontal. Par contre, selon la figure 3, sur un arbre d'agitateur en forme d'arbre creux 25 sont disposés, entre des disques obliques 26, des disques radiaux 27, les disques obliques 26 étant parallèles entre eux. Selon la figure 4, sur un arbre d'agitateur 35 sont disposés deux à deux, donc par groupes, quelques disques obliques 6 inclinés relativement et les groupes sont séparés les uns des autres par des disques radiaux 27. Les disques radiaux subdivisent dans tous les cas le récipient de mélange, de façon désirable, en différentes zones de traitement. Selon la figure 8, une subdivision analogue en zones est assurée par le fait que dans le récipient de broyage 1, des cloisons fixes 15 sont disposées entre des groupes comprenant chacun deux disques obliques 6. Ces cloisons 15 présentent des ouvertures 22 et des ouvertures centrales 28. Les ouvertures 22 servent seulement au passage de la matière à broyer et des éléments broyeurs en outre, à travers l'ouverture centrale 28 passe l'arbre d'agitateur 5. Les figures 3, 4, 5 et 6 concernent des exemples d'exécution de l'invention dans lesquels certains disques agitateurs ou tous les disques agitateurs peuvent être refroidis de façon particulière. Les disques agitateurs pouvant autre refroidis sont de forme creuse et peuvent etre parcourus par un agent de refroidissement. Selon la figure 3, l'arbre dtagitateur est sous la forme d'un arbre creux 25 dans lequel est disposé un tube central 11. L'arbre creux 25 est relié aux cavités intérieures de disques obliques creux 26 et de disques radiaux creux 27. Le tube central 11 est muni d'ouvertures 21 aux points où des disques agitateurs sont disposés sur l'arbre creux 25. Le fonctionnement est le suivant : Dans le sens de la flèche, on introduit dans le tube central 11 un agent de refroidissement liquide qui s'évapore lorsqu'il subit un certain échauffement. L'agent de refroidissement entre par les ouvertures 21 dans les disques obliques 26 et dans les disques radiaux 27, il est projeté vers l'extérieur dans les disques agitateurs par la force centrifuge et vaporisé par 1 'échauffement. La chaleur d'évaporation est fournie par la matière à broyer et les- éléments broyeurs de sorte que le contenu à traiter du récipient est convenablement refroidi. L'agent de refroidissement évaporé reflux à travers l'espacement entre l'arbre creux 25 et le tube central 11 et est amené à un groupe refroidisseur non représenté pour être liquéfié à nouveau. De cette façon, on peut obtenir un refroidissement très intense du broyeur-agitateur. La figure 4 montre un broyeur-agitateur dans lequel 1 'ar- bre d'agitateur et quelques disques agitateurs peuvent être refroidis par un liquide de refroidissement qui ne s'évapore pas. L'arbre d'agitateur est sous la forme d'un arbre creux 35 sans tube central, il passe à travers les deux couvercles 2, 3 des côtés frontaux du récipient 1, grâce à des presse-étoupe similaires 4 et présente des paliers des deux côtés. Selon la figure 4, seuls les disques radiaux 27 sont creux et munis d'une cloison 12 qui subdivise chacun de ces disques agitateurs en une partie d'arrivée et une partie d'évacuation. Les cloisons 12 présentent, à peu près à leur circonférence, des ouvertures 13. Le liquide de refroidissement entre par une extrémité de l'arbre creux 35, afflue à travers l'arbre creux 35 dans la partie -d'arrivée du premier disque radial 27, est amené obligatoirement vers l'extérieur, passe à travers les ouvertures 13 pour arriver dans la partie d'évacuation du disque radial et s'écoule de la meme façon à travers l'arbre creux 35 et les autres disques radiaux 27 jusqutà ce qu'il sorte par l'autre côté de l'arbre creux 35. Naturellement, les disques obliques 6 pourraient aussi autre refroidis. Il est possible dans ce cas aussi de disposer un tube central dans l'arbre creux et d'amener et d'évacuer le liquide de refroidissement par la méme extrémité du broyeur-agitateur. D'autre part, au lieu d'un tamis 10, la figure 4 montre un séparateur à tamis 30 qui peut former un groupe avec la tubulure de sortie 29. Les cloisons des disques agitateurs creux subdivisés ne sont pas nécessairement planes. Selon la figure 5, les cloisons 14 sont par exemple ondulées ou rainurées. Selon la figure 6, la surface d'une cloison 14 est profilée de façon multiple de telle sorte qutelle a l'apparence d'un acier brossé ou d'une lime grossière. De préférence, on donne aux inégalités une forme telle que l'on obtienne un écoulement uniforme de l'intérieur vers l'extérieur dans la partie d'arrivée et de l'extérieur vers l'intérieur dans la partie d'évacuation du disque agitateur refroidi. On vise à obtenir un écoulement turbulent pour augmenter en conséquence le transfert de chaleur. Il est possible aussi de prévoir des inégalités du côté intérieur des parois extérieures de disques agitateurs creux, donc de les "profiler" pour renforcer le refroidissement. Enfin, la figure 9 montre le schéma d'un broyeur-agitateur inclus dans un circuit destiné à une partie de la matière à broyer. Le broyeur-agitateur 20, qui. est représenté dans le cas présent sous la forme d'un broyeur-agitateur vertical, est suivi immédiatement d'un refroidisseur 16 destiné à la matière broyée, de sorte que la matière échauffée ne reste que très peu de temps à température élevée. Du refroidisseur 16, la matière recyclée arrive à un récipient de niveau 17, puis à la pompe de circulation 18 et à nouveau au broyeur-agitateur 20. De la matière fraîche est amenée au récipient de niveau et de la matière complètement broyée est retirée du circuit au moyen d'une valve de réglage 19. De façon analogue, selon la figure 10, deux circuits munis de refroidisseurs 16 et contenant des broyeurs-agitateurs 24 sont raccordés à un récipient de niveau commun 17 et à une pompe de circulation commune. On peut ainsi obtenir une augmentation correspondante de débit. Enfin, la figure 7 montre en coupe transversale schématique, comme exemple d'un récipient de broyage de section autre que circulaire, un récipient 23 de forme ovale. On peut aussi envisager des récipients de broyage de section triangulaire. Le récipient de broyage fabriqué, de préférence en métal, peut entre en toute matière. REVENDICATIONS 1) Broyeur-agitateur servant à broyer, à disperser, à homogénéiser et à émulsifier de façon continue ou discontinue des suspensions microbiennes, organiques et minérales, comprenant un récipient de broyage dans lequel tourne un dispositif agitateur formé d'un arbre d'agitateur et de plusieurs disques agitateurs des éléments broyeurs mobiles librement, et un dispositif séparateur servant à séparer la matière broyée des éléments broyeurs à la sortie du broyeur-agitateur caractérisé par le fait que les disques agitateurs sont des disques obliques disposés obliquement sur l'arbre d'agitateur. 2) Broyeur-agitateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les disques obliques voisins sont inclinés relativement les uns par rapport aux autres. 3) Broyeur-agitateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'entre deux disques obliques voisins est prévu chaque foisun disque radial disposé perpendiculairement à l'arbre d'agitateur. 4) Broyeur-agitateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'entre des groupes comprenant chacun deux disques obliques inclinés relativement sont disposés des disques radiaux. 5) Broyeur-agitateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'entre des disques ou entre des groupes de plusieurs disques sont disposées, dans le récipient, des cloisons fixes munies d'ouvertures. 6) Broyeur-agitateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les disques agitateurs sont creux et conçus pour être parcourus par un agent de refroidissement. 7) Broyeur-agitateur selon líune des revendications 1 et 6, caractérisé par le fait que dans un arbre d'agitateur en forme d'arbre creux relié aux cavités de disques agitateurs creux est disposé un tube central destiné à l'amenée d'agent de refroidissement vaporisable et présentant des ouvertures pour la sortie d'agent de refroidissement vers les cavités des disques agitateurs creux, et que l'espacement entre l'arbre creux et le tube central est conçu pour l'évacuation de l'agent de refroidissement de préférence vaporisé. 8) Broyeur-agitateur selon l'une des revendications 1 et 6, caractérisé par le fait que l'arbre d'agitateur est sous la forme d'un arbre creux pouvant autre alimenté par un agent de refroidissement et est relié aux cavités de disques agitateurs creux et que la cavité de chaque disque agitateur est subdivisée, par une cloison munie d'ouvertures à sa circonférence, en une partie d'arrivée et une partie d'évacuation. 9) Broyeur-agitateur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les cloisons de disques agitateurs creux sont de forme non plane, en particulier ondulées ou munies d'une surface à profil multiple. 10) Broyeur-agitateur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'un refroidisseur de matière broyée est placé immédiatement à la suite du broyeur-agitateur et que le broyeur-agitateur est inclus dans un circuit de matière à broyer qui comprend le broyeur-agitateur, le refroidisseur, un récipient de niveau ou similaire et une pompe de circulation. 11) Broyeur-agitateur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que deux broyeurs-agitateurs sont inclus dans deux circuits contenant chacun à la suite du broyeur-agitateur un refroidisseur de matière broyée et raccordés à un récipient de niveau commun ou récipient similaire et à une pompe de circulation commune. 12) Broyeur-agitateur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'il comporte un récipient de broyage de section autre que circulaire, par exemple ovale ou polygonale. 13) Broyeur-agitateur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait qu'il est de construction fermée horizontale ou faiblement inclinée.