Brevet FR2376687A1 — publié le 19780804

L'invention concerne les procédés et appareils de malaxage, et notamment un procédé et un appareil de malaxage d'une masse fluide très visqueuse par modification du trajet d'écoulement d'un courant visqueux de manière à produire des interfaces entre plusieurs parties de la masse fluide. Le mélange poussé d'une matière extremement visqueuse soulève un problème industriel important. Un procédé mis en oeuvre pour le malaxage de matières visqueuses consiste affaire passer une masse fluide visqueuse dans un conduit qui renferme des déflecteurs ou autres obstacles destinés à diviser le courant de la matière s'écoulant dans ce conduit,afin d'étaler l'écoulement de cette matière et d'exposer cette dernière sur une grande surface. Les courants séparés ainsi obtenus sont ensuite associés de ma.nière à se recouvrir. Le malaxage ainsi obtenu est relativement efficace, il ne provoque aucune turbulence et il ne dépend pas du débit d'écou- lement de la matière réactionnelle.Les brevets des Etats-Unis d'Amérique no 3 239 197 et no 3 664 638 décrivent des exemples d'appareils de ce type. Cependant, ces appareils présentent certains défauts, parmi lesquels les chutes de pression relativement importantes produites par l'utilisation intensive de déflecteurs internes, et la difficulté du nettoyage, notamment lorsque la masse fluide est constituée d'une matière hautement réactive, par exemple une résine thermodurcissable qui prend et durcit rapidement pour former une masse solide. L'invention concerne un procédé de malaxage d'un courant d'une masse fluide, notamment d'une masse fluide visqueuse, consistant à diviser ce courant en plusieurs courants secondaires, à faire suivre à des courants secondaires alternés un trajet d'écoulement prédéterminé en ro-tation dans un premier sens, et à fa.ire suivre a.ux autres courants secondaires un trajet d'écoulement prédéterminé en rotation de sens opposé au précédent. Dans une forme avantageuse de réalisation selon l'invention, le malaxage d'un fluide hautement visqueux s'ef fectue/par mise en écoulement d'une masse de ce fluide. Le cou ra.nt primaire ainsi obtenu est divisé en plusieurs courants secondaires par projection contre ledit courant primaire de plusieurs jets de fluide à haute pression, avantageusement un gaz, en des points prédéterminés le long de la masse fluide constituant le courant primaire. Une rotation prédéterminée d'un premier sens est imprimée à des courants secondaires alternés, par exemple aux courants secondaires impairs en leur appliquant un jet de fluide à haute pression qui les frappe tangentiellement.Les autres courants secondaires, à savoir les courants pairs, sont mis en rotation en sens opposé au précédent, suivant un trajet prédéterminé, par l'application tangentielle sur ces derniers courants secondaires de jets d'un fluide à haute pression. L'invention concerne également un ma.laxeur statique destiné à des matières très visqueuses et réagissant même rapidement. Ce malaxeur comprend un tube ou conduit allongé dans lequel les matières réactionnelles sont mises en circulation forcée. Plusieurs organes, placés dans des positions prédéter- minées le long du tube, introduisent un jet de fluide à haute pression, avantageusement un gaz, à peu près perpendiculaire ment'a l'axe longitudinal du tube, de manière à diviser un courant primaire des matières réactionnelles en plusieurs coura.nts secondaires.Plusieurs organes, également espacés en des points prédéterminés le long du tube, introduisent des jets du même fluide à haute pression ou d'un fluide différent, à peu près tangentiellement à la surface intérieure du tube ou conduit. Ge dernier présente une section droite avantageusement circulaire. De plus, il est préférable que les organes d'introduction de jets de fluide à haute pression soient espacés à peu près régulièrement le long du tube. Chacun de ces organes est monté avantageusement à angle droit par rapport à l'organe identique suivant. Dans une forme avantageuse de réalisation selon l'invention, un courant primaire de matière très visqueuse est mis en circulation forcée dans un conduit ou tube. Il est divisé en plusieurs courants secondaires par projection dlun jet de fluide à haute pression, par exemple flair, introduit à l'aide d'une buse disposée à peu près perpendiculairement à l'axe longitudinal du tube. Plusieurs buses sont espacées à la périphérie de ce tube.L'introduction d'un fluide à haute pression, par exemple d'air, tangentiellement à la surface intérieure du tube, donne un mouvement de rotation d'un pre mier sens 'a certains courants secondaires alternés, a.lors que l'introduction d'un fluide à haute pression, par exemple d'air, tangentiellement à la surface intérieure du tube, par plusieurs buses espacées le long de ce dernier, donne un mouvement rotationnel,de sens opposé au premier, aux courants secondaires restants L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est une vue schématique en perspective de l'appareil selon l'invention la figure 2 est une coupe axiale partielle a' échelle agrandie, montrant schématiquement ltécoulement du fluide dans l'appareil de la figure 1 la figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la figure 1, montrant partiellement le mouvement directionnel des jets de fluide la figure 4 est une élévation, avec coupe transversale partielle, d'une buse destinée à introduire un fluide à haute pression, tangentiellement à la surface intérieure de l'appareil-selon l'invention ; et la figure 5 est une élévation, avec coupe partielle, d'une buse destinée à diviser le courant primaire en courants secondaires. Une application particulièrement souhaitable du procédé et de l'appareil selon l'invention est le malaxage ou mélange rapide de matières réactionnelles e tremer.1ent visqueuses, par exemple une composition de résine liquide destinée à mousser, et notamment une composition d'une telle résine contenant des fibres d'armature, des charges solides, etc. L'in- vention sera donc décrite dans cette application. Il est cependant évident qu'elle n'y est pas limitée. Lors de la-préparation d'une mousse de matière plastique armée de fibres, il est nécessaire d'introduire simultanément dans le malaxeur des précurseurs de résine, préalablement mélangés avec de la fibre de verre et d'autres matières d'armature, et un catalyseur (si cela est souhaité), des agents moussants et d'autres ingrédients souhaités. Ces matières réactionnelles doivent entre mélangées totalement et rapidement, car elles entrent en réaction au bout d'un temps très court. Par conséquent, elles doivent etre placées rapidement dans un moule, immédiatement après mélange, de manière que le moussage puisse s'y produire. Ainsi, la figure 1 représente le malaxeur 12 selon l'invention. Un courant de ma tièreAisqueuse, du type décrit ci-dessus, représenté par une ligne 10, arrive dans le malaxeur par une ouverture 15.Des quantités précises et prédéterminées de matières visqueuses peuvent être dirigées vers le malaxeur 12 par des pompes volumétriques précises et autres éléments de réglage (non représentés). Dans tous les cas, le courant visqueux pénètre par l'ouverture 15 et s'écoule dans un tube ou conduit allongé 11 du mélangeur t2 sous la poussée d'un piston ou plongeur d'un dispositif de pompage, par exemple. Comme représenté sur la figure t, le mélangeur com- prend donc un tube ou conduit allongé i1 qui présente une pre mière extrémité 14 et une seconde extrémité 16. Dans une forme avantageuse de réalisation selon l'invention, le mélangeur 12 comporte un collet 17 de montage permettant de relier son extrémité d'entrée à un appareillage de dosage et de pompage. Ainsi, comme représenté, les réactifs liquides arrivent des appareils de dosage et des pompes (non representésypar des conduits 18 et 19 d'entrée avant de s'écouler dans le canal principal du mélangeur 12 en passant par l'ouverture 15 de la première extrémité 14. Par conséquent, le collet 17 constitue un organe convenable de montage du mélangeur sur un dispositif approprié d'entrée comportant un collet correspondant, par exemple le collet 20. Comme représenté, le mélangeur 12 comporte également à sa seconde extrémité 16 un second collet 21 destiné à être relié 'a tout dispositif convenable de distribution. Ain- si, un coude 22 porte un collet 23 et, lorsqu'il est relié au mélangeur 12, le courant de matière totalement mélangée et sortant par la seconde extrémité 16 peut s'écouler, par exemple vers le bas, dans un moule convenable (non représenté). Plusieurs pattes 24 de montage sont espacées à divers intervalles le long du mélangeur 12, de manière que ce dernier puisse etre supporté en position convenable. Il est évident que d'autres organes de montage peuvent être utilisés. Plusieurs buses, espacées le long du conduit ou tube allongé 11 formant la chambre centrale 12 de malaxage, sont destinées à introduire un fluide à haute pression dans le réacteur, suivant une direction à peu près radiale, de manière à diviser le courant primaire de matière s'écoulant dans ce mélangeur en plusieurs courants secondaires. Ces organes de division sont représentés sous la forme de buses B1, D1, B2 et D2 sur la figure 1. Comme représenté sur la figure 3, il est avantageux que chaque buse soit orientée suivant un angle d'environ 180O par rapport à la buse suivante. Ainsi, la buse D1 est située sur le côté du tube Il du mélangeur 12 opposé à celui de la buse B1, mais à une certaine distance de cette dernière, le long de l'axe longitudinal du mélangeur. De plus, dans la forme avantageuse de réalisation représentée sur la figure 5, les buses ou ajutages de division, par exemple la buse B1, sont inclinés d'un angle o d'environ 10Q sur le rayon du tube, de manière à produire un jet à haute pression comportant une composante avant et une composante radiale, comme décrit ci-apres. Comme représenté sur la figure 1, le mélangeur 12 comporte plusieurs organes destinés à introduire des jets de fluide à haute pression tangentiellement à la surface du tube principal. Ces organes comprennent des buses référencées en A1, C1, A2 et C2 sur la figure 1, destinées à produire des jets *ouvement rotatif. Comme représenté sur la figure 3, ces buses, par exemple les buses A1 et 01 , sont disposées de part et d'autre du tronçon tubulaire principal du mélangeur 12.Comme représenté sur la figure 2, les buses sont également inclinées d'un angle O d'environ 10 sur le rayon de ce tron çon tubulaire principal, de manière à produire un jet à haute pression et à mouvement rotatif, comportant une composante avant et une composante tangentielle, afin de faire tourner un courant secondaire dans un sens ou dans l'autre. Lacompo- sante tangentielle de buses alternées est orientée dans un premier sens, alors que la composante tangentielle des autres buses est orientée en sens opposé au précédent. Les lignes 1, 2, 3 et 4 de la figure 3 représentent schématiquement le mouvement du fluide à haute pression introduit par les buses. Ainsi, le fluide à haute pression introduit par les buses B1 et D1 est orienté à peu près radialement, comme indiqué par les lignes 1 et 2. Les buses tangentielles A1 et C1 produisent des jets à haute pression tournant en sens opposés,comme indiqué par les lignes 3 et 4. Sur la figure 3, le jet produit par la buse C1 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, alors que le jet produit par la buse A1 tourne en sens opposé, comme représenté également sur la figure 2. Le nombre de buses.divisant le courant primaire, le nombre de buses produisant les courants secondaires et le nombre de buses destinées à faire tourner les divers courants secondaires peuvent être modifiés afin d'obtenir le résultat souhaité pour tout problème de mélange de liquides visqueux. Il convient également de noter que l'appareil selon l'invention peut être réalisé dans une grande variété de matières, y compris les métaux et autres, le choix de ces matières dépendant des conditions rencontrées dans l'application à laquelle l'appareil est destiné. Comme représenté sur les figures et notamment sur les figures 4 et 5, les diverses buses comportent des raccords filetés leur permettant d'être reliées à une source de fluide sous haute pression. Ainsi, des filets 32 permettent de relier aisément une source de fluide à haute pression au mélangeur. De plus, des filets 33 permettent de démonter aisément le raccord pour procéder au nettoyage, si cela est nécessaire, de l'orifice radial 31 de la buse B1 et de l'orifice tangentiel 35 de la buse A1. En général, le fluide à haute pression utilisé lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est un gaz, par exemple de l'air ou de l'azote. Cependant, ce fluide peut également être constitué par l'un des composants du courant de fluide principal à malaxer. Le fonctionnement de l'appareil selon l'invention sera à présent décrit. Un courant de matière relativement visqueuse est ob- tenu par introduction de la matière à malaxer à une première extrémité 14 du mélangeur 12. Par exemple, un précurseur de résine de polyuréthanne, contenant de la fibre de verre, est dosé et introduit pag e conduit 18, et un catalyseur et un agent moussant sont dosés et introduits par le conduit 19, de manière à former un courant primaire 10 qui parcourt le conduit tubulaire il du mélangeur 12. Le courant primaire ainsi obtenu est divisé en plusieurs courants secondaires par des jets de fluide à haute pression introduits en des points prédéterminés et espacés le long de l'axe longitudinal du courant primaire. Ces jets sont orientés à peu près radialement par rapport au courant primaire et produits,par exemple, par les buses B1, D1, B2 et D2. Les courants secondaires ainsi obtenus sont mis en rotation suivant un trajet d'écoulement prédéterminé par des jets de fluide à haute pression introduits tangentiellement, en des points prédéterminés et espacés le long de l'axe longitudinal du courant primaire, par exemple par les buses A1, C1, A2 et D2. Il convient de noter qu'un mouvement de rotation d'un premier sens prédéterminé est communiqué à des courants secondaires alternés, alors qu'un mouvement de rotation prédéterminé, de sens opposé au précédent, est imprimé aux courants secondaires restants. Ainsi, par exemple, plusieurs courants secondaires suivent un mouvement rotationnel dans le sens des aiguilles d'une montre, alors que les autres courants secondaires suivent un mouvement rotationnel de sens opposé. La division du courant primaire de matière visqueuse en courants secondaires, et la mise rotation de ces courants secondaires en sens opposés ont pour effet de séparer et de remélanger en continu les courants secondaires, de manière à obtenir un mélange complet. Ainsi, la matière visqueuse est entraînée à force suivant un trajet sinueux sans entrer en contact avec des chicanes, des déflecteurs ou d'autres organes internes de ce type. Par conséquent, pour la préparation d'une composition de résille du type moussant et prenant à peu près 30 secondes après entrée en contact des composants, l'appareil selon l'invention présente des avantages importants concernant le nettoyage à chaque utilisation. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent etre apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATION$ 1. Procédé de malaxage d'une masse fluide visqueuse, caractérisé en ce qutil consiste à produire un courant primaire d'uneasse fluide contenant des composants à mélanger, à diviser le courant primaire en plusieurs courants secondaires, à imprimer un mouvement d'écoulement rotationnel prédéterminé d-'un premier sens à des courants secondaires alternés et à imprimer un mouvement d'écoulement rotationnel prédéterminé, de sens opposé au précédent, aux autres courants secondaires, de manière à faire apparattre des surfaces séparées qui sont ramenées en contact les unes avec les autres afin de mélanger les composants de ladite masse fluide visqueuse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant primaire de masse fluide est divisé en plusieurs courants secondaires par application à ce courant primaire de plusieurs jets de fluide à haute pression, en des points prédéterminés le long dudit courant primaire. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit mouvement d'écoulement rotationnel prédéterminé, imprimé dans un premier sens à des courants secondaires alternés, est obtenu par application sur ces courants secondaires de jets tangentiels de fluide à haute pression, le mouvement d'écoulement rotationnel prédéterminé, de sens opposé au précédent, étant imprimé aux courants secondaires restants par application sur ces derniers de jets tangentiels de fluide à haute pression. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le fluide à haute pression est un gaz qui ne réagit pas avec les composants a' mélanger. 5. Procédé selon a revendication 4, caractérisé en ce que le fluide à haute pression est un composant devant être mélangé avec le courant primaire. 6. Mélangeur statique de matières visqueuses.réac- tionnelles, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit destiné à entre parcouru par un courant primaire de matières vis queuses à mélanger2 plusieurs organes destinés à introduire des jets de fluide à haute pression, à peu près radialement par rapport à l'axe longitudinal du conduit, ces organes étant espacés en des points prédéterminés le long dudit conduit, plusieurs organes étant destinés à introduire des jets de fluide à haute pression à peu près tangentiellement par rapport à la surface intérieure du conduit, ces derniers organes étant espacés en des points prédéterminés le long du conduit. 7. Mélangeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le conduit présente une section droite circulaire. 8. Mélangeur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les organes dtintroduction de jets orientés à peu près radialement sont situés sur des cotés opposés du conduit. 9. Mélangeur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les organes destinés à introduire des jets tangentiellement par rapport à la surface intérieure du conduit sont disposés suivant des orientations alternées, de manière que la direction du fluide projeté par l'un de ces organes soit opposée à celle du fluide projeté par l'organe identique voisin. 10. Appareil de malaxage d'une masse de fluide, caractérisé en ce qu'il comporte un tube allongé qui présente des première et seconde extrémités par lesquelles la matière à malaxer est respectivement introduite dans le tube et en sort après l'avoir parcouru, plusieurs buses étant placées à intervalles prédéterminés le long du tube, au moins certaines de ces buses présentant un orifice destiné à introduire un fluide à haute pression, à peu près radialement par rapport au tube, de maniere à diviser en plusieurs courantsXsecondai- res ut ourlant primaire de matières visqueuses s'écoulant de la première vers la seconde extrémité du tube, au mois une partie des buses présentant des orifices qui produisent des jets de fluide à haute pression, à peu près tangentiellement à la surface intérieure du conduit, de manière à imprimer un mouvement de rotation aux courants secondaires, le mouvement de rotation d'un courant secondaire ayant un sens opposé à celui du mouvement de rotation du courant secondaire suivant.