Brevet FR2487694A1 — publié le 19820205

La présente invention est relative à un appareil au moyen duquel on peut obtenir une émulsion finement dispersée en mélangeant deux liquides. Dans le domaine du traitement des produits alimentaires ou de la fabrication de produits de revêtement, ou pour la combustion d'huile lourde il est nécessaire de mélanger plusieurs liquides non miscibles, tels que de l'eau et de l'huile, afin d'obtenir une émulsion dans laquelle l'un des liquides est dispersé uniformément dans toute la masse de l'autre. Le procédé le plus répandu de la technique anté rieure pour la préparation de tëlles émulsions consiste à agiter les liquides à grande vitesse en présence d'un agent émulsifiant tel qu'un surfactant, dans une cuve d'émulsion comportant des aubes agitatrices à haute vitesse.Dans bien des cas l'agent émulsifiant utilisé ne devrait pas l'être en raison de l'application prévue pour l'émulsion produite. Par exemple de l'eau est mélangée avec de l'huile lourde pour obtenir une émulsion d'eau dans l'huile afin d'augmenter le rendement de la combustion de l'huile lourde. Lorsque cette émulsion est fournie comme combustible, l'agent émulsifiant se dépose et provoque le blocage de l'injecteur du dispositif de combustion ou la contamination des parois du fourneau. Compte tenu de ce qui précède, le but de l'invention est de réaliser un émulseur dans lequel on prépare l'émulsion avec la quantité minimale d'agent émulsifiant et de préférence sans utiliser un tel agent. Les recherches menées par le demandeur ont permis de découvrir que le but précité peut être atteint en augmentant la vitesse de passage des liquides à travers des disques perforés rotatifs et en utilisant la puissante force de cisaillement appliquée auxdits liquides par les disques perforés. De façon plus précise, suivant l'invention, l'émulseur est caractérisé en ce qu'il comprend une cuve cylindrique fermée, des orifices d'entrée et de sortie de liquide prévus dans la cuve cylindrique fermée en position adjacente aux extrémités respectives de celle-ci, plusieurs disques rotatifs perforés espacés suivant l'axe central de la cuve, et un dispositif pour entraîner en rotation les disques perforés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre faite en se référant au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple et dans lequel la Fig. 1 est une vue partielle en section de l'émulseur suivant l'invention ; les Fig.2 et 3 montrent l'agencement des trous dans les disques perforés utilisés dans l'émulseur suivant l'invention ; la Fig.4 est un diagramme de la répartition des vitesses d'écoulement des liquides dans la chambre de mélange de l'émulseur suivant l'invention dans le sens circonférentiel la Fig.5 est une photographie au microscope (grossissement 500 fois) de l'émulsion obtenue au moyen de l'émulseur suivant l1invention La Fig.l est une vue partielle en section d'un mode de réalisation de l'émulseur suivant l'invention. L'émulseur représenté à la Fig. 1 consiste essentiellement en une cuve cylindrique fermée 1 et en un dispositif d'entraînement des disques rotatifs. Plusieurs disques perforés rotatifs 4a,4b,4c.. sont fixés dans la cuve 1 sur un arbre rotatif 3 Fig.3. En outre, au lieu d'augmenter le diamètre des trous, on peut également augmenter leur nombre à mesure qu'ils sont plus proches du bord du disque rotatif. En augmentant le diamètre ou le nombre des trous à proximité du bord du disque, le rapport entre la section des trous et la surface du disque rotatif ne diminue pas à mesure qu'on se rapproche du bord du disque 4, de sorte que les liquides à mélanger traversent uniformément la totalité de la surface du disque rotatif. Il est en outre prévu des tuyaux d'entrée 7a, 7b, pour les liquides à mélanger et des tuyaux 8 de sortie sont prévus sur la cuve adjcacents aux extrémités respectives de la cuve I, et un tuyau de décharge 9 est prévu sur la cuve 1. On décrira maintenant le mode de mélange des deux liquides dans l'émulseur représenté aux Fig.l à 3. Les deux liquides amenés respectivement par les tuyaux d'entrée 7a, 7b ( les liquides à mélanger peuvent également être préalablement mélangés dans une cuve de pré-mélange et amenés par l'intermédiaire d'un tuyau d'entrée) pénétrent tout d'abord dans la chambre 5a, une sortie pouvant être prévue à travers le tuyau 9 au commencement de l'opération, si on le désire. En d'autres termes la cuve 1 est à peu près remplie avec les liquides à mélanger. Les deux liquides amenés dans la chambre 5a sont alors mélangés par la force de cisaillement produite par les disques perforés rotatifs 4a,4b~*.qui sont entraînés en rotation par le dispositif 2 par l'intermédiaire de l'arbre 3.Les liquides traversent encore les trous 6 prévus dans les disques 4a,4b--et se déplacent progressivement pour passer de la chambre 5b à la chambre 5c,à la chambre Sd...ect.et sont progressivement émulsifiés. Enfin les liquides émulsifiés sortent par le tuyau de décharge 8 et sont évacués de la cuve. La fonction émulsifiante de l'appareil suivant l'invention peut etre décrite de la façon suivante. Par exemple en ce qui concerne la chambre 5b, du fait que le disque 4a s'étend sur presque la totalité de la section transversale de la cuve, la plus grande partie des liquides se trouvant dans la chambre 5a peut s'écouler dans la chambre 5b à travers les trous 6. Par conséquent le débit du liquide traversant les trous 6 peut être augmenté par l'effet du rapport de la section totale des trous à la section de la cuve. De plus, comme représenté à la Fig.4, la vitesse d'écoulement des liquides dans le sens circonférentiel à I'intérieur de la chambre 5b au voisinage des disques 4a, 4b peut atteindre à peu près celle des disques rotatifs.La vitesse d'écoulement est réduite dans la région centrale de la chambre 5b comme indiqué par le gradient de vitesse donné par la courbe c. Cette force de cisaillement obtenue par le gradient est de toute evidence la plus forte au voisinage des disques rotatifs 4a,4b,4c. Cette force de cisaillement agit conjointement avec l'accroissement du débit de passage à travers les trous 6 dans le sens axial et on obtient une très puissante action émulsifiante au voisinage des disques rotatifs 4a, 4b... On a décrit ci-dessus le mode de fonctionnement principal de l'émulseur suivant l'invention mais de nombreuses modifications peuvent lui être apportées. Par exemple le seul impératif pour la cuve l est qu'elle doit etre à peu près cylindrique, mais la cuve peut être disposée verticalement ou horizontalement. En outre, les trous 6, peuvent avoir une forme circulaire en toute autre forme, par exemple rectangulaire, triangulaire, etc. Le nombre de disques rotatifs peut être quelconque, compris dans la plage de quelques unités jusqu'à dix,suivant la viscosité des liquides et le degré de l'émulsion désirée. L'émulseur suivant l'invention peut être utilisé dans le domaine des produits alimentaires, des produits de revêtement ou des cosmétiques dans lesquels on désire obtenir une émulsion. Il est particulièrement efficace lorsqu'il est utilisé comme dispositif destiné à améliorer le rendement de la combustion de l'huile lourde en dispersant les gouttelettes d'eau afin d'augmenter l'efficacité de la combustion de l'huile lourde. Par exemple des gouttes d'eau ayant un diamètre de l'ordre de 2 à 1031 peuvent être dispersees dans de l'huile lourde C par l'appareil suivant l'invention.Lorsque ces gouttelettes d'eau contenues dans l'huile lourde sont pulvérisées par l'injecteur, du fait qu'il y a plusieurs gouttelettes d'eau dispersées dans chaque goutte d'huile, ces gouttelettes d'eau sont évaporées rapidement lors de la combustion pour faire éclater les gouttes d'huile. L'éclatement des gouttes d'huile est très favorable à la combustion. Par conséquent l'excès d'air produit par la combustion et la quantité de carbone mélangé dans les gaz d'échappement en raison d'une combustion incomplète sont réduits et les oxydes d'azote présents dans les gaz d'échappement sont également réduits par la diminution de la température la plus élevée lors de la gazéification du fuel-oil. Du fait que la dispersion cidessus est obtenue sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un agent émulsifiant quelconque, l'effet nuisible du dépôt dans l'injecteur est supprimé. On a utilisé l'exemple suivant pour illustrer plus particulièrement les résultats obtenus au moyen de l'émule seur suivant l'invention. Exemple: Les spécifications du dispositif utilisé dans cet exémple sont données ci-dessous: cuve pour la production de l'émulsion - diamètre: 110 mm x 4 ( disques équidistants es pacés de 28,4 mm) - diamètre des trous circulaires des disques per forés rotatifs : de 0,5 a 1,5 mm. - Vitesse de rotation des disques : 1.720 t/min. On a amené de l'huile lourde C avec un débit de 3,4 I/min. et on a amené de l'eau avec un débit de 0,6 1/ min. dans la cuve d'émulsion. La photographie prise au mi croscope avec un grossissement de 500 f de l'émulsion obtenue est donnée à la Fig.S. On voit que l'émulsion d'eau dans l'huile comporte des gouttelettes d'eau finement dis persées ayant un diamètre de 2 à l0;u . Du fait que dans les cuves classiques à vitesse élevée on ne peut obtenir que des gouttelettes d'eau ayant un diamètre de 30 à 5031 on constate que l'émulseur suivant l'invention est avantageux par rapport aux autres. A titre de comparaison de l'huile lourde C émulsifiée et de l'huile lourde C d'origine ont été utilisées dans un dispositif de combustion horizontal à tube à trois brûleurs afin de produire de la vapeur. Les résultats sont indiqués dans le tableau ci-dessous xemple de Mode de comparaison réalisation huile lourde C Fuel oil huile lourde C émulsifiée 67,8 l/h 70,1 1/h (eau 15%) % d'air en excès 20 % 10 % Vapeur engendrée 7 kg/cm2G 7 kg/cm2G 820 kg/h 820 kg/h I température 3150 C 2870C Gaz CO 12 - 13 % 14 - 15 % d'échappement 2 NOx 4200 mg/kg 3800 mg/kg graphite 7500 mg/kg 200 mg/kg solide Graphite résiduel 140 g/lOh S g/lOh sur les parois du fourneau REVENDICATIONS 1. Emulseur caractérisé en ce qu'il comprend une cuve cylindrique fermée (1), des orifices d'entrée (7a, 7b) et de sortie (8) de liquide adjacents aux extrémités respectives de la cuve plusieurs disques perforés rotatifs (4a, 4b, 4c) espacés le long de l'axe central (9) de la cuve, et un dispositif (2) pour entraîner en rotation les disques perforés. 2. Emulseur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les trous (6) des disques ont un diamètre plus grand à mesure qu'ils sont plus proches du bord des disques perforés rotatifs. 3. Emulseur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les disques (4a, 4b, 4c) sont montés sur l'axe central de ladite cuve cylindrique (1) fermée, à des distances égales les uns des autres.