Brevet FR2510908A1 — publié le 19830211

BROYEUR PERFECTIONNE POUR LE TRAITEMENT EN CONTINU DE PHASE HUMIDE EN CUVE CLOSE. L'invention concerne un broyeur perfectionné pour le traitement en continu de phase humide en cuve close. Comme on le sait, l'action de "broyage" vise à augmenter l'état de division des particules solides, c'est-à-dire à augmenter leur surface utile, donc leur efficacité. On peut broyer soit en phase sèche, soit en phase humide. Dans le procédé dit en phase humide, il est connu depuis fort longtemps d'additionner le produit en suspension à broyer avec des billes dures, telles que des billes verre, en acier, en céramique, en zircon; etc., dont le diamètre est de l'ordre du millimètre. Le volume des billes est sensiblement en co-volume de celui de la suspension. Une fois ce mélange effectué, on agite l'ensemble de manière à choquer les particules , donc à les broyer. Si parfois on opère en cuve ouverte, on travaille le plus générdlement dans un récipient clos alimenté sous pression. Bien que cette technique de broyage en phase humide en continu en cuve close soit largement répandue, elle présente l'incon vénient de consommer beaucoup d'énergie et de chauffer le le produit. L'agitation de la suspension additionnée de billes peut être effectuée de différentes manieres. En pratique, ces broyeurs comportent essentiellement : - une cuve de broyage hermétique horizontale, voire verticale, à double enveloppe, fixée au bati de la machine et dont la double enveloppe présente un moyen destiné à à la refroidir, - un organe d'alimentation de la suspension à traiter sous pression, tel que par exemple une pompe, connecté à l'entrée de la cuve, - un organe de sortie de la suspension traitée, apte à assurer une séparation facile des billes de broyage et de la matière broyée, - un agitateur rotatif placé axialement à l'intérieur de l'enveloppe de la cuve formant avec celle-ci chambre de travail. L'agitateur rotatif dont l'arbre est de faible diamètre comporte des disques fendus et radiaux, soit inclinés, soit radiaux et perforés, coopérant avec ou non des doigts également radiaux, fixés sur l'enveloppe intérieure de la cuve. Comme déjà dit, bien que ces solutions soient assez largement répandues, elles présentent toutes l'inconvénient notable de consommer beaucoup d'énergie. En outre, malgré la double enveloppe de refroidissement, sous l'effet de l'agitation intérieure, la suspension s'échauffe, ce qui peut modifier ses propriétés et l'altérer. L'invention pallie ces inconvénients. Elle se rapporte à un broyeur en continu du type en question qui consomme moins d'énergie ou qui à consommation égale d'énergie présente une efficacité de broyage améliorée et qui échauffe moins le produit par suite d'une moindre consommation d'énergie et d'un meilleure refroidissement. Ce broyeur perfectionné pour le traitement en continu de phase humide en cuve close, qui comporte - une cuve à double enveloppe de refroidissement fixée au bati de la machine, - un organe d'alimentation de la suspension à traiter, connecté à l'entrée de la cuve, - un organe de sortie pour la matière traitée, - un agitateur rotatif axial disposé à l'intérieur de la cuve formant avec celle-ci une chambre de travail od circule la suspension additionnée de billes, - des organes de travail fixés sur l'agitateur et sur l'enveloppe intérieure de la cuve, se caractérise:: - en ce que le diamètre de l'agitateur est au moins égal à la moitié de celui de la chambre de travail, - et en ce queles organes de travail fixés à l'agitateur et sur l'enveloppe intérieure de la cuve ont la forme de bossages et ont un volume au moins égal à cinq (5%) pour cent du volume de la chambre de travail. Avantageusement - les bossages ont une forme identique - les bossages snnt coniques et ont leur extrémité arrondie, notamment sous forme de calotte spérique ; - l'intervalle entre l'extrémité des bossages et soit la paroi intérieure de la cuve, soit l'arbre de l'agitateur, est de l'ordre de trois fois le diamètre des billes - l'agitateur axial est creux et est refroidi afin d'augmenter l'échange thermique, par exemple au moyen d'eau sous pression - les bossages sont creux et sont refroidis par les circuits de refroidissement respectivement de l'agitateur axial ou de l'enveloppe intérieure de la cuve - les bossages sont disposés en couronne sur l'arbre de l'agitateur ou sur la face intérieure de l'enveloppe de la cuve - ces couronnes sont régulièrement espacées. Ainsi, contrairement aux disques et aux doigts de l'état antérieur de la technique, qui provoquaient essentiellement une action de circulation radiale parfois néfaste pour les billes, puisqu'elles provoquaient leur cassure, les bossages caractéristiques de l'invention communiquent aux billes actives un mouvement à la fois axial et radial qui, en pratique, d'une part ménage les billes et,d'autre part, permet d'obtenir un remplissage en billes de la cuve supérieure et enfin et surtout, donne une meilleure action de broyage à énergie consommée égale. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit donné à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une vue sommaire en coupe d'un broyeur en continu en vase clos et en phase humide conforme à l'invention. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale détaillée de la cuve caractéristique de l'invention. La figure 3 est une coupe transversale de cette cuve selon l'axe I-I' de la figure 2. La figure 4 représente un bossage caractéristique de l'invention en vue perspective éclatée sommaire. Un broyeur en vase clos en continu en phase humide caractéristique de l'invention se compose essentiellement - d'un bati 1 sur le bas duquel est fixée la pompe 2, reliée par un flexible 3 à l'amenée de suspension 6 et con.- necté à son moteur 4 moto vario réducteur ; - sur le haut d'un égouttoir 28 placé sous la cuve de traitement 5 - d'une cuve horizontale 5, par exemple en acier, connectée en tête à un tube d'amenée 6 de la suspension, cette cuve 5 étant formée d'une double enveloppe 7 où circule l'eau de refroidissement sous pression (31-32) et dont la face intérieure 8 porte trois couronnes 9,10 et 11 de six bossages 12 chacune ; cet ensemble 8-12 forme le stator ; - d'un moteur principal 13 qui par 1Jintermédiaire de courroies 14 entralne un arbre 15 horizontal porté par des roulements à billes ou à rouleaux 16,17 à l'intérieur duquel est foré un canal 18 de refroidissement connecté au boitié rotatif 20 d'alimentation d'eau de refroidissement; - sur cet arbre 15 est emmanché par des cannelures 21 un agitateur horizontal (rotor) disposé longitudinalement dans la cuve 5 ; la référence 23 désigne la garniture d'étanchéité, alors que les références 25 et 26 désignent des forages pour le circuit de refroidissement en eau respectivement d'alimentation 25 de la double enveloppe 7 et des bossages 12 fixés sur ce stator, et le forage de retour 26 ; l'ensemble est fermé par une vis de fixation 27 placée en tête; - un organe de sortie 24 de la-suspension traitée formé par une chicane rotative à disques 29 assurant la séparation des billes du produit et un tube de collecte proprement dit 24 sous pression du produit broyé,qui laisse tomber la suspension traitée sur l'égouttoir 28. Les bossages (voir figures 2 et 4) ont une forme conique à extrémité arrondie. Plus précisément, l'extrémité de ces bossages a la forme d'une calotte sphérique. Tous ces bossages 12 sont identiques entre-eux. En outre, ils sont creux afin d'être refroidis soit par le circuit de refroidissement de la double enveloppe 7, soit par le circuit de refroidissement 25,26 du rotor 22. I1 importe que le diamètre extérieur de l'agitateur 22 soit au moins égal à la moitié de celui de la paroi intérieure 8 de la cuve 5. Cet agitateur 22 et cette paroi 8 définissent et délimitent entre eux la chambre de broyage proprement dite 30. Sur le stator 8, on dispose trois couronnes équidistantes de six bossages 12 équiangulaires. En revanche, sur le rotor 22, on dispose quatre couronnes équidistantes de trois bossages équiangulaires. La cuve 5 est en acier inoxydable ou en acier au carbone alors que les bossages 12 sont quant à eux de préférence en acier à grande résistance à l'abrasion. Dans une forme de réalisation, la cuve 5 a 40 cm de longueur et un diamètre intérieur (stator) de 20 cm. L'agitateur-rotor 22 a un diamètre de 10 cm pour une longueur de 39,5 cm. Les bossages ont une hauteur d'environ 51 millimètres et une base de 45 millimètres. L'écartement entre la pointe de ces bossages 22 et selon le cas, soit la face intérieure 8 (stator) de la cuve 5 ou de l'arbre 22 d rotor agitateur, est commue déjà dit de l'ordre de trois fois le diamètre des billes utilisées. Le volume de la chambre de travail 30, sans tenir compte des bossages, est de 10,5 litres. Le volume total des bossages 12 est de 0,61. Le volume utile de la chambre de broyage 30 est donc de 9,9 litres. Le volume des bossages rapporté au volume de la chambre de travail 30 est donc de six (6%) pour cent. En cours de traitement, 80 voire 90% de ce volume est occupé par des billes, notamment par des billes de grande dureté, de diamètre millimétrique, par exemple en verre dur, en acier traité, en céramique. Comme dans les techniques actuelles, la vitesse de rotation de l'agitateur 22 est de l'ordre de 1000 à 1500 tours par minute. Le broyeur perfectionné selon l'invention présente de nombreux avantages par rapport aux solutions actuelles. On peut citer - un réchauffement moindre de la suspension en cours de traitement, car la surface d'échange thermique est nettemcnt plus grande w anergie utilisée égale, on augmente l'efficacité du broyage ou à rendement égal, on diminue la consommation d'énergie, grâce à l'agitateur à bossages - une meilleure homogénéité de la granulométrie finale, car on diminue les gradients de vitesse et les passages préférentiels possibles - toutes choses égales par ailleurs, à finesse et à débit égal, on diminue le volume de la chambre, donc par conséquent, la quantité de billes nécessaires, ainsi que la quantité de produit perdu lors de chaque nettoyage - une usure moindre ou une casse moindre de billes. De la sorte, on peut utiliser ce dispositif avec succès pour le broyage en continu en phase humide en vase clos de différents produits tels que des pigments, des peintures et des vernis, des produits pharmaceutiques ou cosmétologiques, des produits phytosanitaires, des produits pour l'industrie alimentaire. REVENDICATIONS 1/ Broyeur perfectionné pour le traitement en continu en phase humide en cuve close, comportant - une cuve 5 à double enveloppe 7 de refroidissement fixée au bati de la machine, - un organe d'alimentation 6 de la suspension à traiter connecté à l'entrée de la cuve 5, - un organe de sortie 28 pour la matière traitée, - un agitateur rotatif axial 22 disposé à l'intérieur de la cuve 5 formant avec celle-ci une chambre de travail 30 où circule la suspension additionnée de billes, - des organes de travail fixés à l'agitateur 22 et sur l'enveloppe intérieure 8 de la cuve 5, caractérisé - en ce que le diamètre de l'agitateur 22 est au moins égal à la moitié de celui 8 de la chambre de travail 30, - en ce que les organes de travail fixés à l'agitateur 22 et sur l'enveloppe intérieure 8 de la chambre de travail 30 ont la forme de bossages 12 et ont un volume au moins égal à cinq pour cent (5%) de celui de la chambre de travail 30. 2/ Broyeur selon revendication 1, caractérisé en ce que les bossages 12 ont une forme identique. 3/ Broyeur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les bossages 12 sont coniques et ont leur extrémité arrondie. 4/ Broyeur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'interralle entre la pointe des bossages 12 et soit la paroi intérieure 8 de la cuve 5 ou soit l'arbre 15 de l'agitateur 22, est de l'ordre de trois fois le diamètre des billes utilisées. 5/ Broyeur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'agitateur axial 22 présente un canal 18 de refroidissement. 6/ Broyeur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les bossages 12 sont creux et sont refroidis selon le cas par le circuit de refroidissement 18,25,26 de l'agitateur axial 22 ou de la double enveloppe 7 de la paroi intérieure 8 de la cuve 5. 7/ Broyeur selon l'une des revencations 1 à 6, caractérisé en ce que les bossages 12 sont disposés en couronnes sur l'arbre de l'agitateur axial 22 et sur la face interne 8 de l'enveloppe de la cuve 5. 8/ Broyeur selon revendication 7, caractérisé en ce que ces couronnes sont régulièrement espacées.