Brevet FR2523477A1 — publié le 19830923

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MICRONISATION DE MATIERES COLLANTES A L'AIDE DE TOURBILLONS DIRIGES La présente invention concerne un procédé et un dispo- sitif de micronisation de matières collantes au moyen de tour- billons dirigés, et en particulier de micronisation de matières tels que les argiles, le soufre, les pigments, à l'aide de tour- billons dirigés de grande vitesse. Le procédé bien connu de micronisation tourbillon- naire est basé sur l'introduction d'une matière, granulée au préalable à une granulométrie donnée, dans un tube ayant une surface interne résistante à l'usure et une forme bien défi- nie ( 1 prof D Elenkov, "Processes and Aparatuses in Chemi- cal Industry" sofia, 1962) La matière à broyer est projetée sur la surface interne de ce tube sous l'action du tourbillon trié par un dispositif de compression Les particules circu- lent à l'intérieur du tube de broyage pendant un temps suffi- sant pour atteindre le niveau de granulation voulu, puis sor- tent du tube en vue de leur séparation ultérieure. Les dispositifs basés sur le procédé ci-dessus compor- tent généralement un tube circulaire ou elliptique en acier ultra-dur muni d'ouvertures périphériques tangentielles per- mettant l'introduction de la matière à broyer ainsi que celle du gaz ou de l'air comprimé qui engendre le tourbillon, et la matière ainsi granulée sort du dispositif par un ou des tubes tangentiels sans trou. Le procédé ci-dessus et des dispositifs qui sont basés sur ce procédé souffrent des inconvénients suivants: forte consommation d'énergie due à la nécessité d'assurer à la fois une grande vitesse et un temps de contact prolongé entre la matière à broyer et le tourbillon de gaz; impossibilité de broyer les matières collantes du fait de leur tassement à l'intérieur du compartiment de broyage du tube; encombrement des dispositifs et dépendances de ceux-ci d'autres disposi- tifs auxiliaires; et, enfin, échauffement de la matière par suite de son broyage. L'objectif de la présente invention est de procurer un procédé de micronisation de matières collantes au moyen de tourbillons dirigés de grande vitesse dans des directions différentes, ce qui permet d'éviter à la fois le collage et le tassement de la matière et de garantir une micronisation tourbillonnaire multi-étagée qu'il est possible de maîtri- ser, avec une "monodispersivité" relative de la matière bro- yée Un autre objectif de l'invention est de procurer un dis- positif qui soit capable d'engendrer des tourbillons de di- rections et de tailles différentes avec des vitesses moyennes au moins égales à 60 m/seconde dans les différentes chambres de broyage, créant ainsi les conditions propres à assurer à la fois un bon balayage desdites -chambres par le courant d'air ou de gaz, et un rapport optimal entre la matière bro- yée et l'air ou le gaz porteur de manière à éviter un tasse- ment ou un collage des particules. Le procédé selon l'invention consiste en un broyage multi-étagé par formation de tourbillons dirigés du courant de gaz ou d'air. La matière à broyer entre centralement dans la pre- mière chambre de broyage o elle est maintenue par les bro- ches internes fixes au cours de sa désagrégation par les bro- ches mobiles du rotor à une granulométrie maximale de 0,4 mm. Les particules ainsi désagrégées sont aspirées par les tour- billons du rotor et tombent dans le pourtour de la chambre de broyage o un certain nombre de micro-tourbillons, dirigés tangentiellement au tourbillon principal, accomplissent le processus de broyage Puis, en passant dans des canaux cen- tripètes, la matière broyée entre au centre de la seconde chambre de broyage, laquelle exerce le même effet de broyage que la première Puis, en passant dans d'autres canaux cen- tripètes, la matière ainsi broyée entre au centre de la troi- sième chambre de broyage, et ainsi de suite La matière ainsi broyée sort de la dernière chambre tangentiellement et est évacuée en vue de sa séparation. Le procédé ci-dessus est mis en oeuvre dans un dispo- sitif qui se compose d'un broyeur comportant un, deux, trois, etc, rotors munis de broches et de canaux centripètes, ces derniers formant un certain nombre avec les rayons des rotors situés sur un arbre commun Des canaux axiaux de création de tourbillons séparent les différentes chambres de broyage des rotors de l'arbre commun, d'une part, et du stator cylin- drique, d'autre part Ce stator est commun à toutes les cham- bres de broyage, et il est prévu un couvercle fixe muni de broches fixes et d'une ouverture permettant l'introduction de la matière à broyer et du courant de gaz à l'extrémité anté- rieure du stator Une ouverture tangentielle prévue à l'ex- trémité postérieure du stator, après la dernière chambre de broyage, permet l'évacuation de la matière ainsi broyée. Les avantages dudit procédé et dispositif résident dans la possibilité de micronisation de matières collantes ou qui ont tendance à se tasser, avec une "monodispersivité" rela- tivement bonne de la matière ainsi broyée et une granulomé- trie de moins de 5 microns, sans aucun dispositif auxiliaire tels que "monopompes" à vide, dispositif de refroidissement, etc, et avec un rendement relativement élevé. Un autre avantage de l'invention réside dans le bala- yage des chambres de broyage par l'excès d'air, ce qui permet un broyage à basse température. Le dispositif selon l'invention doit être décrit, à titre d'exemple, dans sa forme de réalisation concernant la micronisation, en deux étages, de matières collantes, avec référence aux dessins ci-joints, sur lesquels: La figure 1 est une coupe longitudinale du dispositif après assemblage; La figure 2 est une coupe transversale du rotor; et La figure 3 est une coupe transversale du stator. Le rotor 12 est fixé à un arbre 11 Les deux côtés du rotor sont munis de broches profilées 2, disposées symétriquement, et des canaux centripètes 5 sont percés entre lesdites broches 2 de manière à assurer l'accès entre les chambres 8 et 9 des deux côtés du rotor Un angle de 15 à 350 est formé entre les canaux 5 et le rayon du rotor dans le sens de sa rotation Un couvercle mobile 3, muni d'une ouverture centrale d'alimentation 4, ferme la première chambre de broyage 8. Les canaux axiaux 10 de création de tourbillons sont prévus sur le stator 1 La seconde chambre de broyage 9 est fermée par un couvercle 6 Le stator de la chambre de broyage est muni d'une ouverture tangentielle de sortie 7 par la- quelle la matière sort de cette chambre. Le dispositif selon l'invention fonctionne de la ma- nière suivante La matière à broyer entre centralement dans la première chambre de broyage 8 par l'ouverture d'alimenta- tion 4 La distance entre les broches du rotor et les broches du couvercle est *de 0,4 mm au maximum La matière à broyer est emprisonnée entre les deux groupes de broches et y est maintenue jusqu'à ce qu'elle soit désagrégée à une granulomé- trie inférieure à 0,4 mm Les broches du rotor exercent un effet de tourbillons sur les particules ainsi désagrégées, ce qui a pour effet d'entraîner -lesdites particules dans le pourtour de la première chambre de broyage, o des tourbil- lons perpendiculaires au tourbillon principal sont créés par les canaux axiaux du stator Ensuite, une désagrégation et une granulation des particules se produisent sous l'effet des tourbillons de directions différentes. La matière qui passe dans les canaux centripètes 5 à sa sortie du pourtour du rotor entre au centre de la seconde chambre de broyage 9 Cette seconde chambre de broyage est l'image dans un miroir de la première La matière sortant du centre de la seconde chambre de broyage est entraînée par les tourbillons dans le pourtour du stator, o un broyage supplé- mentaire se produit sous l'action des tourbillons créés d'une manière similaire à ce qui se produit dans la première cham- bre Après avoir été broyée, la matière sort de la dernière chambre de broyage par l'ouverture tangentielle de sortie 7. Par suite de l'effet de pompe créée dans les diffé- rentes chambres de broyage, c'est-à-dire de la surpression à la périphérie du rotor et de la dépression au centre, le cou- rant d'air qui entraîne la matière à broyer est dirigé à grande vitesse dans un cyclone qui l'envoie à la sortie du dernier étage, ce qui crée une pression suffisante pour assurer la séparation des particules dans ledit cyclone. Les rapports volumiques de la matière à l'air porteur vont de 1 sur 500 à 1 sur 10 000 La vitesse périphérique du rotor est de 60 à 200 m/seconde. Avec le procédé et le dispositif qui ont été décrits ci-dessus, on observe ni collage, ni tassement ou échauf- fement de la matière. La granulométrie de la matière ainsi broyée est à la suivante: 80 % de particules d'une taille inférieure à 2 mi- crons; environ 10 % de particules d'une grosseur comprise entre 2 et 5 microns, et 10 % de particules d'une grosseur supérieure à 5 microns. REVENDICATIONS 1 Procédé de micronisation de matières collantes à l'aide de tourbillons dirigés, dans lequel la matière est in- troduite au centre d'une première chambre de broyage dans la- quelle elle est désagrégée à une granulométrie de 0,4 mm en- viron, puis les particules sont entraînées par un tourbillon principal dans le pourtour de micro-tourbillons o se produit une granulation desdites particules, caractérisé en ce que la granulation se fait au niveau des interfaces entre le tourbillon principal et chacun des différents micro-tourbillons périphériques, puis la matière à broyer entre dans une seconde chambre de broyage. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite granulation se fait en deux étapes ou sur deux étages. 3 Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, se composant d'un rotor dont l'arbre porte des broches disposées symétriquement, de canaux et d'un sta- tor, caractérisé en ce que les canaux ( 5) du rotor forment un angle de 150 à 350 avec le rayon du rotor dans le sens de sa rotation, et en ce que le stator ( 1) est muni de canaux axiaux ( 10) de création de tourbillons.