Brevet FR2521031A1 — publié le 19830812

Dispositif mélangeur La présente invention concerne un dispositif mélangeur muni, d'une part, d'une première chambre de mélange composée d'un carter dans lequel sont disposées des amenées pour les composants à mélanger et d'une tête de mélange rotative munie de rainures creusées en hélices dans sa surface sous un angle constant de 10 à 80 avec la direction axiale de ladite tête de mélange et, d'autre part, d'une deuxième chambre de mélange reliée à la première. On connaît par la demande de brevet allemand DE-OS 29 987 un dispositif dans lequel un premier liquide est débité en grande quantité dans la chambre de mélange et un deuxième amené par des conduites directement à la tête de mélange en une faible quantité, inférieure à 5 %o de la quantité totale Si le deuxième liquide doit être amené à l'état le plus finement divisé possible à la tête de mélange, du fait qu'il est par exemple difficilement miscible avec le premier, il faut amener ce deuxième liquide à la tête de mélange dans de nombreuses conduites individuelles, la tête de mélange elle-même se composant alors d'éléments annulaires individuels rainurés assemblés rigidement entre eux Ce dispositif est très coûteux Pour le nettoyeril faut le démonter en de nombreuses pièces élémentairesce qui rend aussi compliqué et fastidieux le nettoyage de cette construction très coûteuse. Le fait que les conduites courent à travers la chambre de mélange rend aussi les conditions d'écoulement dans celle-ci incontr 8 lables. L'invention a par conséquent pour objet un dispositif mélangeur simple dans lequel les inconvénients précités soient fortement diminués en sorte que les conditions d'écoulement y soient reproductibles, le nettoyage simple et les résultats de mélange bons. Ce dispositif mélangeur, basé sur celui que décrit la demande de brevet allemand DE-OS 25 29 987, est caractérisé par le fait qutun grand nombre d'encoches qui sont reliées respectivement à une amenée de composant sont creusées sur le c 8 té intérieur du carter, qutune douille munie de nombreuses traversées est insérée par sa surface extérieure dans le côté S intérieur encoché dudit carter entre ce dernier et la tête de mélange et qu'à l'intérieur du c 8 té intérieur de la douille la tête de mélange rainurée est disposée en sorte qu'il règne une fente étroite entre lesdites douille et tête de mélange. Les traversées de la douille peuvent être formées par de nombreux alésages radiaux répartis uniformément sur elle ou par les pores d'une douille en métal fritté Les composants transférés des encoches du carter à la douille sont de la sorte amenés en répartition uniforme à la tête de mélange. La douille en métal fritté opère déjà un prémélanget les composants individuels aussi bien que des mélanges étant sans cesse divisés et aussi rassemblés en de nouveaux courants Les divers composants sont ainsi amenés à la tète de mélange à l'état finement divisé et partiellement prémélangé La grandeur moyenne des pores de la douille de métal fritté est avanta- geusement comprise entre 5 et 200 X. La largeur de fente entre la douille et la tête de mélange est comprise entre 0,2 et 5 mm En cas de très faible largeur de tente la part d'effet de cisaillement, en cas de plus grande largeur de fente la part de mélange en retour, est plus grande. L'effet de cisaillement repose sur le fait qu'entre la douille et la tête de mélange les courants sortant de ladite douille sont cisaillés et qu'il en résulte avec une tête de mélange à grande vitesse une fine dispersion et un bon mélange de ces courants On peut donc incorporer par le dispositif mélangeur selon l'invention d'autres composants dans toutes les substances sur lesquelles on peut déclencher une action de cisaillement De telles substances consistent par exemple en des masses de polymères fondues, des graisses, des cires, des pates ou aussi d'autres liquides et gaz. Le mélange en retour peut résulter, d'une part du fait que la tête de mélange débitebeaucoup plus en direction du flux que l'écoulement possible à travers la sortie du mélan- geur, si bien qu'une partie du mélange reflue, d'autre part du fait que, comme on l'a aussi envisagé dans la demande de brevet allemand DE-OS 25 29 987, la tête de mélange débite à contre-flux. Il est bon que les encoches ménagées sur le c 8 té intérieur du carter soient disposées en direction axiale Par exemple, dans le cas du mélange de deux composants, on relie toujours alternativement une encoche à l'amenée de l'un des composants et l'encoche suivante à l'amenée de l'autre, si bien qu'après une division par la douille, les composants sont amenés à la tête de mélange en répartition uniforme sur son pourtour Les encoches ménagées sur le c 8 té intérieur du carter peuvent aussi être disposées en direction périphérique. Le transfert des fluides à mélanger des encoches aux cavités de la douille s'effectue parfaitement si la douille est enfoncée dans le carter par emmanchement à la presse. Dans un dispositif mélangeur selon l'invention il est en particulier possible d'ajouter au courant principal d'un liquide de très petites quantités d'un autre liquide, par exemple dans le rapport de 1 à 100 Dans ce cas il est préfé- rable que le courant principal soit acheminé non pas radiale- ment par les traversées de la douille, mais axialement à l'intérieur de la douille. Suivant une autre particularité avantageuse possible de l'invention, les traversées de la douille affectées aux diverses encoches ont des grandeurs différentes d'une encoche à l'autre. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de deux modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs et illustrés schématiquement par le dessin annexé, sur lequel s la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif selon ladite invention; la figure 2 est une vue en coupe AA du dispositif selon la figure t; la figure 3 est une coupe BB du dispositif selon la figure l; la figure 4 est une vue éclatée de la tête de mélange, de la douille et du carter; la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'un autre exemple de réalisation du dispositif selon l'invention. On voit sur la figure 1 un dispositif selon l'invention dans lequel la tète de mélange rainurée l portée par l'arbre 2 est représentée en vue de dessus Comme on le voit sur la figure 2, la tête de mélange 1 est assemblée en interpéné- tration à l'arbre 2 par une clavette axiale 16 Les rainures de la tête de mélange 1 suivent un cours hélicoïdal sous un angle de 450 sur sa surface L'arbre 2 a ses paliers dans le couvercle de carter 5 et dans le carter 3 La référence 4 désigne le carter affecté à la tête de mélange 1 Ce carter 4 comporte sur son c 8 té intérieur des encoches 6 et 7 de direction axiale Le carter 4 et le couvercle de carter 5 renferment les amenées 10 et Il des composants X et l, aux- quees sont respectivement reliées, par la rainure annulaire 8 les encoches 6, par la rainure annulaire 9 les encoches 7. Une douille en métal fritté est emmanchée à la presse dans le carter 4 La référence S désigne la fente comprise entre la douille en métal fritté 12 et la tête de mélange 1 Les carters 3 et 4 et le couvercle de carter 5 sont reliés entre eux de façon étanche par des tiges filetées 13 et des écrous 14 que l'on a représentés avec un certain décalage en coupe longitu- dinale L'étanchéité règne également entre l'arbre 2 et le couvercle de carter 5 Au carter 4 fait suite, en deuxième chambre de mélange, dans le carter 3 un mélangeur à couronnes dentées connu en soi dont la chambre intérieure est reliée à celle du premier dispositif mélangeur par des alésages 15. Les éléments de ce mélangeur à couronnes dentées sont connus en soi, aussi n'y a-t-il pas lieu de les décrire ici en détails La figure 4 représente à la manière d'une vue éclatée la tête de mélange rainurée 1, la douille 12 munie de nombreux alésages radiaux distribués uniformément et la moitié inférieure à encoches 6, 7 du carter 4 On distingue parti- culièrement bien sur cette figure les conduites 10, 11 et la distribution vers les encoches 6, 7 par les rainures annu- laires b 9 Les composants X, Y sont amenés à la tète de mélange l à travers les alésages 17 de la douille 12. En fonctionnement, on amène au mélangeur, en circulation forcée, par exemple à l'aide de pompes à engrenages, comme composant X du polypropylène à une viscosité de 7 000 Pa 1 s, une température de 2350 C et un débit de 12 g/min, et comme composant Y une amine grasse à une viscosité de 0,03 Pa s, une température de 1800 C et un débit de 4 g/min Le polypropylène parvient à la douille en métal fritté 12 par l'amenée 10, la rainure annulaire 8 et les encoches 6, l'amine grasse par l'amenée 11, la rainuré annulaire 9 et les encoches 7. A leur entrée dans la douille en métal fritté, les divers courants des composants sont divisés en d'encore plus petits courants individuels qui, en traversant ladite douille, en contact entre eux, se mélangent partiellement et s'écartent de nouveau les uns des autres Les courants individuels sortant de la douille en métal fritté ont des compositions trhs diver- ses Aussi désignera-t-on, dans la suite, du nom de milieu de liquide qui se trouve dans la chambre de mélange comprise entre la tète de mélange 1 et la douille en métal fritté 12. Du c 6 té intérieur de la douille en métal fritté 12, la tête de mélange rainurée, sur la surface de laquelle les rainures courent sous un angle de 45 et dont la surface forme avec le c 8 té intérieur de ladite douille une fente de 500 p, est entrainée en sorte que le milieu sortant dans le carter 4 à l'intérieur de la douille 12 se trouve cisaillé et transporté en direction des alésages 15 avec une vitesse plus grande qu'il ne peut en sortir, si bien qu'une partie du milieu reflue forcément k nouveau Le milieu se trouve très bien mélangé par suite de l'effet de cisaillement et du mélange en retour engendré par son reflux partiel Cet effet de mélange est renforcé par le mélangeur d'aval de la deuxième chambre de mélange correspondant au carter 3 Il peut s'agir lb d'un mélangeur b couronnes dentées connu en soi, mais aussi d'autres dispositifs mélangeurs. Le milieu sortant du mélangeur à couronnes dentées repré- senté a une viscosité de 40 Pa S et une température de 200 C. Le mélange est largement homogène et se comporte comme une masse fondue M Hme si la part du polypropylène dans le mélange fini n'est plus que de 20 %, on obtient un mélange largement homogène dont le comportement est encore celui d'une masse fondue. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 5, qui correspond essentiellement à celui de la figure 1, un composant principal Z est introduit, b travers le canal 20 et le canal annulaire 21, axialement dans la fente annulaire cylindrique S comprise entre la douille 12 et la tète de mélange 1 Les autres composants X et Y sont introduits radialement dans la fente par les traversées de la douille 12 Il est ainsi possible d'incorporer dans un courant principal d'un liquide, par exemple d'une masse fondue d'un polymère, de petites quantités d'un ou de plusieurs composants liquides b ajouter. REVENDICATIONS 1 Dispositif mélangeur muni, d'une part, d'une première chambre de mélange composée d'un carter dans lequel sont disposées des amenées pour les composants à mélanger et d'une tête de mélange rotative comportant des rainures creusées en hélices dans sa surface sous un angle de 10 à 800 avec la direction axiale de ladite tête de mélange et, d'autre part, une deuxième chambre de mélange reliée à la première, dispo- sitif mélangeur caractérisé par le fait qu'un grand nombre d'encoches ( 6, 7) qui sont reliées respectivement à une amenée de composant ( 10, 11) sont creusées sur le c 8 té intérieur du carter ( 4), qu'une douille ( 12) munie de nombreuses traversées est insérée par sa surface extérieure dans le côté intérieur encoché dudit carter ( 4) entre ce dernier et la tète de mélange ( 1) et qu'à l'intérieur du c 8 té intérieur de ladite douille ( 12) la tête de mélange rainurée ( 1) est disposée en sorte qu'il règne une étroite fente(S) entre lesdites douille et tête de mélange. 2 Dispositif mélangeur selon la revendication t caractérisé par le fait que les traversées de la douille ( 12) consistent en un grand nombre d'alésages radiaux répartis uniformément. 3 Dispositif mélangeur selon la revendication t caractérisé par le fait que la douille ( 12) se compose d'un métal fritté poreux. 4 Dispositif mélangeur selon la revendication 3 caractérisé par le fait que la grandeur moyenne des pores de la douille en métal fritté ( 12) est comprise entre 5 et p. 5 Dispositif mélangeur selon l'une quelconque des revendications t à 4 caractérisé par le fait que la fente( 5) entre la douille ( 12) et la tête de mélange ( 1) a une largeur de 0,2 à 5 mm. 6 Dispositif mélangeur selon l'une quelconque des revendications i à 5 caractérisé par le fait que les encoches ménagées sur le c 8 té intérieur du carter ( 4) sont disposées en direction axiale. 7 Dispositif mélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que les encoches ménagées sur le côté intérieur du carter ( 4) sont disposées en direction périphérique. 8 Dispositif mélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé par le fait que la douille ( 12) munie de nombreuses traversées est maintenue par emman- chement à la presse dans le carter ( 4). 9 Dispositif mélangeur selon l'une quelconque des revendications l à 7 caractérisé par le fait que la douille comporte une admission axiale pour un composant liquide. Dispositif mélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé par le fait que les tra- versées de la douille affectées aux diverses encoches ont des grandeurs différentes d'une encoche à une autre.