Brevet FR2527474A1 — publié le 19831202

"Dispositif pour la production de dispersions de substances La présente invention concerne un dispositif pour la production de dispersions de substances ou traitements similaires, comportant au moins deux disques coaxiaux décrivant un mouvement relatif de rotation, de préférence au moins un rotor entraîné en rotation à une vitesse éle- vée et un stator fixe, les disques étant disposés l'un par rapport à l'autre avec un faible interstice et compor- tant des fentes ou autres passages radiaux en communica- tion avec l'extérieur. Des appareils pour la production de dispersions ou d'émulsions, incluant un tel dispositif à disques, sont connus depuis longtemps Ils possèdent en général un rotor qui tourne à l'intérieur d'un stator, dont il est séparé par un faible interstice Le rotor aspire le flui- de à traiter en direction axiale, et il le projette vers l'extérieur au travers de ses propres fentes et des fentes du stator Les parties en forme de dents du stator, qui séparent les fentes de ce dernier, servent de surfaces d'impact et l'interstice entre rotor et stator provoque des effets de cisaillement importants Les particules qui traversent le stator peuvent, en principe, avoir une gros- seur maximale égale à la largeur des fentes de ce stator. Par suite de l'effet de fractionnement mécanique, toutes les particules que renferme le fluide traité sont après un temps de traitement suffisant amenées, avec une proba- bilité statistique, à une grosseur légèrement inférieure à la largeur des fentes du stator. Pour produire une dispersion avec un fluide renfer- mant des particules relativement grosses, on devait jus- qu'à présent recourir à un système de traitement à plu- sieurs étages, avec successivement un stator à passages relativement larges, un stator à passages de largeur moyenne et un stator à passages fins, ou bien on devait échanger plusieurs fois les rotors et les stators. Le but de la présente invention est de fournir un dispositif pour la production de dispersions de substances du genre rappelé ci-dessus, avec lequel on peut obtenir la finesse de particules désirée pour le produit final, sans changement du stator en cours de traitement, et sans traitement en plusieurs étapes consommant une énergie importante. A cet effet, le dispositif selon l'invention pour la production de dispersions de substances est essentielle- ment caractérisé par le fait que la largeur des fentes est réglable sur l'un au moins des disques, rotor ou sta- tor Il est particulièrement avantageux que cette largeur des fentes soit réglable en continu Selon un mode de réa- lisation de l'invention particulièrement simple et facile à mettre en oeuvre, les fentes de largeur réglable sont les fentes du stator qui, de préférence, entoure le rotor. Etant donné que le stator est fixe et se trouve dans ce cas situé à l'extérieur, il est particulièrement commode de lui adjoindre des moyens de réglage mobiles. Selon une forme de réalisation particulière de ces moyens de réglage, le stator comporte une bague coaxiale ou autre partie similaire, elle-même pourvue de fentes, qui est à la fois mobile en rotation et immobilisable par rapport au stator Ainsi, la largeur des fentes de ce stator est modifiable simplement en faisant tourner plus ou moins la bague coaxiale, dont les fentes viennent alors chevaucher plus ou moins fortement les fentes de la partie fixe du stator. La partie tournante peut notamment comporter le m me nombre de fentes que le stator, les parties pleines situées entre lesdites fentes servant de tiroirs pour obturer au moins partiellement et de façon réglable les fentes du stator. Selon une forme d'exécution avantageuse du point de vue des techniques de fabrication, la partie tournante avec fentes se compose d'un anneau disposé de manière à recouvrir au moins partiellement le stator à l'une de ses extrémités, et de dents s'étendant en direction axia- le et se rattachant à l'anneau, qui permettent le réglage -7474 de la section de passage utile des fentes du stator l'anneau est monté tournant à l'extrémité considérée du stator, et les dents qui s'écartent de cette extrémité forment des lamelles d'obturation pour les fentes du stator,agissant à la manière de tiroirs comme indiqué ci-dessus. Les dents de la partie tournante peuvent être intro- duites dans des rainures du stator, rainures dont chacune débouche latéralement sur le côté de l'une des fentes du stator; la profondeur en direction radiale des rainures correspond de préférence sensiblement à l'épaisseur en direction radiale des dents, et les bords des fentes du stator situés à l'opposé des rainures correspondantes constituent des butées pour les dents, dans la direction de la rotation De cette manière la partie tournante s'inscrit pratiquement dans les contours du stator, ses dents se logeant dans les rainures et dégageant les fentes du stator en position d'ouverture, tandis que dans l'autre position extrême de la partie tournante, les dents sont déplacées jusqu'à venir en contact avec les bords des fentes situés à l'opposé des rainures La largeur des dents de la partie tournante est évidemment prévue au moins égale à la largeur des fentes du stator, pour que lesdites fentes soient pratiquement obturées dans cette position extrême On peut ainsi effectuer un réglage jusqu'à quelques dixièmes ou même un seul dixième de mil- limètre La largeur des dents de la partie tournante peut aussi correspondre à la largeur des rainures en-dehors des fentes correspondantes du stator, de telle sorte qu'en position d'ouverture les fentes du stator soient entière- ment dégagées, donc soient utilisées sur la totalité de leur largeur. La partie tournante peut pénétrer à l'intérieur du stator, coaxialement à celui-ci Dans le cas de la forme de réalisation précédemment définie avec des rainures recevant les dents de la partie tournante, cette dispo- sition complémentaire apporte comme avantage supplémentaire le fait que, lorsque la largeur des fentes est partielle- ment réduite, les rainures elles aussi sont partiellement dégagées et forment des chambres de turbulence auxiliaires entre le rotor et le stator. Dans certains cas d'application, il est toutefois avantageux qu'à l'inverse la partie tournante soit dispo- sée autour du stator, à l'extérieur de celui-ci La partie tournante devient ainsi, en particulier, plus accessible pour son réglage de position angulaire. La partie tournante peut être reliée à un arbre ro- tatif, une tige filetée ou similaire, pour la commande de réglage de sa position angulaire L'arbre ou autre organe de commande monté sur le support ou sur le fût du stator, sera avantageusement immobilisable par un moyen de bloca- ge approprié, notamment par une vis de blocage En varian- te, dans le cas o la partie tournante est disposée autour du stator, celle-ci peut être fixée à un manchon extérieur dispose autour du fût du stator, ledit manchon étant à la fois mobile en rotation et immobilis;ble par rapport à ce fût Dans ce cas également, l'immobilisation en rotation de la partie tournante peut être obtenue par un moyen de blocage approprié, agissant sur le manchon. En complément, ou en remplacement des dispositions servant à manoeuvrer et à arrêter la partie tournante, celle-ci peut posséder un montage sur le stator assurant lui-même l'immobilisation en rotation de ladite partie tournante Ainsi la partie tournante peut être réglée en étant manoeuvrée directement ou par l'intermédiaire d'un manchon qui la recouvre, sans nécessité de moyens d'arrêt particuliers pour l'immobiliser dans chaque position angulaire choisie. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'anneau de la partie tournante du stator servant au ré- glage de la largeur des fentes et/ou une face d'extrémité du stator luimême porte ou forme un flasque s'étendant vers l'intérieur, en direction de l'axe du dispositif, pour empêcher que le fluide en cours de traitement ne s'échappe axialement hors de l'interstice entre rotor et stator. La combinaison des dispositions et caractéristiques énoncées ci-dessus permet de réaliser un appareil pour la production de dispersions de substances capable de fournir une dispersion très fine, même si les parties solides renfermées par le fluide traité possèdent initia- lement une grosseur relativement importante Il n'est plus nécessaire d'échanger les disques au cours de l'opé- ration, ou de prévoir plusieurs étages de disques, mais il suffit de réduire plus ou moins la largeur des fentes, notamment du stator, au fur et à mesure de l'avancement de l'opération Enfin, l'invention rend possible le ré- glage de la largeur des fentes à des valeurs qui ne pou- vaient pas être obtenues jusqu'à présent sur les stators habituels compte tenu des procédés de fabrication emplo- yés, les largeurs des fentes du stator permises par l'invention pouvant être de l'ordre du dixième de milli- mètre. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, quelques formes d'exécution de ce dispositif pour la production de dispersions de substances: Figure 1 est une vue en coupe transversale montrant les deux disques d'un appareil pour la production de dis- persions conforme à l'invention, avec un rotor intérieur et un stator extérieur; Figure 2 est une vue en coupe longitudinale, passant par l'axe de l'appareil de figure 1; Figure 3 est une vue en coupe transversale montrant le rotor et le stator d'une autre forme de réalisation de cet appareil pour la production de dispersions Figure 4 est une vue en coupe longitudinale, passant par l'axe de l'appareil de figure 3; Figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'un appareil traversé par un débit permanent et fonctionnant Z 7474 en continu Figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'une dernière variante du dispositif, destinée de préférence un appareil fonctionnant en discontinu, par charges successives. Comme dans le cas de dispositifs connus pour la production de dispersions de substances ou similaires, qui ne sont pas représentés au dessin, deux disques coaxiaux décrivant un mouvement relatif de rotation sont ici prévus, à savoir un rotor ( 1) et un stator ( 2) Le rotor ( 1) peut, de manière connue, comporter un taraudage ( 3) pour sa liaison en rotation avec l'arbre de rotor Les deux pre- mières formes de réalisation, d'une part selon les figures 1 et 2, d'autre part selon les figures 3 et 4, se distin- guent uniquement par la forme du rotor ( 1) Dans les deux cas, le fluide à traiter, aspiré en direction axiale sui- vant la flèche (Pfl) est projeté vers l'extérieur au tra- vers de fentes radiales ( 4) lorsque le rotor ( 1) est en- traîné en rotation, par exemple dans le sens indiqué par la flèche (Pf 2) Le fluide considéré est ainsi forcé de s'écouler aussi par les fentes fixes ( 5) du stator Dans l'interstice ( 8) entre le rotor ( 1) et le stator ( 2), de même que dans les fentes ( 5), les particules solides sont ainsi fractionnées. Selon l'invention, la largeur des fentes ( 5) du sta- tor ( 2) est réglable, de sorte qu'au cours du processus de production d'une dispersion, ces fentes ( 5) peuvent être rendues de plus en plus étroites, pour réduire les particules en éléments de plus en plus fins On peut ainsi faire diminuer la largeur des fentes jusqu'à un dixième de millimètre, en ordre de grandeur, valeur qui ne peut être obtenue avec un stator monobloc. Dans toutes les formes d'exécution ici représentées, le stator ( 2) comporte une partie tournante en forme de bague ( 9), coaxiale aux autres organes, qui est elle-même pourvue de fentes ( 10) La bague ( 9) est à la fois mobile en rotation et immobilisable par rapport au stator ( 2), ce qui permet de faire varier le chevauchement des fentes ( 5 et 10) Cette disposition permet, par des moyens très simples, un réglage de la largeur des fentes du stator ( 2). La partie tournante ( 9) comporte le même nombre de fentes ( 10) que la partie fixe du stator ( 2), et les parties pleines ( 11) situées entre les fentes ( 10), dési- gnées également par "dents" dans la suite, servent de tiroirs permettant une obturation partielle et modifia- ble des fentes ( 5) du stator. Comme le montrent les figures 1 à 5, la partie tour- nante ( 9) se compose d'un anneau ( 12) recouvrant partiel- lement le stator ( 2) à l'une de ses extrémités, et des dents ( 11) précédemment mentionnées, s'étendant en direc- tion axiale et se rattachant à l'anneau ( 12), qui permet- tent le réglage de la section de passage utile des fentes ( 5) du stator. L'anneau ( 12) peut être relié à un mécanisme de com- mande de réglage permettant de modifier sa position angu- laire, par exemple réalisé comme le montre la figure 5. Lalpartie tournante ( 9), notamment l'anneau ( 12), comporte un doigt ( 13) coopérant avec un excentrique ( 14) apte à être entraîné en rotation à l'aide d'une roue moletée ( 15). Ce mécanisme à faible excentricité est suffisant, compte tenu de ce que la bague ( 9) ne nécessite qu'un réglage angulaire de faible amplitude. Dans la forme d'exécution des figures 1 et 2, les dents ( 11) de la partie tournante ( 9) sont introduites dans des rainures ( 16) du stator ( 2) Chaqyie rainure ( 16) débouche latéralement sur le côté de l'une des fentes ( 5) du stator, et sa profondeur (en direction radiale) correspond sensiblement à l'épaisseur d'une dent ( 11). Le bord ( 17) de chaque fente ( 5) situé à l'opposé de la rainure ( 16) correspondante constitue une butée pour la dent ( 11) associée, dans la direction de la rotation. Dans cette forme d'exécution, la largeur des dents ( 11) correspond à la largeur des rainures ( 16) en-dehors des fentes ( 5), et elle excède même la largeur des fentes ( 5). Par conséquent, en position ouverte, la section des fentes ( 5) est totalement dégagée, tandis qu'un rétrécissement plus ou moins important de ces fentes ( 5) reste possible par déplacement angulaire des dents ( 11) La figure 1 montre une position de réglage moyenne, dans laquelle les fentes ( 5) sont partiellement ouvertes, du côté opposé aux rainures ( 16) , ce qui réalise des chambres de turbulence favorisant encore davantage l'effet de dispersion. Dans les formes de réalisation selon les figures 1 à 4, la partie tournante ( 9) pénètre à l'intérieur du sta- tor ( 2), coaxialement à celui-ci Aux figures 5 et 6 sont- représentées d'autres formes de réalisation, dans lesquel- les à l'inverse la partie tournante ( 9) est disposée autour du stator ( 2), à l'extérieur de celui-ci Le choix de l'une ou l'autre disposition dépend de la structure de l'appareil dans lequel est incorporé le dispositif pour la production de dispersions objet de l'invention. Ainsi, les formes d'exécution selon les figures 1 à 4 se rapportent à un appareil dans lequel les disques peuvent être plongés dans un récipient rempli de liquide. La figure 5 concerne un appareil fonctionnant en continu, traversé par un débit de fluide permanent entrant suivant la flèche (Pfl) Le rotor ( 1) est ici porté par un arbre d'entraînement ( 18), tournant dans des paliers appropriés. Le stator ( 2) est logé à l'intérieur d'un corps ( 19) Le mécanisme de commande de réglage avec roue moletée ( 15) et excentrique ( 14), permettant de commander la rotation de la partie tournante ( 9) du stator ( 2), a été déjà décrit plus haut. Les figures 3 à 5 permettent en outre de voir que l'anneau ( 12) de la partie tournante ( 9) du stator, ou une face d'extrémité de ce stator ( 2) lui-même, peut porter ou former un flasque ( 20) s'étendant vers l'intérieur Ce flasque ( 20) empêche le fluide traité de s'échapper hors du dispositif, en direction axiale, notamment dans le cas o les fentes sont très étroites. Sur la figure 6 est représentée une disposition appli- cable de préférence à un appareil fonctionnant en discon- tinu, par charges successives Le rotor ( 1) est ici aussi porté par un arbre vertical ( 18), faisant saillie vers le bas La partie tournante ( 9) entoure le stator ( 2) et est fixée à un manchon extérieur ( 21) qui est disposé autour du fût ( 22) supportant le stator ( 2), et qui est à la fois mobile en rotation et immobilisable par rapport à ce fût ( 22) Le fluide à traiter est admis dans le dispositif par le bas, suivant la flèche (Pfi), et il s'échappe du dispo- sitif en direction radiale, par les fentes ( 5) de largeur réglable. Grâc@ à la possibilité de réglage de la largeur des fentes, en particulier sur le stator d'un dispositif pour la production de dispersions de substances, le dispositif peut être utilisé même dans le cas o le fluide à traiter renferme des particules relativement grosses, sans néces- siter un changement des disques ou un recours à un système de traitement à plusieurs étages. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour la production de dispersions de substances ou traitements similaires, comportant au moins- deux disques coaxiaux décrivant un mouvement relatif de rotation, de préférence au moins un rotor ( 1) entraîné en rotation à une vitesse élevée et un stator fixe ( 2), les disques étant disposés l'un par rapport à l'autre avec un faible interstice et comportant des fentes ( 4, 5) ou autres passages radiaux en communication avec l'exté- rieur, caractérisé en ce que la largeur des fentes ( 4,5) est réglable sur l'un au moins des disques ( 1,2). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur des fentes ( 4,5) est réglable en continu. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que les fentes de largeur réglable sont les fentes ( 5) du stator ( 2) qui, de préférence, entoure le rotor ( 1). 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions l à 3, caractérise en ce que le stator ( 2) comporte une bague coaxiale ( 9) ou autre partie similaire, elle- même pourvue de fentes ( 10), qui est à la fois mobile en rotation et immobilisable par rapport au stator ( 2). Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie tournante ( 9) comporte le même nombre de fentes ( 10) que le stator ( 2), et en ce que les parties pleines ( 11) situées entre lesdites fentes ( 10) servent de tiroirs pour obturer au moins partiellement et de façon réglable les fentes ( 5) du stator ( 2). 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie tournante ( 9) se compose d'un anneau ( 12) disposé de manière à recouvrir au moins partiellement le stator ( 2) à l'une de ses extrémités, et de dents ( 11) s'étendant en direction axiale et se rattachant à l'anneau ( 12), qui permettent le réglage de la section de passage utile des fentes ( 5) du stator. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé a 5 'H 474 en ce que les dents ( 11) de la partie tournante ( 9) sont introduites dans des rainures ( 16) du stator ( 2), rainu- res ( 16) dont chacune débouche latéralement sur le côté de l'une des fentes ( 5) du stator ( 2), la profondeur en direction radiale des rainures ( 16) correspondant de préférence sensiblement à l'épaisseur en direction radia- le des dents ( 11) et les bords ( 17) des fentes ( 5) situés à l'opposé des rainures ( 16) correspondantes constituant des butées pour les dents ( 11), dans la direction de la rotation. 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la largeur des dents ( 11) de la partie tournan- te ( 9) correspond à la largeur des rainures ( 16) en dehors des fentes ( 5) correspondantes du stator ( 2), et/ou à la largeur des fentes ( 5) du stator elles-mêmes. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 8, caractérisé en ce que la partie tournante ( 9) pénètre à l'intérieur du stator ( 2), coaxialement à celui-ci. 10 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 8, caractérisé en ce que la partie tournante ( 9) est disposée autour du stator ( 2), à l'extérieur de celui-ci. 11 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 10, caractérisé en ce que la partie tournante ( 9) du stator ( 2) est reliée à un arbre rotatif ou simi- laire pour la commande de réglage de sa position angulaire, monté sur le support ou sur le fût du stator. 12 Dispositif selon la revendication 11, caractérisé SU en ce que l'arbre pour la commande de réglage de la posi- tion angulaire de la partie tournante est immobilisable par un moyen de blocage, notamment par une vis de blocage. 13 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 12, caractérisé en ce que la partie tournante ( 9) possède un montage sur le stator ( 2) assurant lui- même l'immobilisation en rotation de ladite partie tour- nante. 252 ? 7474 14 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 13, caractérisé en ce que l'anneau ( 12) de la partie tournante ( 9) du stator et/ou une face d'extrémité du stator ( 2) lui-même porte ou forme un flasque ( 20) s'étendant vers l'intérieur, en direction de l'axe du dis- positif. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 14, caractérisé en ce que la partie tournante ( 9), disposée autour du stator ( 2), est fixée à un manchon extérieur ( 21) disposé autour du fût ( 22) du stator ( 2), ledit manchon ( 21) étant à la fois mobile en rotation et immobilisable par rapport à ce fût ( 22). 16 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 15, caractérisé en ce qu'un mécanisme de comman- de de réglage à excentrique ( 14) coopère avec la partie tournante ( 9; 12).