Brevet FR2570617A1 — publié le 19860328

La présente invention concerne un mélangeur à durée de contact définie et reproductible entre une phase liquide et au moins une autre phase liquide ou solide. On connaît déj des mélangeurs qui permettent de mélanger entre elles au moins une phase liquide et au moins une autre phase liquide ou solide, pendant leur écoulement le long d'un conduit tubulaire. Un appareil mélangeur de ce type qui est décrit dans le brevet FR-1 182 188 est constitué par une tuyauterie d'une certaine longueur en forme de serpentin hélicoïdal fixe disposé horizontalement de telle manière qu'au moins deuxliquides différents qui s'écoulent dans la tuyauterie hélicoldale, circulent vers le haut et vers le bas à chacun des parcours d'une série de parcours circulaires correspondant aux spires du serpentin hélicoïdal et qu'ils soient ainsi mélangés~intimement. Un tel appareil connu présente toutefois un certain nombre d'inconvénients. En effet si l'on désire obtenir une durée de contact importante entre les phases è mélanger, il est nécessaire que le serpentin hélicoïdal tubulaire ait une grande longueur et/ou un grand diamètre, ce qui a pour conséquence que l'appareil présente un encombrement notable et qu'il se trouve être difficile è thermostater. Par ailleurs un tel appareil doit être impérativement utilisé en position horizontale, ce qui en limite les conditions d'emploi. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en procurant un mélangeur de conception particulièrement simple, de faible encombrement et pouvant être utilisé dans n importe quelle position. 4 cet effet ce mélangeur à durée de contact définie et reproductible entre une phase liquide et au moins une autre phase liquide ou solide comprenant un tube traversé par les phases h langer et enroulez de maniera à former un serpentin, est caractérisé en ce que le serpentin tubulaire est lui-même enroulé sur un support hélicoïdal de diamètre supérieur au diamètre des spires du serpentin tubulaire. Le mélangeur suivant l'invention permet ainsi d'obtenir une durée de contact entre phases relativement importante, en présentant toutefois un encombrement réduit ce qui permet de le thermostater facilement. La durée de contact entre phases,; entre l'entrée et la sortie du mélangeur, peut être fixée d'une manière précise en fonction du débit à travers le tube constituant le serpentin et du rapport entre le diamètre moyen des spires du serpentin et le diamètre interne du -tube constituant ce serpentin. Le mélangeur suivant l'invention peut être avantageusement utilisé pour la réalisation de mélanges très doux, du fait que les forces de cisaillement sont faibles. I1 peut être notamment employé dans tous les domaines où un mélange délicat doit être effectué par exemple pour un mélange de cultures lymphoblastoides productrices d'anticorps monoclo naux, les mélanges de molécules fragiles et activables comme les systèmes protéiques lors d'une circulation extracorporelle, ou encore les mélanges de macromolécules ou de certains facteurs de coagulation facteur VIII par exemple) lors de leur purification, ainsi que les mélanges de suspensions de particules solides et de liquides. On décrira ci-après,à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en plan d'un mélangeur ,ui- vant l'invention. La figure 2 est une vue de profil du mélangeur de la figure 1. Le mélangeur suivant l'invention comprend un bâti 1 sur lequel est fixé un support hélicoldal 2 d'axe horizontal. Ce support 2 est fixé, à ses deux extrémités, au bati 1 et plus particulièrement à deux pattes supérieures la et lb de ce bâti. Sur ce support hélicoïdal 2 est enroulé un serpentin hélicoïdal tubulaire 3 h spires sensiblement jointives. Ce serpentin tubulaire 3 constitue en quelque sorte une bobine enroulée sur le support 2 lui-même hélicoldal. A travers une partie extrême d'entrée 3a du tube constituant le serpentin 3 est introduit le fluide contenant les phases à mélanger et a l'extrémité opposée 3b du serpentin sort un mélange homogène. Le temps de passa du fluide a travers le serpentin tubulaire 3, c'est-à-dire la durée de contact entre les phases, est constante et elle dépend d'une part du débit du fluide et d'autre part du rapport R entre le diamètre moyen a des spires du serpentin tubulaire 3 et le diamètre interne b du tube constituant ce serpentin. Dans une forme d' exécution non limitative du mélan- rieur suivant l'invention, le tube constituant le serpentin 3 est en silicone mais tout autre matière biocompatible peut être également utilisée. Ce tube 3 a un diamètre externe de q mn un diamètre interne de 3 mm, le diamètre de la section droitedu support hélicoïdal 2 est de 30 mm et le diamètre moyen des spires de ce support hélicoïdal 2 est de 290 mm. L'ensemble du mélangeur a une longueur de 400 mm, et une hauteur et une largeur de 330 nm. Chaque spire du serpentin tubulaire 3 constitue une cellule de base dans laquelle un écoulement secondaire à l'écoulement rie Poiseuil existe. 11 est connu que plus la courbure de cette spire est forte, c'est-à-dire plus son diamètre est petit, plus cet écoulement secondaire est important. Dans le cas considéré les résistances à r l'écoule- ment introduites par une série de coudes ont été multipliées par un facteur 1,6 par rapport à un écoulement similaire dans un tube rectiligne, et les vitesses secondaires sont de l'ordre de 4 à 5 fois la vitesse moyenne. Ceci perturbe la laminarité de l'écoulement du fait que les turbulences obtenues homogénéisent parfaitement les deux phases à mélanger présentes dans le fluide.Etant donné que le mélanqe est obtenu grâce à ces écoulements secondaires, c'est le diamè- tre des spires du serpentin tubulaire 3 qui joue le rôle le plus important dans la qualité du mélange. Du fait de la surface ile contact importante entre le serpentin tubulaire 3 et le milieu extérieur il est possible de faire varier très aisément la température du fluide circulant à travers les serpentins 3. Ce paramètre n'agit pas directement sur la qualité d mélange obtenu a la sortie mais il permet de faire varier la viscosité de certains liquides et il joue donc un râle important dans les phXno- mènes biologiques. Il est possible de faire varier la température au cours de la réalisation du mélange. Comme il a été dit précédemment, le débit est choisi relativement faible de manière a obtenir un écoulement laminaire. Toutefois il est possible d'appliquer des acciléra- tions au débit (débit pulsé par exemple) pour faire varier la qualité d mélange svec un débit moyen et une durée donnés. @@ donnera ci-après des exemples non limitatifs d'application du mélangeur suivant l'invention. Exemple 1: Analyse de deux phases liquides non miscibles: @élange d'eau et d'acide octanoïque contenant un colorant, l'amidoschwartz. non introduit à l'entrée 3a du serpentin tubulaire 3, un mélange comprenant un débit d'eau de 25 ml/mn et un débit d'acide et de colorant de 5 ml/mn. A la sortie du mélangeur on procède 3 une décantation, une séparation et une lecture des phases au moyen d'un colorimètre (640 nm). On a tracé les courbes donnant la variation de l'ab su rance en fonction d rapport R entre le diamètre des spires du serpentin 3 et le diamètre interne du tube constituant ce serpentin, et ce pour les deux phases considérées. non a constaté qu'il existe une zone du rapport R (de 6,5 à q où l'on trouve beaucoup d'amidoschwartz dans la phase aqueuse, ce qui montre outil x ste un phénomène assez important pour favoriser le changement de phase du colorant. Ifn zone optimale pour le rapport R se dégage donc entre les vileurs 6, 5 et 8. Par ailleurs la sonne des asorbances est constante pour chaque rapport R et il y a donc conservation de 1 espèce chimique amidoschwartz. 9n recommence la même expérience en incluant l'amidoschwartz dans l'autre phase, c'est-à-dire l'eau au départ. Les courbes de densité optique obtenues montrent les mêmes résultats. Exemple 2: Analyse d'un mélange d'une suspension de gel d' alumine et de plasma sanguin humain. Le gel d'alumine a la propriété d'adsorber certaines protéines à sa surface. On a choisi dans cet exemple les Ig (gamma globulines) et on a utilisé cette propriété pour analyser l'effet de la structure géométrique du mélangeur suivant l'invention. On introduit, à l'entrée du mélangeur, un débit de 25 ml/nm de plasma et un débit de 5 ml/mn de gel d'alumine. On soumet le mélange obtenu a la sortie du mélangeur à une filtration et les filtrats sont analysés selon la méthode d'immunodiffusion radiale de tiancini: dans une gélose contenant des anti IgG des puits sont creusés à l'emporte pièce et reçoivent le liquide analyser. Au bout de 48 heures des arcs d précipitation IgA/anti IgG sont formés. Ler distance par rapport au puits est proportionnelle à la concentration en IgG. Grâce à des étalons on peut déterminer la concentration des filtrats. On trace la courbe de concentration en IgC en fonction du rapport R et on constate que pour une zone de R allant de 3,5 à 14 la ocncentration en IL des filtrats est faible, ce qui veut dire que le sel d'alumine a adsorbé beaucoup d'IgG, donc que le mélange était meilleur. Cette expérience permet de montrer que l'on peut également réaliser, au moyen du mélangeur suivant lin- vention, un excellent mélange d'une suspension et d'un liquide. De la même manière on remplace le gel d'alumine par des hématies ou par leurs stromas (membrane déberrassée du cytosol) qui sont mélangées avec du sérum contenant des anticorps de groupes sanguins. L'adsorption des anticorps puriques est mesurée par le dosage d'activité sur le sérum a la sortie du nodule. Ce dosage peut être effectué à l'aide, par exemple, d'un appareil automatique du commerce. On mon t r e ainsi la fixation d'une molécule à la surface d'une particule. REVENDICATIONS 1.- Mélangeur à durée de contact définie et repro duc t ib le entre une phase liquide et au moins une autre phase liquide ou solide comprenant un tube traversé par les phases à mélanger et enroulé de manière à former un serpentin, est caractérisé en ce que le serpentin tubulaire (3) est lui-même enroulé sur un support hélicoïdal (2) de diamètre supérieur au diamètre des spires du serpentin tubulaire (3). 2.- Mélangeur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que dans le cas du mélange de deux phases liquides le rapport entre le diamètre des spires du serpentin (3) et le diamètre interne du tube constituant ce serpentin a une valeur allant de 6,5 à 8. 3.- Mélangeur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que dans le cas du mélanged'une suspension de particules et d'une phase liquide le rapport entre le diamètre des spires du serpentin (3) et le diamètre interne du tube constituant ce serpentin î ne valeur allant de 8,5 à 14.