Brevet FR2566676A1 — publié le 19860103

La présente invention concerne les dispositifs de mélange à continu des phases liquides/liquides, liquides/gazeuses et gazeuses/gazeuses, permettant de répartir rapidement et uniformement une substance liquide ou gazeuse dans une autre substance liquide ou gazeuse sous forme d'une très fine dispersion. Jusqu'à présent, il existe deux grandes lignes de la technique de mélange: a - Mélange des milieux fluides moyennement visqueux et solides, à l'aide d'agitateurs mécaniques dont les types principaux sont représentés par les agitateurs à hélice, à pales inclinées. à impulsion à contre-courant. à disque, à ancre. et par des turbines à réalisations diverses. b - Mélange des liquides et des gat à l'aide des mélangeurs statiques incorporés dans un courant de dits liquides ou gaz. Leur principe de fonctionnement repose sur la formation de couches individuelles par moyen des éléments à division progressive du courant total. Il existe des procédés de mélange , accompagnés de réactions chimiques qui doivent s'effectuer dans un laps de temps de 0,2 à 1 seconde. par exemple l'apport d'un électrolyte à un système aqueux polyphasé avec le but de séparer ces phases par l'hydrolyse du dit électrolyte. En même temps. il faut souvent faire face à l'exigence de supprimer des surconcentrations ou sousconcentrations locales en réactifs dans une masse réactionnelle et d'éviter des forces de cisaillement sur les produits react- ionnels. Avec des agitateurs mécaniques, il n'est pas possible d'obtenir les buts envisagés parce que a) le temps de mélange dépend largement de la vitesse dé recirculation de la masse réactionnelle, b) des surconcentrations ou sousconcentrations locales en composants individuels sont inévitables, et c) à cause de fortes forces de cisaillement qui-s'exercent toujours sur les produits réactionnels. Quant aux mélangeurs statiques, ceux-ci sont déjà mieux adaptés aux taches de mélange. Cependant, ils ont l'incon vénient, à cause de la division du courant de la masse réaction- nelle en filets individuels. de provoquer encore des répartitions du temps de séjour, d'exercer - par les arêtes de leurs éléments de mélange - des forces de cisaillement non négligeables sur les produits réactionnels et d'être soumis au risque de colmatage. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients de l'art antérieur, et de proposer des procédés de mélange dans lesquels les transferts de matière et d'énergie sont favorisés. Le principe de la présente invention repose sur l'introduction et la répartition dune substance liquide ou gazeuse dans une autre substance liquide ou gazeuse â l'aide de buses de distribution à cône plein, à cane solide ou à cane creux. Les buses en question sont logées dans une sorte de chambre qui se compose de deux sphères. une sphère supérieure et une sphère inférieure. La substance liquide ou gazeuse à laquelle une autre substance liquide ou gazeuse est à alimenter entre dans la sphère inférieure et se déplace vers la sphère supérieure à travers un anneau d'étranglement qui sépare les deux sphères. Les substances à injecter quittent la buse de distribution avec une vitesse largement supérieure à celle du courant principal et pénètrent, par conséquence, dans la profondeur dé la sphère inférieure ou elles sont finement réparties dans la masse réactionnelle sous forme de gouttelettes d'une extrême petitesse.L'anneau d'étrangleaent provoque une augmentation de la vitesse d'écoulement de la masse réactionnelle ce qui donne lieu à la formation de turbulences lesquelles favorisent encore la qualité de mélange. La buse de distribution est logée dans la sphère supérieure et peut se déplacer verticalement par rapport à l'anneau d'étranglement. Cette possibilité d'un mouvement vertical de la buse centrale la section d'écoulement entre les deux sphères ce qui permet des gradients de vitesse variables. La figure ci-jointe montre une réalisation de la dite invention. Le courant entre dans le mélangeur par vole de la tubulure 1 et continue son chemin à travers la sphère 2 de la chambre. I1 traverse ensuite-l-anneau d'étranglement 3 et subit ici une augmentation de lavitesse d'écoulement. La sphère 4 contient la buse de distribution 5. La masse réactionnelle quitte le mélangeur par voie de la tubulure 6. Les détails de la présente invention ses avantages et caractéristiques, seront encore mieux compris à la lecture qui va suivre des exemples d'application pratiques. Exemple i: Neutralisation d'eaux acides ou alcalines. Les eaux à neutraliser sont amenées au mélangeur. Ici, le réactif de neutralisation est injecte au courant d'eau à neutraliser. Selon le degrée d'acidité ou d'alcalinité, et par conséquence en fonction de la quantité du réactif à ajouter, on monte ou abaisse la buse afin d'obtenir le gradient de vitesse optimal à la réaction en question. La répartition uniforme et rap- ide du réactif à travers une section bien définie du courant favorise la vitesse de réaction. Cela a pour conséquence que la dist- ance à parcourir par la masse réactionnelle jusqu'à l'obtention de la neutralisation finale est très courte ce qui rend possible une régulation sensible et exacte du pH sans oscillations appréci- ables dans le circuit de régulation.Suivant les conditions opérationnelles et les paramètres présents. on peut se servir d'une buse à cône plein, à cône solide ou à cône creux, En cas qu'une chaleur de neutralisation soit dégagée au cours de la réaction, le mélangeur sera équipé d'un dispositif de refroidissement, soit sous forme d'une double enveloppe, soit sous forme d'ailettes de refroidissement, etc. Exemple 2: Préparation des micro-émulsions pour le travail des métaux. Dans la préparation de dites micro-émulsions, il est important d'éviter la formation locale d'émulsions du type eau dans 1 huile ce qui peut se produire par un mélange lent et déséquilibré. La solution-mère, par sa distribution sous forme de très fines particules dûe à l'effet d'atomisation de la buse du présent mélangeur, est immédiatement repartie à travers une section bien définie du courant d'eau. Ce phénomène favorise la mise définitive en émulsion de la solution-mère et augmente le stabili- té de l'émulsion. Exemple 3: Mélange des additifs aux carburents. Pour améliorer la qualité des carburants. il est indispensable d'y ajouter des additifs d'extrême pression, des anti-oxydants, etc. Cette addition est considérablement facilitée par l'utilisation dune chaste de mélangeurs décrite ici. Exemple 4: Cassage d'émulsions usées de travail des métaux. Dans le traitement des eaux résiduaires industrielles. le cassage d'émulsions usées est un problème particulidre- ment pénible. Ce cassage est le plus souvent effectué à l'aide de solutions aqueuses de sels métalliques. Cependant. pour obtenir un cassage efficace, il faut mélanger ces solutions à l'émulsion usée dans un temps de moins d'une seconde afin d'empocher la formation prématurée d'hydroxydes qui ne sont pas efficaces pour la déstabilisation du système. En effet, aucune méthode de mélange connue jusqu'à ce jour ne donne des résultats satisfaisants. La présente invention. au contraire, offre un moyen valable à cet effet. Par le choix approprié de la vitesse du jet partant de la buse et de la vitesse d'écoulement de l'émulsion à casser. le temps de mélange peut être réduit à O. i seconde. Cela a pour conséquence de permettre aux produits intermédiaire d'hydrolyse d'exercer leur activité déstabilisatrice sur le système émulsif lé ce qui aboutit à la séparation des phases aqueuses et huileuses. Autres domaines d'application. Autres domaines d'application de la présente invention, à titre d'exemple, sont: le traitement d'eaux potables. l'addition de propane à un carburant diesel afin d'améliorer les propriétés d'allumage, l'égalisation de températures entre huiles caloporteuses, le mélange de colorants liquides, etc. En somme. la présente invention est d'une valeur économique et technique partout où des mélanges entre liquides. entre gaz et liquides, ou entre différents gaz seront à effectuer. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mélange à continu des phases li- quides/liquides. liquidesigazeuses. gazeuses/gazeuses. ce dispo-ei tif caractérisé par la répartition d'une substance dans une autre substance d'une façon rapide et uniforme à l'aide de buses à et plein. à cône solide. ou à cône creux. 2. Dispositif de mélange selon revendication 1, caractérisé en ce que les buses de distribution pouvent être déplacées en direction axiale par rapport à l'écoulemment liquide ou gazeux pour varier les gradients de vitesse. 3. Dispositif de mélange selon revendications i et 2 caractérisé en ce que les buses de distribution sont logées dans une chambre qui se compose de deux espaces sphériques, un espace supérieur et un espace inférieur et dont les lignes d'intersection forment un anneau d'étranglement entre les deux espaces. 4. Dispositif de mélange selon revendications 1. 2 et 3. caractérisé en ce que le mouvement de la buse de distribution contrôle la section d'écoulement entre les deux espaces sphé riques ce qui permet des gradients de vitesse variables. 5. Dispositif de mélange selon revendications 1.2. 3 et 4. caractérisé en ce que l'anneau d'étranglement provoque une augmentation de la vitesse d'écoulement de 11a masse réactionnelle ce qui donne lieu à la formation de turbulences lesquelles favorisent la qualité de mélange.