Brevet FR2679789A1 — publié le 19930205

Mélanveur-disperseur à Pulsations Pour la Préparation de produits thermoPlastiques, en particulier de produits bitumineux. L'invention concerne la préparation de produits thermoplastiques, en particulier mais non exclusivement des produits bitumineux tels que ceux utilisés pour la construction des routes. Le mélange intime de matières non miscibles en particules de très petites dimensions est un problème posé depuis longtemps à l'industrie. C'est en particulier le cas des bitumes à usage routier qui, selon un développement moderne, contiennent, en plus du bitume ou autre produits bitumineux, des additifs tels que des polymères plastiques, qui doivent subir un mélange intime à des températures relativement élevées allant jusqu'à 2000C et au-delâ. Il est connu d'utiliser des mélangeurs constitués d'un rotor et d'un stator munis de fentes formant des chambres de mélange (FR-A-2.611.352), éventuellement complétés par des nervures de cisaillement séparées par des bagues d'espacement (FR-A-2.287.830). Ces dispositifs connus, essentiellement prévus pour des matières plastiques à grande viscosité, ne permettent pas d'obtenir un mélange suffisamment intime lorsque les particules sont extrêmement fines (quelques dizaines de micromètres). On a également proposé (EP-A-192.300) de mélanger des produits bitumineux au moyen d'un dispositif constitué de deux cylindres coaxiaux chauffés ayant un faible écartement, avec des moyens pour transporter le mélange. Ce dispositif ne permet pas non plus d'assurer un mélange homogène de particules très fines. On connaît encore des dispositifs assurant simultanément un mélange et un broyage au moyen d'un système rotor-stator avec une succession radiale d'ailettes séparant le fluide en une pluralité de courants individuels (EP-A-135.697). Ce dispositif, qui peut être utilisé aussi bien pour des matières plastiques, des polymères pour la modification de bitumes que pour des déchets d'abattoir, ne peut assurer le mélange homogène de particules fines recherché. L'action de mélange est médiocre et l'énergie consommée est élevée. On a également décrit (DD-C-232.838) un dispositif de mélange et de malaxage de produits bitumineux avec des additifs solides qui comprend une pluralité d'éléments mélangeurs et homogénéisateurs disposés sur un axe pivotant à l'intérieur d'un carter chauffé. Ces éléments produisent sur le fluide à mélanger, qui se déplace sous pression parallèlement à l'axe, une multitude de déplacements élémentaires forcés dus à la force centrifuge, à la pression et aux chocs sur les éléments en forme de couteaux. Ce dispositif connu est d'une grande complexité de fabrication et de montage, a donc un coût élevé; en outre, son nettoyage est problématique et son efficacité n'a pas été démontrée. On connaît par ailleurs des machines du type moulin colloïdal servant à fabriquer par broyage des émulsions, à partir de solutions aqueuses par exemple. Ces machines connues ne permettent pas de résoudre le problème posé selon la présente invention. La présente invention vise en conséquence à fournir un nouveau dispositif pour le mélange et la dispersion de matières non miscibles telles que des produits thermoplastiques bitumineux contenant des additifs, par exemple des polymères, qui permette, avec une structure simple et économique, d'obtenir un mélange très homogène même avec des particules très fines d'une granulométrie de l'ordre de quelques dizaines de micromètres. A cet effet, le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un rotor à aubes pivotant dans un stator cylindrique de révolution muni de fentes radiales ou canaux, la face antérieure, dans le sens de rotation du rotor, desdites aubes ayant une forme concave agencée pour produire une accélération radiale des particules vers la périphérie, les faces externes desdites aubes ayant une section sensiblement cylindrique de révolution se déplaçant au voisinage immédiat de la face interne dudit stator, la longueur desdites faces externes correspondant à un pas des fentes radiales ou canaux, ou à un multiple de ce pas, lesdites fentes radiales ou canaux présentant une courte paroi frontale antérieure, dans le sens de rotation du rotor, sensiblement radiale et une paroi postérieure plus longue et également sensiblement radiale. Le dispositif selon 1 invention assure une accélération centrifuge très élevée aux matières prémélangées et amenées sous faible pression, par les aubes du rotor dessinées à cet effet, alors que le choc de ces matières contre les petites parois frontales des canaux produit un déplacement circulaire des particules, les portions avant et arrière de chaque aube agissant en outre comme des tiroirs rotatifs sur les canaux respectifs en cours d'ouverture (a l'arrière) et de fermeture (à l'avant). L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en référence au dessin annexé dont la figure unique est une vue schématique en coupe diamétrale d'un dispositif selon un exemple de réalisation de l'invention. Le dispositif comprend un stator cylindrique de révolution 1 dans lequel tourillonne à grande vitesse un rotor creux constitué, dans l'exemple représenté, de quatre aubes 2 identiques disposées dans une couronne cylindrique du rotor. Les aubes 2 ont une surface périphérique externe 3 en forme de secteur cylindrique de révolution, coaxiale au stator 1 et disposée extrêmement près de la surface interne du stator 1. La face avant 4 (dans le sens de rotation 5 du rotor 4) de chaque aube 2 a une surface concave terminée par une portion terminale périphérique 6 sensiblement plane et radiale. La face arrière 7 des aubes 2 est plane. Le stator 1 comporte une pluralité de fentes radiales ou canaux 8 régulièrement réparties dont la face avant (dans le sens de la flèche 5) comporte une portion plane 9 sensiblement radiale de faible largeur prolongée par une face plane 10 inclinée vers l'avant. La face arrière 11 de chaque canal 8 est plane et sensiblement radiale. La longueur de la surface périphérique 3 des aubes 2 est, dans l'exemple représenté, égale à deux pas des canaux 8, c'est-àdire qu une aube 2 ferme toujours complètement un canal 8 et partiellement les canaux 8 adjacents, ou ferme complètement deux canaux 8 adjacents. Le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit est le suivant Les matières à mélanger de manière intime sont amenées sous faible pression, en étant prémélangées, depuis une chambre axiale (non représentée) dans le mélangeur. Les matières saisies par les aubes 3 sont projetées vers l'extérieur entre deux aubes 3 successives. Du fait de la force centrifuge, elles tendent à s'accumuler sur la face frontale 4 de l'aube 3 correspondante, dont la forme concave les projette à grande vitesse sur le stator 1.Les matières projetées radialement par la portion plane 6 de l'aube rencontrent la portion plane radiale 9 de faible largeur du bord du canal 7 adjacent à la face 4, qui leur donne, en tenant compte de la vitesse élevée du rotor, un mouvement circulaire ou tourbillonnaire qui assure un mélange intime et homogène des matières, lequel mélange est recueilli à la périphérie du stator 1. Le dimensionnement de la face 3 des aubes 2 est tel que les canaux 7, progressivement fermés à grande vitesse puis réouverts à la même vitesse, subissent un effet de tiroir rotatif de la part des aubes 2, ce qui favorise encore le mélange intime et interdit le retour de la matière vers l'intérieur du dispositif. Les dimensions et le nombre des canaux 3 et des aubes 2 sont bien entendu choisis en fonction des matières à mélanger, en particulier des gradients de forces dynamiques et d'énergies cinétiques des particules qui subissent un mouvement pulsatoire et un micro-brassage qui assurent l'homogénéité voulue. La vitesse de rotation du rotor est également choisie en fonction des matières à mélanger, de leur température, etc. Revendications. 1. Dispositif mélangeur-disperseur pour la préparation d'un mélange intime de matières non miscibles à granulométrie fine, caractérisé en ce qu'il comprend un rotor à aubes (2) pivotant dans un stator cylindrique de révolution (1) muni de fentes radiales ou canaux (8), la face antérieure (4), dans le sens de rotation (5) du rotor, desdites aubes (2) ayant une forme concave agencée pour produire une accélération radiale des particules vers la périphérie, les faces externes (3) desdites aubes (2) ayant une section sensiblement cylindrique de révolution se déplaçant au voisinage immédiat de la face interne dudit stator (1), la longueur desdites faces externes (3) correspondant à un pas des fentes radiales ou canaux (8), ou à un multiple de ce pas, lesdites fentes radiales ou canaux (8) présentent une courte paroi frontale antérieure (9), dans le sens de rotation (5) du rotor, sensiblement radiale et une paroi postérieure (11) plus longue et également sensiblement radiale. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les faces postérieures (7) des aubes (2) sont sensiblement planes. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la courte frontale antérieure (9) des fentes radiales ou canaux (8) est prolongée par une paroi inclinée (10).