Brevet FR2970879A1 — publié le 20120803

La présente invention se rapporte à un dispositif de mélange, un ensemble de mélange équipé d'un tel dispositif et un procédé de fabrication d'une préparation. Le dispositif ainsi que l'ensemble de mélange sont notamment 5 destinés à la fabrication d'une préparation, et plus particulièrement à la dispersion de particules dans une préparation. Dans l'art antérieur, il est connu de produire des préparations en mélangeant dans une cuve des substances et en introduisant dans ladite cuve des particules de poudre afin de les incorporer au mélange. 10 De telles préparations sont couramment fabriquées pour des applications, par exemple, pharmaceutiques, cosmétiques, agro-alimentaires et autres. Pour des applications pharmaceutiques ou cosmétiques, notamment, les particules incorporées peuvent constituer le principe actif de la composition et doivent alors être incorporées au mélange dans des proportions très 15 précises. Le mélange final doit en outre être le plus homogène possible. Afin de réaliser de telles préparations, des ensembles de mélange sont connus. Selon la technologie la plus répandue, ceux-ci comprennent une cuve, maintenue en dépression et destinée à recevoir le mélange, un rotor comportant des pales de mélanges et coopérant avec des moyens moteurs 20 afin d'être entraîné en rotation et un stator comportant une couronne annulaire entourant le rotor et présentant des orifices radiaux pour le passage du mélange projeté radialement par ledit rotor. Afin d'incorporer les particules à la préparation, deux méthodes sont couramment utilisées. 25 Selon une première méthode, les particules sont introduites par aspiration dans la cuve maintenue en dépression via un conduit d'amenée débouchant en fond de cuve, latéralement à l'unité rotor-stator. Le conduit d'amenée est équipé d'une vanne permettant de commander l'introduction des particules dans la cuve. Les particules à incorporer dans le mélange circulent 30 dans la cuve en suivant approximativement un trajet de convection du mélange dans la cuve. Toutefois, dans ce cas, le débit d'introduction de la poudre est directement lié au niveau de vide dans la cuve. Aussi, pour une vanne donnée, il faut augmenter le vide pour augmenter le débit des particules introduites. Cependant, selon la viscosité du mélange dans la cuve, un niveau de vide trop 35 élevé engendre un passage trop rapide des particules au travers du mélange et les particules aspirées viennent se coller contre la partie supérieure de la cuve ; ce qui génère des problèmes de nettoyage et de perte de produit. Cela est particulièrement important lorsque le produit injecté constitue le principe actif du mélange final qui peut alors être sous-dosé. Selon une seconde méthode, l'ensemble de mélange est équipé d'une tuyauterie extérieure permettant une recirculation de la préparation. Dans cette mise en oeuvre, les particules de poudre sont introduites dans la cuve via un conduit d'amenée débouchant dans la tuyauterie extérieure formant boucle de recirculation. Toutefois, cette méthode pose des problèmes de nettoyage de ladite tuyauterie extérieur. Par ailleurs, le débit d'introduction de la poudre est limité par les dimensions de la tuyauterie extérieure et par le débit de circulation dans celle-ci. Afin de pallier ces inconvénients, la demanderesse a développé une troisième méthode permettant de disperser efficacement des particules dans un mélange avec un débit élevé et réduisant les pertes de produit. Cette méthode est décrite dans le document FR 2 929 133. Selon cette méthode, les particules sont introduites par aspiration dans la cuve maintenue en dépression via un conduit d'amenée débouchant dans la cuve au niveau du rotor de l'unité rotor-stator. Le conduit d'amenée est équipé d'une vanne permettant de commander l'introduction des particules dans la cuve. Les particules à incorporer dans le mélange sont ainsi introduites directement au coeur de la zone de mélange et de turbulences et éjectées vigoureusement avec le mélange circulant dans la cuve. Un tel système permet d'assurer un mélange efficace, homogène, et à débit élevé (temps d'introduction et temps de mélange réduits). Il est toutefois apparu qu'un tel système pouvait présenter encore certaines limitations. Il peut être notamment souhaitable d'améliorer encore l'introduction de la poudre et d'éviter tout bouchage et mouillage de la vanne d'introduction. La présente invention vise à éviter ces limitations et consiste pour 30 ce faire en un dispositif de mélange comprenant : - au moins un rotor portant des pales de mélange et destiné à coopérer avec au moins un moyen moteur afin d'être entraîné en rotation, - une couronne annulaire entourant le rotor et formant stator, ladite couronne présentant au moins un orifice axial et des orifices radiaux de 35 mélange associés aux pales de mélange pour le passage du mélange, - au moins un conduit d'amenée de particules destinées à être incorporées audit mélange et débouchant à l'intérieur de ladite couronne, Caractérisé en ce que la couronne annulaire présente un étage de recirculation disposé entre le conduit d'amenée et les orifices radiaux de mélange, ledit étage de recirculation comprenant au moins deux rangées axialement consécutives d'orifices radiaux. Ainsi, en prévoyant un étage de recirculation complémentaire ménagé dans la couronne, il se crée une légère dépression additionnelle au niveau du conduit d'amenée de particules, ce qui facilite l'introduction et le mouillage desdites particules et le non mouillage dudit conduit. Avantageusement, les moyens moteurs comprennent un bloc moteur comportant lesdits moyens moteurs et un arbre d'entraînement connectant le rotor aux moyens moteurs. De manière préférentielle, le bloc moteur supporte au moins une 15 portion du conduit d'amenée. Avantageusement, le bloc moteur comporte le rotor et la couronne annulaire. De manière préférentielle, le bloc-moteur comprend des moyens de fixation à une cuve de mélange, lesdits moyens de fixation étant 20 avantageusement étanches à la pression. Avantageusement, le conduit d'amenée traverse lesdits moyens de fixation à la cuve. Selon un mode de réalisation particulier, le bloc moteur comporte deux rotors coaxiaux. 25 De manière préférentielle, les pales de mélange sont agencées pour aspirer le mélange au travers de l'orifice axial de la couronne annulaire et le projeter radialement au travers des orifices radiaux de la couronne annulaire. Avantageusement, le conduit d'amenée débouche sensiblement au niveau d'une extrémité radiale des pales de mélange. 30 Selon un mode de réalisation préféré, les orifices radiaux des rangées de l'étage de recirculation sont axialement alignés. De manière préférentielle, les orifices radiaux des rangées de l'étage de recirculation possèdent une longueur orientée radialement le long de la périphérie. Avantageusement, les orifices radiaux de mélange possèdent une longueur orientée axialement. Avantageusement encore, les orifices radiaux de mélange sont obliques. Préférentiellement, le conduit d'amenée est équipé d'au moins une vanne. Il pourra notamment s'agir d'une vanne à clapet ou encore d'une vanne pneumatique. Avantageusement encore, la vanne pourra être supportée par le bloc moteur. La présente invention se rapporte également à un ensemble de mélange caractérisé en ce qu'il comprend une cuve destinée à recevoir un 10 mélange et au moins un dispositif de mélange selon l'invention. Avantageusement, l'ensemble de mélange comprend des moyens pour établir une dépression à l'intérieur de la cuve. La présente invention se rapporte encore à un procédé de fabrication d'une préparation comprenant au moins une étape de mélange 15 comportant une étape d'introduction de particules dans ledit mélange, caractérisé en ce que l'étape d'introduction est réalisée au moyen d'un ensemble de mélange selon l'invention. Avantageusement, la cuve pourra être maintenue en dépression afin de permettre l'introduction des particules par aspiration. 20 Préférentiellement, on mélange au moins deux substances non-miscibles afin de fabriquer une émulsion. La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description détaillée qui suit en regard du dessin annexé dans lequel : - La figure 1 est une représentation schématique du principe 25 d'introduction selon la troisième méthode décrite ci-dessus. - La figure 2 est une représentation partielle agrandie centrée sur l'unité rotor-stator d'un dispositif de mélange selon l'invention. - La figure 3 est une vue d'ensemble du dispositif de mélange de la figure 2. 30 - La figure 4 est une représentation schématique en coupe transversale du dispositif de mélange de la figure 2, La figure 1 montre un ensemble de mélange 1 selon l'invention. Cet ensemble de mélange 1 comprend une cuve 2 présentant un fond équipé d'un dispositif de mélange 100 selon l'invention fonctionnant selon 35 le principe de la troisième méthode mentionnée précédemment et décrite dans le document FR 2 929 133. La cuve 2 est bien évidemment équipée de moyens d'arrivée et d'évacuation des fluides et du mélange final (non représentés). Le dispositif de mélange 100 comprend un rotor 101 portant des pales de mélange 101a et apte à être entraîné en rotation par un moyen 5 moteur 102. Le dispositif de mélange 100 comprend également une couronne annulaire 103 entourant le rotor 101 et formant stator. La couronne annulaire 103 présente un orifice axial 103a central et des orifices radiaux de mélange 103b associés aux pales de mélange 101a. 10 Les orifices radiaux de mélange 103b sont des fentes s'étendant axialement de manière sensiblement parallèle entre elles et légèrement obliques par rapport à l'axe de rotation du rotor 101. Les orifices radiaux de mélange 103b sont séparés par des parties pleines servant de surface d'impact aux particules projetées. 15 Conformément à la méthode décrite dans le document FR 2 929 133, le dispositif de mélange 100 est équipé d'un conduit d'amenée 104 (flèche figure 1) débouchant dans la cuve 2 au niveau du rotor 101, à l'intérieur de ladite couronne annulaire 103 du dispositif de mélange 100. Le conduit d'amenée 104 est équipé d'une vanne 104a permettant 20 de commander l'introduction des particules dans la cuve 2. Plus précisément, le dispositif de mélange 100 est réalisé sous la forme d'un bloc moteur comportant les moyens moteurs 102 et un arbre d'entraînement 102a connectant le rotor 101 aux moyens moteurs 102. Le bloc moteur supporte au moins une partie du conduit d'amenée 25 104 ainsi que le rotor 101 et la couronne annulaire 103. Ce bloc-moteur est par ailleurs équipé de moyens de fixation à la cuve 2 de mélange, lesdits moyens de fixation se présentant sous la forme d'un disque de fixation 106 avantageusement étanche à la pression. Le conduit d'amenée 104 et l'arbre d'entraînement 102a traversent 30 donc le disque de fixation 106 pour pénétrer à l'intérieur de la cuve 2. Plus précisément, le conduit d'amenée 104 débouche sensiblement au niveau d'une extrémité radiale des pales de mélange 101a. Conformément à l'invention, la couronne annulaire 103 possède un étage de recirculation 105 disposé entre le conduit d'amenée 104 et les orifices 35 radiaux de mélange 103b. Cet étage de recirculation 105 comprend au moins deux rangées axialement consécutives d'orifices radiaux 105a de recirculation situées entre le conduit d'amenée 104 et les orifices radiaux de mélange 103b associé au rotor 101. Selon le mode de réalisation préféré représenté à titre d'exemple, les orifices radiaux 105a des deux rangées de l'étage de recirculation 105 sont axialement alignés. De manière avantageuse, les orifices radiaux 105a possèdent une grande longueur s'étendant radialement sur la périphérie de la couronne 103. En fonctionnement, Le mélange présent dans la cuve 2 est aspiré par l'orifice axial 103a central et projeté par les pâles de mélange 101a du rotor 101 à travers les orifices radiaux de mélange 103b de la couronne 103. Le rotor 101 aspire également des particules introduites dans la cuve 2 par le conduit d'amenée 104 et les projette avec le mélange. Ce dernier subit un cisaillement selon la direction radiale de projection. L'interstice entre le rotor 101 et la couronne 103 est suffisamment faible de manière à obtenir les contraintes de cisaillement souhaitées (flèches figure 2). L'étage de recirculation 105 complémentaire de la couronne 103 permet de créer une légère dépression additionnelle au niveau du conduit d'amenée 104 de particules, ce qui facilite l'introduction et le mouillage desdites particules et le non mouillage dudit conduit. Il s'ensuit qu'avant d'être ajoutées au mélange et projetées à travers les orifices radiaux de mélange 103b de la couronne 103, les particules suivent tout d'abord une boucle de recirculation formée par l'étage de recirculation 105 de la couronne 103 (flèches figure 2). Plus précisément, des particules sortent de la couronne 103 par les orifices radiaux 105a de la rangée de l'étage de recirculation 105 la plus proche du rotor 101 et sont ré-aspirées dans la couronne 103 par les orifices radiaux 105a de la rangée de l'étage de recirculation 105 la plus proche du conduit d'amenée 104. On notera que de manière avantageuse, l'ensemble de mélange 1 comprend des moyens pour établir une dépression à l'intérieur de la cuve 2. Les particules pourront donc être aspirées dans la cuve 2 à travers le conduit d'amenée 104 sans nécessiter d'injection par une pompe le cas échéant. Le dispositif décrit pourra être notamment avantageusement utilisé pour la fabrication d'une préparation comprenant au moins une étape de mélange comportant une étape d'introduction de particules dans ledit mélange. L'étape d'introduction sera réalisée au moyen d'un ensemble de mélange selon l'invention. Préférentiellement, on mélange au moins deux substances non-miscibles afin de fabriquer une émulsion. Bien que l'invention ait été décrite avec un exemple particulier de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Dispositif de mélange (100) comprenant : - au moins un rotor (101) portant des pales de mélange (101a) et 5 destiné à coopérer avec au moins un moyen moteur (102) afin d'être entraîné en rotation, - une couronne annulaire (103) entourant le rotor et formant stator, ladite couronne présentant au moins un orifice axial (103a) et des orifices radiaux (103b) de mélange associés aux pales de mélange pour le passage du 10 mélange, - au moins un conduit d'amenée (104) de particules destinées à être incorporées audit mélange et débouchant à l'intérieur de ladite couronne, Caractérisé en ce que la couronne annulaire présente un étage de recirculation (105) disposé entre le conduit d'amenée et les orifices radiaux de 15 mélange, ledit étage de recirculation comprenant au moins deux rangées axialement consécutives d'orifices radiaux (105a). 2. Dispositif de mélange (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pales de mélange (101a) sont agencées pour aspirer le mélange 20 au travers de l'orifice axial (13a) de la couronne annulaire (103) et le projeter radialement au travers des orifices radiaux (103b) de la couronne annulaire. 3. Dispositif de mélange (100) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le conduit d'amenée (104) 25 débouche sensiblement au niveau d'une extrémité radiale des pales de mélange (101a). 4. Dispositif de mélange (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les orifices radiaux (105a) des 30 rangées de l'étage de recirculation (105) sont axialement alignés. 5. Dispositif de mélange (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les orifices radiaux (105a) des rangées de l'étage de recirculation (105) possèdent une longueur orientée 35 radialement sur la périphérie. 6. Dispositif de mélange (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les orifices radiaux de mélange (103b) possèdent une longueur orientée axialement. 7. Dispositif de mélange (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le conduit d'amenée (104) est équipé d'au moins une vanne (104a). 8. Ensemble de mélange (1) caractérisé en ce qu'il comprend une 10 cuve (2) destinée à recevoir un mélange et au moins un dispositif de mélange (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Ensemble de mélange (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour établir une dépression à 15 l'intérieur de la cuve (2). 10. Procédé de fabrication d'une préparation comprenant au moins une étape de mélange comportant une étape d'introduction de particules dans ledit mélange, caractérisé en ce que l'étape d'introduction est réalisée au 20 moyen d'un ensemble de mélange (1) selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9. 25