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" Dispositif pour mélanger, agiter, émulsionner et autres applications ".
Pour mélanger, agiter, émulsionner et pour d'autres opé- rations, on utilise tant au laboratoire que dans les exploita- tions, ainsi que dans les travaux ménagers, des mélangeurs dans lesquels un élément rotatif ( agitateur ou disque émulsionneur ) effectue le travail désiré. Il faut donc utiliser comme commande un moteur ou une autre machine motrice rotative. Pour le mélange intense, tel qu'il est par exemple demandé dans l'émulsionne- ment, il faut souvent utiliser de grandes vitesses de rotation
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avec les inconvénients connus de l'usure importante et de la grande consommation d'énergie.
Lorsqu'il y a lieu d'agiter ou d'émulsionner dans un récipient fermé, il faut, en outre, faire passer l'arbre rotatif par un presse-étoupe et ce dernier pose des problèmes d'étanchéité qui sont le plus souvent très diffi- ciles à résoudre, en particulier lorsqu'il s'agit de substances corrosives qui doivent être mélangées ou émulsionnées. C'est ainsi qu'il était, par exemple, impossible jusqu'à présent de faire passer un arbre émaillé d'agitateur à travers un presse- étoupe, ce qui a pour conséquence que dans des agitateurs émail- lés la pièce non émaillée passant par le presse-étoupe subit très fortement la corrosion.
On a aussi proposé d'utiliser pour le mélange, l'agitation et l'émulsionnement des agitateurs mis en mouvement vibratoires; des essais effectués avec des agitateurs vibrants, exécutant par conséquent essentiellement un mouvement de va-et-vient, fu- rent entrepris en particulier parce que l'introduction d'arbres animés d'un mouvement de va-et-vient dans des récipients fermés est beaucoup plus simple que celle d'arbres rotatifs. Mais, les dispositifs connus jusqu'à présent, construits suivant le prin- cipe de la vibration, n'ont pas pu s'introduire parce que le tourbillonnement nécessaire dans la plupart des cas du liquide à mélanger ou à émulsionner n'était pas obtenu.
La présente invention a pour objet un dispositif servant à mélanger, agiter et émulsionner, qui travaille avec des orga- nes vibrants et assure ainsi un tourbillonnement du liquide à mélanger ou à émulsionner qui est au moins aussi important que celui des dispositifs connus travaillant avec des agitateurs rotatifs. Le dispositif conforme à l'invention est caractérisé par un arbre agitateur pouvant être mis en mouvement vibratoire par des moyens électriques ou mécaniques qui s'engage dans 1' élément à traiter et sur lequel sont prévus des organes qui font un certain angle par rapport au sens du mouvement vibratoire
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par au moins une surface au cours de ce mouvement vibratoire dans le liquide.
Les essais étendus qui furent exécutés avec un dispositif construit selon ce principe ont montré que l'on peut obtenir ainsi, non seulement un réglage en ce qui concerne l'intensité, mais également en ce qui concerne le sens du tour- billonnement.
Quelques formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples, aux dessins . -annexés dans lesquels : la figure 1 représente une forme de réalisation simple d'un dispositif mélangeur selon l'invention.
Les figures 2 à 10 représentent diverses formes de réali- sation de l'agitateur.
Les figures 11 à 14 montrent diverses formes de réalisa- tion de l'introduction de la tige d'agitateur dans des récipients fermés.
La figure 15 montre un dispositif dans lequel les éléments conformes à l'invention sont utilisés pour le pompage.
La figure 16 montre une autre forme de réalisation de 1' agitateur pour l'introduction de gaz.
Les figures 17 à 21 montrent diverses formes de réalisa- tion de dispositifs conformes à l'invention, dans lesquelles le mouvement vibratoire de l'agitateur ne se fait pas dans le sens de son axe.
Les figures 22 et 23 montrent deux formes de réalisation pour le support de tige d'agitateur à l'endroit d'introduction dans des récipients fermés.
Les figures 24 à 29 représentent diverses formes de réali- sation d'un agitateur élastique.
La figure 1 montre un dispositif mélangeur et émulsion- neur vibratoire de construction extrêmement simple. une bobine ordinaire 1 comportant un noyau 2 est utilisée comme commande pour la vibration. Le noyau vibratoire ± est relié directement
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à l'axe 3 de l'agitateur et celui-ci oscille avec le noyau 2.
L'axe vibrant de l'agitateur porte comme partie mélangeuse une plaque simple 4 qui comporte des trous coniques 5. Lorsque 1' agitateur se déplace vers le bas, le liquide s'élève énergique- ment à travers les trous, car ceux-ci rétrécissent vers le haut et, par suite, le liquide est forcé de passer par un trou de plus petit diamètre. Si l'agitateur s'élève, une petite quanti- té de liquide passe bien en sens inverse, donc vers le bas, mais cette quantité est plusieurs fois inférieure à celle qui monte, ce qui se manifeste à l'essai par un fort courant ascendant " comme résultante des deux courants ". Cette circulation peut facilement être accrue en augmentant le trajet de vibration jusqu'à projection du liquide dans le récipient 6 à la manière d'un jet d'eau.
Le mélange est extrêmement intense dans le ré- cipient 6. En ce qui concerne l'effet d'émulsion, celui-ci est provoqué non seulement par la circulation, mais surtout par 1' action fracassante que la plaque exerce elle-même sur les par- ticules liquides. Les particules liquides sont projetées dans le sens des flèches 7 contre les parois du récipient, ce qui peut être observé facilement lorsqu'on soumet, par exemple, des particules non dissoutes dans un liquide transparent à cette vibration.
Une commande mécanique ( par exemple un excentrique ) peut naturellement être utilisée aussi pour le dispositif décrit com- me source de vibration. Le changement de direction doit toujours se faire aussi brutalement que possible.
L'agitateur peut présenter diverses formes.
La figure 2 montre une réalisation de l'agitateur qui cor- respond en principe à celle représentée à la figure 1. A la pla- ce des divers petits trous coniques, il y a ici un grand cône unique dont le fond est percé de trous. Dans cet agitateur, la quantité de liquide mise en circulation est très grande, mais l'action fracassante diminue plut8t un peu du fait que la plaque
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Horizontale manque.
Dans l'agitateur suivant la figure 3, le courant est di- rigé de haut en bas. L'agitateur est utilisé lorsqu'il y a lieu de faire tourbillonner de lourdes parties au fond du récipient.
Dans la forme de réalisation suivant la figure 4, on a prévu deux éléments agitateurs coniques, l'un des cônes provo- quant un courant ascendant et l'autre un courant descendant.
On peut naturellement monter également plusieurs éléments de ce genre sur le même axe d'agitateur, toute direction désirée des courants pouvant en principe être obtenue.
Une réalisation très efficace de l'agitateur est la cloche représentée à la figure 5 qui comporte des trous sur son côté fermé. Le liquide est refoulé par la vibration produite dans la cloche et il s'échappe à grande vitesse par les trous.
En général, l'agitation vibratoire présente vis-à-vis de l'agitation rotative le grand avantage que le liquide n'est pas mis en rotation mais que l'agitation s'effectue davantage en tous sens. Lorsque, dans des cas spéciaux, la préférence est donnée à une rotation du contenu du récipient, cette rotation peut être obtenue avec l'agitation vibratoire de façon que les trous ou fentes, à travers lesquels le liquide est refoulé par une vibration, soient dirigés de manière qu'il se forme une com- posante tangentielle. Le liquide est ainsi mis automatiquement en rotation. un tel agitateur est représenté à la figure 6.
Lorsqu'on désire une forte agitation ou une forte circu- lation, tant vers le bas que vers le haut, l'agitateur peut com- porter avantageusement des trous coniques dont certains se ré- trécissent vers le bas et d'autres vers le haut ( figure 7 ).
De ce fait, on obtient une forte circulation dans les deux sens.
Ceci est par exemple particulièrement avantageux dans la distil- lation, dans laquelle, d'une part, la surface de chauffe infé- rieure doit être fortement léchée et, d'autre part, le liquide doit être projeté vers le haut dans l'espace de vapeur. Un fort
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tourbillonnement dans l'espace supérieur est également désira- ble lorsque des gaz doivent être absorbés; souvent une action de haut en bas est également désirable ici lorsque la poudre du catalyseur doit être amenée à tourbillonner, hydratations, etc.) De telles absorptions de gaz et réactions de gaz sont écourtées de plusieurs fois leur durée par ce procédé d'agitation.
La figure 8 montre une forme simplifiée de la réalisation suivant la figure 7.
Cette réalisation est obtenue du fait que l'agitateur est constitué sous une forme ondulée, les crêtes et les creux des ondulations étant perforés. Cet agitateur agit aussi simultané- ment vers le haut et vers le bas.
Si l'on veut obtenir un courant dirigé davantage dans le sens latéral, les trous peuvent être dirigés simplement vers le côté ( par exemple dans la forme en cloche ) ou bien le cou- rant est dévié par une tôle déviatrioe qui est fixée sur l'agi- tateur ( figure 9 ).
On a constaté que, par exemple, pour des réactions dans lesquelles des gaz doivent être introduits, l'agitateur vibra- toire convient excellemment pour subdiviser les gaz introduits en bulles extrêmement fines. A la place de grandes bulles ascen- dantes on obtient une fine mousse gazeuse qui se répartit uni- formément dans le liquide et qui présente par suite une très grande surface. Les gaz sont donc absorbés beaucoup plus vite et mieux.
Pour l'introduction des gaz, l'axe de l'agitateur peut être constitué avantageusement sous forme d'arbre creux ( fi- gure 10 ). Les gaz sortent alors au milieu de la plaque de 1' agitateur ou de la cloche de l'agitateur et sont déjà mélangés au liquide et subdivisés en petites bulles dans le tube d'intro- duction ( axe), mais encore davantage dans la cloche.
Le grand avantage de l'agitateur vibratoire consiste aussi, comme mentionné au début, en ce que l'axe de l'agitateur ne doit
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pas obligatoirement tourner dans des paliers comme dans le cas de l'agitateur rotatif. L'agitateur vibratoire est simplement enfoncé dans le récipient et est prêt à fonctionner. Aucune lu- brification de paliers, direction des arbres, etc..., ( figure 11 ) n'est nécessaire.
Si, par exemple, dans un agitateur de laboratoire, tel que représenté à la figure 12, la fermeture doit être hermétique, on n'a besoin d'aucun presse-étoupe et d'aucune fermeture à mer- cure dans l'agitateur vibratoire. Une petite membrane 7, en ca- outohouo, matière plastique ou silicone pour les températures supérieures à travers lesquelles l'agitateur est passé et qui est enfilée ou vissée sur un tube de verre rétréci 7a assure une fermeture complète.
La fermeture peut également se faire par une des membranes prémentionnées pour des agitateurs industriels. On obtient ici des avantages très particuliers dans des constructions émail- lées ( figure 13 ).
Dans l'exemple suivant la figure 14, un tube métallique élastique est prévu à la place de la membrane dans un agitateur industriel. Cette réalisation convient particulièrement bien pour de hautes températures et pressions.
Comme on l'a montré par les réalisations qui précèdent, une circulation considérable est obtenue par le mouvement vibra- toire dans un agitateur approprié, des pressions liquides se produisant sur le côté le plus étroit des trous coniques. Si, par exemple, comme représenté à la figure 15, un des agitateurs décrits ci-dessus 8 est entouré de façon relativement étroite par une enveloppe 9, cette dernière comportant une entrée 10 et une sortie 11, le système peut très facilement être utilisé comme pompe de circulation. Un presse-étoupe n'est également pas nécessaire ici car il est de nouveau remplacé par une mem- brane 12.
Etant donné que des soupapes ne sont également pas nécessaires, le dispositif suivant la figure 15 représente une
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pompe de circulation sang presse-étoupe et sans soupapes qui convient extraordinairement bien en particulier pour des liqui- des corrosifs. Mais la vibration ne doit pas se faire d'une ma- nière absolument nécessaire en direction de l'axe de l'agitateur; au contraire, le mouvement vibratoire peut aussi se faire dans toute autre direction par rapport à cet axe ( par exemple per- pendiculairement à lui). Ainsi, l'axe de l'agitateur peut com- porter par exemple un pivot autour duquel il est mis en vibra- tion. Le sens de la commande est également perpendiculaire à cet axe. Les éléments agitateurs, par conséquent les corps agi- tateurs proprement dits, restent en principe les mêmes.
Ils sont en partie fixés simplement d'une manière un peu différente sur l'axe de l'agitateur. Le courant se produira naturellement dans le récipient de façon correspondante dans une direction diffé- rente par rapport à l'axe de l'agitateur.
La figure 16 représente un dispositif dans lequel l'axe de l'agitateur comporte un pivot dans le couvercle du récipient.
La commande s'effectue en haut perpendiculairement ou oblique- ment par rapport à l'axe sur lequel les éléments agitateurs sont fixés comme décrit.
Dans l'exemple suivant la figure 17, on a représenté une commande vibratoire à l'aide de laquelle on obtient de nouveau une vibration d'extrémité dans le sens de l'axe de l'agitateur, du fait que la transmission s'effectue par un axe ou pivot ( le- vier oscillant ).
On a en outre constaté qu'une " vibration tournante peut souvent être avantageuse. Dans ce cas, comme le montre la figu- re 18, l'axe de l'agitateur est mis en vibration rotative à 1' aide d'un bras de levier ( ou directement avec un vibrateur con- struit de façon appropriée ). L'axe exécute ici une rotation commençant dans un sens pour se poursuivre immédiatement dans l'autre sens. Les mêmes éléments agitateurs peuvent aussi être utilisés ici en principe.
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Il ressort des explications ci-dessus que lorsque les di- vers éléments agitateurs ( plaques ou trous coniques, fentes, cloches, etc..) sont fixés de façon appropriée sur l'axe de 1' agitateur, cet axe peut être mis en vibration dans un sens quel- conque, un effet de circulation agitatrice ou d'émulsionnement approprié étant toujours obtenu. Si, par exemple, une plaque perforée conique est fixée avec son plan perpendiculaire à 1' axe de l'agitateur, on obtient la meilleure circulation et le meilleur effet d'agitation lorsque l'axe de l'agitateur est mis en vibration dans le sens de cet axe. La circulation du liquide s'effectue alors également plus ou moins dans le sens de l'axe.
Si, par contre, la plaque perforée conique est montée avec son plan parallèle à l'axe de l'agitateur, cet axe est de préféren- ce mis en oscillation transversale, donc avec un pivot sur 1' axe de l'agitateur. Dans ce cas, pour obtenir l'effet maximum, il faut que la commande vibratoire s'effectue perpendiculaire- ment au plan de la plaque. La circulation du liquide a, dans ce cas, sa direction principale perpendiculaire à l'axe de l'agi- tateur. Lorsqu'un tel agitateur à vibrations est monté dans le récipient excentriquement par rapport à l'axe de ce dernier, une rotation du liquide autour de l'axe du récipient peut faci- lement être obtenue. Les vibrations transversales et de torsion décrites ont surtout une grande importance pour des dispositifs agitateurs placés dans des récipients sous pression.
Lorsque, par exemple, un élément agitateur doit être monté dans un auto- clave sous pression, des difficultés peuvent se produire lors de l'utilisation de la vibration dans le sens longitudinal de l'axe de l'agitateur du fait que l'organe de fermeture, donc par exemple la membrane décrite, participant aux oscillations freine fortement la vibration étant donné qu'à chaque oscilla- tion contre la pression du récipient, cette pression doit être surmontée. La commande de vibration doit donc toujours surmon- ter cette pression. Mais lors du mouvement en sens contraire,
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en s'écartant du récipient, cette force est récupérée du fait que la membrane exerce sa pression vers l'extérieur.
En consé- quence, lorsque, par exemple, la commande vibratoire est montée de façon qu'elle puisse utiliser cette force de réaction ( par exemple avec un organe accumulateur de force tel que volant, ressort, etc..), il ne se produit pratiquement pas de perte de force par la pression à surmonter. L'organe de commande est toujours un peu plus compliqué de ce fait, ce qui n'est pas dé- sirable, en particulier dans de petits appareils. De même, lors- qu'on utilise un vibrateur ordinaire à courant alternatif, ceci compliquerait la commande. Pour remédier à cet inconvénient, on peut choisir une forme de réalisation suivant la figure 20, ou bien on peut monter extérieurement sur la membrane un ressort antagoniste qui est sous tension si forte qu'il est en équili- bre avec la contre-pression régnant dans la chaudière ( voir la figure 19 ).
Mais, si la pression de la chaudière varie, ce ressort antagoniste doit toujours être réglé, ce qui pourrait se faire automatiquement; toutefois la commande serait de nou- veau compliquée.
Lors de la vibration transversale avec pivot ou lors de la vibration à torsion, ces complications disparaissent. Si le pivot est établi à un endroit où l'axe de l'agitateur passe par la fermeture de la chaudière ( figure 16 ), le mouvement vibra- toire peut être transmis dans l'intérieur de la chaudière sans que la pression régnant dans celle-ci empêche le mouvement.
Pour la fermeture et la constitution du pivot, quelques exem- ples de réalisation sont représentés aux figures 21 à 23.
La figure 21 montre un organe de fermeture simple qui con- siste en ce que l'axe 13 de l'agitateur est passé à travers un trou convenable 14 de la chaudière. Le trou 14 est de prégéren- ce un peu arrondi, afin que l'axe 13 de l'agitateur qui tourne autour du point 15 puisse bien rouler. A l'aide de la plaque de serrage 16 et de la saillie 17 une garniture 18 en matière
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plastique ( caoutchouc, caoutchouc artificiel, silicone, teflone, etc..) est serrée intérieurement et extérieurement, cette garni- ture assurant l'étanchéité. Etant donné que le bras agitateur ne parcourt qu'un tout petit trajet à son pivot 15, le mouvement peut se faire malgré le joint étanche, car la matière plastique du joint cède un peu.
Dans chaque cas, suivant la pression de la chaudière, le pressage peut être augmenté ou diminué à l'aide de l'écrou 19. A l'aide d'un tel joint étanche, on peut encore surmonter des pressions maxima de la chaudière, donc même des pressions de 200 à 300 atm. et plus. La figure 23 montre en principe le même type de joint, mais avec un siège sphérique pour le bras de l'agitateur. Ceci est avantageux par exemple avec de grands et lourds organes agitateurs, car le poids de l'agitateur est supporté par le support sphérique.
L'exemple suivant la figure 22 montre une réalisation qui peut être utilisée surtout pour une vibration à torsion. Ici, la matière plastique entoure l'axe de l'agitateur, puis prend appui, d'une part, contre le collet 17 et, d'autre part, contre la rondelle 16. Ici aussi, le mouvement est si petit que la transmission de l'oscillation s'effectue sans coincement.
Quelques formes de réalisation comportant des éléments agitateurs élastiques sont représentées aux figures 24 à 29.
Comme on l'a déjà mentionné, une circulation du liquide à tra- vailler ne peut pas être obtenue par une plaque rigide vibrante, mais on a constaté de façon surprenante que ces conditions se modifient lorsqu'on utilise, à la place d'un agitateur rigide, un agitateur qui est mis en oscillation de son côté par le mou- vement de vibration, donc qui reçoit une sorte d'oscillation propre, c'est-à-dire, en d'autres termes, lorsqu'on fixe à 1' agitateur un disque, une bande, une plaque, etc.., qui présente une certaine flexibilité et une certaine élasticité. Ces élé- ments agitateurs sont mis, par le mouvement vibratoire, en une oscillation " ondulatoire " qui fouette le liquide dans un sens
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déterminé, ce qui produit une circulation très intense.
On a même constaté qu'une vitesse très considérable des liquides peut être obtenue avec de tels agitateurs.
La figure 24 montre un tel agitateur qui est constitué par un disque 20, plus ou moins élastique, relié directement à l'axe vibrant de l'agitateur. Par la vibration le disque est mis en oscillation ondulatoire, le nombre de crêtes d'ondula- tion et de points neutres étant déterminé suivant la grandeur du disque, son élasticité et la fréquence des oscillations.
Le liquide est fouetté du centre de l'agitateur vers l'extéri- eur, ce qui produit une forte circulation qui peut être augmen- tée à volonté jusqu'au " bouillonnement " énergique ( par exem- ple en augmentant l'amplitude de vibration). Le disque peut être rond, rectangulaire, etc.., c'est-à-dire présenter toute forme désirée, l'agitation étant toujours un peu différente.
Dans l'exemple suivant la figure 25, plusieurs membranes d'agitation sont placées sur le même bras agitateur.
Lorsqu'on désire un effet d'agitation qui ne s'écarte pas en tous sens à partir de l'axe de l'agitateur, mais dans un sens déterminé, on peut fixer sur l'axe de l'agitateur d'un seul côté une plaquette agitatrice élastique à la place d'une plaque en- tière dans laquelle l'agitateur est fixé au milieu. Le courant s'effectue alors en partant de l'axe dans la direction dans la- quelle la plaquette est fixée. Si un tel agitateur est placé tangentiellement dans un récipient rond, le liquide commence à tourner violemment. On peut donc obtenir de cette manière un ef- fet d'agitation analogue à celui obtenu avec un agitateur rota- tif classique ( figure 26 ) .
Dans certains cas, il est avantageux de n'utiliser ni un disque fermé ni une plaquette séparée sur l'agitateur. Dans ce cas, on peut employer un disque subdivisé en plusieurs segments ( figure 27 ). De cette manière, on obtient un courant radial subdivisé. De tels agitateurs ont donné de très bons résultats
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dans des liquides très visqueux.
Pour une application spéciale, la partie élastique parti- cipant à l'oscillation de l'agitateur peut aussi être construi- te de façon que l'on utilise seulement une pièce intermédiaire élastique. Ceci permet l'utilisation de matière non élastique également pour ce type d'agitateur. En même temps la partie oscillante de l'agitateur peut avoir un profil quelconque qui n'est pas élastique en soi et qui ne participerait donc pas aux oscillations ( figure 28).
Etant donné que, comme on l'a décrit ci-dessus, avec la suspension d'un seul côté d'une plaquette élastique il se forme un courant partant de l'axe de l'agitateur, on voit aisément que lorsque l'ensemble est monté dans le tube 21, comme le mon- tre la figure 29, il se produit dans le tube une circulation, donc un effet de pompage. Cet effet peut être utilisé pour pom- per des liquides et également des gaz. La fermeture et l'entrée de l'axe de l'agitateur dans le tube mentionné sont de préfé- rence assuréesà l'aide d'une membrane participant à l'oscilla- tion.
Comme le montrent les exemples décrits dans ce qui précè- de, l'objet de la présente invention résout le problème de 1' agitation, du mélange, de l'émulsionnement, etc.., d'une maniè- re extrêmement simple, les effets obtenus dépassant de beaucoup ceux des dispositifs agitateurs connus. Naturellement les exem- ples de réalisation décrits n'ont qu'un rôle directif et de nom- breuses autres réalisations particulières d'agitateurs peuvent être établies en application de l'invention. Le dispositif con- forme à l'invention n'est pas limité à l'application au domaine chimique, mais peut naturellement être utilisé dans toutes les branches possibles de la technique.
REVENDICATIONS.
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