L'invention a trait à un procédé de granulation d'un produit, préalablement mis sous forme liquide, consistant à créer, à partir de ce liquide et dans un milieu propre à en provoquer la solidification, un jet à écoulement laminaire et de section circulaire, à fractionner le jet en un chapelet de gouttelettes et à récolter les sphé
rules résultant de la solidification des gouttelettes.
Il est connu de granuler une substance, préalablement rendue fluide par dissolution ou par fusion, en recourant à l'instabilité qui affecte tout jet liquide et qui oblige ce jet à se fractionner en un chapelet de gouttelettes. Ces gouttelettes, après une période transitoire au cours de laquelle elles passent par diverses formes, se stabilisent et deviennent, sous l'effet de la tension interfaciale liquide-milieu ambiant, des sphères quasi parfaites. En conférant au milieu ambiant la propriété de solidifier le liquide, que ce soit en permettant au solvant de s'évaporer (dans le cas d'une solution), ou que ce soit en permettant au liquide de se refroidir (dans le cas d'une substance fondue), on obtient des granules solides, de forme parfaitement sphérique.
Or, I'instabilité naturelle d'un jet est causée par des perturbations locales d'écoulement, dont l'origine se trouve soit à la naissance du jet, par exemple du fait d'une irrégularité de forme de l'ajutage dont sort ce jet, du fait d'une vibration de cet ajutage ou du fait d'une irrégularité de la pression à laquelle est soumis le liquide d'où provient le jet, soit dans le jet lui-même, par exemple à la suite de fluctuations de pression du milieu ambiant dans lequel le jet s'écoule. Ces phénomènes étant aléatoires, la dimension des gouttelettes est très irrégulière. Il en résulte que pour se rendre maître de l'instabilité du jet, en particulier pour imposer à cette instabilité une périodicité bien déterminée et obtenir des gouttelettes de dimensions uniformes, il faut agir positivement soit sur l'origine du jet, soit sur le jet lui-même.
Cette action est exercée soit en appliquant des vibrations forcées à l'ajutage (vibrations mécaniques) ou au liquide dont provient le jet (vibrations acoustiques en milieu liquide), soit en appliquant des vibrations forces au milieu ambiant qui entoure le jet (vibrations acoustiques en milieu gazeux). On peut ainsi régler la longueur des tronçons en lesquels le jet se scinde et, par conséquent, assurer
la régularité de la dimension des gouttelettes en lesquelles ces tronçons se muent.
Le présent procédé repose sur la constatation qu'une électrode, par exemple une plaque, située à proximité d'un jet de liquide et reliée à une source de tension, exerce sur le jet un effet mécanique qui se traduit par une déviation de ce jet. Cela est dû à l'asymétrie de la position d'une telle électrode par rapport au jet.
On constate en outre que si la tension de la source est une tension alternative, la grandeur de la déviation varie périodiquement. Si l'on recourt à une disposition symétrique, par exemple en donnant à l'électrode la forme d'une pièce de révolution, telle qu'un anneau circulaire, bien centrée sur l'axe du jet, on n'observe plus une déviation, mais un amincissement du jet: on en déduit que l'électrode produit une accélération de ce dernier. Si la source qui alimente cette électrode annulaire a une tension qui varie pério- diquement, par exemple une tension alternative sinusoïdale, on constate que le jet subit une variation périodique de section, variation périodique qui s'amplifie rapidement le long du jet, audelà de l'électrode, et finit par provoquer le fractionnement de ce jet.
En d'autres termes, le passage du jet à travers l'électrode annulaire provoque, lorsque cette électrode est alimentée par une source à tension alternative, un déplacement du point où le jet se fractionne: ce point de fractionnement se rapproche de l'origine du jet, lequel se raccourcit.
Ce phénomène de fractionnement dit forcé entre dans le cadre de la théorie que Rayleigh a établie au sujet des effets produits par des vibrations mécaniques périodiques appliquées à des jets de liquide. Dans son ouvrage classique, intitulé Theory of
Sound , Rayleigh a montré que l'amplitude des perturbations de forme, notamment des variations de diamètre, que le jet subit sous l'effet de ces vibrations croit selon une loi exponentielle en
fonction de la distance le long du jet, de sorte que ces perturba
tions produisent très rapidement le fractionnement. Rayleigh a
montré, de plus, que ce phénoméne était le plus prononcé lorsque
la fréquence des vibrations avait une valeur telle que la longueur
d'onde, mesurée le long du jet, des perturbations qu'elles pro
duisent était égale à 4,5 fois le diamétre du jet.
Le phénomène décrit plus haut permet donc de se rendre
maître du fractionnement d'un jet, et constitue la base d'un pro
cédé électrique de granulation qui élimine les inconvénients inhé 1rents aux procédés connus: du fait qu'il permet d'amincir un jet
par une action purement électrique qui ne perturbe pas le carac
tère laminaire de l'écoulement de ce jet, il permet de descendre
très bas dans la dimension des granules obtenus tout en mainte
nant très faible la dispersion de leur granulométrie et, du fait qu'il
agit par voie électrique, il est silencieux.
On a constaté, en outre, que pour assurer une granulométrie
peu dispersée des sphérules, il convenait d'éviter que les goutte
lettes résultant du fractionnement se rencontrent avant qu'elles
soient solidifiées. Ce risque de rencontre en vol existe surtout
quand, pour des raisons d'économie de place, on ne recourt pas à
un jet vertical descendant. En effet, pour offrir aux gouttelettes le
plus long chemin de solidification dans l'enceinte la plus compacte
possible, il convient de leur faire décrire une trajectoire balistique,
de forme parabolique, avec une inclinaison initiale proche de 45-.
Or, du fait de la dispersion inhérente à tout mouvement balis
tique, certaines gouttelettes décriront une trajectoire située au-des
sous de la trajectoire type à inclinaison de 45 et d'autres décri
ront une trajectoire située au-dessus de cette trajectoire type. Or
on sait que, du fait de la résistance de l'air, les trajectoires balis
tiques ne sont pas rigoureusement paraboliques; de plus, celles
qui sont situées au-dessus de la trajectoire type sont des trajec
toires plongeantes qui croisent les trajectoires tendues qui
sont situées au-dessous de celle-ci. Pour éviter des heurts entre
gouttelettes, il convient donc de supprimer ces croisements, en
obligeant les trajectoires à s'écarter l'une de l'autre dans le sens
horizontal.
Le procédé proposé réalise cet écartement en recou
rant à nouveau à une action électrique sur les gouttelettes en lieu
et place d'une action mécanique sur l'ajutage, action mécanique
qui perturberait le fractionnement du jet et affecterait la granulo
métrie des sphérules.
Le procédé qui constitue l'invention combine donc plusieurs actions électriques pour transformer un jet d'un produit liquéfié en un ensemble de sphérules du produit solidifié. Ce procédé est caractérisé par le fait que l'on amincit le jet en le soumettant à l'action d'un premier champ électrique invariable possédant une composante dirigée selon l'axe du jet, que l'on provoque le fractionnement forcé du jet en le chapelet de gouttelettes en le soumettant à l'action d'un deuxiéme champ électrique variant pério- diquement et possédant une composante dirigée selon l'axe du jet, que l'on charge électriquement chacune des gouttelettes,
et que l'on soumet les gouttelettes chargées à l'action d'un troisième champ électrique exerçant sur chacune d'elles une force horizontale la faisant dévier perpendiculairement à sa trajectoire initiale, cette force variant d'une gouttelette à la suivante, de manière à empêcher les gouttelettes de se rencontrer en vol.
Une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, qui comprend un ajutage de section droite circulaire délivrant le produit liquéfié sous la forme d'un jet au sein duquel le liquide est animé d'un écoulement laminaire, le jet jaillissant dans un milieu propre à créer la solidification du liquide, est caractérisée par le fait qu'elle comprend, à la suite les unes des autres et en aval de l'ajutage, une première paire d'électrodes connectées aux deux pôles, respectivement, d'une première source de tension, ces électrodes ayant une forme annulaire et étant disposées coaxialement au jet, et la première source ayant une différence de potentiel constante de manière que la première paire d'électrodes engendre un champ électrique axial continu produisant un amincissement du jet;
une deuxième paire d'électrodes connectées aux deux pôles, respectivement, d'une deuxième source de tension, ces électrodes ayant une forme annulaire et étant disposées coaxialement au jet, en aval de la première paire, et la deuxième source de tension ayant une différence de potentiel qui varie périodiquement de manière que la deuxième paire d'électrodes engendre un champ électrique axial périodique produisant un fractionnement du jet aminci en un chapelet de gouttelettes; un moyen de charge conférant à chacune de ces gouttelettes une charge électrique;
et un moyen de déflexion électrique comprenant au moins une électrode et une troisième source électrique dont l'un des pôles est relié à cette électrode, cette électrode étant située à proximité de la trajectoire des gouttelettes, dans une position telle que le champ électrique qu'elle engendre exerce sur chacune des gouttelettes une force horizontale perpendiculaire à cette trajectoire, ce moyen de déflexion étant agencé de manière que cette force varie d'une gouttelette à la suivante.
La description qui va suivre se rapporte au procédé ainsi qu'à un exemple d'installation. Elle est illustrée par le dessin annexé, dans lequel:
La fig. 1 représente schématiquement l'installation.
Les fig. 2, 3 et 4 se rapportent à des variantes.
Le procédé proposé consiste donc à créer le jet soumis au fractionnement forcé en partant d'un jet délivré par un ajutage de diamètre suffisant pour garantir un écoulement laminaire, et amincir ce jet en lui appliquant un champ électrique axial fixe et invariable dans le temps. L'action du champ a pour effet d'accélérer le jet, donc selon la loi de continuité hydrodynamique de l'amincir. Cet étirage du jet étant purement électrique, il n'en résulte pas de perturbation de l'écoulement, lequel reste laminaire. Ce ne serait pas le cas si l'on voulait créer le jet mince à l'aide d'un ajutage très fin, étant donné les irrégularités d'usinage qui, dans un ajutage très fin, deviennent importantes par rapport au diamètre et qui, de ce fait, rendent l'écoulement instable.
On provoque ensuite le fractionnement du jet aminci, ce qui est réalisé en soumettant ce dernier à un champ électrique axial alternatif, lequel exerce sur lui une action perturbatrice périodique qui cause son fractionnement forcé. La longueur des tronçons
auxquels conduit ce fractionnement forcé est imposée par la fré
quence de l'action perturbatrice, donc du champ alternatif,
contrairement au fractionnement naturel qui est aléatoire. Ce
fractionnement forcé assure une parfaite régularité du diamètre
des gouttelettes en lesquelles se transforment ces tronçons sous
l'effet des forces superficielles, par conséquent une parfaite régula
rité de la dimension des sphérules résultant de la solidification de
ces gouttelettes.
Enfin pour imposer la séparation des trajectoires dans le sens
horizontal, en vue d'éviter que les gouttelettes se heurtent en vol,
ces dernières sont chargées électriquement puis déviées de leur tra
jectoire naturelle par l'action d'un nouveau champ électrique
exerçant sur elles une force horizontale qui diffère d'une goutte
lette à la suivante de manière à empêcher ces gouttelettes de se
rencontrer en vol. La charge des gouttelettes est assurée soit par
influence électrique provoquée par le champ de fractionnement,
dans le cas où le liquide est conducteur et où le champ de frac
tionnement s'étend jusqu'au point où prend naissance le chapelet
de gouttelettes, soit en ionisant une partie du milieu que tra
versent les gouttelettes, dans le cas où le liquide est isolant.
Enfin,
la force déviatrice variable est exercée soit par un champ dèflec-
teur altematif, immobile, soit par un champ d'amplitude cons
tante qui se déplace périodiquement par rapport à la trajectoire
des gouttelettes.
L'installation représentée schématiquement à la fig. 1 com
prend un ajutage 1 qui est alimenté, par une canalisation non
représentée, en un liquide 2 constitué par le produit à granuler,
produit qui a été liquéfié au préalable par un moyen quelconque,
tel que fusion ou dissolution. De cet ajutage 1, qui est connecté à
la masse, sort un jet 3 de ce liquide. En aval de l'ajutage 1 est dis
posée une paire d'électrodes annulaires 4 et 5, centrées sur l'axe du jet 3. Ces électrodes sont reliées aux deux pôles d'une source électrique 6, dont la différence de potentiel est constante. Ces électrodes donnent naissance à un champ électrique statique qui, du fait de la symétrie des électrodes, possède une composante axiale invariable représentée par la flèche 7.
Ce champ électrique statique produit un amincissement du jet 3 dont le diamètre passe de la valeur dl déterminée par l'ajutage 1 à une valeur inférieure d2.
En aval de cette première paire d'électrodes se trouve une seconde paire d'électrodes annulaires 8 et 9, elles aussi centrées sur l'axe du jet aminci 10. Ces électrodes sont reliées aux deux pôles d'une source électrique 11, dont la différence de potentiel varie périodiquement. Ces électrodes donnent naissance à un champ électrique variable qui, du fait de la symétrie des électrodes, possède une composante axiale variable représentée par la double flèche 12. Ce champ électrique variable produit sur le jet 10 une succession de boursouflures 13 dont l'ampleur augmente le long du jet jusqu'au moment où chacune d'elles se sépare du jet, phénomène qui apparaît en un point 14. Dès ce moment, le jet est fractionné et il se transforme en un chapelet de gouttelettes 15 qui prennent très rapidement, sous l'effet des forces superficielles, une forme parfaitement sphérique.
Au droit du point 14 où le jet se fractionne, se trouve une électrode annulaire auxiliaire 16 qui est reliée à l'un des pôles, par exemple le pôle positif, d'une source électrique auxiliaire 17, à différence de potentiel constante, L'autre pôle, en l'occurrence le pôle négatif, de cette source étant relié à la masse. Le liquide 2 étant supposé conducteur, il en résulte que l'électrode 16 confère aux gouttelettes 15, par effet de l'influence électrostatique, une charge électrique. Dans le cas particulier représenté, cette charge est négative. En aval du moyen de charge que constitue l'ensemble de l'électrode 16 et de la source 17 se trouve une troisième paire d'électrodes 18 et 19.
Ces électrodes ont, de préférence, une forme plane et elles sont situées de part et d'autre de la trajectoire moyenne 20 du chapelet de gouttelettes 15, sur une horizontale 21 perpendiculaire à cette trajectoire moyenne. Elles sont reliées aux deux pôles d'une source électrique 22 dont la différence de potentiel varie périodiquement, et engendrent de ce fait un champ électrique qui exerce sur les gouttelettes 15 une force transversale, représentée par la double flèche 23, qui varie périodiquement. Cette force fait dévier horizontalement les gouttelettes hors de la trajectoire 20 du chapelet, de sorte que l'ensemble des trajectoires dessine un éventail 24. Il
en résulte que les collisions de gouttelettes en vol sont évitées.
L'installation décrite fonctionne comme suit. L'écoulement au
sein du jet 3 délivré par l'ajutage 1 étant laminaire, I'écoulement
au sein du jet aminci 10 I'est aussi, puisque aucun organe méca
nique n'est entré en contact avec le liquide depuis que celui-ci a
quitté l'ajutage. Il n'a été soumis qu'à l'action du champ élec
trique 7. C'est donc un jet laminaire qui pénètre dans le champ
alternatif 12, lequel imprime à l'écoulement des perturbations
périodiques, dont l'amplitude, conformément aux expériences de
Rayleigh, croît exponentiellement jusqu'au moment où cette amplitude est supérieure au diamètre du jet. C'est ce qui se passe au point 14 à partir duquel le jet est fractionné.
La présence en cet endroit de l'électrode auxiliaire 16 fait que les gouttelettes 15 sont chargées et le dispositif de déflexion que constituent les élec
trodes 18, 19 et la source 22 provoque une déviation transversale qui a pour effet d'écarter les unes des autres les trajectoires des gouttelettes et d'empêcher ces dernières de se heurter en vol. Ce
sont donc des sphérules très uniformes et de très petit diamètre
que l'on récolte en fin de trajectoire.
Diverses variantes peuvent être imaginées. Ainsi on peut prévoir que l'électrode aval 5 de la première paire et l'électrode amont 8 de la deuxième paire sont confondues en une seule et même pièce. C'est ce que montre la fig. 2 où l'on voit l'électrode commune 25 qui est reliée à la fois à la source de tension continue 6 et à la source alternative il; cette électrode commune engendre à la fois le champ accélérateur 7, en conjonction avec
I'électrode 4 de la première paire, et le champ perturbateur 12, en conjonction avec l'électrode 9 de la deuxième paire.
On peut aussi utiliser l'électrode aval 9 de la deuxième paire d'électrodes en tant que moyen de charge. II suffit pour cela, comme le montre la fig. 3, de placer cette électrode au droit du point 14 ou le chapelet de gouttelettes prend naissance. C'est alors l'influence électrique de cette électrode 9 qui produit la charge des gouttelettes 15 engendrées à cet endroit. Néanmoins cette solution n'est pas toujours utilisable, car d'une part la charge qui est conférée ainsi aux gouttelettes n'est pas très élevée, la tension de l'électrode 9 n'étant pas aussi haute que la tension qu'on peut appliquer à une électrode de charge séparée telle que l'élec- trode 16 (fig. 1). De plus, la charge des gouttelettes change de signe à chaque altemance de la tension que la source altemative 11 applique à l'électrode 9.
Le seul avantage de cette variante est d'être plus simple et, du fait qu'elle supprime le genérateur 17, d'être plus économique.
Quant au moyen de déflexion, il peut revêtir la forme que montre la fig. 4. Il comprend une électrode mobile 26, de forme annulaire, qui entoure la trajectoire moyenne 20 du chapelet et qui est attachée mécaniquement à un moyen de déplacement, par exemple un vibreur 27, qui la fait osciller le long d'une horizontale 28 perpendiculaire à la trajectoire moyenne 20, comme le représente la double floche 29. Cette électrode mobile 26 est connectée à l'un des pôles d'une source de tension continue 30 dont l'autre pôle est connecte à la masse, et le vibreur 27 est alimenté par une source externe, non représentée. Du fait de sa forme annulaire, I'électrode 26 possède un axe de symétrie qui est aussi un axe de symétrie pour le champ qu'elle engendre.
Les gouttelettes chargées 15 ont tendance à se déplacer le long de cet axe, de sorte que le déplacement pénodique que subit ce dernier sous l'effet de l'oscillation provoquée par le vibreur 27 engendre sur chaque gouttelette une force transversale qui écarte cellesci de la trajectoire moyenne 20. Il en résulte que, au sortir de l'électrode 26, les gouttelettes 15 décrivent des trajectoires individuelles qui forment un éventail 24 analogue à celui qu'engendre la dispo- sition de la fig. I décrite plus haut.
Pour obtenir un bon fractionnement, la fréquence de la source 11 n'est pas indifférente. Rayleigh a montré que la sensibilité d'un jet à des perturbations périodiques était maximale lorsque la longueur d'onde de la perturbation, mesurée le long du jet, était égale à 4,5 fois le diamètre de celuici. Cela donne cependant des sphérules relativement grandes et relativement distantes les unes des autres.
On a avantage, au prix d'une puissance de perturbation un peu plus élevée, à raccourcir cette longueur d'onde et l'expérience a montré que travaillant avec une fréquence correspondant à 2 fois le diamètre du jet, on obtenait d'ex cellents rsultats. Si l'on tente d'augmenter la fréquence au-delà de cette limite, on se heurte très rapidement à l'écueil d'un fractionnement erratique du jet.
II est évident que le procédé et l'installation qui ont été décrits ci-dessus s'appliquent au cas où le jet est composite, c'est-à^dire formé d'une âme, faite d'un premier produit, entourée d'une gaine, faite d'un second produit, l'un et l'autre étant liquides. On obtient, dans ce cas, des sphérules composites et il suffit pour cela qu'au moins le liquide constituant la gaine du jet soit solidifiable.
Les sphérules composites obtenues de la sorte sont formées d'une coquille solide enfermant un noyau solide ou liquide, ce dernier étant encapsulé dans cette coquille. On le voit, le procédé et l'ins- tallation permettent de faire de l'encapsulation, les capsules résulte tantes pouvant atteindre des dimensions très faibles, de l'ordre de 500 microns et moins, tout en conservant une granulométrie pratiquement exempte de dispersion.
Les moyens de charge qui ont été décrits plus haut supposent que le liquide possède une conductivité électrique suffisante. Si ce n'est pas le cas, on peut recourir à une autre solution qui consiste à ioniser une partie du milieu dans lequel se meuvent les gouttelettes. Un moyen simple pour engendrer cette ionisation consiste à disposer à proximité de la trajectoire décrite par celles-ci une électrode en forme de pointe et à connecter cette pointe à une source électrique dont la tension est suffisamment élevée pour que la pointe soit le siége d'une décharge corona. Les ions ainsi engendrés se répandent au voisinage de cette pointe et un certain nombre d'entre eux se fixent sur les gouttelettes lors du passage de ces dernières au droit de la pointe.
Cette variante a été utilisée avec succès pour réaliser la déflexion des gouttelettes d'un chapelet résultant du fractionnement forcé d'un jet de paraffine liquéfiée, gouttelettes qui, après solidification en vol, sont devenues des sphérules de paraffine de 100 microns de diamètre.
Signalons enfin qu'on peut, pour la déflexion, recourir à une seule électrode en lieu et place de la paire d'électrodes 18. 19, par exemple à la seule électrode 19, et connecter celle-ci à l'un des pôles d'une source électrique, telle que la source 22, L'autre pole de cette source étant connecté à la terre.
The invention relates to a process for granulating a product, previously placed in liquid form, consisting in creating, from this liquid and in a medium capable of causing its solidification, a jet with laminar flow and of circular section. , to split the jet into a string of droplets and to collect the spheres
rules resulting from the solidification of the droplets.
It is known practice to granulate a substance, which has previously been made fluid by dissolution or by fusion, by resorting to the instability which affects any liquid jet and which forces this jet to split into a string of droplets. These droplets, after a transient period during which they pass through various forms, stabilize and become, under the effect of the liquid-ambient medium interfacial tension, almost perfect spheres. By giving the surrounding environment the property of solidifying the liquid, either by allowing the solvent to evaporate (in the case of a solution), or by allowing the liquid to cool (in the case of a solution). a molten substance), solid granules are obtained, perfectly spherical in shape.
However, the natural instability of a jet is caused by local flow disturbances, the origin of which is either at the birth of the jet, for example due to an irregularity of shape of the nozzle from which this comes out. jet, due to a vibration of this nozzle or due to an irregularity in the pressure to which the liquid from which the jet originates is subjected, or in the jet itself, for example as a result of fluctuations in pressure of the ambient medium in which the jet flows. These phenomena being random, the size of the droplets is very irregular. It follows that in order to master the instability of the jet, in particular to impose a well-determined periodicity on this instability and to obtain droplets of uniform dimensions, it is necessary to act positively either on the origin of the jet, or on the jet. himself.
This action is exerted either by applying forced vibrations to the nozzle (mechanical vibrations) or to the liquid from which the jet comes (acoustic vibrations in a liquid medium), or by applying force vibrations to the ambient environment which surrounds the jet (acoustic vibrations in gaseous medium). It is thus possible to adjust the length of the sections into which the jet splits and, consequently, to ensure
the regularity of the size of the droplets into which these sections change.
The present method is based on the observation that an electrode, for example a plate, located near a jet of liquid and connected to a voltage source, exerts on the jet a mechanical effect which results in a deflection of this jet. . This is due to the asymmetry of the position of such an electrode relative to the jet.
It is further noted that if the source voltage is an alternating voltage, the magnitude of the deviation varies periodically. If we resort to a symmetrical arrangement, for example by giving the electrode the shape of a part of revolution, such as a circular ring, well centered on the axis of the jet, we no longer observe a deviation , but a thinning of the jet: we deduce that the electrode produces an acceleration of the latter. If the source which supplies this annular electrode has a voltage which varies periodically, for example a sinusoidal alternating voltage, it is observed that the jet undergoes a periodic variation of section, a periodic variation which rapidly amplifies along the jet, beyond the electrode, and ends up causing the splitting of this jet.
In other words, the passage of the jet through the annular electrode causes, when this electrode is supplied by an AC voltage source, a displacement of the point where the jet splits: this fractionation point approaches the origin of the jet, which gets shorter.
This so-called forced fractionation phenomenon falls within the scope of Rayleigh's theory of the effects produced by periodic mechanical vibrations applied to jets of liquid. In his classic work, entitled Theory of
Sound, Rayleigh showed that the amplitude of the shape disturbances, in particular the variations in diameter, which the jet undergoes under the effect of these vibrations increases according to an exponential law in
function of the distance along the jet, so that these perturba
tions produce fractionation very quickly. Rayleigh a
showed, moreover, that this phenomenon was most pronounced when
the frequency of the vibrations had a value such that the length
wave, measured along the jet, of the disturbances they cause
duize was equal to 4.5 times the diameter of the jet.
The phenomenon described above therefore makes it possible to
master of jet splitting, and forms the basis of a pro
electric granulation device which eliminates the drawbacks inherent in known processes: due to the fact that it makes it possible to thin a jet
by a purely electric action which does not disturb the character
laminar tere of the flow of this jet, it allows to descend
very low in the size of the granules obtained while maintaining
very low dispersion of their particle size and, because it
acts electrically, it is silent.
It has also been found that to ensure a particle size
slightly dispersed spherules, it was necessary to prevent the gout
lettes resulting from fractionation meet before they
are solidified. This risk of meeting in flight exists above all
when, for reasons of economy of space, one does not resort to
a downward vertical jet. Indeed, to offer the droplets the
longest solidification path in the most compact enclosure
possible, they should be made to describe a ballistic trajectory,
parabolic in shape, with an initial inclination close to 45-.
However, due to the dispersion inherent in any movement balis
tick, some droplets will describe a trajectory located above
below the typical trajectory at bank of 45 and others described
will have a trajectory located above this typical trajectory. Gold
we know that, due to air resistance, the marked trajectories
ticks are not strictly parabolic; moreover, those
which are located above the typical trajectory are trajec
plunging roofs that cross the taut trajectories that
are located below it. To avoid clashes between
droplets, it is therefore advisable to eliminate these crossings,
forcing the trajectories to deviate from each other in the direction
horizontal.
The proposed method achieves this receding distance
rant again to an electrical action on the droplets in place
and place of a mechanical action on the nozzle, mechanical action
which would disturb the splitting of the jet and would affect the granulo
metry of the spherules.
The process which constitutes the invention therefore combines several electrical actions to transform a jet of a liquefied product into a set of spherules of the solidified product. This process is characterized by the fact that the jet is thinned by subjecting it to the action of a first invariable electric field having a component directed along the axis of the jet, that the forced fractionation of the jet is caused by the string of droplets by subjecting it to the action of a second electric field varying periodically and having a component directed along the axis of the jet, which each of the droplets is electrically charged,
and that the charged droplets are subjected to the action of a third electric field exerting on each of them a horizontal force causing it to deviate perpendicularly to its initial trajectory, this force varying from one droplet to the next, so to prevent droplets from meeting in flight.
An installation for carrying out the method according to the invention, which comprises a nozzle of circular cross section delivering the liquefied product in the form of a jet within which the liquid is animated by a laminar flow, the jet gushing out in a medium suitable for creating the solidification of the liquid, is characterized in that it comprises, following one another and downstream of the nozzle, a first pair of electrodes connected to the two poles, respectively, of a first voltage source, these electrodes having an annular shape and being arranged coaxially with the jet, and the first source having a constant potential difference so that the first pair of electrodes generates a continuous axial electric field producing a thinning of the jet;
a second pair of electrodes connected to the two poles, respectively, of a second voltage source, these electrodes having an annular shape and being arranged coaxially with the jet, downstream of the first pair, and the second voltage source having a difference of potential which varies periodically so that the second pair of electrodes generates a periodic axial electric field producing a splitting of the thinned jet into a string of droplets; a charging means giving each of these droplets an electric charge;
and an electrical deflection means comprising at least one electrode and a third electrical source, one of whose poles is connected to this electrode, this electrode being located close to the path of the droplets, in a position such that the electric field that it generates exerts on each of the droplets a horizontal force perpendicular to this path, this deflection means being arranged so that this force varies from one droplet to the next.
The description which follows relates to the process as well as to an example of installation. It is illustrated by the accompanying drawing, in which:
Fig. 1 schematically represents the installation.
Figs. 2, 3 and 4 relate to variants.
The proposed method therefore consists in creating the jet subjected to forced fractionation starting from a jet delivered by a nozzle of sufficient diameter to guarantee laminar flow, and thinning this jet by applying to it an axial electric field which is fixed and invariable over time. The action of the field has the effect of accelerating the jet, therefore according to the law of hydrodynamic continuity of thinning it. This drawing of the jet being purely electric, it does not result in any disturbance of the flow, which remains laminar. This would not be the case if one wanted to create the thin jet using a very fine nozzle, given the machining irregularities which, in a very fine nozzle, become large compared to the diameter and which, therefore, make the flow unstable.
The thinned jet is then split, which is done by subjecting the latter to an alternating axial electric field, which exerts on it a periodic disturbing action which causes its forced fractionation. The length of the sections
to which this forced fractionation leads is imposed by the fré
quence of the disturbing action, therefore of the alternating field,
unlike natural splitting which is random. This
forced fractionation ensures perfect diameter regularity
droplets into which these sections are transformed under
the effect of superficial forces, consequently a perfect
rity of the dimension of the spherules resulting from the solidification of
these droplets.
Finally to impose the separation of the trajectories in the direction
horizontal, in order to prevent the droplets from colliding in flight,
these are electrically charged then deviated from their tra
natural jectory by the action of a new electric field
exerting on them a horizontal force which differs from a drop
lette to the next in order to prevent these droplets from
meet in flight. The droplet charge is ensured either by
electrical influence caused by the fractionation field,
in the case where the liquid is a conductor and where the frac field
tion extends to the point where the rosary begins
droplets, either by ionizing part of the medium that tra
pour the droplets, in case the liquid is insulating.
Finally,
the variable deviating force is exerted either by a deflection field
altemative tor, immobile, either by a field of amplitude cons
aunt who moves periodically in relation to the trajectory
droplets.
The installation shown schematically in FIG. 1 com
takes a nozzle 1 which is supplied, by a pipe not
shown in a liquid 2 consisting of the product to be granulated,
product which has been liquefied beforehand by any means,
such as merger or dissolution. From this nozzle 1, which is connected to
mass, a jet 3 of this liquid comes out. Downstream of nozzle 1 is said
placed a pair of annular electrodes 4 and 5, centered on the axis of the jet 3. These electrodes are connected to the two poles of an electric source 6, the potential difference of which is constant. These electrodes give rise to a static electric field which, due to the symmetry of the electrodes, has an invariable axial component represented by the arrow 7.
This static electric field produces a thinning of the jet 3, the diameter of which goes from the value d1 determined by the nozzle 1 to a lower value d2.
Downstream of this first pair of electrodes is a second pair of annular electrodes 8 and 9, themselves also centered on the axis of the thinned jet 10. These electrodes are connected to the two poles of an electrical source 11, of which the potential difference varies periodically. These electrodes give rise to a variable electric field which, due to the symmetry of the electrodes, has a variable axial component represented by the double arrow 12. This variable electric field produces on the jet 10 a succession of blisters 13 whose magnitude increases. along the jet until each of them separates from the jet, a phenomenon which appears at a point 14. From this moment, the jet is divided and it turns into a string of droplets 15 which set very quickly, under the effect of superficial forces, a perfectly spherical shape.
At the point 14 where the jet splits, there is an auxiliary annular electrode 16 which is connected to one of the poles, for example the positive pole, of an auxiliary electric source 17, at constant potential difference, L ' another pole, in this case the negative pole, of this source being connected to ground. The liquid 2 being assumed to be a conductor, it follows that the electrode 16 confers on the droplets 15, by the effect of the electrostatic influence, an electric charge. In the particular case shown, this charge is negative. Downstream of the charging means formed by the assembly of electrode 16 and source 17 is a third pair of electrodes 18 and 19.
These electrodes preferably have a planar shape and they are located on either side of the mean path 20 of the string of droplets 15, on a horizontal 21 perpendicular to this mean path. They are connected to the two poles of an electrical source 22, the potential difference of which varies periodically, and thereby generate an electric field which exerts on the droplets 15 a transverse force, represented by the double arrow 23, which varies periodically. This force causes the droplets to deflect horizontally out of the path 20 of the string, so that the set of paths draws a fan 24. It
as a result, droplet collisions in flight are avoided.
The described installation works as follows. The flow at
within the jet 3 delivered by the nozzle 1 being laminar, the flow
within the thinned jet 10 I is also, since no mechanical organ
has not come into contact with the liquid since it was
left the nozzle. It was only subjected to the action of the elec
trique 7. It is therefore a laminar jet that penetrates the field
alternative 12, which imparts disturbances to the flow
periodicals, the amplitude of which, in accordance with the experiments of
Rayleigh, grows exponentially until this amplitude is greater than the diameter of the jet. This is what happens at point 14 from which the jet is split.
The presence in this location of the auxiliary electrode 16 causes the droplets 15 to be charged and the deflection device formed by the elec
trodes 18, 19 and the source 22 cause a transverse deflection which has the effect of moving the trajectories of the droplets apart from one another and preventing the latter from colliding in flight. This
are therefore very uniform spherules of very small diameter
that we harvest at the end of the trajectory.
Various variations can be imagined. Thus, provision can be made for the downstream electrode 5 of the first pair and the upstream electrode 8 of the second pair to be merged into one and the same part. This is shown in fig. 2 where we see the common electrode 25 which is connected both to the DC voltage source 6 and to the AC source 11; this common electrode generates both the accelerating field 7, in conjunction with
The electrode 4 of the first pair, and the disturbing field 12, in conjunction with the electrode 9 of the second pair.
It is also possible to use the downstream electrode 9 of the second pair of electrodes as charging means. It is sufficient for this, as shown in FIG. 3, to place this electrode in line with point 14 where the string of droplets originates. It is then the electrical influence of this electrode 9 which produces the charge of the droplets 15 generated at this location. However, this solution is not always usable, because on the one hand the charge which is thus imparted to the droplets is not very high, the voltage of the electrode 9 not being as high as the voltage that can be obtained. apply to a separate charging electrode such as electrode 16 (fig. 1). In addition, the charge of the droplets changes sign at each change in the voltage that the alternating source 11 applies to the electrode 9.
The only advantage of this variant is to be simpler and, because it eliminates the generator 17, to be more economical.
As for the deflection means, it can take the form shown in FIG. 4. It comprises a movable electrode 26, of annular shape, which surrounds the mean path 20 of the string and which is mechanically attached to a displacement means, for example a vibrator 27, which makes it oscillate along a horizontal 28 perpendicular. to the average trajectory 20, as represented by the double arrow 29. This movable electrode 26 is connected to one of the poles of a direct voltage source 30, the other pole of which is connected to ground, and the vibrator 27 is powered by an external source, not shown. Due to its annular shape, electrode 26 has an axis of symmetry which is also an axis of symmetry for the field that it generates.
The charged droplets 15 tend to move along this axis, so that the penodic displacement which the latter undergoes under the effect of the oscillation caused by the vibrator 27 generates on each droplet a transverse force which moves them away from the axis. average trajectory 20. As a result, on leaving the electrode 26, the droplets 15 describe individual trajectories which form a fan 24 similar to that generated by the arrangement of FIG. I described above.
To obtain a good fractionation, the frequency of the source 11 is not indifferent. Rayleigh showed that the sensitivity of a jet to periodic disturbances was greatest when the wavelength of the disturbance, measured along the jet, was equal to 4.5 times the diameter of the jet. This, however, results in relatively large spherules which are relatively distant from each other.
It is advantageous, at the cost of a slightly higher disturbance power, to shorten this wavelength and experience has shown that working with a frequency corresponding to 2 times the diameter of the jet, we obtain excellent results. If we try to increase the frequency beyond this limit, we very quickly come up against the pitfall of an erratic splitting of the jet.
It is obvious that the method and the installation which have been described above apply to the case where the jet is composite, that is to say formed of a core, made of a first product, surrounded by 'a sheath, made of a second product, both being liquid. In this case, composite spherules are obtained and it is sufficient for this that at least the liquid constituting the sheath of the jet is solidifiable.
The composite spherules obtained in this way are formed from a solid shell enclosing a solid or liquid core, the latter being encapsulated in this shell. As can be seen, the process and the installation allow encapsulation to be carried out, the capsules being able to reach very small dimensions, of the order of 500 microns and less, while retaining a particle size practically free of dispersion. .
The charging means which have been described above assume that the liquid has sufficient electrical conductivity. If this is not the case, one can resort to another solution which consists in ionizing part of the medium in which the droplets move. A simple way to generate this ionization consists in placing an electrode in the form of a point near the trajectory described by them and in connecting this point to an electrical source whose voltage is sufficiently high for the point to be the seat of a corona discharge. The ions thus generated spread around this point and a certain number of them attach themselves to the droplets during the passage of the latter to the right of the point.
This variant was used successfully to achieve the deflection of the droplets of a string resulting from the forced fractionation of a jet of liquefied paraffin, droplets which, after solidification in flight, became paraffin spherules of 100 microns in diameter.
Finally, let us point out that, for the deflection, it is possible to use a single electrode instead of the pair of electrodes 18. 19, for example to the single electrode 19, and connect the latter to one of the poles d. 'an electrical source, such as source 22, the other pole of this source being connected to earth.