CH618350A5 - - Google Patents

Description

La présente invention concerne un appareil mélangeur destiné à diverses industries et plus spécialement destiné à des opérations de mélange solide-solide ou liquide-solide.

Dans la technique antérieure, des mélangeurs ou malaxeurs de divers types ont été réalisés pour effectuer des mélanges solide-solide ou liquide-solide en vue de l'obtention d'un mélange sec ou humide de matériaux. Ces appareils mélangeurs ou malaxeurs connus consistent en des dispositifs à bascule de formes diverses renfermant ou non des déflecteurs, des agitateurs, des renforçateurs ou des baguettes de dispersion liquide ou de trituration.

Les dispositifs de la technique antérieure ne jouent qu'imparfaitement le rôle qui leur est assigné, surtout lorsqu'on les utilise pour des matériaux ayant des formes différentes ou encore des matériaux de densités différentes. Le mélangeur idéal pour traiter des particules solides devrait posséder un certain nombre de qualités en équilibre parfait, les plus importantes de ces qualités étant un effet de malaxage efficace et sans à-coup, la possibilité d'effectuer un malaxage intensif, l'étanchéité aux poussières, la possibilité de se vider complètement, la facilité de nettoyage et les frais d'entretien peu élevés.

On a constaté que l'on peut réaliser un mélangeur possédant ces qualités avantageuses en le prévoyant selon l'invention, avec deux branches de capacités volumétriques différentes. Un tel appareil mélangeur comprend un récipient présentant un sommet et des branches creuses qui divergent à partir de ce sommet, des moyens pour faire tourner le récipient autour d'un axe de rotation coupant de façon oblique les axes des branches.

Une telle disposition provoque, au cours de la rotation des coques autour d'un axe horizontal, un contre-courant de matériaux assurant un effet de malaxage synergique surprenant qui diminue considérablement la durée du malaxage par rapport au cas des appareils mélangeurs à branches jumelées de type connu.

On pense que cet effet de mélange peut être attribué à une diminution notable de la charge statique résultant normalement du contre-courant de particules et à la possibilité d'assurer des conditions de mélange complet avec un apport d'énergie très faible. On sait par exemple que, si l'on mélange certains produits comme par exemple des polymères et/ou des poudres cosmétiques, les propriétés de surface des particules ont une influence sur l'étalement ou le contre-courant et que ces propriétés de surface varient en fonction de l'apport d'énergie ou de la durée du malaxage. Un apport d'énergie trop important peut provoquer une répartition irrégulière de charges sur les particules. Il en résulte qu'il se produit un état de polarisation ayant pour effet de retarder le contre-courant. Un contre-courant de matériau accélère la suppression de ces charges statiques et, de plus, réduit considérablement leur formation. Par conséquent, le contre-courant forcé qui réduit considérablement la durée du malaxage a également pour conséquence une plus faible formation de charges statiques, ce qui, à son tour, renforce le contre-courant.

Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, une forme de réalisation.

Sur ces dessins :

la fig. 1 est une vue de côté et en élévation d'un appareil mélangeur selon l'invention ;

la fig. 2 est une vue en bout et en élévation de cet appareil;

la fig. 3 est une vue en élévation de cet appareil, prise suivant la ligne III-III de la fig. 1, les consoles de support étant retirées pour plus de clarté;

les fig. 4 et 5 représentent de façon schématique les trajectoires suivies par les matériaux en cours de mélange, à différentes phases du basculement de l'appareil.

L'appareil mélangeur selon l'invention peut consister, vu en élévation de côté, en une variante d'un mélangeur connu en forme de V ou à branches jumelées. A cette fin, il est prévu un récipient en forme de V ou de chevrons, comportant deux branches 10 et 12 dont l'une est plus courte que l'autre. De préférence, les longueurs des deux cylindres sont dans le rapport d'environ 4/3, de telle sorte que le volume ou la capacité de l'un de ces cylindres est supérieur d'environ 35% à celui de l'autre cylindre. Les deux branches 10 et 12 sont creuses et de forme cylindrique et leur position relative est telle que leurs axes longitudinaux se rencontrent. Le plan de la ligne de raccordement des branches cylindriques 10 et 12 fait un angle aigu compris approximativement entre 35 et 45°, avec l'axe longitudinal de chaque branche. Cet angle est de préférence de 35°, de manière à assurer la pente maximale pour l'évacuation du matériau. Le raccordement de ces deux branches est obtenu par des moyens appropriés, par exemple par une soudure comme indiqué en 14. Il convient de noter que de tels mélangeurs sont fréquemment utilisés pour le malaxage de produits pharmaceutiques, de cosmétiques ou de produits alimentaires, il est préférable que les cylindres soient en acier inoxydable. Toutefois, les récipients peuvent avantageusement être réalisés à partir d'autres matériaux, aussi bien des métaux qu'une matière plastique et, bien entendu, le raccordement des deux branches est assuré par application d'un procédé compatible avec le matériau utilisé.

L'extrémité extérieure de chacun des cylindres 10 et 12 est fermée par une plaque terminale ou couvercle amovible comme indiqué respectivement par les références 16 et 18. A cette fin, il est prévu, sur les côtés opposés de chacun des cylindres 10 et 12, au voisinage de son extrémité ouverte, deux supports 20, 22 et 24, 26 servant respectivement à la fixation de boutons filetés 28, 30 et 32, 34 dirigés vers le haut. Pour verrouiller les couvercles sur place, il est prévu des barres transversales 36 et 38 comportant des ouvertures, ou fentes, disposées transversalement, servant éventuellement à appliquer fermement, contre la plaque extrême correspondante, ou couvercle, les barres transversales à l'aide

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d'écrous à oreilles 40, 42 et 44, 46. La possibilité de retirer l'un ou l'autre des couvercles permet d'adapter l'extrémité du cylindre correspondant et donne accès à l'intérieur de ce cylindre en vue de l'entretien.

Le récipient est muni d'une console de support 48 qui pénètre dans un dispositif à palier et tourillon 50 situé d'un côté de l'ensemble. Ce dispositif 50 est monté sur un bâti 52 de manière que l'axe de tourillonnement soit à peu près horizontal et à la hauteur voulue au-dessus du niveau 54 du socle de l'appareil. On peut prévoir, pour assurer la rotation du récipient autour de l'axe de tourillonnement, n'importe quel moyen avantageux, par exemple un moteur électrique.

La forme de réalisation décrite est représentée de façon simplifiée comme comprenant un moteur électrique 56 relié à l'arbre de tourillonnement par l'intermédiaire de poulies 58, 60 et d'une courroie 62 passant sur ces poulies. Bien entendu, on pourrait tout aussi bien faire tourner l'ensemble à l'aide de n'importe quel moyen de transmission d'énergie, par exemple un engrenage droit ou un dispositif à chaîne associé à toute source d'énergie appropriée.

On peut prévoir d'autres modes de support; c'est ainsi, par exemple, que les récipients peuvent être maintenus avec des tourillons sur les deux côtés opposés, auquel cas le tourillon peut être creux et branché sur une conduite pour l'introduction de liquide ou de solides lorsque l'appareil est fixe ou en rotation.

La disposition des entrées et des sorties de matériau dans l'appareil peut revêtir toute forme avantageuse. C'est ainsi, par exemple, que l'on peut prévoir, comme représenté sur les figures, une ouverture d'entrée pour l'introduction de matériaux à l'une ou l'autre des extrémités ouvertes des cylindres ou aux deux, ces ouvertures étant bouchées au moyen des plaques de couverture amovibles 16 et 18. Un dispositif d'entrée et de sortie de mélange peut être prévu, sous n'importe quelle forme convenable, par exemple sous la forme d'un collier 66 au sommet de l'appareil, en association avec un dispositif à soupape 68 que l'on peut commander à la main à l'aide d'un levier 70. C'est ainsi que, l'appareil mélangeur étant arrêté à la position représentée sur les fig. 1 et 2, on peut retirer l'un des couvercles 16 ou 18 ou les deux et l'on peut introduire dans les branches cylindriques 10 et 12 les matériaux à mélanger, déversés par des goulottes partant de bennes ou d'appareils élévateurs disposés au-dessus du mélangeur. Puis,

après avoir remis en place les couvercles, on fait tourner l'appareil mélangeur lentement et pendant une durée suffisante pour assurer le malaxage voulu de son contenu, après quoi on peut arrêter l'appareil à sa position représentée sur les figures et ouvrir la soupape 68 pour permettre de vider les matériaux qui ont été traités dans cet appareil, dans un réceptacle ou un transporteur approprié situé au-dessous. Toutefois, on comprendra aisément que les ouvertures de remplissage et d'évacuation ainsi que les couvercles peuvent occuper, sur l'appareil, d'autres positions que celles qui sont représentées, en fonction des conditions de manipulation des matériaux à l'extérieur de l'appareil.

Les branches cylindriques 10 et 12 de l'appareil sont montées sur des paliers de tourillonnement qui assurent la rotation de l'ensemble autour d'un axe horizontal, le montage étant tel que ces branches cylindriques sont obliques par rapport à l'axe horizontal qui est perpendiculaire au plan de l'intersection des deux cylindres constituant l'appareil.

Par conséquent, sous l'effet de la rotation de l'appareil autour de l'axe de tourillonnement, les matériaux en vrac à l'intérieur de l'appareil basculent successivement vers les extrémités fermées des branches cylindriques comme représenté de façon schématique sur la fig. 5 et vers le sommet du récipient, comme représenté sur la fig. 4. C'est ainsi par exemple que, lorsque le récipient a tourné de manière que son sommet se trouve plus haut que les branches fermées, les matériaux en vrac contenus dans ce sommet du récipient basculent et descendent en direction de la fourche ou

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arête formée par le raccordement des branches cylindriques. Cette arête a alors pour effet de séparer la masse de matériaux lisse vers le bas, en deux portions inégales et de faire descendre ces deux portions obliquement vers les extrémités fermées des branches cylindriques, comme représenté sur la fig. 5. Puis, l'appareil continuant de tourner, les extrémités fermées de cet appareil sont ramenées à une position à laquelle elles se trouvent plus haut que le sommet du dispositif, à la suite de quoi les volumes inégaux de matériaux en vrac qui remplissaient les deux extrémités fermées de l'appareil basculent et glissent vers le bas suivant les trajectoires obliques convergentes, comme représenté sur la fig. 4.

De la sorte, les portions qui se déplacent vers la fourche et vers le sommet de l'appareil simultanément en provenance des deux branches subissent un déplacement latéral forcé, de telle sorte qu'elles s'interpénétrent en assurant ainsi un meilleur essai de malaxage. On peut donc dire que le fonctionnement du dispositif consiste tour à tour à mélanger les charges pour en faire une seule fournée puis séparer le mélange en deux fournées de volumes inégaux, pour remélanger ensuite ces deux fournées et, de nouveau, séparer la nouvelle fournée en deux fournées de volumes différents. En raison du fait que la séparation des fournées se fait suivant des volumes inégaux, les matériaux mélangés subissent les déplacements latéraux de glissement, en plus des déplacements qui sont assurés par les mélangeurs classiques à branches jumelées, ainsi que des retournements et des mouvements croisés des parties supérieures de la charge par rapport aux parties qui sont restées plus bas. Les déplacements latéraux complémentaires indiqués ci-dessus sont obtenus en association avec un basculement, des mouvements croisés et des mouvements coulissants permanents de la charge sous l'effet de la rotation de l'appareil.

Il convient de remarquer que, du fait que la branche cylindrique 12 est plus courte que la branche cylindrique 10, lorsque l'on fait tourner l'appareil de manière à amener son sommet plus haut que les branches fermées (comme représenté sur la fig. 5), il tombe, dans le cylindre 10 le plus long, une plus grande quantité de matériaux à mélanger ou déjà mélangés. La rotation de l'appareil se poursuivant, les matériaux en vrac provenant des deux extrémités glissent de nouveau vers le bas et se rejoignent comme représenté sur la fig. 4. En raison du fait que les volumes des deux branches cylindriques sont différents, chaque fois que l'on fait tourner l'appareil de 180°, une quantité fixe de matériau est obligée de passer d'une branche à l'autre en traversant le plan vertical médian, ce qui provoque un échange longitudinal ou un contre-courant latéral de matériau. La durée du malaxage varie bien entendu en fonction de la quantité et du type des matériaux à mélanger et de la vitesse du mélange, mais on peut dire, en gros, que le mélangeur, comportant des branches cylindriques de longueurs inégales, divise par un facteur égal au moins à 4 la durée de malaxage du mélangeur à branches jumelées de la technique antérieure, et par un facteur d'au moins 15 la durée de malaxage des mélangeurs à deux cônes.

Pour montrer l'effet synergique et l'amélioration considérable de la durée du malaxage assurée par le mélangeur selon l'invention, on a effectué une expérience visant à comparer simultanément le mélange de quantités égales de sels colorés et de sels non colorés à l'état de granulés. L'expérience se présente comme suit: on colore en rouge, pour assurer une meilleure visibilité, une partie des sels granulés non colorés ; on construit un mélangeur d'une contenance d'environ 8 1 du type représenté sur les fig. 1 à 3 ; cet appareil est réalisé avec des tubes cylindriques en Plexiglas transparent d'un diamètre intérieur de 18,8 cm, les branches se raccordant en faisant un angle de 35° avec le plan passant par la ligne de raccordement de ces deux branches. Les longueurs de ces branches sont dans le rapport 4/3, la branche la plus longue ayant une longueur de 30 cm. On charge les cylindres par les deux extrémités de manière que la longueur moyenne des matériaux dans la branche la plus longue, lorsque le sommet de l'appareil est en haut, soit de 16,5 cm, la longueur moyenne des matériaux dans

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la branche courte étant de 12 cm. De la sorte, la branche courte renferme environ 16% moins de matériau que la grande branche.

On commence par remplir le mélangeur par le contenu de trois tasses de sel granulé blanc non teint dans la grande branche cylindrique, après quoi on introduit le contenu de deux tasses de sel granulé teint en rouge dans la petite branche. Puis on introduit trois tasses complémentaires du sel granulé non teint dans la grande branche et le contenu d'une tasse du sel teint dans la petite branche. Enfin, on introduit quatre tasses complémentaires de sel non teint dans la grande branche. On introduit tous ces matériaux par les extrémités après avoir retiré les couvercles que l'on remet en place et que l'on fixe de nouveau une fois le chargement terminé. C'est à dessein, et pour réaliser des conditions de chargement les plus difficiles, que l'on introduit des quantités très différentes de sel teint et de sel non teint, et que l'on remplit l'appareil tour à tour dans les branches cylindriques et par le côté. Bien entendu, on pourrait également introduire les matériaux au centre, par l'ouverture du sommet de l'appareil de manière que se produise un certain malaxage provoquant une diminution de la durée du malaxage, mais on ne l'a pas fait.

On a effectué une expérience analogue de chargement avec un mélangeur à deux cônes à chargement latéral, d'une contenance d'environ 8 1, également en Plexiglas transparent pour observer le malaxage. L'expérience se présente comme suit: on remplit cet appareil à deux cônes tour à tour par le côté droit et par le côté gauche, avec le contenu successivement de deux, trois, une et quatre tasses de sel à l'état granulé. On introduit le sel blanc par le côté droit et le sel rouge par le côté gauche.

De même, on réalise un mélangeur à deux branches en V de type classique, d'une contenance d'environ 8 1, dont les branches ont le même volume; cet appareil est constitué par des tubes de Plexiglas transparent d'un diamètre intérieur de 18,8 cm; on charge l'appareil avec du sel teint et du sel non teint, dans des conditions qui sont les mêmes que pour le chargement du mélan- ' geur selon l'invention.

On prélève tous les matériaux dans le même sac et l'on se sert de la même tasse pour effectuer les mesures. On remplit chaque tasse à ras avant d'en déverser le contenu, de sorte que les quantités mesurées sont égales. Les divers appareils utilisés sont branchés sur une même source d'énergie, on les fait démarrer simultanément et ils tournent à la même vitesse et l'on observe l'effet de malaxage dans chacun d'eux.

Au bout de 1 mn, le mélangeur selon l'invention présente un mélange modéré du sel rouge et du sel blanc à gauche et à droite du centre. On peut remarquer une ligne de séparation colorée dans le plan vertical au raccordement des deux cylindres, une fois que les appareils sont arrêtés, mais le rouge et le blanc sont toutefois suffisamment mélangés pour que l'on ait une coloration rose de chaque côté.

Avec l'appareil à deux cônes, on observe un effet de malaxage médiocre.

Avec le mélangeur classique à branches jumelées, on observe une ligne de séparation verticale colorée bien nette, qui subsiste quand l'appareil tourne. Un côté est surtout rose, tandis que l'autre côté est surtout blanc et on observe une dispersion progressive du sel rouge vers l'extérieur à partir de la fourche.

Au bout de 3 mn, le mélangeur selon l'invention indique un malaxage complet, le contenu des deux branches étant d'une couleur bien uniforme. Au bout de 3 mn, le mélangeur à deux cônes présente un malaxage médiocre, tandis que le contenu du mélangeur à branches jumelées de type classique continue de présenter une ligne de séparation colorée bien nette entre le côté gauche et le côté droit. On ne remarque aucune modification dans le mélangeur selon l'invention au bout d'une autre minute de malaxage et on arrête le moteur.

Au bout de 4 mn, la coloration des matériaux dans l'appareil à branches jumelées de type classique indique qu'il subsiste un contraste net entre les teintes du contenu du côté gauche et du contenu du côté droit de l'appareil.

Si l'on continue de faire tourner le mélangeur à branches jumelées de type classique pendant 6 mn, on peut encore observer les modifications de coloration et la ligne de séparation colorée verticale demeure bien nette; quant au mélangeur à deux cônes, il ne présente que peu de changement d'aspect.

Au bout de 7 mn, la ligne de séparation colorée de l'appareil à branches jumelées de type classique commence à devenir floue, alors qu'au contraire un déplacement de coloration devient apparent dans l'appareil à deux cônes, bien que, de toute évidence, le mélange soit près d'être réalisé.

Au bout de 9 mn, les matériaux dans chaque branche cylindrique de l'appareil de type classique présentent une couleur uniforme, mais il apparaît une légère différence de teinte. La ligne verticale colorée de séparation s'est déplacée obliquement à partir du centre. L'appareil à deux cônes commence à présenter des signes visibles de malaxage, bien que l'on puisse encore distinguer nettement des granulés rouge sombre et des granulés blancs.

Au bout de 11 mn, les matériaux dans le mélangeur à branches jumelées de type classique sont presque complètement mélangés, mais toutefois il subsiste une légère différence de teinte. Au bout de 12 mn, cette différence de teinte a disparu et la coloration du contenu est identique à celle du contenu du mélangeur selon l'invention.

Avant d'obtenir un bon malaxage dans le mélangeur à deux cônes, il faut le faire tourner pendant 1 h.

Le tableau indique les variations du mélange, ou malaxage, en fonction du temps, pour les trois appareils.

Degré de malaxage

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jumelées selon jumelées de

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On notera que le mélangeur selon l'invention provoque un déplacement latéral des matériaux d'une nouvelle manière avec un meilleur effet de mélange et un meilleur rendement sans augmentation correspondante de la consommation en énergie.

On comprend aisément que l'on peut éventuellement ajouter, à l'intérieur du récipient, divers dispositifs agitateurs ou analogues, en fonction des matériaux à traiter et des conditions ; bien entendu, l'utilisation de tels dispositifs agitateurs provoquerait une agitation locale complémentaire des matériaux, commandée par la forme de l'appareil, comme expliqué plus haut. On peut également utiliser, à l'intérieur de l'appareil, des baguettes de dispersion de liquide, dans le cas d'un mélange liquide-solide. '

Dans la forme d'exécution préférée décrite, la longueur des deux bandes cylindriques est différente; toutefois, dans une variante, ces bandes peuvent être de même longueur, mais présenter des sections différentes. En effet, la caractéristique essentielle du mélangeur réside dans le fait que les deux branches sont de volumes différents.

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1 feuille dessins

Claims (8)

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1. Appareil mélangeur comprenant un récipient présentant deux branches ayant chacune la forme d'un cylindre creux allongé, caractérisé en ce que les branches ont des capacités volumétriques différentes et présentent des axes sécants, les branches étant réunies à l'une de leurs extrémités où elles se coupent selon un plan commun pour constituer un sommet du récipient, et en ce qu'il comprend des moyens pour faire tourner le récipient autour d'un axe coupant de façon oblique les axes des branches.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur de la première branche est supérieure à la longueur de la seconde branche.

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REVENDICATIONS

3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport des longueurs des deux branches est approximativement égal à 4/3.

4. Appareil selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la capacité volumétrique de la branche la plus longue est supérieure d'environ 35% à celle de la branche la plus courte.

5. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'angle aigu existant entre l'axe de chaque branche et le plan commun est compris approximativement entre 35 et 45°.

6. Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le récipient comprend à l'extrémité d'au moins une des branches une ouverture munie de moyens amovibles de fermeture.

7. Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le sommet comprend une ouverture munie de moyens amovibles de fermeture.

8. Appareil selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le récipient a, en vue en élévation de côté, la forme d'un chevron.