CH620134A5

CH620134A5 -

Info

Publication number: CH620134A5
Application number: CH274978A
Authority: CH
Inventors: Yves Trouilhet
Original assignee: Blaser & Co Ag
Priority date: 1978-03-14
Filing date: 1978-03-14
Publication date: 1980-11-14
Also published as: GB2016940A; BE874803A; IT7920950A0; DE2909989A1; IT1111697B; FR2419755A1

Description

Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients des émulseurs susmentionnés.

A cet effet, l'invention a pour objet un générateur d'émulsion d'au moins deux liquides non miscibles, comprenant une enceinte de mélange de ces liquides et des moyens pour engendrer, dans cette enceinte, un effet de cavitation, caractérisé par le fait que cette enceinte présente une entrée reliée aux sources de chacun des liquides à émulsionner et à des moyens pour créer, en amont de cette entrée, un écoulement sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, la section de cette entrée étant choisie en fonction de la pression dudit écoulement, pour l'accélérer en vue d'abaisser sa pression jusqu'à la pression de vapeur de l'un desdits liquides, les parois de ladite enceinte s'évasant progressivement de ladite entrée jusqu'à une sortie mise à la pression atmosphérique.

La géométrie de l'enceinte de cavitation assure une remontée 5 progressive de la pression et permet de créer la cavitation dans un volume relativement important de liquide. Par conséquent, l'effet de la cavitation est utilisé au maximum. Enfin, l'accélération de l'écoulement est calculée dans le seul but d'abaisser sa pression à la valeur de la pression de vapeur de l'un des liquides de l'écoulement 10 et entraîne par conséquent une dépense d'énergie relativement faible.

Le dessin annexé illustre, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution et une variante du générateur d'émulsion objet de l'invention.

15 La fig. 1 est une vue en coupe de cette forme d'exécution.

La fig. 2 est une vue partielle en coupe selon II-II d'un détail de la fig. 1.

La fig. 3 est un diagramme explicatif.

Le générateur d'émulsion illustré par la fig. 1 comporte un corps 20 cylindrique 1 dans lequel une enceinte tronconique 2 ouverte à ses deux extrémités est ménagée coaxialement à l'axe longitudinal, et dont l'ouverture 4 traversant sa petite base communique avec deux sources de liquides respectives, l'une reliée à une buse 3 disposée coaxialement à cette ouverture 4, et l'autre reliée à l'espace annu-25 laire ménagé entre la buse 3 et l'ouverture 4.

Dans cette forme d'exécution, où l'on désire obtenir une émulsion d'huile dans de l'eau, la buse 3 est reliée par un conduit 5 commandé par un boisseau 6 à une source d'eau sous pression, qui peut être tout simplement constituée par le réseau d'eau de ville. 30 L'ouverture annulaire entourant la buse 3 peut être reliée à un réservoir d'huile à la pression atmosphérique, par un conduit 7 commandé, lui aussi, par un boisseau 8. La section de ce conduit peut être réglée en fonction de la concentration d'huile désirée à l'aide d'un piston 9 (fig. 2) présentant une rampe de guidage hélicoïdale 35 10 en prise avec une saillie fixe 11. Une manette 12 sert à faire tourner ce piston pour le faire pénétrer plus ou moins avant dans le conduit 7. Lorsque l'appareil est placé avec l'ouverture 13 traversant la grande base de l'enceinte tronconique 2 tournée vers le bas, un clapet antiretour 14 sert à contrôler la sortie de cette enceinte 2 en cas d'arrêt, 40 de manière que cette enteinte reste toujours remplie, pour ne pas désamorcer l'appareil. Une autre solution consisterait à tourner l'appareil afin que l'ouverture 13 de l'enceinte tronconique 2 soit tournée vers le haut.

Nous allons examiner maintenant, et avant d'en venir au fonc-45 tionnement proprement dit, l'influence des différents paramètres sur le comportement de l'appareil décrit. Le diagramme de la fig. 3 montre schématiquement la géométrie du conduit d'écoulement de l'appareil avec la répartition correspondante de la pression. 5o La portion de ce conduit dont la section est la plus faible sert à accélérer l'écoulement en abaissant sa pression jusqu'à la pression de vapeur du liquide qui est, dans cet exemple, de l'eau. R. Pozzorini dans «Das turbulente Strömungsfeld in einem langen Kreiskegel-Diffusor», Diss. ETH N° 5646, étudie la géométrie optimale pour la 55 mise en vitesse de l'écoulement avec une faible perte de charge. Si, par exemple dj/d2=4, la longueur de la section de diamètre d2 est deL/d2=2,5.

L'angle optimal de l'espace tronconique 2 destiné à ramener progressivement la pression de l'écoulement à la pression atmosphé-50 rique est, d'après G. Sovran dans «Fluid mechanics of internai flow» Elsevier (1967), de 5°. Pour un même rapport d3/d2, un angle inférieur augmenterait les pertes de charge par frottement, tandis qu'un angle supérieur augmenterait les pertes de charge dues au décollement.

65 Compte tenu de ces données, le débit minimal Vmj„ pour créer l'effet de cavitation recherché peut être calculé, en négligeant les frottements entre les sections de diamètres d2 et dî, à l'aide de l'équation de Bernoulli:

3

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p 4-PVÌ-P 4-pVÌ /47

P!+~"P'+- "fi et de l'équation de continuité: dx itd| ndi 5 ^ faut relever que, selon cette formule, la grosseur des goutte-

V=V2 =V3 — lettes qui ont été soumises à la cavitation est fortement dépen-

^ dante de la tension interfaciale. Celle-ci diminue avec le temps, au fur et à mesure que l'agent Surfactant présent dans l'huile diffuse à

d'où V • =- l'interface. Par conséquent, il est nécessaire qu'un certain volume mm 4v 1 1 io soit soumis à la cavitation afin que, conjointement à l'effet des

P ondes de pression, le temps de séjour des liquides dans cette zone ne soit pas trop court. L'enceinte tronconique 2, dont l'angle au

P2 correspondant à la pression de vapeur d'eau à la température sommet est d'environ 5°, donne un temps dé séjour de l'émulsion de fonctionnement de l'appareil et P3 à la pression atmosphérique. compris entre 0,5 et 1 s. Bien que cette durée soit relativement courte,

Pour une pression de vapeur d'eau à 10° C, P2 = 103 N/m2, une 15 on peut considérer que les résultats obtenus avec une huile par-

pression P3 = 105 N/m2, une densité p= 103 kg/m3, et des dia- ticulièrement difficile à mettre en émulsion sont tout à fait satis-

mètres d2=5 ■ 10" 3m et d3=30-10" 3m faisants, puisque les gouttelettes obtenues dans ce cas sont de l'ordre

V =2 8 10"4 m3/s=9951/h |im à 10°C et avec une pression d'eau en amont de 2 kg/cm2.

m,n ' Par comparaison, un émulseur travaillant dans les mêmes condi-

Dans la forme d'exécution décrite, l'eau sous pression arrive par 20 tions, mais utilisant l'effet de cisaillement, n'a pas permis de réduire la buse 3, tandis que l'huile est entraînée par la dépression consé- la taille des gouttelettes au-dessous de 70 um. Avec des huiles à

cutive à l'éjection de l'eau à travers la buse 3 qui crée un effet de pom- teneur plus élevée en surfactifs, la taille des gouttelettes a pu être page de cette huile qui sort par l'ouverture annulaire 4. Cette dispo- réduite jusqu'à 1 um.

sition coaxiale de l'ouverture 4 par rapport à la buse 3 est avanta- Ces valeurs montrent que, lorsque l'appareil est destiné à pro-

geuse du fait que la dépression créée dans cette ouverture 4 est fonc- 25 duire une émulsion dans de l'eau, le réseau d'eau de ville constitue tion du débit de l'eau à travers la buse 3, de sorte que la concentra- une source de liquide sous pression tout à fait appropriée, de sorte que tion de l'huile est indépendante de la pression de l'eau en amont de l'appareil peut fonctionner sans aucun autre apport d'énergie,

la buse. En variante, on peut envisager de placer dans le conduit 5,

Etant donné que, dans l'exemple décrit, la concentration maxi- juste en amont de la buse 3, un générateur de tourbillon constitué

maie d'huile dans l'eau est fixée à 20%, il est avantageux d'avoir 30 par une tôle vrillée 15 destinée à communiquer un mouvement l'arrivée d'eau au centre et celle d'huile à l'extérieur du fait que la sur- tourbillonnaire à l'eau entrant dans la buse 3. Grâce à ce mouve-

face de contact entre l'huile et l'eau est plus grande. Un autre facteur ment, l'eau ressortant de la buse est chassée contre la paroi de l'en-

intervient également en faveur de ce choix. Lorsque deux liquides de ceinte tronconique 2 sous l'effet de la force centrifuge, améliorant le viscosités différentes s'écoulent dans un tube, on peut observer que mélange avec l'huile. Ce générateur de tourbillon permet en outre le moins visqueux tend à se tenir contre la paroi du tube, ce qui, dans 35 de supprimer le clapet antiretour 14. En effet, la centrifugation du jet ce cas, facilite le mélange. Ce phénomène peut d'ailleurs encore être d'eau sortant de la buse 3 réamorce automatiquement l'appareil sans favorisé en communiquant à l'eau, en amont de la buse 3, un tour- qu'il soit nécessaire de maintenir l'enceinte tronconique 2 pleine billon qui aura pour effet de chasser l'eau vers les parois sous d'émulsion.

l'action de la force centrifuge. Certains avantages du générateur d'émulsion décrit ont déjà été

Sous l'effet de la cavitation créée dans l'enceinte tronconique 2, 40 relevés au cours de la description précédente. Il faut toutefois insister des bulles de vapeur se forment dans l'eau. Lors de la remontée de la sur la simplicité de l'appareil, sur le fait qu'il engendre la cavitation pression, ces bulles implosent et engendrent de violentes ondes de par la seule variation de vitesse de l'écoulement et que, de ce fait,

pression qui percutent les gouttelettes d'huile. Le mécanisme est le aucune pièce mobile n'intervient dans le processus de génération suivant. Pour un gradient de pression dp/dx, la force qui a tendance d'émulsion. Contrairement à d'autres émulseurs utilisant l'accélé-

à faire éclater une demi-calotte d'une gouttelette est: 45 ration de l'écoulement, la perte de charge résultant de cette accé-

2 lération est faible, de sorte que la pression nécessaire en amont de la

E d où d=diamètre de la gouttelette zone d'émulsion est relativement faible entre 2 et 6 kg/cm2. Les essais

4 dx effectués, même avec des liquides difficiles à émulsionner, ont démontré les excellentes performances de l'émulseur selon force à laquelle s'oppose la tension interfaciale îtdy. On obtient alors 50 l'invention.

le diamètre maximal des gouttelettes soumises à cette chute de près- Bien entendu, l'utilisation de cet appareil s'étend à toutes les sion par la formule: applications dans lesquelles on désire produire une émulsion.

1 feuille dessins

Claims

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1. Générateur d'émulsion d'au moins deux liquides non miscibles, comprenant une enceinte de mélange de ces liquides et des moyens pour engendrer, dans cette enceinte, un effet de cavitation, caractérisé par le fait que cette enceinte présente une entrée reliée aux sources de chacun des liquides à émulsionner et à des moyens pour créer, en amont de cette entrée, un écoulement sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, la section de cette entrée étant choisie en fonction de la pression dudit écoulement, pour l'accélérer en vue d'abaisser sa pression jusqu'à la pression de vapeur de l'un desdits liquides, les parois de ladite enceinte s'évasant progressivement de ladite entrée jusqu'à une sortie mise à la pression atmosphérique.

2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une buse reliée à l'une desdites sources de liquides est placée dans ladite entrée, et est adjacente à une ouverture reliée à l'autre source de liquide pour que la dépression régnant dans la buse crée une aspiration à travers cette ouverture.

2

REVENDICATIONS

3. Générateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite ouverture coïncide avec ladite entrée et que ladite buse débouche concentriquement dans cette ouverture.

4. Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'angle au sommet de ladite enceinte est de l'ordre de 5°.

5. Générateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que des moyens pour engendrer un mouvement tourbillonnaire de l'un desdits liquides sont disposés à l'amont de ladite buse.

On sait que, lorsqu'une chute de pression dans un écoulement de liquide atteint la valeur de la pression de vapeur de ce liquide, elle engendre un effet de cavitation qui se manifeste par la création de bulles de vapeur. L'implosion de ces bulles lors de l'élévation de la pression provoque de violentes ondes de pression.

Il a déjà été proposé d'utiliser ce phénomène pour fractionner un liquide que l'on désire mettre en émulsion dans un autre liquide. C'est ainsi que le brevet DE N° 727155 a déjà proposé de faire une émulsion par cavitation engendrée par des vibrations à fréquence sonore ou ultrasonore communiquées au liquide par un transducteur mécanique. Un tel émulseur nécessite un circuit électrique pour l'entraînement du transducteur, ce qui augmente le prix de l'appareil et est susceptible de demander un certain entretien.

Il existe aussi un homogénéiseur de la firme Manton-Gaulin, dans lequel une valve permet de réduire fortement la section d'un écoulement de manière à l'accélérer jusqu'à 300 m/s et à projeter ce jet à haute vitesse contre une paroi d'impact. Le choc contre cette paroi provoque l'émulsion recherchée. Cette solution constitue un moyen pour créer un effet d'homogénéisation de deux liquides non miscibles en aménageant un conduit d'écoulement de ces liquides en vue d'accélérer cet écoulement, cette accélération étant utilisée pour projeter ces liquides contre une paroi en vue de les fractionner. Ce faisant, la pression nécessaire doit être choisie extrêmement élevée, de l'ordre de 175 atm, entraînant une forte dépense d'énergie en considération du rendement obtenu.