EP0236236B1 - Dispositif mélangeur de deux liquides de densités différentes - Google Patents

Dispositif mélangeur de deux liquides de densités différentes Download PDF

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EP0236236B1
EP0236236B1 EP87400476A EP87400476A EP0236236B1 EP 0236236 B1 EP0236236 B1 EP 0236236B1 EP 87400476 A EP87400476 A EP 87400476A EP 87400476 A EP87400476 A EP 87400476A EP 0236236 B1 EP0236236 B1 EP 0236236B1
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tube
liquids
helical
mixing device
liquid
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EP87400476A
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Bernard Dureault
Michel Quanquin
Delphin Loucano
Didier Ruban
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • B01F27/81—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis the stirrers having central axial inflow and substantially radial outflow
    • B01F27/812—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis the stirrers having central axial inflow and substantially radial outflow the stirrers co-operating with surrounding stators, or with intermeshing stators, e.g. comprising slits, orifices or screens

Definitions

  • the present invention relates to a device for mixing two liquids, of different densities.
  • the invention relates to a device for mixing two liquids, of different densities, comprising a tube arranged substantially vertically, a shaft capable of rotating coaxially in the tube and successively comprising from bottom to top a helical lower part, the helix is formed in a first direction, at least one pallet located in a radial plane of the shaft and with an outside diameter slightly less than the inside diameter of the tube, a helical upper part whose propeller is formed in a second direction opposite to the first sense, holes being formed in the tube facing the pallet, a liquid inlet orifice being provided so that liquid flows down to the helical upper part, the shaft rotating according to the first direction so that liquids are drawn in through the open lower end of the tube and through said inlet and expelled through the tr ou.
  • DE-C-634 389 is a device for mixing a liquid with another liquid, a gas or a solid.
  • this device comprises two propellers mounted on a common axis, the pitches of these propellers being opposite. Between them, there are radial pallets mounted on the shaft opposite the discharge orifices.
  • the respective fluids are driven by propellers, the blades of which do not extend over more than one complete revolution, that is 360 ° . Consequently, the blades of these propellers give speed to the flow of liquid but do not give it pressure.
  • the pitches of these propellers are not suitable for the case where the fluids have different densities.
  • the invention specifically relates to a device for mixing two liquids which overcomes the drawbacks mentioned above.
  • the mixing device is characterized in that the helical parts comprise at least several complete turns so as to constitute an Archimedes screw, and in that the helical pitches of said helical parts (14, 18) are different .
  • the mixing device is suitable for the case where the fluid densities are different, for example in a ratio of 1 to 1.8. It also makes it possible to mix different volumes, for example in a ratio of 1 to 50. In other words, 1 part of a liquid is mixed with 50 parts, by volume, of the other liquid. To reduce the volume, simply tighten the pitch of the Archimedes' screw, which has the effect of reducing the flow rate.
  • said inlet orifice consists of windows formed in the tube slightly above the helical upper part or by the open end of the tube.
  • a device for mixing two liquids is shown in the single figure.
  • the mixing device referenced 2 is used for mixing two liquids 4, 6 of different densities, the liquid 6 being for example the heaviest and lying at the bottom of a container 8.
  • the mixing device 2 firstly comprises a tube 10 disposed substantially vertically.
  • a shaft 12 is housed in the tube 10 so as to be able to rotate coaxially in the tube 10.
  • This shaft 12 successively comprises from bottom to top a helical lower part 14 whose helix is formed in a first direction, at least one pallet 16 whose outside diameter is slightly less than the inside diameter of the tube 10 and a helical upper part 18 whose helix is formed in a second direction opposite to said first direction.
  • Holes 20 are formed in the wall of the tube 10 opposite the pallet 16.
  • Windows 22 are also formed in the wall of the tube 10 slightly above the helical upper part 18.
  • the helical lower part 14 is intended to suck the liquid 6 of higher density through the lower end of the tube 10 and the helical upper part 18 is intended to suck the liquid 4 of lower density through the windows 22, the steps of the propellers being determined according to the density of each of the liquids and the respective flow rates desired for said liquids.
  • the mixing device according to the invention therefore allows a mixture of liquids of very different densities while having a slow separation, a fine and fairly long dispersion and an effective exchange of salts.
  • Such a device makes it possible to pass almost all of the salts from one solution into the other solution. It is capable of working in both continuous and discontinuous operation.
  • the device would therefore essentially be used to suck the liquid 6 of higher density, bring it up and mix it with the liquid 4 which would descend into the tube 10. The mixture made would always be expelled through the hole 20.

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Description

  • La présente invention a pour objet un dispositif mélangeur de deux liquides, de densités différentes.
  • Plus précisément, l'invention concerne un dispositif mélangeur de deux liquides, de densités différentes, comportant un tube disposé de façon sensiblement verticale, un arbre apte à tourner coaxialement dans le tube et comprenant successivement de bas en haut une partie inférieure hélicoïdale dont l'hélice est formée selon un premier sens, au moins une palette située dans un plan radial de l'arbre et de diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube, une partie supérieure hélicoïdale dont l'hélice est formée selon un second sens contraire au premier sens, des trous étant formés dans le tube face à la palette, un orifice d'entrée du liquide étant prévu de manière à ce que du liquide s'écoule vers le bas jusqu'à la partie supérieure hélicoïdale, l'arbre tournant selon le premier sens de telle sorte que les liquides sont aspirés par l'extrémité inférieure ouverte du tube et par ledit orifice d'entrée et expulsé par les trous.
  • Dans certaines industries, notamment l'industrie chimique, il est intéressant de pouvoir mélanger deux liquides ou solutions de densités et/ou phases différentes sans qu'il y ait une séparation trop rapide des deux phases en présence et tout en ayant une dispersion fine et assez longue. Lorsque les deux liquides sont constitués par deux solvants, l'un en phase aqueuse et l'autre en phase organique, des sels minéraux peuvent passer de la solution organique à la solution aqueuse si les deux liquides sont mélangés de façon très fine et pendant un temps relativement long. Il est alors possible de recueillir les sels de la solution aqueuse puis de les purifier en vue d'une réutilisation ultérieure.
  • On connaît comme dispositifs mélangeurs classiques des agitateurs à barreau magnétique ou des hélices motorisées. Dans les deux cas, le barreau ou l'hélice crée dans les deux liquides un vortex brassant les deux phases en contact. Dans le cas où les deux phases ont des densités très différentes, la séparation des deux phases est trop rapide et les échanges de sels entre les deux solutions sont alors faibles. Le rendement de tels dispositifs est donc insuffisant.
  • On connaît également d'autres dispositifs mélangeurs classiques tels que les mélangeurs décanteurs ou les colonnes pulsées. Ils consistent forcer l'un dans l'autre deux flux formés chacun par un des liquides à mélanger. On peut améliorer le mélange en envoyant des pulsations dans les flux. Comme précédemment, ce type de dispositif fonctionne mal pour des densités très différentes de liquides.
  • On connaît déjà (GB-A-518 854) une machine pour mélanger deux liquides munie d'un arbre supportant deux hélices de sens opposés monté dans des tubes coaxiaux. Un renflement présentant la forme de deux cônes opposés par leur base contraint les liquides à se croiser selon deux directions perpendiculaires puis à se remélanger à l'intérieur d'une chambre torique.
  • On connaît également (DE-C-634 389) un dispositif pour mélanger un liquide avec un autre liquide, un gaz ou un solide. Selon une réalisation, ce dispositif comporte deux hélices montées sur un axe commun, les pas de ces hélices étant opposés. Entre elles, on trouve des palettes radiales montées sur l'arbre en regard d'orifices d'évacuation.
  • Toutefois, dans ces dispositifs de mélange, les fluides respectifs sont entraînés par des hélices dont les pales ne s'étendent pas sur plus d'un tour complet, soit 360°. En conséquence, les pales de ces hélices donnent de la vitesse au flux de liquide mais ne lui confèrent pas de pression. En outre, les pas de ces hélices ne sont pas adaptés au cas où les fluides présentent des densités différentes.
  • L'invention a précisément pour objet un dispositif mélangeur de deux liquides permettant de palier les inconvénients mentionnés ci-dessus.
  • A cet effet, le dispositif mélangeur se caractérise en ce que les parties hélicoïdales comportent au moins plusieurs spires complètes de manière à constituer une vis d'Archimède, et en ce que les pas d'hélice desdites parties hélicoïdales (14, 18) sont différents.
  • Grâce à ces caractéristiques, le dispositif mélangeur est adapté au cas où les densités de fluides sont différentes, par exemple dans un rapport de 1 à 1,8. Il permet également de mélanger des volumes différents, par exemple dans un rapport de 1 à 50. En d'autres termes, on mélange 1 partie d'un liquide à 50 parties, en volume, de l'autre liquide. Pour réduire le volume, il suffit de resserrer le pas de la vis d'Archimède, ce qui a pour effet de diminuer le débit.
  • Avantageusement, ledit orifice d'entrée est constitué par des fenêtres formées dans le tube légèrement au-dessus de la partie supérieure hélicoïdale ou par l'extrémité ouverte du tube.
  • De toute façon, l'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit d'un exemple de mise en oeuvre donné à titre illustratif et non limitatif, en référence à la figure unique annexée, représentant, en coupe longitudinale, le dispositif mélangeur selon un mode préféré de réalisation de l'invention.
  • Un dispositif mélangeur de deux liquides est représenté sur la figure unique.
  • Le dispositif mélangeur référencé 2 sert à mélanger deux liquides 4, 6 de densités différentes, le liquide 6 étant par exemple le plus lourd et reposant au fond d'un récipient 8.
  • Le dispositif mélangeur 2 comporte tout d'abord un tube 10 disposé de façon sensiblement verticale. Un arbre 12 est logé dans le tube 10 de façon à pouvoir tourner coaxialement dans le tube 10. Cet arbre 12 comporte successivement de bas en haut une partie inférieure hélicoïdale 14 dont l'hélice est formée selon un premier sens, au moins une palette 16 dont le diamètre extérieur est légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube 10 et une partie supérieure hélicoïdale 18 dont l'hélice est formée selon un second sens contraire audit premier sens.
  • Lorsque l'arbre 12 est en position de fonctionnement dans le tube 10, l'extrémité inférieure de la partie inférieure hélicoïdale 14 est proche de l'extrémité inférieure ouverte du tube 10, celle-ci étant à proximité du fond du récipient 8.
  • Des trous 20 sont formés dans la paroi du tube 10 en face de la palette 16.
  • Des fenêtres 22 sont également formées dans la paroi du tube 10 légèrement au-dessus de la partie supérieure hélicoïdale 18.
  • La partie inférieure hélicoïdale 14 est destinée à aspirer le liquide 6 de densité supérieure au travers de l'extrémité inférieure du tube 10 et la partie supérieure hélicoïdale 18 est destinée à aspirer le liquide 4 de densité inférieure au travers des fenêtres 22, les pas des hélices étant déterminés en fonction de la densité de chacun des liquides et des débits respectifs souhaités pour lesdits liquides.
  • Lorsque l'arbre 12 tourne selon ledit premier sens de l'hélice de la partie inférieure hélicoïdale 14, le liquide 6 est aspiré par la partie inférieure 14 et le liquide 4 est aspiré par la partie supérieure 18. Ces deux liquides sont alors laminés entre la palette 16 et la face intérieure du tube 10 correspondante. Les deux liquides mélangés sont alors expulsés par les trous 20.
  • Il se crée alors des flux de liquide pénétrant par l'extrémité inférieure du tube 10 et par les fenêtres 22 et ressortant par les trous 20, ceci contribuant à créer une émulsion favorisant les échanges entre les deux phases des deux liquides correspondants.
  • Le dispositif mélangeur selon l'invention permet donc un mélange de liquides de densités très différentes tout en ayant une séparation lente, une dispersion fine et assez longue et un échange efficace des sels. Un tel dispositif permet de faire passer la quasi-totalité des sels d'une solution dans l'autre solution. Il est capable de travailler aussi bien en fonctionnement continu qu'en fonctionnement discontinu.
  • On pourrait par exemple supprimer les fenêtres 22 et faire pénétrer le liquide de densité inférieure 4 par l'extrémité supérieure ouverte du tube 10. Le dispositif servirait donc essentiellement à aspirer le liquide 6 de densité supérieure, le faire remonter et le mélanger au liquide 4 qui descendrait dans le tube 10. Le mélange effectué serait toujours expulsé par le trous 20.

Claims (4)

1. Dispositif mélangeur (2) de deux liquides (4, 6), de densités différentes, comportant un tube (10) vertical, un arbre (12) apte à tourner coaxialement dans le tube (10) et comprenant successivement de bas en haut une partie inférieure hélicoïdale (14) dont l'hélice est formée selon un premier sens, au moins une palette (16) située dans un plan radial de l'arbre (12) et de diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube (10), une partie supérieure hélicoïdale (18) dont l'hélice est formée selon un second sens contraire au premier sens, des trous (20) étant formés dans le tube (10) face à la palette (16), des orifices d'entrée (22, 24) des liquides (4, 6) étant prévus dans le tube (10), caractérisé en ce que les parties hélicoïdales (14,18) comportent au moins plusieurs spires complètes de manière à constituer une vis d'Archimède, et en ce que les pas d'hélice desdites parties hélicoïdales (14, 18) sont différents.
2. Dispositif mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice d'entrée de liquide (4) est constitué par des fenêtres (22) formées dans le tube (10) légèrement au-dessus de la partie supérieure hélicoïdale (18).
3. Dispositif mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice d'entrée de liquide (4) est constitué par l'extrémité supérieure ouverte du tube (10).
4. Utilisation du dispositif mélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le rapport de la densité de l'un des liquides à la densité de l'autre liquide est au plus égal à 1,8 et en ce que le rapport des volumes de ces deux liquides est au plus de 1 à 50.
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