FR2526673A1

FR2526673A1 - DEVICE FOR MIXING DIFFERENT VISCOSITY FLUIDS

Info

Publication number: FR2526673A1
Application number: FR8307932A
Authority: FR
Inventors: Leonard Tony King
Original assignee: Komax Systems Inc
Current assignee: Komax Systems Inc
Priority date: 1982-05-13
Filing date: 1983-05-11
Publication date: 1983-11-18
Also published as: CA1198413A; GB2120113A; DE3316971A1; JPS58207934A; JPS6158214B2; FR2526673B1; GB2120113B; GB8311846D0

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES DISPOSITIFS DESTINES AU MELANGE DE DEUX FLUIDES DE VISCOSITES TRES DIFFERENTES. ELLE SE RAPPORTE A UN DISPOSITIF COMPRENANT UN ORGANE TUBULAIRE 1 AYANT UN RETRECISSEMENT ENTRE SES EXTREMITES SOUS FORME D'UNE ZONE DE MELANGE CONSTITUEE PAR DES ORIFICES 5, 6. UN CANAL 15 D'ENTREE DE FLUIDE EST DISPOSE TRANSVERSALEMENT AUX DEUX ORIFICES CYLINDRIQUES. APPLICATION AU MELANGE D'UN POLYMERE AVEC UN ADJUVANT.THE INVENTION CONCERNS DEVICES INTENDED FOR MIXING TWO FLUIDS OF VERY DIFFERENT VISCOSITIES. IT RELATES TO A DEVICE INCLUDING A TUBULAR BODY 1 HAVING A SHRINKAGE BETWEEN ITS ENDS IN THE FORM OF A MIXING ZONE CONSTITUTED BY ORIFICES 5, 6. A FLUID INLET CHANNEL 15 IS ARRANGED CROSSWAY AT BOTH CYLINDRICAL ORIFICES. APPLICATION TO THE MIXTURE OF A POLYMER WITH AN ADJUVANT.

Description

La présente invention concerne un dispositifThe present invention relates to a device

de mélange de fluides de viscosités différentes. mixing fluids of different viscosities.

On mélange couramment des matières solides par- Solids are commonly mixed with

ticulaires, des liquides et des gaz avec des mélangeurs statiques qui, comme leur nom l'indique, n'ont pas de piè- ticular, liquids and gases with static mixers which, as their name suggests, have no

ces mobiles Les mélangeurs de ce type comportent des dé- these mobiles Mixers of this type have

flecteurs de différents types disposés en série dans un -tube ou une tuyauterie Des processus de division et de recombinaison permettent 'Le mélange ou la dispersion des ingrédients introduits séparément l'un avec l'autre à la Different types of flask arranged in series in a tube or piping Division and recombination processes allow the mixing or dispersing of the ingredients introduced separately with each other at the same time.

sortie du tube ou de la tuyauterie.outlet of the tube or piping.

Cependant, le mélange de matièresayant des vis- However, the mixture of materials having

cosités très disparates et/ou des débits très différents présente souvent des difficultés Par exemple, dans le very disparate cosities and / or very different flows often presents difficulties.

domaine des polymères, il est parfois souhaitable de mé- In the field of polymers, it is sometimes desirable to

langer de très faibles quantités d'une matière de faible change very small amounts of a weak material

viscosité à une quantité beaucoup plus grande d'une ma- viscosity to a much larger quantity of a

tière de viscosité élevée Lorsque l'opération est exécutée, la matière de faible viscosité a tendance à s'infiltrer dans les éléments de mélange sans se mélanger à la matière When the operation is performed, the low-viscosity material has a tendency to infiltrate the mixing elements without mixing with the material.

de viscosité élevée d'une manière significative Par exem- significantly high viscosity, for example

ple, on peut souhaiter mélanger un courant ayant un débit de 28 1/min d'un polymère ayant une viscosité de 30 millions de centipoises, avec un second courant ayant un débit de It may be desirable to mix a stream having a flow rate of 28 l / min of a polymer having a viscosity of 30 million centipoise, with a second stream having a flow rate of

0,14 1/min d'une matière ayant une viscosité de 6 centipoises. 0.14 l / min of a material having a viscosity of 6 centipoise.

On a essayé divers procédés pour l'obtention Various attempts have been made to obtain

d'une dispersion ou d'un mélange initial au point d'injec- an initial dispersion or mixture at the point of injection

tion de la matière de faible viscosité Ces procédés com- of the low-viscosity material.

prennent par exemple l'utilisation de plusieurs canaux take for example the use of multiple channels

d'injection placés autour de la circonférence d'une tuyau- injection devices placed around the circumference of a pipe-

terie Un second procédé met en oeuvre une tuyauterie de diamètre relativement faible pour la circulation de la matière de faible viscosité qui passe diamétralement dans A second method uses a pipe of relatively small diameter for the circulation of the low-viscosity material which passes diametrically through

la tuyauterie principale qui transmet la matière de visco- the main pipe which transmits the visco-

sité élevée La tuyauterie de petit diamètre a une configu- high capacity Small diameter piping has a configura-

ration telle qu'elle délimite plusieurs trous utilisés pourl'injection du fluide de faible viscosité Un problème ration as it delimits several holes used for the injection of the low-viscosity fluid A problem

que posent couramment ces dispositifs ayant des sorties f or- commonly posed by these devices having

niant des trajets parallèles est que les ouvertures d'in- denying parallel paths is that the openings of

jection du fluide de faible viscosité se bouchent diffé- jection of the low-viscosity fluid will become clogged

rentiellement si bien que la répartition est assymétrique. so that the distribution is asymmetrical.

On sait que l'un des mécanismesqui permet le mélange des fluides est la diffusion Cependant, lorsqu'on It is known that one of the mechanisms that allows the mixing of fluids is diffusion.

utilise des matières de viscosité élevée qui donnent ha- uses high viscosity materials that give rise to

bituellement un écoulement laminaire, les vitesses de dif- usually a laminar flow, the velocities

fusion sont très faibles On sait que la vitesse de trans- are very weak We know that the speed of trans-

fert massique N de l'ingrédient qui diffuse, mesurée en mass F of the diffusing ingredient, measured in

moles par seconde par unité de surface, est égale au pro- moles per second per unit area, is equal to

duit de la diffusivité D multiplié par le gradient local de concentration d C/dr Ainsi: N^s D dc dr Comme D est faible dans une matière de viscosité élevée, il faut que le gradient de concentration d C/dr soit élevé afin que la valeur de la vitesse de transfert massique D diffusivity D multiplied by the local concentration gradient d C / dr Thus: Since D is low in a high viscosity material, the concentration gradient d C / dr must be high so that the value of the mass transfer rate

N soit maximale.N is maximum.

L'invention concerne un dispositif de mélange The invention relates to a mixing device

statique ne présentant pas les inconvénients des disposi- which does not have the disadvantages of the

tifs correspondants connus.corresponding correspondents.

Elle concerne un tel dispositif statique de mé- It concerns such a static device for

lange particulièrement utile pour le mélange d'au moins especially useful for mixing at least

deux fluides ayant des viscosités très différentes. two fluids with very different viscosities.

Elle concerne aussi un tel mélangeur statique qui rend maximale la vitesse de transfert massique N afin It also relates to such a static mixer which maximizes the mass transfer rate N to

que la diffusion entre les fluides à mélanger soit accrue. that the diffusion between the fluids to be mixed is increased.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in- Other features and advantages of the

vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, will become apparent from the following description,

faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une perspective avec des parties with reference to the accompanying drawings in which: Figure 1 is a perspective with parts

arrachées d'un mode de réalisation de mélangeur selon l'in- removed from a mixer embodiment according to the invention.

vention; la figure 2 est une vue en plan du dispositif de la figure 1; et la figure 3 est un second mode de réalisation de mélangeur selon l'invention ayant un canal modifié vention; Figure 2 is a plan view of the device of Figure 1; and FIG. 3 is a second embodiment of mixer according to the invention having a modified channel

d'alimentation du fluide de faible viscosité. feeding the fluid of low viscosity.

La vitesse de transfert massique N peut être accrue par réduction de dr, dans l'équation indiquée pré- cédemment En principe, cette réduction peut être réalisée par disposition d'une tuyauterie de diamètre relativement The mass transfer rate N can be increased by dr reduction, in the equation indicated previously. In principle, this reduction can be achieved by arranging a pipe of relatively large diameter.

petit transversalement au diamètre d'un tube ou d'une tuyau- small transversely to the diameter of a tube or pipe

terie plus grand, la tuyauterie de petit diamètre ayant larger area, small diameter piping

une mince fente sur sa longueur L'ingrédient fluide quit- a thin slit along its length The fluid ingredient that

tant la fente est introduit sous forme de très minces both the slot is introduced in the form of very thin

feuilles, mais les problèmes de bouchage indiqués précédem- leaves, but the problems of closure indicated above

ment présentent néanmoins de nombreuses difficultés dans However, there are many difficulties in

ce procédé.this process.

Ces problèmes sont résolus par réalisation d'un These problems are solved by realizing a

dispositif qui comporte un organe tubulaire allongé, celui- device which has an elongate tubular member,

ci étant rétréci entre ses extrémités par une zone de mé- being narrowed between its ends by a zone of

lange qui comprend (a) au moins deux orifices qui sont de préférence sensiblement cylindriques et dont les axes sont sensiblement parallèles à l'axe de l'organe tubulaire afin qu'ils transportent un premier fluide, et (b) un canal which comprises (a) at least two orifices which are preferably substantially cylindrical and whose axes are substantially parallel to the axis of the tubular member so that they carry a first fluid, and (b) a channel

d'entrée de fluide destiné à évacuer le second fluide pra- fluid inlet for discharging the second fluid

tiquement entre les deux orifices, à leur point de tan- between the two orifices, at their point of

gence ou à son voisinage.or near it.

Sur la figure 1, le dispositif 8 de mélange compoite un organe tubulaire 1 qui a un rétrécissement 9, ce rétrécissement comprenant par exemple deux orifices , 6 pour la circulation du fluide de viscosité relative- In FIG. 1, the mixing device 8 comprises a tubular member 1 which has a narrowing 9, this narrowing comprising, for example, two orifices 6 for the circulation of the fluid of relative viscosity.

ment élevée Bien qu'on ait représenté des sections d'ori- Despite the fact that sections of the

fices circulaires, cette caractéristique n'est pas indis- circular characteristics, this characteristic is not indis-

pensable.thinkable.

Le canal 15 d'entrée du fluide de faible visco- The inlet channel of the low viscosity fluid

sité est de préférence un orifice placé dans un tube représenté en direction radiale, à travers les parois latérales de l'organe tubulaire 1 Le fluide de faible It is preferably an orifice placed in a tube shown radially through the side walls of the tubular member 1.

viscosité pénètre dans le mélangeur statique selon l'in- viscosity enters the static mixer according to the

vention par le tube et sa vitesse d'évacuation est réglable vention through the tube and its evacuation speed is adjustable

par un dispositif de pompage (non représenté). by a pumping device (not shown).

Comme l'indiquent les figures 1 et 2, le tube est disposé radialement dans l'organe tubulaire 1, aux points centraux des orifices 5, 6 Ce montage est réalisé par raison de symétrie Cependant, le tube 20 peut passer à travers les parois latérales de l'organe tubulaire 1 As indicated in FIGS. 1 and 2, the tube is arranged radially in the tubular member 1, at the central points of the orifices 5, 6. This assembly is carried out for reasons of symmetry. However, the tube 20 can pass through the side walls. of the tubular organ 1

en d'autres points, par exemple à 90 de la position repré- in other respects, for example at 90 from the position

sentée, et peut encore donner les caractéristiques avanta- felt, and can still give the characteristics

geuses de mélange selon l'invention. mixing machines according to the invention.

En l'absence des orifices 5, 6, un fluide de faible viscosité pénétrant dans un courant de viscosité élevée par un canal 15 d'entrée formerait simplement un mince courant linéaire, lors du passage des fluides dans In the absence of orifices 5, 6, a low viscosity fluid entering a high viscosity stream through an inlet channel would simply form a thin linear stream as the fluids pass through.

l'organe tubulaire 1 Cependant, la mise en oeuvre de l'in- the tubular member 1 However, the implementation of the in-

vention montre de façon surprenante que le fluide 20 de vention shows surprisingly that the fluid 20 of

faible viscosité forme un plan allcngé-suivant un dia- low viscosity forms an alloyed plane-following a di-

mètre de la tuyauterie, augmentant beaucoup la diffusion meter of piping, greatly increasing the diffusion

moléculaire des fluides de viscosités faible et élevée. molecular fluids of low and high viscosities.

La surface disponible pour la diffusion est augmentée d'un facteur qui est de l'ordre de 25 à 50 fois, alors que, The area available for diffusion is increased by a factor which is of the order of 25 to 50 times, whereas,

simultanément, la valeur de d C/dr augmente. simultaneously, the value of d C / dr increases.

Comme indiqué précédemment, l'invention est par- As indicated above, the invention is

ticulièrement avantageuse pour le mélange de fluide ayant des viscosités très différentes Dans un cas idéal, le rapport des viscosités du premier et du second fluide doit particularly advantageous for the mixing of fluid having very different viscosities In an ideal case, the ratio of the viscosities of the first and the second fluid must be

être d'environ 1000/1 ou plus afin que le mélangeur stati- to be about 1000/1 or more so that the static mixer

que selon l'invention présente tous ces avantages. that according to the invention has all these advantages.

Le rétrécissement 9 formant la zone de mélange à partir de laquelle les deux orifices au moins sont formés, The narrowing 9 forming the mixing zone from which the two orifices at least are formed,

peut avoir un certain nombre de configurations différentes. can have a number of different configurations.

On constate que, lorsque les parois du rétrécissement 9 It is found that when the walls of the narrowing 9

sont perpendiculaires à la circonférence de l'organe tubu- perpendicular to the circumference of the tubular organ

laire 1, radialement, une partie du fluide mélangé peut 1, radially, a part of the mixed fluid can

se déposer dans des zones de repos proches des parois laté- settle in resting areas close to the side walls

rales internes de l'organe tubulaire Ainsi, il est préfé- internal organs of the tubular organ. Thus, it is preferable

rable, comme représenté sur la figure 1, que les parois latérales du rétrécissement 9 soient inclinées, la pente étant par exemple de l'ordre de 450 par rapport à l'axe as shown in FIG. 1, that the lateral walls of the constriction 9 are inclined, the slope being for example of the order of 450 relative to the axis

central de l'organe tubulaire 1.central part of the tubular member 1.

La figure 3 représente un autre mode de réali- Figure 3 represents another embodiment of

sation dans lequel le trou unique 15 formant le canal d'éva- in which the single hole forming the evaluation channel

cuation du fluide de faible viscosité, représenté sur les figures 1 et 2, est remplacé sur la figure 3 par un orifice formé aux extrémités distantes d'une tige pleine 3 et d'un tube 4 Comme dans les modes de réalisation précédents, le tube et la tige sont disposés radialement à travers les parois latérales de l'organe tubulaire 1 Le fluide de faible viscosité pénètre dans le mélangeur statique selon l'invention par le tube, et son débit d'évacuation dépend de la distance séparant les extrémités en regard 4, the hollow-flow fluid, shown in FIGS. 1 and 2, is replaced by an orifice formed at the ends remote from a solid rod 3 and a tube 4. As in the previous embodiments, the tube and the rod are arranged radially through the side walls of the tubular member 1 The low viscosity fluid enters the static mixer according to the invention through the tube, and its discharge rate depends on the distance separating the ends facing each other.

du tube et de la tige.tube and stem.

L'avantage obtenu par utilisation du mode de The advantage obtained by using the

réalisation de la figure 3, par rapport à celui des fi- Figure 3, compared to that of the

gures 1 et 2, est simplement la commodité du réglage du 1 and 2, is simply the convenience of setting the

débit d'évacuation du fluide de faible viscosité et, ac- flow rate of the low-viscosity fluid and,

cessoirement, l'augmentation de la facilité de la lutte contre le bouchage de l'orifice d'évacuation du fluide de faible viscosité Ainsi, lorsque le tube 3 et la tige 4 sont en contact, l'extrémité ouverte du tube peut être nettoyée dans une certaine mesure, bien qu'un nettoyage plus intense puisse être réalisé par enlèvement réel du Finally, when the tube 3 and the rod 4 come into contact with each other, the open end of the tube can be cleaned in some extent, although more intense cleaning can be achieved by actually removing the

tube de l'organe tubulaire 1.tube of the tubular organ 1.

L'invention est particulièrement avantageuse The invention is particularly advantageous

lorsqu'elle est mise en oeuvre en amont d'un second appa- when it is implemented upstream of a second

reil de mélange plus classique Le mélange des fluides de densités élevée et faible est difficile pour les raisons indiquées précédemment, surtout lors de l'utilisation des dispositifs classiques Le montage du mélangeur de fluide à deux viscosités différentes selon l'invention en amont d'un mélangeur statique directement raccordé permet la The mixture of fluids of high and low densities is difficult for the reasons indicated above, especially when using conventional devices. The assembly of the fluid mixer with two different viscosities according to the invention upstream of a directly connected static mixer allows the

formation d'un courant de fluide qui contient essentiel- formation of a fluid stream that contains essentially

lement du fluide de densité élevée contenant un feuillet de fluide de faible viscosité partiellement prémélangé, high density fluid containing a partially premixed low viscosity fluid sheet,

cette condition augmentant beaucoup le mélange final. this condition greatly increases the final mix.

Les rétrécissements 5 et 6 n'ont pas obliga- Shrinkage 5 and 6 do not require

toirement la section circulaire représentée sur les fi- the circular section represented on the

gures En fait, on peut utiliser pratiquement toute con- In fact, practically any

figuration ayant une circonférence sensiblement courbe. figuration having a substantially curved circumference.

Naturellement, le nombre de possibilités étant infini, on ne peut pas le décrire Ainsi, il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemples préférentiels et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans Naturally, since the number of possibilities is infinite, it can not be described. Thus, it is understood that the invention has only been described and represented as preferred examples and that any technical equivalence can be its constituent elements without

pour autant sortir de son cadre.to get out of his frame.

Claims

A device for mixing at least two fluids, comprising an elongate tubular member (1) in which a narrowing between its ends is formed with a mixing zone, characterized in that it comprises (A) at least two orifices ( 5, 6) whose axes are substantially parallel to the axis of the tubular member (1) for transmitting a first fluid, and (B) a fluid inlet channel (15) for

to unload a second fluid practically between the ori-

cylindrical fices.

2 Device according to claim 1, characterized

in that the side walls of the constriction are in-

the side walls of the tubular member

(1).

3 Device according to claim 2, characterized

in that the inclination corresponds to an angle of 450

relative to the side walls of the tubular member.

4 Device according to claim 1, characterized in that the fluid inlet channel comprises an orifice formed at the opposite ends of a solid rod (4) and a tube (3) 7 the rod and the tube being arranged radially.

across the side walls of the tubular member (1).

Device according to claim 1, characterized in that the fluid inlet channel (15) is formed by a hole in a tube which passes through the central points of the openings and is arranged radially across the walls.

side of the elongated tubular member (1).

6 Device according to claim 1, characterized in that the ratio of the viscosities of the first to the second

fluid is at least about 1000/1.

7 Device according to claim 4, characterized in that the mixing zone comprises two orifices (5, 6) and the rod (4) and the tube (3) forming the second inlet channel pass through the body and the side walls of the

the tubular member (1) between the two orifices.

Device according to claim 1, characterized

in that the two orifices (5, 6) are substantially cy-

lindriques. 9 Device according to claim 8, characterized in that the fluid inlet channel comprises an orifice formed at the ends of a solid rod (4) and a tube

(3), the rod and the tube being arranged radially to

to the side walls of the elongated tubular member (1).

Device according to claim 9, characterized

in that the mixing zone has two orifices sensi-

cylindrical (5, 6), and the rod (4) and the tube

(3) forming the entrance channel pass through the central points

holes and are arranged radially across

the side walls of the tubular member (1).

Device for mixing at least two fluids, of the type which comprises a tubular member (1) in which a narrowing is formed between its two ends, with a mixing zone, characterized in that it comprises (A) at least two orifices (5, 6) whose axes are substantially parallel to the axis of the tubular member and intended to carry a first fluid, (B) a fluid inlet channel intended to evacuate

a second fluid substantially between the cylindrical orifices

and (C) a separate mixing device placed downstream of the elongated tubular member and selected from

static and continuous mixers.