FR2777804A1 - Submerged mixer for producing emulsions - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention concerne un dispositif à rotor et stator destiné à être plongé dans une cuve qui est remplie d'un premier produit, et à aspirer un deuxième produit introduit dans la cuve, de manière à provoquer une émulsion entre le premier produit et le deuxième produit, le rotor comprenant plusieurs pales qui sont solidaires d'un arbre et qui sont susceptibles de tourner à l'intérieur du stator, lequel présente un corps The present invention relates to a rotor and stator device intended to be immersed in a tank which is filled with a first product, and to aspirate a second product introduced into the tank, so as to cause an emulsion between the first product and the second product, the rotor comprising several blades which are integral with a shaft and which are capable of rotating inside the stator, which has a body
percé de multiples ouvertures d'éjection du produit mélangé. pierced with multiple ejection openings for the mixed product.
Il existe à l'heure actuelle des dispositifs de ce type qui sont plongés dans des cuves soumises aux conditions normales de vide et de pression, io qui sont remplies d'un premier produit liquide, généralement aqueux ou d'une très faible viscosité, qui ont une forme généralement cylindrique en position verticale et présentent un fond légèrement incurvé, la partie la plus basse de ces cuves se trouvant dans l'axe cylindrique de ces dernières. Les dispositifs mélangeurs à rotor et stator sont, le plus souvent, positionnes à proximité du fond de la cuve, en étant décentrés par rapport à l'axe cylindrique de cette dernière, afin de pouvoir, dans cet axe, prévoir une Currently there are devices of this type which are immersed in tanks subjected to normal conditions of vacuum and pressure, which are filled with a first liquid product, generally aqueous or of very low viscosity, which have a generally cylindrical shape in a vertical position and have a slightly curved bottom, the lowest part of these tanks being in the cylindrical axis of the latter. The rotor and stator mixing devices are most often positioned close to the bottom of the tank, being off-center with respect to the cylindrical axis of the latter, in order to be able to provide, in this axis, a
vanne pour la vidange de la cuve.valve for emptying the tank.
Plus précisément, le rotor comprend un arbre muni, selon les cas, de deux à huit pales, qui est entraîné par un moteur placé au dessus ou en dessous de la cuve. Les pales les plus couramment utilisées sont généralement constituées par des plats en matériau non oxydable. Le stator, quant à lui, comprend un corps creux généralement cylindrique en position verticale de type couronne, ouvert vers le haut et vers le bas, et percé, sur toute la périphérie de celui-ci, de multiples ouvertures espacées régulièrement. Ces ouvertures peuvent avoir une forme circulaire, oblongue ou autres. Le rotor est positionné dans le stator de telle sorte que son arbre soit confondu avec l'axe central du corps du stator, la partie périphérique More specifically, the rotor comprises a shaft provided, depending on the case, with two to eight blades, which is driven by a motor placed above or below the tank. The most commonly used blades are generally formed by dishes made of non-oxidizable material. The stator, meanwhile, comprises a generally cylindrical hollow body in vertical position of the crown type, open upwards and downwards, and pierced, over the entire periphery thereof, with multiple openings spaced regularly. These openings can have a circular, oblong or other shape. The rotor is positioned in the stator so that its shaft coincides with the central axis of the stator body, the peripheral part
des pales étant très proche de la surface interne du corps du stator. blades being very close to the internal surface of the stator body.
Le produit que l'on désire mélanger, qui peut être un produit o0 pulvérulent, pâteux, visqueux ou autres, est introduit au fond de la cuve par The product which it is desired to mix, which may be a powdery, pasty, viscous or other product, is introduced to the bottom of the tank by
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une vanne qui est placée à l'extérieur de la cuve et qui est reliée au fond de celle-ci du côté o est placé le dispositif mélangeur. Le produit à mélanger est ensuite aspiré dans le dispositif par le dessous, sous l'action de la rotation de l'arbre du rotor, dont les pales, en tournant, I'améne à se mélanger avec le produit initialement introduit. Le produit mélangé est ensuite expulsé du dispositif par les multiples ouvertures pratiquées dans le stator. Le problème, avec ce type de dispositifs mélangeurs, est que le mélange obtenu n'est pas toujours très satisfaisant, en particulier lorsqu'on o0 désire mélanger un produit pulvérulent. En effet, du fait de la faible fluidité qui les caractérise et de la distance très faible qui sépare le dispositif du fond de la cuve, le produit qui sort de la vanne et qui pénètre dans la cuve n'arrive pas dans sa totalité à l'intérieur du dispositif car, souvent, une partie de celui-ci se tasse au fond de la cuve. Par conséquent, la quantité de s 5 produit qui a été effectivement mélangée est inférieure à celle prévue a valve which is placed outside the tank and which is connected to the bottom thereof on the side where the mixing device is placed. The product to be mixed is then drawn into the device from below, under the action of the rotation of the rotor shaft, the blades of which, by turning, cause it to mix with the product initially introduced. The mixed product is then expelled from the device through the multiple openings made in the stator. The problem with this type of mixing device is that the mixture obtained is not always very satisfactory, in particular when it is desired to mix a pulverulent product. Indeed, because of the low fluidity which characterizes them and the very small distance which separates the device from the bottom of the tank, the product which leaves the valve and which enters the tank does not arrive in its entirety at the 'interior of the device because, often, a part of it settles at the bottom of the tank. Therefore, the amount of product that has actually been mixed is less than expected.
initialement, ce qui occasionne un gaspillage de produit non négligeable. initially, which causes a significant waste of product.
Un autre problème, que l'on rencontre avec ces dispositifs, résulte de l'agencement souvent peu pratique de l'ensemble -arbre du rotor, moteur d'entraînement-. On note en effet que le positionnement du dispositif très proche du fond de la cuve oblige généralement à disposer d'un arbre relativement long pour le rotor, et donc à prévoir un système de guidage et de liaison de l'arbre jusqu'au moteur relativement compliqué, à base de bagues, de paliers, etc..., qui présente l'inconvénient de se trouver directement dans la cuve. Ce type d'agencement entraîne un risque de rétention de produit au niveau des différentes pièces intermédiaires du système de guidage et de liaison de l'arbre, avec comme conséquence Another problem, which is encountered with these devices, results from the often impractical arrangement of the assembly -shaft of the rotor, drive motor-. It is indeed noted that the positioning of the device very close to the bottom of the tank generally requires having a relatively long shaft for the rotor, and therefore providing a system for guiding and connecting the shaft to the relatively engine complicated, based on rings, bearings, etc ..., which has the disadvantage of being directly in the tank. This type of arrangement entails a risk of product retention at the level of the various intermediate parts of the system for guiding and connecting the shaft, with the consequence
fâcheuse, I'apparition de problèmes bactériologiques. annoying, the appearance of bacteriological problems.
On constate également que le choix de la combinaison -forme des ouvertures du stator, profil des pales- adoptée dans ces dispositifs n'est pas suffisamment lié à l'obtention d'un taux de cisaillement et d'un rendement de l'éjection optimaux. Ce choix est notamment responsable, dans la pratique, de l'apparition de fuites au niveau des coins périphériques de We also note that the choice of the combination - shape of the stator openings, blade profile - adopted in these devices is not sufficiently linked to obtaining an optimal shear rate and ejection efficiency . This choice is notably responsible, in practice, for the appearance of leaks at the peripheral corners of
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chaque pale, entraînant la perte d'une certaine quantité de produit, ou each blade, resulting in the loss of a certain amount of product, or
encore de l'obtention d'une finesse d'émulsion qui n'est pas satisfaisante. still obtaining an emulsion fineness which is not satisfactory.
On notera, enfin, que ces dispositifs mélangeurs, du point de vue uniquement de leur agencement et de leur capacité de fonctionnement, présentent un certain nombre d'inconvénients, comme par exemple le fait d'être positionnés de manière fixe dans la cuve et d'avoir une capacité Finally, it should be noted that these mixing devices, from the point of view only of their arrangement and of their operating capacity, have a certain number of drawbacks, such as for example the fact of being fixedly positioned in the tank and d '' have a capacity
limitée à 5m3.limited to 5m3.
La présente invention a donc essentiellement pour but de remédier à au moins l'un des inconvénients mentionnés ci-dessus des dispositifs The present invention therefore essentially aims to remedy at least one of the drawbacks mentioned above of the devices
mélangeurs de type connu.mixers of known type.
A cet effet, le dispositif mélangeur selon l'invention est - pour obtenir To this end, the mixing device according to the invention is - to obtain
une grande vitesse d'éjection du produit mélangé et de grands débits - high ejection speed of the mixed product and high flow rates -
caractérisé en ce que chaque pale du rotor comporte deux pans disposés de part et d'autre d'une ligne de direction radiale, ces pans présentant, par rapport à l'axe du rotor, des inclinaisons en sens contraire de façon à ce que chaque pale ait une concavité dans un sens déterminé par le sens de characterized in that each blade of the rotor has two sections disposed on either side of a line of radial direction, these sections having, with respect to the axis of the rotor, inclinations in opposite directions so that each pale has a concavity in a direction determined by the direction of
rotation du rotor.rotor rotation.
Dans un mode de réalisation, pour minimiser la quantité de produits restant dans la cuve, le dispositif mélangeur est à distance du fond de la In one embodiment, to minimize the quantity of products remaining in the tank, the mixing device is at a distance from the bottom of the
cuve de ce dispositif.tank of this device.
De préférence, pour maximiser l'efficacité du mélangeur, on prévoit des moyens pour empêcher un flux de produit en dehors de l'étendue des Preferably, to maximize the efficiency of the mixer, means are provided to prevent product flow outside the scope of the
pales en direction axiale.blades in axial direction.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention Other features and advantages of the present invention
ressortiront au cours de la description qui va suivre de formes d'exécution will emerge during the following description of embodiments
de la présente invention, donnée en référence aux dessins annexés sur lesquels: * la figure 1 est une vue en perspective du rotor selon l'invention; * la figure 2 est une vue de dessus du rotor selon l'invention; 0 * la figure 3 est une vue en perspective du stator selon l'invention dans lequel doit être adapté le rotor représenté sur les figures 1 et 2; of the present invention, given with reference to the accompanying drawings in which: * Figure 1 is a perspective view of the rotor according to the invention; * Figure 2 is a top view of the rotor according to the invention; 0 * Figure 3 is a perspective view of the stator according to the invention in which must be adapted the rotor shown in Figures 1 and 2;
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* la figure 4 est une vue en coupe verticale du rotor et du stator tels qu'illustrés respectivement sur les figures 1, 2 et 3, représentant ces derniers à l'état monté à l'intérieur de la cuve de mélange; * la figure 5 est une vue de détail agrandie de la figure 4, représentant la direction des flux de produits; * la figure 6 est une vue en perspective partielle agrandie représentant la position du bord de fuite d'une des pales du rotor de la figure 1 par * Figure 4 is a vertical sectional view of the rotor and the stator as illustrated respectively in Figures 1, 2 and 3, representing the latter in the mounted state inside the mixing tank; * Figure 5 is an enlarged detail view of Figure 4, showing the direction of product flow; * Figure 6 is an enlarged partial perspective view showing the position of the trailing edge of one of the blades of the rotor of Figure 1 by
rapport aux ouvertures pratiquées dans le stator de la figure 3. compared to the openings made in the stator of figure 3.
Comme on peut le voir sur les figures 1,2 et 3, le dispositif mélangeur Io selon la présente invention se décompose, de manière habituelle, en deux parties distinctes, à savoir une partie mobile 1 appelée rotor et une partie fixe 2 appelée stator. Lorsque le dispositif mélangeur est en service, comme cela est représenté sur la figure 4, le rotor 1 est adapté en contact étroit dans le stator 2, et l'ensemble est plongé dans une cuve de mélange 3 remplie d'un premier produit a, du même type que le premier produit utilisé dans les dispositifs mélangeurs décrits ci-dessus. Pour éviter que le dispositif mélangeur selon l'invention ne s'altére au contact du produit u, il est constitué d'une matière résistante, qui est, de préférence, de l'acier inoxydable. Plus particulièrement en référence à la figure 3, on note que le stator 2 selon l'invention a une forme et une structure tout à fait classiques. En effet, celui-ci comprend, de la même manière que ce qui a été mentionné ci-dessus, un corps cylindrique creux 2A en position verticale, ouvert vers le haut et vers le bas pour permettre l'introduction du premier produit a et d'un deuxième produit 5 (représenté par des flèches sur la figure 4), ce dernier pouvant être un produit visqueux, pâteux, pulvérulent ou autres. Le corps 2A est en outre percé, sur toute la périphérie de celui-ci, de multiples ouvertures O identiques, espacées régulièrement, servant à l'éjection du produit constitué par le mélange des produits a( et y. Dans cette forme de o réalisation du stator, lesdites ouvertures sont verticales et ont une forme oblongue. Mais on comprendra aisément qu'en fonction du type de produits à mélanger, les ouvertures O pourront présenter des différences de surface As can be seen in Figures 1,2 and 3, the mixer device Io according to the present invention is usually broken down into two separate parts, namely a movable part 1 called the rotor and a fixed part 2 called the stator. When the mixing device is in service, as shown in FIG. 4, the rotor 1 is adapted in close contact in the stator 2, and the assembly is immersed in a mixing tank 3 filled with a first product a, of the same type as the first product used in the mixing devices described above. To prevent the mixing device according to the invention from deteriorating in contact with the product u, it is made of a resistant material, which is preferably stainless steel. More particularly with reference to FIG. 3, it should be noted that the stator 2 according to the invention has a completely conventional shape and structure. Indeed, it comprises, in the same way as what was mentioned above, a hollow cylindrical body 2A in vertical position, open upwards and downwards to allow the introduction of the first product a and d 'A second product 5 (represented by arrows in Figure 4), the latter may be a viscous, pasty, powdery or other product. The body 2A is further pierced, over the entire periphery thereof, multiple identical openings O, regularly spaced, used for the ejection of the product constituted by the mixture of the products a (and y. In this embodiment o of the stator, said openings are vertical and have an oblong shape. But it will easily be understood that, depending on the type of products to be mixed, the openings O may have surface differences.
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et de forme, notamment être obliques, avoir une forme de chevron, être and shape, including being oblique, having a chevron shape, being
constituées par des trous circulaires, etc.... formed by circular holes, etc.
Le rotor 1, quant à lui, présente également, comme on peut le voir sur les figures 1,2 et 4, des similitudes aves les rotors classiques, en ce sens qu'il comprend plusieurs pales, par exemple au nombre de quatre, désignées respectivement par les références 1A, 1B, 1C et 1D. Comme pour les rotors de l'état de la technique qui ont été mentionnés ci-dessus, celles-ci sont toutes identiques, régulièrement réparties sur un arbre 1E et destinées à tourner à l'intérieur du corps 2A du stator pour permettre o l'aspiration du deuxième produit 5, puis le mélange de ce dernier avec le produit a. Etant donné que le lieu et les moyens d'introduction dans la cuve 3 du produit P sont exactement les mêmes que ceux cités plus haut, ils ne The rotor 1, meanwhile, also has, as can be seen in Figures 1,2 and 4, similarities to conventional rotors, in that it comprises several blades, for example four in number, designated respectively by the references 1A, 1B, 1C and 1D. As for the rotors of the state of the art which have been mentioned above, these are all identical, regularly distributed on a shaft 1E and intended to rotate inside the body 2A of the stator to allow the aspiration of the second product 5, then mixing of the latter with the product a. Since the place and the means of introduction into the tank 3 of the product P are exactly the same as those mentioned above, they do not
seront pas décrits à nouveau.will not be described again.
Dans la forme de réalisation du rotor telle que représentée ici, les 1 5 pales 1A, lB, 1C et 1D sont, de préférence, venues de matière avec l'arbre IlE, et celui-ci est rendu solidaire en rotation d'un arbre 4 au moyen de clavettes 5 (une seule est représentée). L'arbre 4 est entraîné en rotation par un moteur (non représenté) qui est situé en dessous de la cuve de mélange 3. Le système -arbre 4, moteur- est ici beaucoup moins compliqué que celui rencontré dans l'état de la technique puisqu'on supprime les problèmes de guidage et de liaison de l'arbre 4 et donc, on élimine toutes les pièces liées à ceux-ci. Par conséquent, on limite le risque de voir se deposer sur certaines parties de l'arbre 4 le produit a ou p. Un des intérêts principauxO de l'invention réside dans le profil particulier donné aux pales 1A, lB, 1C et 1D. En référence aux figures 1, 2 et 4, celles-ci comportent respectivement deux pans P et P' de part et d'autre d'une lignes L de direction radiale, les deux pans P et P' de chaque pale 1A, 1 B, 1 C et 1 D étant symétriques par rapport à un plan contenant la ligne L de direction radiale et perpendiculaire à l'axe du rotor, ledit plan étant le plan médian du corps 2A du stator. Dans la forme d'exécution représentée ici, les lignes L sont perpendiculaires aux génératrices de la partie cylindrique intérieure de l'arbre 1 E. Les pans P et P' sont sensiblement rectangulaires et plans et forment entre eux un angle de, par In the embodiment of the rotor as shown here, the 1 5 blades 1A, 1B, 1C and 1D are preferably integrally formed with the shaft IlE, and this is made integral in rotation with a shaft 4 by means of keys 5 (only one is shown). The shaft 4 is rotated by a motor (not shown) which is located below the mixing tank 3. The system -shaft 4, motor- is here much less complicated than that encountered in the prior art since it eliminates the problems of guidance and connection of the shaft 4 and therefore, it eliminates all the parts related to them. Consequently, we limit the risk of seeing the product a or p being deposited on certain parts of the tree 4. One of the main interests of the invention resides in the particular profile given to the blades 1A, 1B, 1C and 1D. With reference to FIGS. 1, 2 and 4, these respectively comprise two sides P and P 'on either side of a line L of radial direction, the two sides P and P' of each blade 1A, 1 B , 1 C and 1 D being symmetrical with respect to a plane containing the line L of radial direction and perpendicular to the axis of the rotor, said plane being the median plane of the body 2A of the stator. In the embodiment shown here, the lines L are perpendicular to the generatrices of the inner cylindrical part of the shaft 1 E. The sides P and P 'are substantially rectangular and planar and form an angle of between them, by
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exemple, 90 . Leurs extrémités libres correspondantes constituent respectivement les deux bords d'attaque horizontaux supérieur et inférieur B et B' de la pale. Ces derniers sont, en outre, de manière connue, biseautés dans le sens d'introduction des produits CL et P de manière à ce qu'ils pénètrent plus facilement à l'intérieur du dispositif mélangeur. De cette façon, on évite toute perte de produit ca susceptible d'apparaître au moment de l'aspiration. Chaque pale 1A, lB, 1C et 1D, du fait de la pliure L, présente un bord de fuite F tout à fait particulier, dont la section est en forme de V. L'agencement qui vient d'être décrit permet, entre autres, o d'obtenir un dispositif mélangeur réversible, ce qui s'avère particulièrement avantageux au moment de l'adaptation du rotor 1 dans le stator 2, l'opérateur n'ayant alors plus à se préoccuper du sens de montage. Il est également fait en sorte que les pans P et P' de chaque pale 1A, lB, 1C et 1 D soient agencés sur l'arbre 1 E en présentant, par rapport à l'axe du rotor 1, des inclinaisons en sens contraires de façon que chaque pale 1A, lB, 1C, 1D ait une concavité dans un sens déterminé, correspondant au sens example, 90. Their corresponding free ends respectively constitute the two upper and lower horizontal leading edges B and B 'of the blade. The latter are, moreover, in known manner, bevelled in the direction of introduction of the products CL and P so that they penetrate more easily inside the mixing device. In this way, any loss of AC product liable to appear at the time of aspiration is avoided. Each blade 1A, 1B, 1C and 1D, due to the fold L, has a very specific trailing edge F, the section of which is in the form of V. The arrangement which has just been described makes it possible, inter alia , o to obtain a reversible mixing device, which is particularly advantageous at the time of the adaptation of the rotor 1 in the stator 2, the operator then no longer having to worry about the direction of assembly. It is also made so that the sides P and P 'of each blade 1A, 1B, 1C and 1 D are arranged on the shaft 1 E having, with respect to the axis of the rotor 1, inclinations in opposite directions so that each blade 1A, 1B, 1C, 1D has a concavity in a determined direction, corresponding to the direction
de rotation du rotor 1, lequel est représenté par une flèche sur la figure 1. of rotation of the rotor 1, which is represented by an arrow in FIG. 1.
Afin d'éviter l'accumulation problématique de produit au fond de la cuve 3, notamment dans le cas o le produit f5 se trouve être un produit pulvérulent, I'invention prévoit de surélever le dispositif mélangeur par rapport au fond de celle-ci. Pour ce faire, une collerette 6 et une collerette 7 d'un type classique, telles que représentées sur la figure 4, sont montées respectivement sur le bord périphérique supérieur et inférieur du corps 2A du stator et reliées entre elles à l'aide de colonnettes 8 de forme cylindrique, par exemple au nombre de quatre (deux colonnettes sont représentées), espacées selon un angle de 90 . La collerette 7 est, en outre, reliée au fond de la cuve 3 à l'aide de montants 9 de forme cylindrique, par exemple au nombre de quatre (deux montants sont représentés), espacés selon un angle de 90 , ceux-ci étant plus longs et de diamètre plus grand que les colonnettes 8. Chaque colonnette 8 a son extrémité supérieure reliée à la collerette 6 par un boulon 10 et son extrémité inférieure reliée à la collerette 7 par une tige filetée 11. D'une manière similaire, chaque montant 9 a son extrémité supérieure reliée par In order to avoid the problematic accumulation of product at the bottom of the tank 3, in particular in the case where the product f5 is found to be a pulverulent product, the invention provides for raising the mixing device with respect to the bottom of the latter. To do this, a flange 6 and a flange 7 of a conventional type, as shown in FIG. 4, are mounted respectively on the upper and lower peripheral edge of the body 2A of the stator and connected to each other using columns 8 of cylindrical shape, for example four in number (two balusters are shown), spaced at an angle of 90. The flange 7 is, moreover, connected to the bottom of the tank 3 using uprights 9 of cylindrical shape, for example four in number (two uprights are shown), spaced at an angle of 90, these being longer and of larger diameter than the posts 8. Each post 8 has its upper end connected to the flange 6 by a bolt 10 and its lower end connected to the flange 7 by a threaded rod 11. In a similar manner, each upright 9 at its upper end connected by
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un boulon 12 à la collerette 7, laquelle, pour ce faire, présente une partie périphérique plus étendue que celle de la collerette 6, et a son extrémité a bolt 12 to the flange 7, which, for this purpose, has a peripheral part more extended than that of the flange 6, and at its end
inférieure reliée au fond de la cuve 3 par une tige filetée 13. lower connected to the bottom of the tank 3 by a threaded rod 13.
Toujours en référence à la figure 4, les collerettes 6 et 7 ont pour avantage de présenter un rebord interne correspondant 6A et 7A qui aboutissent respectivement juste au-dessus et juste en-dessous des ouvertures O du corps 2A du stator. Les espaces supérieur et inférieur, occupés respectivement par les rebords internes 6A et 7A, sont définis chacun par l'ensemble de découpes D et D' (représentées sur les figures 1 et 2) qui ont été pratiquées respectivement dans la zone formée par le coin supérieur périphérique et le coin inférieur périphérique de chaque pale 1A, I B, 1C et 1ID. La forme des découpes D et D' est sensiblement Still with reference to FIG. 4, the collars 6 and 7 have the advantage of having a corresponding internal rim 6A and 7A which terminate respectively just above and just below the openings O of the body 2A of the stator. The upper and lower spaces, occupied respectively by the internal edges 6A and 7A, are each defined by the set of cutouts D and D '(shown in FIGS. 1 and 2) which have been made respectively in the area formed by the corner upper peripheral and lower peripheral corner of each blade 1A, IB, 1C and 1ID. The shape of the cuts D and D 'is substantially
rectangulaire et épouse la forme du contour des rebords internes 6A et 7A. rectangular and follows the shape of the outline of the internal edges 6A and 7A.
Il est facile de constater que l'utilisation des collerettes 6 et 7 présente un réel atout dans la pratique du fait que, dans le cas de la survenue d'une panne ou d'un incident à l'intérieur du dispositif mélangeur, ou bien dans le cas d'une simple révision de ce dernier, elles autorisent un montage et un démontage simples et rapides du dispositif mélangeur selon l'invention. Par exemple, il arrive assez souvent qu'un opérateur laisse tomber malencontreusement un outil à l'intérieur du dispositif mélangeur, lorsque ce dernier est en service, occasionnant de ce fait de gros dommages, notamment au niveau des pales du rotor. Au lieu d'être obligé de changer tout l'ensemble dispositif mélangeur comme il avait l'habitude de le faire précédemment, l'opérateur aura maintenant, grâce au dispositif mélangeur selon la présente invention, la possibilité de l'extraire de la cuve pour le réparer ou simplement changer une partie de celui-ci. Il en résulte It is easy to see that the use of the collars 6 and 7 has a real advantage in practice because, in the event of a breakdown or an incident inside the mixing device, or else in the case of a simple revision of the latter, they allow a simple and rapid assembly and disassembly of the mixing device according to the invention. For example, it quite often happens that an operator accidentally drops a tool inside the mixing device, when the latter is in service, thereby causing major damage, in particular at the rotor blades. Instead of being obliged to change the whole mixing device assembly as he used to do previously, the operator will now have, thanks to the mixing device according to the present invention, the possibility of extracting it from the tank to fix it or just change part of it. The result
donc une certaine économie pour l'industriel. therefore a certain economy for the industrialist.
Les collerettes 6 et 7 ont également un autre intérêt, en ce sens que l'utilisateur, en fonction du type de produits à mélanger, pourra facilement The flanges 6 and 7 also have another advantage, in that the user, depending on the type of products to be mixed, can easily
o remplacer le dispositif mélangeur existant par un autre plus adapté. o replace the existing mixing device with another more suitable.
Comme on peut le voir maintenant en référence à la figure 6, les découpes D et D' de chaque pale 1A, lB, 1C et 1D (seule la pale 1A est représentée) sont telles, qu'une fois le rotor 1 monté à l'intérieur du stator 2, As can now be seen with reference to FIG. 6, the cutouts D and D ′ of each blade 1A, lB, 1C and 1D (only the blade 1A is shown) are such that once the rotor 1 is mounted on the inside the stator 2,
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la distance entre le bord inférieur horizontal b de la découpe D et le bord supérieur horizontal b' de la découpe D' correspond sensiblement à la longueur des ouvertures O du stator 2. Comme on l'expliquera par la suite, la relation positionnelle existant entre le bord de fuite F à section en V et les ouvertures O, qui est propre au dispositif mélangeur selon l'invention, favorise l'augmentation du taux de cisaillement et du rendement de l'éjection. On va, à présent, décrire le fonctionnement du dispositif mélangeur the distance between the horizontal lower edge b of the cutout D and the horizontal upper edge b 'of the cutout D' corresponds substantially to the length of the openings O of the stator 2. As will be explained below, the positional relationship existing between the trailing edge F with a V section and the openings O, which is specific to the mixing device according to the invention, promotes the increase in the shear rate and the ejection efficiency. We will now describe the operation of the mixing device
selon l'invention, principalement en référence aux figures 4 et 5. according to the invention, mainly with reference to Figures 4 and 5.
Après avoir installé, par l'intermédiaire des montants 9, I'ensemble constitué par le rotor 1, placé verticalement à l'intérieur du stator 2, les collerettes 6 et 7 et les colonnettes 8, en position surélevée dans la cuve de mélange 3 remplie du premier produit a, I'opérateur ouvre la vanne reliée au fond de la cuve 3 pour permettre l'introduction, dans le sens des flèches 1 5 A représentées sur la figure 4, du deuxième produit P3 à l'intérieur de cette dernière, et met en marche le moteur placé sous la cuve 3. L'arbre 4 est alors soumis à un mouvement de rotation qui est transmis à l'arbre 1E au moyen des clavettes 5, entraînant de ce fait la rotation des pales 1A, 1B, 1C et 1D à l'intérieur du corps 2A du stator, la concavité de celles-ci étant tournée dans le sens de rotation de l'arbre 1E du rotor 1. L'effet de cette rotation entraîne, d'une part, I'aspiration du produit ax dans le dispositif mélangeur par l'ouverture supérieure du corps 2A du stator, ledit produit circulant dans le sens des flèches I représentées sur la figure 5 et, d'autre part, I'aspiration de la totalité du produit p dans le dispositif mélangeur par l'ouverture inférieure du corps 2A du stator, ledit produit circulant dans le sens des flèches 1' représentées sur la figure 5, cette dernière aspiration étant très efficace en raison du dégagement important défini entre le dispositif mélangeur et le fond de la cuve 3. La double aspiration ainsi créée est d'autant plus avantageuse qu'elle permet de fournir un dispositif Pro mélangeur susceptible de traiter de bien plus gros débits que ceux traités habituellement, sa capacité pouvant, en effet, atteindre 30m3. Ceci peut s'avérer particulièrement intéressant, par exemple dans la grande industrie chimique, cosmétologique ou autres. On constate également que la After having installed, via the uprights 9, the assembly constituted by the rotor 1, placed vertically inside the stator 2, the flanges 6 and 7 and the balusters 8, in the raised position in the mixing tank 3 filled with the first product a, the operator opens the valve connected to the bottom of the tank 3 to allow the introduction, in the direction of the arrows 1 5 A shown in Figure 4, of the second product P3 inside the latter , and starts the engine placed under the tank 3. The shaft 4 is then subjected to a rotational movement which is transmitted to the shaft 1E by means of the keys 5, thereby causing the blades 1A, 1B to rotate , 1C and 1D inside the body 2A of the stator, the concavity of these being turned in the direction of rotation of the shaft 1E of the rotor 1. The effect of this rotation leads, on the one hand, to I suction of the product ax in the mixing device through the upper opening of the body 2A of the stator, said product flowing in the direction of the arrows I shown in FIG. 5 and, on the other hand, the suction of all of the product p in the mixing device through the lower opening of the body 2A of the stator, said product flowing in the direction of the arrows 1 ′ shown in FIG. 5, this latter suction being very effective due to the large clearance defined between the mixing device and the bottom of the tank 3. The double suction thus created is all the more advantageous as it allows to provide a Pro mixer device capable of processing much larger flow rates than those usually treated, its capacity possibly reaching 30m3. This can be particularly interesting, for example in the large chemical, cosmetological or other industry. We also note that the
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puissance absorbée par le moteur est, au moment de cette double aspiration, réduite d'une manière efficace, par le fait que les bords d'attaque B et B' de chaque pale 1A, lB, 1C et 1D soient biseautés et se power absorbed by the motor is, at the time of this double aspiration, reduced in an effective manner, by the fact that the leading edges B and B 'of each blade 1A, lB, 1C and 1D are bevelled and are
trouvent en dehors du corps 2A du stator. outside the body 2A of the stator.
A la suite de cette double aspiration, les flux de produit venant du dessus et du dessous du dispositif mélangeur se rejoignent à l'intérieur de celui-ci. L'avantage, ici, est que la direction de pénétration des deux flux est Following this double aspiration, the product flows coming from above and from below the mixing device meet inside of it. The advantage here is that the direction of penetration of the two flows is
sensiblement verticale grâce à la présence des deux collerettes 6 et 7. substantially vertical thanks to the presence of the two flanges 6 and 7.
Ainsi, les flux de produit ax et de produit f, qui sont en quelque sorte canalisés, ne peuvent ni s'approcher de la périphérie supérieure du dispositif mélangeur, ni s'approcher de sa périphérie inférieure, celles-ci étant bouchées respectivement par le rebord 6A de la collerette 6 et le rebord 7A de la collerette 7. Le fait d'avoir prévu ces collerettes 6 et 7 résout donc un des problèmes extrêmement gênants relatifs aux dispositifs mélangeurs classiques, qui est celui de la fuite de produit à leur périphérie supérieure et inférieure, et qui a pour conséquence un gaspillage important Thus, the flows of product ax and of product f, which are somehow channeled, can neither approach the upper periphery of the mixing device, nor approach its lower periphery, these being blocked respectively by the rim 6A of the flange 6 and the rim 7A of the flange 7. The fact of having provided these flanges 6 and 7 therefore solves one of the extremely troublesome problems relating to conventional mixing devices, which is that of product leakage at their periphery upper and lower, and which results in significant waste
de la quantité de produit utilisée. the amount of product used.
En plus de cela, l'ensemble formé par le dispositif mélangeur et les deux collerettes 6 et 7 a comme caractéristique avantageuse de constituer une sorte de chambre de compression énorme dont le rôle est de canaliser dans une direction sensiblement verticale, avec une accéleration très élevée, les flux de produit oa et 1 à l'intérieur du dispositif mélangeur. Etant donné la création de cette accéleration et de la mise en pression propres au dispositif mélangeur selon la présente invention, l'énergie utilisée pour faire tourner l'arbre 4 peut être utilisée de manière plus rationnelle et peut être moindre que celle utilisée d'habitude. Au lieu d'avoir par exemple une vitesse maximale égale à 3000 tr/min, I'arbre 4 tournera seulement à une vitesse maximale de 1500 tr/min, ceci ayant pour résultat des économies d'énergie substantielles. o0 Sous l'effet de la rotation des pales 1A, 1 B, 1C et 1 D, le produit a se mélange ensuite au produit 1, la qualité du mélange et le taux de cisaillement étant nettement améliorés, notamment en raison de la pression très importante mise en oeuvre à l'intérieur du dispositif mélangeur et de la forme particulière donnée aux pales. Le produit cc et le produit p3 se mélangent en effet particulièrement bien du fait qu'ils se trouvent confinés ensemble dans la pliure respective des pales 1A, lB, 1C et 1D. Le produit issu du mélange des produits a et B se dirige ensuite vers les ouvertures O du corps 2A du stator dans une direction sensiblement horizontale représentée par les flèches E sur la figure 5. Comme on peut le voir sur les figures 4 et 5, I'espace compris entre la partie inférieure du rebord interne 6A de la collerette 6 et la partie supérieure du rebord interne 7A de la collerette 7 constitue une zone de compression très importante du produit Io issu du mélange des produits a et 3, laquelle ayant pour intérêt d'obtenir une émulsion plus fine avant l'éjection de cette dernière à travers les ouvertures O du corps 2A du stator. La finesse de l'émulsion obtenue est également plus importante en raison de la caractéristique de la zone de striction ( ou de laminage) du dispositif mélangeur selon l'invention, c'est à dire la zone de passage entre le bord de fuite F des pales 1A, lB, 1C et 1D In addition to this, the assembly formed by the mixing device and the two flanges 6 and 7 has the advantageous characteristic of constituting a sort of enormous compression chamber whose role is to channel in a substantially vertical direction, with a very high acceleration. , the product flows oa and 1 inside the mixing device. Given the creation of this acceleration and of the pressurization proper to the mixing device according to the present invention, the energy used to rotate the shaft 4 can be used more rationally and can be less than that usually used. . Instead of having for example a maximum speed equal to 3000 rpm, the shaft 4 will only rotate at a maximum speed of 1500 rpm, this resulting in substantial energy savings. o0 Under the effect of the rotation of the blades 1A, 1B, 1C and 1D, the product a then mixes with product 1, the quality of the mixture and the shear rate being significantly improved, in particular due to the very high pressure. important implementation inside the mixing device and the particular shape given to the blades. The product cc and the product p3 in fact mix particularly well because they are confined together in the respective folds of the blades 1A, 1B, 1C and 1D. The product from the mixture of products a and B then goes to the openings O of the body 2A of the stator in a substantially horizontal direction represented by the arrows E in FIG. 5. As can be seen in FIGS. 4 and 5, I space between the lower part of the internal rim 6A of the collar 6 and the upper part of the internal rim 7A of the collar 7 constitutes a very significant compression zone of the product Io resulting from the mixture of products a and 3, which having the advantage to obtain a finer emulsion before the ejection of the latter through the openings O of the body 2A of the stator. The fineness of the emulsion obtained is also greater due to the characteristic of the necking (or rolling) zone of the mixing device according to the invention, that is to say the zone of passage between the trailing edge F of the blades 1A, lB, 1C and 1D
et les ouvertures d'éjection O du corps 2A du stator. and the ejection openings O of the body 2A of the stator.
Comme on peut le voir sur la figure 6, la relation positionnelle privilégiée entre le bord de fuite F des pales (ici la pale 1A) et les ouvertures O formées dans le corps 2A du stator est particulièrement avantageuse du point de vue du taux de cisaillement obtenu. Du fait que le bord de fuite F a une section en V, que l'écartement entre le bord inférieur b de la découpe D et le bord supérieur b' de la découpe D' correspond à la longueur des ouvertures O et que la ligne L de direction radiale de la pale 1A (respectivement les pales lB, 1C et 1D) se trouve sensiblement dans le plan horizontal médian du corps 2A du stator, les ouvertures O, d'une part, ne se trouveront jamais bouchées complètement par le bord de fuite F comme c'est le cas dans l'état de la technique, et, d'autre part, permettront une éjection plus régulière du produit mélangé, ce qui aura pour effet d'engendrer une perturbation moindre dans les écoulements et une augmentation du taux de cisaillement, ceci influant de manière favorable sur la qualité de l'émulsion obtenue. La vitesse de sortie du produit mélangé, que l'on sait être liée au taux de cisaillement, va donc elle aussi 1l 2777804 être plus importante, rendant ainsi le dispositif mélangeur selon l'invention As can be seen in FIG. 6, the privileged positional relationship between the trailing edge F of the blades (here the blade 1A) and the openings O formed in the body 2A of the stator is particularly advantageous from the point of view of the shear rate. got. Because the trailing edge F has a V-shaped section, that the distance between the lower edge b of the cutout D and the upper edge b 'of the cutout D' corresponds to the length of the openings O and that the line L in the radial direction of the blade 1A (respectively the blades 1B, 1C and 1D) is substantially in the median horizontal plane of the body 2A of the stator, the openings O, on the one hand, will never be completely blocked by the edge of leakage F as is the case in the prior art, and, on the other hand, will allow a more regular ejection of the mixed product, which will have the effect of causing a less disturbance in the flows and an increase in the shear rate, this favorably influencing the quality of the emulsion obtained. The exit speed of the mixed product, which is known to be linked to the shear rate, will therefore also be greater, thus making the mixing device according to the invention
également performant sur ce point.also effective on this point.
Il va de soi que la forme de réalisation du dispositif mélangeur qui a été décrite ci-dessus a été donnée à titre purement indicatif et nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent être facilement apportées par l'homme de l'art sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Ainsi, le rotor, au lieu de posséder quatre pales, pourrait en posséder trois, six ou huit, voire davantage si le corps 2A du stator a un grand diamètre. C'est ainsi également que les pans P et P' de chaque pale, au lieu de faire habituellement un angle de 90 , pourraient former entre eux un angle obtus ou aigu. En ce qui concerne la disposition des pales 1A, lB, 1 C et 1 D sur l'arbre 1 E du rotor, rien n'oblige à ce que leurs lignes de piure L correspondantes, qui séparent respectivement leurs pans P et P', soient perpendiculaires aux génératrices de la partie cylindrique intérieure de lI'arbre 1 E. Les pales pourraient être aussi bien agencées, de telle sorte que leurs lignes de pliure L correspondantes soient perpendiculaires à l'axe vertical central de l'arbre 1 E ou bien encore soient décalées horizontalement par rapport à cet axe. Il pourrait même aussi être envisagé de réaliser des pales 1A, lB, 1C et 1D qui aient une forme différente de celle décrite dans la présente invention. Par exemple, les pans P et P' pourraient être respectivement incurvés soit vers l'intérieur, soit vers l'extérieur, cette dernière forme ayant pour avantage de permettre de réaliser un gain sur la puissance absorbée par le rotor 1, d'obtenir un débit de sortie plus élevé et d'augmenter le taux de compression du produit issu du mélange des produits c et ï à l'intérieur du corps 2A du stator. Une autre possibilité pour la forme des pales serait d'atténuer les pliures L et de donner aux pales 1A, lB, 1C et 1D la forme d'un arc de cercle ou d'un arc d'ellipse, le centre du cercle et les foyers de l'ellipse étant respectivement situés dans le plan horizontal médian et dans le plan vertical médian du corps 2A du stator. Les deux extrémités libres de ces pales continueraient bien entendu, de la même manière que ce qui a été mentionné dans la It goes without saying that the embodiment of the mixing device which has been described above has been given for information only and is in no way limiting, and that many modifications can be easily made by those skilled in the art without necessarily depart from the scope of the invention. Thus, the rotor, instead of having four blades, could have three, six or eight, or even more if the body 2A of the stator has a large diameter. It is also thus that the sides P and P 'of each blade, instead of usually making an angle of 90, could form an obtuse or acute angle between them. As regards the arrangement of the blades 1A, lB, 1 C and 1 D on the shaft 1 E of the rotor, nothing obliges their corresponding lines of piure L, which respectively separate their sides P and P ', are perpendicular to the generatrices of the inner cylindrical part of the shaft 1 E. The blades could be arranged as well, so that their corresponding fold lines L are perpendicular to the central vertical axis of the shaft 1 E or else still be horizontally offset from this axis. It could even also be envisaged to produce blades 1A, 1B, 1C and 1D which have a shape different from that described in the present invention. For example, the sides P and P 'could be respectively curved either inwards or outwards, the latter form having the advantage of making it possible to make a gain on the power absorbed by the rotor 1, to obtain a higher output flow and increase the compression ratio of the product from the mixture of products c and ï inside the body 2A of the stator. Another possibility for the shape of the blades would be to attenuate the folds L and to give the blades 1A, lB, 1C and 1D the shape of an arc of a circle or an arc of ellipse, the center of the circle and the focal points of the ellipse being situated respectively in the median horizontal plane and in the median vertical plane of the stator body 2A. The two free ends of these blades would of course continue, in the same way as what was mentioned in the
description, à former respectivement leurs bords d'attaque horizontaux description, to form their horizontal leading edges respectively
supérieur et inférieur, et il serait également fait en sorte que chaque pale upper and lower, and it would also make sure that each blade
12 277780412 2777804
1A, lB, 1C et 1D soit agencée sur l'arbre 1E en ayant sa concavité tournée dans le sens de rotation du rotor 1. Enfin, en ce qui concerne plus particulièrement le montage du dispositif mélangeur à l'intérieur de la cuve de mélange 3, il pourrait être judicieux de supprimer les boulons 11 et 12 pour que n'apparaisse aucun élément de vissage dans la cuve de mélange 3, de manière à rendre le dispositif mélangeur utilisable sans restriction dans le domaine pharmaceutique. Pour ce faire, I'extrémité supérieure de chaque colonnette 8 ( par analogie, de chaque montant 9) serait munie d'une tige filetée destinée à s'engager dans un trou borgne correspondant, 1A, 1B, 1C and 1D is arranged on the shaft 1E with its concavity turned in the direction of rotation of the rotor 1. Finally, as regards more particularly the mounting of the mixing device inside the mixing tank 3, it could be wise to remove the bolts 11 and 12 so that no screwing element appears in the mixing tank 3, so as to make the mixing device usable without restriction in the pharmaceutical field. To do this, the upper end of each baluster 8 (by analogy, of each upright 9) would be provided with a threaded rod intended to engage in a corresponding blind hole,
o formé dans la collerette 6 (par analogie, dans la collerette 7). o formed in the collar 6 (by analogy, in the collar 7).
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FR2777804A1 true FR2777804A1 (en) | 1999-10-29 |
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FR2777804B1 (en) | 2000-06-23 |
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