FR2929133A1 - Dispositif de melange comprenant un conduit d'amenee de particules debouchant dans la zone de turbulences - Google Patents

Dispositif de melange comprenant un conduit d'amenee de particules debouchant dans la zone de turbulences Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de mélange comprenant :- un rotor (2) destiné à coopérer avec des moyens moteurs (4) afin d'être entraîné en rotation ; et- une couronne annulaire (5) entourant le rotor (2) et présentant au moins un orifice axial et des orifices radiaux (6) pour le passage du mélange; et- un conduit d'amenée (7) de particules destinées à être incorporées au mélange, débouchant à l'intérieur de ladite couronne annulaire (5).L'invention concerne également un ensemble de mélange équipé d'un tel dispositif et un procédé de fabrication d'une émulsion.

Description

DISPOSITIF DE MÉLANGE COMPRENANT UN CONDUIT D'AMENEE DE PARTICULES DEBOUCHANT DANS LA ZONE DE TURBULENCES DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [1] L'invention concerne un dispositif de mélange, un ensemble de mélange équipé d'un tel dispositif et un procédé de fabrication d'une préparation. [2] Le dispositif ainsi que l'ensemble de mélange sont notamment destinés à la fabrication d'une préparation, et plus particulièrement à la dispersion de particules dans une préparation. ÉTAT DE LA TECHNIQUE [003] Dans l'art antérieur, il est connu de produire des préparations en mélangeant dans une cuve des substances et en introduisant dans la cuve des particules de poudre afin de les incorporer au mélange. [4] De telles préparations sont couramment fabriquées pour des applications pharmaceutiques, cosmétiques ou agro-alimentaires... Pour des applications pharmaceutiques ou cosmétiques, les particules incorporées peuvent notamment constituer le principe actif de la composition et doivent alors être incorporées au mélange dans des proportions très précises. [5] Afin de réaliser ces préparations, des ensembles de mélange sont connus. Selon la technologie la plus répandue, ceux-ci comprennent une cuve, maintenue en dépression et destinée à recevoir le mélange, un rotor comportant des pales de mélange et coopérant avec des moyens moteurs afin d'être entraîné en rotation et un stator comportant une couronne annulaire entourant le rotor et présentant des orifices radiaux pour le passage du mélange projeté radialement par ledit rotor. [6] Afin d'incorporer les particules à la préparation, deux méthodes sont 25 couramment utilisées. [7] Selon une première méthode, illustrée sur la figure 1, les particules .sont introduites par aspiration dans la cuve maintenue en clépression via un conduit d'amenée débouchant en fond de cuve, latéralement à l'unité rotor-stator. Le conduit d'amenée est équipé d'une vanne permettant de commander l'introduction des particules dans la cuve. Les particules à incorporer dans le mélange circulent dans la cuve en suivant approximativement le trajet des flèches f1. Toutefois, clans ce cas, le débit d'introduction de la poudre est directement lié au niveau de vide dans la cuve. Aussi, pour une vanne donnée, il faut augmenter le vide pour augmenter le débit de particules introduites. Toutefois, selon la viscosité du mélange dans la cuve, un niveau de vide trop élevé engendre un passage trop rapide des particules au travers le mélange et les particules aspirées viennent se coller contre la partie supérieure de la cuve ; ce qui génère des problèmes de nettoyage et de perte de produit. [8] Selon une seconde méthode, illustrée sur la figure 2, l'ensemble de mélange est équipé d'une tuyauterie extérieure permettant une re circulation de la préparation. Dans cette réalisation, les particules de poudre sont introduites dans la cuve via un conduit d'amenée débouchant dans la tuyauterie extérieure. Toutefois, cette méthode pose des problèmes de nettoyage de la tuyauterie extérieure de re circulation. En outre, le débit d'introduction de la poudre est limité par les dimensions de la tuyauterie extérieure et par le débit de circulation dans celle-ci. OBJET DE L'INVENTION [9] L'invention vise à remédier à ces problèmes en proposant un dispositif: de mélange permettant de disperser efficacement des particules dans un mélange, d'introduire lesdites particules avec un débit élevé et de diminuer les pertes de produit. [0010] En outre, le dispositif selon l'invention peut être utilisé dans un ensemble de mélange dont le nettoyage est aisé. [0011] À cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un dispositif` de mélange comprenant : - au moins un rotor destiné à coopérer avec des moyens moteurs afin d'être entraîné en rotation ; et - une couronne annulaire entourant le rotor et présentant au moins un orifice 5 axial et des orifices radiaux pour le passage du mélange; et - un conduit d'amenée de particules destinées à être incorporées au mélange, débouchant à l'intérieure de ladite couronne annulaire. [0012] Ainsi, les particules de poudre sont dispersées efficacement car l'introduction des particules est directement effectuée dans la zone de turbulences. 10 [0013] En outre, le débit d'introduction des poudres peut être plus important car il est possible d'augmenter le niveau de vide dans une cuve équipée d'un tel dispositif sans pour autant que les particules soient projetées contre la partie supérieure cle la cuve. [0014] Par ailleurs, l'ensemble de mélange équipé d'un tel dispositif ne nécessite 15 pas de tube extérieur de re circulation dont le nettoyage est difficile. [0015] Enfin, le dispositif de mélange selon l'invention permet de diminuer le temps de mise en oeuvre du dispositif pour incorporer complètement des particules dans la préparation. [0016] Avantageusement, le dispositif comporte un bloc-moteur comportant le rotor, 20 la couronne annulaire, des moyens moteurs et un arbre connectant le rotor aux moyens moteurs et ledit bloc-moteur supporte au moins une portion du conduit d'amenée. [0017] Ainsi, le dispositif est compact et son installation sur un ensemble de mélange est simple. 25 [0018] Avantageusement, le conduit d'amenée est équipé d'une vanne supportée par le bloc-moteur. La vanne est, de préférence, une vanne pneumatique à clapet. [0019] Dans un mode de réalisation, le bloc-moteur comprend des moyens de fixation à une cuve de mélange afin de faciliter l'installation du dispositif sur la cuve de l'ensemble de mélange. Les moyens de fixation sont étanches à la pression afin de permettre la mise en dépression de la cuve de mélange équipé d'un tel dispositif de mélange. [0020] Avantageusement, le conduit d'amenée traverse lesdits moyens de fixation à une cuve. Ainsi, la cuve équipée d'un tel dispositif de mélange ne présente qu'un seul passage pour l'installation du rotor, de la couronne annulaire et du conduit d'amenée. [0021] Dans un mode de réalisation, le bloc-moteur comporte deux rotors coaxiaux. Ce mode de réalisation permet de diminuer davantage le temps de production cle la préparation. [0022] Dans un mode de réalisation préférée, le(s) rotor(s) comporte(nt) des pales de mélange agencées pour aspirer le mélange au travers de l'orifice axial de la couronne annulaire et le projeter radialement au travers des orifices radiaux de la couronne annulaire.. [0023] Avantageusement, le conduit d'amenée débouche à proximité de l'extrémité radiale des pales de mélange du rotor. Ainsi, l'introduction des particules dans la cuve est favorisée par le mouvement radial du mélange. [0024] Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un ensemble de mélange comprenant une cuve destinée à recevoir un mélange et un dispositif de mélange selon le premier aspect de l'invention. [0025] Avantageusement, l'ensemble de mélange est équipé de moyens pour faire le vide à l'intérieur de la cuve. Ainsi, les particules provenant du conduit d'amenée 25 sont aspirées. [0026] Enfin, selon un troisième aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une préparation comprenant : - une étape de mélange au moyen : • d'un rotor entraîné en rotation par des moyens moteurs; et • d'une couronne annulaire entourant le rotor et présentant au moins un 5 orifice axial et des orifices radiaux pour le passage du mélange ; - une étape d'introduction de particules dans la cuve via l'intérieur de la couronne annulaire afin d'incorporer les particules au mélange. [0027] Avantageusement, la cuve est maintenue en dépression afin de permettre l'introduction des particules par aspiration. 10 [0028] Selon un mode de réalisation, on mélange au moins deux substances non-miscibles afin de fabriquer une émulsion. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0029] D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 15 - les figures 1 et 2 sont des vues schématiques illustrant des ensembles de mélange pour la production d'une émulsion selon l'art antérieur; - la figure 3 est une vue schématique d'un ensemble de mélange selon l'invention ; - la figure 4 est une vue schématique d'un rotor et d'une couronne annulaire ; 20 - la figure 5 est une vue schématique en coupe radiale d'un dispositif de mélange ; - la figure 6 est une vue schématique en coupe radiale d'un dispositif de mélange comprenant deux rotors ; - la figure 7 est une vue schématique en coupe d'un dispositif de mélange, selon un premier mode de réalisation de l'invention, en fonctionnement ; les flèches représentant le mouvement du mélange à l'intérieur de la cuve ; et - la figure 8 est une vue schématique d'un dispositif de mélange selon un second mode de réalisation de l'invention.
EXEMPLE DE RÉALISATION [0030] La figure 3 illustre schématiquement un ensemble de mélange, selon l'invention. Cet ensemble comprend une cuve 1, un dispositif de mélange 14, des moyens d'arrivée 9 et des moyens d'évacuation 10 des fluides. [0031] Au moins deux fluides destinés à être mélangés dans la cuve 1 sont acheminés par les moyens d'arrivée 9, transitent dans la cuve 1 et sont évacués par les moyens d'évacuation 10. Les moyens d'arrivée 9 et d'évacuation 10 comportent chacun une canalisation de passage des fluides et une vanne 12, 13 permettant de réguler le débit d'arrivée et d'évacuation. [0032] En outre, l'ensemble de mélange est équipé de moyens, tels qu'une pompe 15 11, permettant de faire le vide à l'intérieur de la cuve 1. En fonctionnement, la dépression régnant à l'intérieur de la cuve peut s'étendre entre 0 et 0,99 bar. [0033] Le dispositif de mélange selon l'invention comporte un rotor 2 qui tourne à l'intérieur d'une couronne annulaire 5. [0034] Le rotor 2 coopère avec des moyens moteurs 4 afin d'être entraîné en 20 rotation et comporte des pâles 3a, 3b, 3c, 3d de mélange agencés pour aspirer axialement le mélange et le projeter radialement au travers du rotor 2. Le rotor 2 est connecté aux moyens moteurs 4 par un arbre 16 et comporte, à cet effet, un alésage cylindrique 17 (voir figures 7 et 8) permettant de connecter l'extrémité de l'arbre 16 au rotor 2. 25 [0035] Le dispositif de mélange comporte en outre une couronne annulaire 5 entourant le rotor 2. La couronne annulaire 5 peut être fixe, et sera dans ce cas appelée rotor, ou mobile en rotation (non représentée). La couronne 5 présente un orifice axial 18 supérieur permettant le passage du mélange aspiré par le rotor 2. En outre, la couronne annulaire 5 comporte, sur sa périphérie, des orifices 6 pour le passage du mélange projeté radialement par ledit rotor 2. Les orifices radiaux 6 sont des fentes parallèles entre elles et sont séparées par des parties servant de surface d'impact. Le mélange projeté par le rotor 2, à travers les ouvertures 6, selon la direction radiale subit un cisaillement selon cette direction radiale. Par ailleurs, l'interstice entre le rotor 2 et la couronne annulaire 5 est suffisamment faible de manière à obtenir les contraintes de cisaillement souhaitées. [0036] Conformément aux flèches de la figure 7, illustrant le mouvement du mélange dans la cuve 1, lorsque le rotor 2 est entraîné en rotation, le mélange est aspiré en direction axiale suivant les flèches f1 et projeté vers l'extérieur au travers de fentes radiales, suivant les flèches f2. Le mélange est ainsi forcé de s'écouler à travers les fentes de la couronne 5. Avantageusement, l'ensemble de mélange peut comprendre une ou plusieurs turbines, non représentées, disposées à l'intérieur de la cuve 1 et agencées pour entraîner le mélange, selon la direction des flèches f2, vers l'axe du rotor 2. [0037] Dans le mocle de réalisation représenté sur les figures 7 et 8, le dispositif de mélange est réalisé sous la forme d'un bloc-moteur, comprenant les moyens moteurs 4, l'arbre 16, le rotor 2, la couronne annulaire 5 et un carter 18 permettant de loger l'arbre 16. [0038] Le dispositif comporte un conduit d'amenée 7 des particules dans la cuve 1. Selon l'invention, afin de disperser efficacement les particules dans le mélange, le conduit d'amenée 7 débouche directement à l'intérieur de la couronne annulaire 5. L'autre extrémité du conduit d'amenée 7 est destinée à être plongée dans un réservoir de particules de manière à assurer l'aspiration des particules. L'introduction des particules à l'intérieur de la cuve 1 est assurée par la dépression régnant à l'intérieur de la cuve 1 et une vanne 8 équipant le conduit d'amenée 7 permet de réguler le débit d'introduction de particules dans la cuve 1. Avantageusement, le conduit d'amenée 7 débouche à proximité de l'extrémité radiale des pales 3a, 3b, 3c, 3d. Ainsi, l'introduction des particules est encouragée par la projection racliale du mélange lors de la rotation du rotor 2. [0039] Dans les modes de réalisation représentés, la vanne 8 est directement fixée au carter 18 du bloc-moteur. La vanne 8 utilisée est par exemple une vanne pneumatique à clapet 23. [0040] Dans le mode de réalisation détaillée sur la figure 7, la couronne annulaire 5 est supportée par un plateau circulaire 15. Ce plateau 15 est destiné à être inséré dans une cavité centrale de la cuve 1. Afin d'assurer l'étanchéité, la paroi latérale du plateau 15 est équipée d'une rainure circulaire 19 et d'un joint torique logé clans ladite rainure circulaire 19. Le joint permet d'assurer l'étanchéité de la cuve au liquide et à la pression. [0041] Afin de permettre la transmission du mouvement de rotation des moyens moteurs 4 vers le rotor 2, l'arbre 16 traverse un alésage central formé dans le plateau 15 et est guidé en rotation par des paliers de guidage 20, 21 supportés par le carter 18. En outre, le carter 18 supporte un joint torique 22 permettant d'étanchéifier, au gaz et aux liquides, l'alésage central du plateau 15. [0042] Par ailleurs, le plateau 15 comporte un orifice d'amenée des particules 'elié au conduit 7 d'amenée des particules. En position fermée, le clapet 23 de la vanne 8 obture le passage entre le conduit d'amenée et l'orifice d'amenée alors qu'en position ouverte, illustrée sur la figure 7, le clapet 23 de la vanne 8 dégage l'espace de passage des particules. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, la vanne 8 peut être équipée de capteurs permettant cle détecter la position du clapet 23. [0043] Le bloc-moteur comporte en outre des moyens de fixation étanche à la cuve 1, non illustrés, disposés entre le rotor 2 et le conduit d'amenée 7. A cet effet, le plateau 15 est par exemple solidarisé à la cuve 1 par soudage, ou à l'aide de vis insérées au travers d'orifices formés dans le plateau 15 et coopérant avec des orifices formés dans la cuve 1. [0044] Le conduit d'amenée 7 traverse les moyens de fixation. Ainsi, la cuve 1 ne comporte qu'une seule ouverture pour le passage du conduit d'amenée 7 du rotor 2 5 et de la couronne annulaire 5. [0045] La figure 8 illustre un dispositif de mélange selon un second mode de réalisation, comprenant deux rotors coaxiaux 2a, 2b destinés à tourner dans des sens opposés. [0046] À cet effet, le bloc-moteur comporte un arbre extérieur 16b monté en 10 rotation sur le carter 18 au moyen de paliers 24 et coopérant avec le rotor extérieur 2b, et un arbre intérieur 16a coaxial à l'arbre extérieur 16b, guidé en rotation sur l'arbre extérieur 16b au moyen de paliers 25 et coopérant avec le rotor central 2a. Les deux arbres 16a, 16b coopèrent avec des moyens moteurs 4 de sorte à être entraînés en sens inverse. La vitesse de rotation des arbres 16a, 16b est de l'ordre 15 de 3000 tours/minute. [0047] Selon l'invention, afin de réaliser la préparation, on introduit au moins cieux substances dans la cuve via les moyens d'arrivée 9 et l'on entraîne le(s) rotor(s) 2, 2a, 2b du dispositif de mélange. La cuve 1 est maintenue en dépression par la pompe 11. 20 [0048] Par la suite, la vanne 8 est déplacée en position ouverte, de telle sorte que les particules provenant du conduit d'amenée 7 soient aspirées via l'intérieur de la couronne annulaire du stator 5, à l'intérieur de la cuve '1. La vanne 8 est ensuite déplacée vers sa position de fermeture lorsque la quantité de particules désirée à été introduite. 25 [0049] Lorsque les particules ont été intégrées la préparation, celle-ci est évacuée via les moyens d'évacuation 10. [0050] Dans un mode de réalisation particulier, on mélange deux substances non-miscibles afin d'obtenir une émulsion. [0051] L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. II est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation 5 de l'invention sans pour autant sortir du cadre de l'invention. [0052] En particulier, on pourra notamment prévoir de former le conduit d'amenée 7 des particules à l'intérieur de l'arbre moteur 16.

Claims (18)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif (14) de mélange comprenant : - au moins un rotor (2) destiné à coopérer avec des moyens moteurs (4) afin d'être entraîné en rotation ; et - une couronne annulaire (5) entourant le rotor (2) et présentant au moins un orifice axial et des orifices radiaux (6) pour le passage du mélange; ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un conduit d'amenée (7) de particules destinées à être incorporées au mélange, débouchant à l'intérieur de ladite couronne annulaire (5).
  2. 2. Dispositif (14) de mélange selon la revendication 1, comprenant un bloc-moteur comportant des moyens moteurs (4) et un arbre (16) connectant le rotor (2) aux moyens moteurs (4).
  3. 3. Dispositif (14) de mélange selon la revendication 2, dans lequel le 15 bloc-moteur supporte au moins une portion du conduit d'amenée (7).
  4. 4. Dispositif (14) de mélange selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel le conduit d'amenée (7) est équipé d'une vanne (8) supportée par le bloc-moteur.
  5. 5. Dispositif (14) de mélange selon la revendication 4, dans lequel la 20 vanne (8) est une vanne à clapet (23).
  6. 6. Dispositif (14) de mélange selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel la vanne (8) est une vanne pneumatique.
  7. 7. Dispositif (14) de mélange selon l'une des revendications 2 à 6, dans lequel le bloc-moteur comporte le rotor (2) et la couronne annulaire (5). 25
  8. 8. Dispositif (14) de mélange selon l'une des revendications 2 à 7, dans lequel le bloc-moteur comprend des moyens de fixation à une cuve (1) de mélange.
  9. 9. Dispositif (14) de mélange selon la revendication 8, dans lequel les moyens de fixation sont étanches à la pression.
  10. 10. Dispositif (14) de mélange selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le conduit d'amenée (7) traverse lesdits moyens de fixation à une cuve (1).
  11. 11. Dispositif (14) de mélange selon l'une des revendications 2 à 10, dans lequel le bloc-moteur comporte deux rotors coaxiaux (2a, 2b).
  12. 12. Dispositif (14) de mélange selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel le rotor (2) comporte des pales de mélange (3a, 3b, 3c, 3d) agencés pour aspirer le mélange au travers de l'orifice axial de la couronne annulaire (5) et le projeter radialemeni: au travers des orifices radiaux (6) de la couronne annulaire (5).
  13. 13. Dispositif de mélange (14) selon la revendication 12, dans lequel le conduit d'amenée (7) débouche à proximité de l'extrémité radiale des pales de mélange (3a, 3b, 3c, 3d) du rotor (2).
  14. 14. Ensemble de mélange caractérisé en ce qu'il comprend une cuve (1) 15 destinée à recevoir un mélange et un dispositif (14) de mélange selon l'une des revendications 1 à 13.
  15. 15. Ensemble de mélange selon la revendication 14, comprenant des moyens (11) pour faire le vide à l'Intérieure de la cuve (1).
  16. 16. Procédé de fabrication d'une préparation comprenant une étape de 20 mélange au moyen : • d'un rotor (2) entraîné en rotation par des moyens moteurs (4) ; et • d'une couronne annulaire entourant le rotor (2) et présentant au moins un orifice axial et des orifices radiaux (6) pour le passage du mélange ; ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre une 25 étape d'introduction de particules dans la cuve (1) via l'intérieur de la couronne annulaire afin d'incorporer les particules au mélange.
  17. 17. Procédé de fabrication d'une préparation selon la revendication 16, dans lequel la cuve (1) est maintenue en dépression afin de permettre l'introduction des particules par aspiration.
  18. 18. Procédé de fabrication selon la revendication 16 ou 17, dans lequel on 5 mélange au moins deux substances non-miscibles afin de fabriquer une émulsion.
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