WO1995008388A1 - Dispositif pour l'homogeneisation de fluides liquides et de reactifs chimiques - Google Patents

Dispositif pour l'homogeneisation de fluides liquides et de reactifs chimiques Download PDF

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    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
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    • B01F25/431974—Support members, e.g. tubular collars, with projecting baffles fitted inside the mixing tube or adjacent to the inner wall

Definitions

  • the solution is not satisfactory because, to obtain an effective result, it is necessary to expend significant energy.
  • a device capable of ensuring the filtration and separation of particles in suspension in the air. The aim is to interpose in the path of these particles, sections forming a baffle, in order to break the flow of the air conveying them, to create, successively, an acceleration and relaxation of the air.
  • the particle separation device comprises a plurality of juxtaposed elements, arranged in a nesting position and the number and profile of which are determined so that the nested parts of two juxtaposed elements are capable of constituting several successive changes of section .
  • a device which comprises a plurality of juxtaposed elements arranged in the nesting position and the number and profile are determined so that the nested parts of two juxtaposed elements are able to constitute several successive changes of sections, said nested parts being located very substantially in a plane perpendicular to the path of the fluid to be treated, to create micro-vortex effects .
  • each element has, from one side to the less, two C-shaped sections superimposed by a common branch and, on the other side, on either side of the axis of symmetry of the two C-sections, at least one C-section whose opening is opposite the openings of the two juxtaposed C profiles.
  • each element has, on one side, n + 1 C-shaped profiles superimposed by a common branch and, on the other side, n C-shaped profiles juxtaposed by their branch and whose openings are opposite to those of the n + 1 profiles, the n profiles being offset symmetrically with respect to the n + 1 profiles.
  • the elements are nested in juxtaposition, so that a C-section overlaps the common branch of two juxtaposed C-sections.
  • the ends of the branches of each C-shaped section have protuberances overhanging their internal surface, capable of creating, on the one hand, a reduction in section, in combination with the corresponding parts of the nested profiles and, on the other hand, a deflection of the fluid, in order to promote the vortex effect.
  • the elements are mounted and fixed in juxtaposition, in the nesting position, in a frame arranged in a substantially horizontal plane.
  • the elements receive, by gravity, the fluid or the reagents to be treated, or the elements receive, by means of a pump, the fluid or the reagents to be treated.
  • Figure 1 is a perspective view of a profiled element of the device according to the invention.
  • Figure 2 is a front view showing the mounting in position of juxtaposition and nesting of the profiled elements.
  • Figure 3 is a perspective view showing the mounting of the elements of the device in a support frame.
  • Figure 4 is a purely schematic view, showing the use of the device in the case of a treatment of the fluid by gravity.
  • Figure 5 is a purely schematic view, showing the use of the device in the case of a treatment of the fluid, by means of a pump system creating a closed continuous cycle.
  • the device according to the invention configured to ensure the homogenization of any liquid or chemical reagent fluid, comprises a plurality of profiled elements (1) nested in the juxtaposition position.
  • each element (1) has at least one side, two sections (1a) and (1b) of C-shaped cross section.
  • the two sections (1a) and (1b) are arranged in superposition position by being joined by a common branch (1c).
  • a common branch (1c) On the other side and on either side of the axis of symmetry of the two profiles (1a) and
  • the element (1) has at least one section (1d) also of section transverse C-shaped.
  • the opening of the profile (1d) is opposite to the openings of the two juxtaposed profiles (1 a) and (1 b).
  • the profiled elements (1) as described, are nested in the juxtaposition position, so that the C-shaped profiles (1d) overlap the common branch (1c) of the profiles (1a) and (1b).
  • the common branches (1c) are therefore arranged inside and at the center of each of the sections (1d).
  • the openings of the sections (1d) are opposite to those of the sections (1a) and (1b).
  • the profiles (1d) are offset symmetrically relative to the axis of symmetry of the profiles (1a) (1b).
  • each element (1) can have, on one side, n profiles (2d) and, on the other side, n +1 profiles (1a-1b).
  • the ends of the branches of each C-shaped section (1a) (1b) and (1d) have protuberances (1a1) (1b1) (1d1) projecting from their internal surface.
  • the common branch (1c) also has, at its free end, a prominence (1c1). These different prominences, in particular in the form of circular beads, create a reduction in section, in combination with the internal walls of the corresponding chambers of the nested sections (1a) (1b) (1d).
  • the elements (1), as defined, can be mounted in the nesting position, under the conditions indicated above, in a support frame (2), in order to produce the homogenization device as such. All of the elements mounted in the frame (2) are arranged in a horizontal or substantially horizontal plane.
  • the products to be treated are directed onto the face of the frame resulting from the juxtaposition of the different profiles (1) and pass through interstices (1 e) resulting from this juxtaposition.
  • the products therefore pass through the various chambers (A) (B) (C) (D) while being subjected to the vortex effects to ensure homogenization and exit through the other face of the device.
  • the device can be supplied, either simply by gravity (Figure 4), or by means of a pump (P) (Figure 5), in combination with a dispersion ramp (R).
  • micro-vortices obtained resulting from successive changes of section have the effect of ensuring an extremely thorough mixing of the components of the liquid or the like. For example, this mixture makes it possible to quickly obtain an emulsion of oil in water, avoiding the use of emulsifier.

Abstract

Le dispositif pour l'homogénéisation de fluides liquides et de réactifs chimiques comprend une pluralité d'éléments juxtaposés (1) disposés en position d'imbrication et dont le nombre et le profil sont déterminés pour que les parties imbriquées (1a, 1b, 1d) de deux éléments juxtaposés soient aptes à constituer plusieurs changements de section successifs, lesdites parties imbriquées (1a, 1b, 1d) étant situées très sensiblement dans un plan perpendiculaire au trajet du fluide à traiter, pour créer des effets de micro-tourbillons.

Description

Dispositif pour l'homogénéisation de fluides liquides et de réactifs chimiques.
On sait qu'il est très souvent nécessaire dans l'industrie notamment, de procéder à une homogénéisation des mélanges de composants pour des applications et résultats divers. Par exemple, on peut citer à titre indicatif nullement limitatif :
- obtenir une forme physique stable des mélanges dans le cas notamment du domaine des émulsions. - accélérer les phénomènes de changement de phases dans le cas notamment du domaine des dissolutions.
- accélérer la vitesse pratique de réactions chimiques pour se rapprocher de la vitesse théorique maximale, notamment dans le cas où ces réactions doivent se produire dans des milieux hétérogènes contenant plusieurs phases solides, liquides et parfois gazeuses.
Pour obtenir cette homogénéisation, différentes solutions techniques ont été proposées.
On peut citer par exemple, tous les systèmes dynamiques mettant en oeuvre des hélices, des turbines... Pour être efficaces, de tels systèmes nécessitent une puissance élevée et par conséquent une dépense d'énergie importante.
On peut citer également des systèmes entièrement statiques dans lesquels le mélange du fluide à effectuer est forcé au travers d'un ensemble comportant des hélices fixes de pas inverse ou non. Là encore, la solution n'est pas satisfaisante car, pour obtenir un résultat efficace, il est nécessaire de dépenser une énergie importante. On connait également, par l'enseignement du brevet FR 9107183, un dispositif apte à assurer la filtration et la séparation de particules en suspension dans l'air. Le but recherché est d'interposer dans le trajet de ces particules, des profilés formant chicane, afin de casser le débit de l'air les véhiculant, pour créer, successivement, une accélération et une détente de l'air. Ces dispositions permettent de séparer les particules de l'air, de les capter et de les retenir dans des organes appropriés.
Plus particulièrement, le dispositif de séparation des particules comprend une pluralité d'éléments juxtaposés, disposés en position d'imbrication et dont le nombre et le profil sont déterminés pour que les parties imbriquées de deux éléments juxtaposés soient aptes à constituer plusieurs changements successifs de section.
Or, il est apparu que le dispositif décrit dans ce brevet FR 9107183 trouve une application particulièrement avantageuse pour assurer une homogénéisation très poussée des mélanges liquides hétérogènes, avec une quantité d'énergie très faible.
Dans ces conditions, pour résoudre le problème posé d'assurer l'homogénéisation de fluides liquides et de réactifs chimiques, il a été conçu et mis au point un dispositif qui comprend une pluralité d'éléments juxtaposés disposés en position d'imbrication et dont le nombre et le profil sont déterminés pour que les parties imbriquées de deux éléments juxtaposés soient aptes constituer plusieurs changements de sections successifs, lesdites parties imbriquées étant situées très sensiblement dans un plan perpendiculaire au trajet du fluide à traiter, pour créer des effets de micro-tourbillons.
Avantageusement, chaque élément présente, d'un côté au moins, deux profilés en forme de C superposés par une branche commune et, de l'autre côté, de part et d'autre de l'axe de symétrie des deux profilés en C, au moins un profilé en C dont l'ouverture est opposée aux ouvertures des deux profilés en C juxtaposés.
Pour augmenter les effets tourbillonnaires aptes à assurer l'homogénéisation, chaque élément présente, d'un côté, n+1 profilés en forme de C superposés par une branche commune et, de l'autre côté, n profilés en forme de C juxtaposés par leur branche et dont les ouvertures sont opposées à celles des n+1 profilés, les n profilés étant décalés symétriquement par rapport aux n+1 profilés.
Les éléments sont imbriqués en juxtaposition, de sorte qu'un profilé en C chevauche la branche commune de deux profilés en C juxtaposés.
Toujours en ayant pour objectif d'augmenter l'efficacité de l'homogénéisation, les extrémités des branches de chaque profilé en C présentent en débordement de leur surface interne, les prohéminences aptes à créer, d'une part, une diminution de section, en combinaison avec les parties correspondantes des profilés imbriqués et, d'autre part, une déviation du fluide, afin de favoriser l'effet tourbillonnaire.
Compte-tenu du problème posé d'assurer l'homogénéisation des liquides ou des réactifs chimiques, les éléments sont montés et fixés en juxtaposition, en position d'imbrication, dans un cadre disposé dans un plan sensiblement horizontal.
A partir de cette conception et eu égard à l'efficacité du dispositif, soit les éléments reçoivent, par gravité, le fluide ou les réactifs à traiter, soit les éléments reçoivent, au moyen d'une pompe, le fluide ou les réactifs à traiter.
L'invention est exposée, ci-après plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est une vue en perspective d'un élément profilé du dispositif selon l'invention.
La figure 2 est une vue de face montrant le montage en position de juxtaposition et d'imbrication des éléments profilés.
La figure 3 est une vue en perspective montrant le montage des éléments du dispositif dans un cadre support.
La figure 4 est une vue à caractère purement schématique, montrant l'utilisation du dispositif dans le cas d'un traitement du fluide par gravité.
La figure 5 est une vue à caractère purement schématique, montrant l'utilisation du dispositif dans le cas d'un traitement du fluide, au moyen d'un système de pompe créant un cycle continu fermé.
Le dispositif selon l'invention, conformé pour assurer l'homogénéisation de tout fluide liquide ou réactif chimique, comprend une pluralité d'éléments profilés (1) imbriqués en position de juxtaposition.
Comme le montre la figure 1 , chaque élément (1) présente d'un côté au moins, deux profilés (1a) et (1b) de section transversale en forme de C. Les deux profilés (1a) et (1b) sont disposés en position de superposition en étant réunis par une branche commune (1c). De l'autre côté et, de part et d'autre de l'axe de symétrie des deux profilés (1a) et
(1b), l'élément (1) présente au moins un profilé (1d) également de section transversale en forme de C. L'ouverture du profilé (1d) est opposée aux ouvertures des deux profilés juxtaposés (1 a) et (1 b).
Les éléments profilés (1) tels que décrits, sont imbriqués en position de juxtaposition, de sorte que les profilés en C (1d) chevauchent la branche commune (1c) des profilés (1a) et (1b). Les branches communes (1c) sont donc disposées à l'intérieur et au centre de chacun des profilés (1d). Les ouvertures des profilés (1d) sont opposées à celles des profilés (1a) et (1b). Les profilés (1d) sont décalés symétriquement par rapport à l'axe de symétrie des profilés (1a) (1b).
Il en résulte que l'imbrication des différents profilés (1a) (1b) et (1d) délimite un passage (flèche F) incluant, dans l'exemple illustré, quatre chambres séparées (A) (B) (C) (D), dans chacune desquelles se produit l'effet tourbillonnaire en vue de l'homogénéisation du liquide. A noter que ce nombre d'effets tourbillonnaires peut être augmenté en multipliant le nombre de chambres au niveau des parties superposées et imbriquées.
De manière générale, chaque élément (1) peut présenter d'un côté, n profilés (2d) et, de l'autre côté, n +1 profilés (1a-1b). On obtient ainsi
2(n+1) effets tourbillonnaires.
Suivant une autre caractéristique, les extrémités des branches de chaque profilés en C (1a) (1b) et (1d) présentent en débordement de leur surface interne, des prohéminences (1a1) (1b1 ) (1d1). La branche commune (1c) présente également à son extrémité libre, une prohéminence (1c1 ). Ces différentes prohéminences, sous forme notamment de bourrelets circulaires, créent une diminution de section, en combinaison avec les parois internes des chambres correspondantes des profilés imbriqués (1a) (1b) (1d). Les éléments (1), tels que définis, peuvent être montés en position d'imbrication, dans les conditions indiquées précédemment, dans un cadre support (2), afin de réaliser le dispositif d'homogénéisation en tant que tel. L'ensemble des éléments montés dans le cadre (2) est disposé dans un plan horizontal ou sensiblement horizontal.
Les produits à traiter (fluides liquides, réactifs chimiques...) sont dirigés sur la face du cadre résultant de la juxtaposition des différents profilés (1) et passent au travers des interstices (1 e) résultant de cette juxtaposition. Les produits passent donc au travers des différentes chambres (A) (B) (C) (D) en étant soumis aux effets tourbillonnaires pour assurer l'homogénéisation et ressortent par l'autre face du dispositif.
Le dispositif peut être alimenté, soit simplement par gravité (figure 4), soit au moyen d'une pompe (P) (figure 5), en combinaison avec une rampe de dispersion (R).
Les micro-tourbillons obtenus résultant des changements successifs de section ont pour effet d'assurer un mélange extrêmement poussé des composants du liquide ou autre. Par exemple, ce mélange permet d'obtenir rapidement une émulsion d'huile dans l'eau, en évitant l'emploi d'émulsifiant.
Une autre application du dispositif se trouve dans le cas de réactions chimiques et bio-chimiques en milieux hétérogènes, parmi lesquels on peut citer :
- apparition d'une réaction en face liquide en présence de cataliseurs solides,
- dissolution, au fur et à mesure de la réaction d'un réactif initialement à l'état solide, - apparition d'une réaction dans le domaine de la biochimie, suite au développement de micro-organismes, dont les enzymes catalysent les réactions bio-chimiques.
Parmi d'autres exemples d'applications, on peut citer, à titre indicatif, nullement limitatif :
- la fabrication d'émulsions pour la cosmétologie ou la pharmarcie,
- la fabrication d'émulsions de polymères,
- l'homogénéisation de liquides alimentaires, tels que lait, jus dé truits,
- des réactions bio-chimiques en présence de micro¬ organismes.
Les avantages ressortent bien de la description.

Claims

R E V E N D I C AT I O N S
-1 - Dispositif pour l'homogénéisation de fluides liquides et de réactifs chimiques, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'éléments juxtaposés (1) disposés en position d'imbrication et dont le nombre et le profil sont déterminés pour que les parties imbriquées (1a) (1 b) (1d) de deux éléments juxtaposés soient aptes constituer plusieurs changements de sections successifs, lesdites parties imbriquées (1a) (1b) (1d) étant situées très sensiblement dans un plan perpendiculaire au trajet du fluide à traiter, pour créer des effets de micro-tourbillons.
-2- Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque élément (1) présente, d'un côté au moins, deux profilés en forme de C
(1a) (1b) superposés par une branche commune (1c) et, de l'autre côté, de part et d'autre de l'axe de symétrie des deux profilés en C (1a) (1b), au moins un profilé en C (1d) dont l'ouverture est opposée aux ouvertures des deux profilés en C juxtaposés (1a) (1b).
-3- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque élément (1) présente, d'un côté, n+1 profilés en forme de C (1a) (1b) superposés par une branche commune (1c) et, de l'autre côté, n profilés en forme de C juxtaposés par leur branche et dont les ouvertures sont opposées à celles des n+1 profilés, les n profilés étant décalés symétriquement par rapport aux n+1 profilés.
-A- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments
(1 ) sont imbriqués en juxtaposition, de sorte qu'un profilé en C (1 d) chevauche la branche commune (1c) de deux profilés en C juxtaposés
(1a) (1b). -5- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les extrémités des branches de chaque profilé en C présentent en débordement de leur surface interne, les prohéminences (1a1) (1b1) (1c1) (1d1) aptes à créer, d'une part, une diminution de section, en combinaison avec les parties correspondantes des profilés imbriqués et, d'autre part, une déviation du fluide, afin de favoriser l'effet tourbillonnaire.
-6- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments (1) sont montés et fixés en juxtaposition, en position d'imbrication, dans un cadre (2) disposé dans un plan sensiblement horizontal.
-7- Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les éléments (1) reçoivent, par gravité, le fluide ou les réactifs à traiter.
-8- Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les éléments (1) reçoivent, au moyen d'une pompe (P), le fluide ou les réactifs à traiter.
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