WO1999010092A1 - Melangeur liquide(s)/solide(s) rotatif, en continu, a oeil ouvert - Google Patents

Melangeur liquide(s)/solide(s) rotatif, en continu, a oeil ouvert Download PDF

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WO1999010092A1
WO1999010092A1 PCT/FR1998/001847 FR9801847W WO9910092A1 WO 1999010092 A1 WO1999010092 A1 WO 1999010092A1 FR 9801847 W FR9801847 W FR 9801847W WO 9910092 A1 WO9910092 A1 WO 9910092A1
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WO
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eye
mixer
outlet
mixer according
mixture
Prior art date
Application number
PCT/FR1998/001847
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English (en)
Inventor
Robert Hitt
Original Assignee
Denis S.A.
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/50—Mixing liquids with solids
    • B01F23/54—Mixing liquids with solids wetting solids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/50—Mixing liquids with solids
    • B01F23/53—Mixing liquids with solids using driven stirrers

Definitions

  • the present invention relates to the technical sector of mixing liquids together or liquid (s) and powdered solid (s).
  • This mixer finds numerous applications in the petroleum and parapetroleum industry, in mines, in public works (tunnels and the like), and in many other applications of continuous mixing, in particular in industrial chemistry.
  • the mixture of powder (s) with one or more liquid (s) is characterized by the imperative which consists in disaggregating the particles from each other and eliminating the air.
  • the imperative which consists in disaggregating the particles from each other and eliminating the air.
  • To deagglomerate the particles it is considered necessary to involve vortices of a size comparable to that of the particles in question, which implies a very high degree of turbulence, in particular for the finest particles.
  • a given volume of particles results in a volume of air greater than the volume of the particles. It is then necessary to separate this air from the mixture, generally thanks to the effect of gravity. Since a high degree of turbulence is counterproductive with regard to the elimination of air, many mixers or mixing systems separate the deagglomeration phase from the deaeration phase.
  • a known class of mixers uses a rapidly rotating body or mass of fluid, with a clearly defined central "eye".
  • An "eye” is a free surface between liquid and gas, of a more or less circular (cylindrical) shape obtained by the rotation of a mixture comprising at least one liquid, and by which the air (the gas) escapes.
  • a good design makes it possible to obtain a high degree of turbulence, and simultaneously a high degree of centrifugal acceleration which promotes deaeration.
  • a group of such mixers is defined by the creation of an eye by a balance between centrifugal forces on the one hand and gravitational forces on the other.
  • a very simple example is the mixture of wallpaper glue where water is given a circular motion to create a whirlpool where the paste is poured in the form of dry powder.
  • Other examples are described in US patents A 4,099,005 and US A 3,994,480.
  • these mixers are limited in terms of velocity of the fluid and therefore in terms of the level of turbulence due to the need to maintain a balance between centrifugal and gravitational forces.
  • the size and shape of the eye are therefore highly dependent on the exact operating conditions, the mixing volume is not constant.
  • a limitation of these machines lies in the need to regulate the flow rate of slag or "slurry" mixture.
  • the properties of slurry such as viscosity are very dependent on the concentration of solids.
  • the flow control system becomes unstable due to the sensitivity of both the mixer and the outlet flow control system to the properties of the slurry.
  • the invention in its general concept, provides a liquid (s) / solid (s) mixer, rotary, continuously, of the type comprising means for rotating the mixture, in a cylindrical body 3 comprising a surface or part "upper” and a “bottom”, to form a central eye delimited by a free surface 5 of rotation, characterized in that the eye is placed in communication with the atmosphere or other vent being under any pressure, (ci -after, "open eye") and in that the diameter of the eye is determined by static mechanical means.
  • the diameter of the eye is substantially independent of the variation of the pressure prevailing in the vent of the eye.
  • liquids expressly include viscous fluids, gels and similar substances. It should also be noted that the mixer can generally operate at any angle; therefore the notions of
  • the mixer according to the invention is characterized in that said mechanical means consist of an overflow system of the mixture.
  • a rotary mixer is proposed, the eye of which is clearly delimited by a circular edge of overflow.
  • This arrangement is extremely simple and generates an eye of great stability.
  • this geometry makes it possible to control only the input flow rates and not to control the output flow rate. This characteristic is quite important for the mixture of abrasive slags such as, for example, cement slags, and sand.
  • Figure 1 shows a schematic sectional view of an embodiment of the mixer according to the invention
  • Figure 2 shows a schematic sectional view of another embodiment of the invention comprising a bypass circuit and measuring equipment X;
  • FIG. 3 and 4 show two other embodiments of the invention, with two different possible circuits for recirculation and measurement;
  • FIG. 5 represents a variant of the invention comprising an additional chamber and two levels of blades;
  • Figure 6 which consists of Figures 6a (sectional view) and 6b (side view along YY of Figure 6a) shows the preferred embodiment of the invention, comprising an overflow by a mixing outlet 10 located on the top of the device;
  • Figure 7 which consists of Figures 7a and 7b, shows a variant of the invention, for introduction into a chamber M having a wall 11 inclined;
  • the principle of the invention is based on a new general concept of mechanical limitation of the diameter of the eye.
  • the mixer is characterized in that it comprises a mixing chamber 9, the bottom of which is constituted by the bottom 30 of the body, and the upper part of which is formed by a partition 25 parallel to the blades 1 and comprising a circular opening in its center, or "vent", delimited by an edge 6 of overflow.
  • the eye is delimited by a circular overflow edge 6 which delimits in their center the partition 25 or the so-called "upper" part 20 to form the vent of the eye.
  • the cylindrical body of the mixer is therefore formed of a mixing chamber 9 in which blades 1 are rotated by the motor 2.
  • the fluid (s) are introduced by the pipe (s) 4.
  • the rotation of the fluid mass causes the formation of an eye whose free surface 5 will gradually approach the center of the cylinder as the fluid is introduced.
  • an essential characteristic of the invention is that the body of the mixer comprises a second chamber 7, called the overflow chamber, superimposed on the mixing chamber.
  • this overflow chamber 7 there opens an outlet conduit for the mixture prepared in the mixer.
  • the mixer can operate vertically or at any angle, including horizontally as shown in FIG. 7.
  • FIG. 6 shows a mixer characterized in that the mixer comprises a cylindrical body 3 in which blades 1 are rotated, said body comprising a "bottom” 30 and an "upper” part 20, the assembly forming a mixing chamber 9 in which the powder (s) and / or liquid (s) to be mixed are introduced via inlets 4, 4 and in that an overflow outlet 10 is provided in the "upper” part which is, in the configuration of this nonlimiting example, on the "side".
  • the overflow - and therefore the regulation of the diameter of the eye - is done by a plug 10 of suitable dimensions, located at the upper part of the mixing chamber 9.
  • the dimensions and the positioning are adapted so that, in stationary regime, the outlet 10 is preferably never completely filled with the discharged mixture; however, it can be assumed that the outlet 10 is completely filled, which means that the diameter of the eye is smaller while a pressure effect is obtained at the outlet 10, which may be favorable for the outlet and remote transport of the mixture.
  • FIG. 6b the mixture thus discharged is directed towards an outlet pipe 8.
  • the advantage of this variant is that a pressure effect makes it possible to more easily convey the mixture in the pipe formed by the outlet 10 then the conduit 8.
  • a disadvantage is that the position of the eye is fixed less finely, because the position of the free surface 5 is a function of the pressure drop in the outlet 10 and the conduit 8.
  • a suitable dimensioning allows variations in the diameter of the eye to be kept within entirely acceptable limits.
  • a preferred geometry of the socket 10 consists of a tangential socket of square or rectangular section, as substantially represented in FIG. 6
  • the mixer of Figure 1 has been shown in a vertical position, and that of Figure 6a in a horizontal position.
  • the mixers according to the invention can indeed, unless special provision, operate at any angle depending in particular on the adaptation to the requirements of the planned site (space constraints, existing equipment, etc.).
  • part or all of the energy necessary to maintain the movement of the volume of fluid in rotation can be provided by the energy of a liquid introduced by a tangential arrival of high velocity. at the mixing chamber 9.
  • the liquid L is introduced tangentially into an initial mixing zone M and the solid S is introduced through the side of this chamber, in particular by gravity or by pulsed introduction or the like, depending on the position of the mixer.
  • the tangential energy of the liquid L allows excellent and rapid dispersion of the particles in the liquid. This avoids the formation of lumps or agglomerates which are one of the serious problems of mixtures involving powders.
  • the mixture then overflows towards the chamber 9 where it is supported by the blades 1.
  • the mixing in this zone M can be favored by the provision of an inclined surface or of a fixed fin, preventing for example a complete rotation.
  • the wall of the initial mixing chamber M is inclined or oblique (wall 1 1 inclined at an angle ⁇ ).
  • the purpose of this adaptation is to ensure that the particles of solid are always carried in the first place with a "new" liquid, the already mixed liquid being preferentially evacuated towards the mixing chamber thanks to the oblique wall which forms a portion of cone .
  • the initial mixing zone has been shown under chamber 9 because it is the simplest arrangement; however, this zone M may be placed at another location, for example above the chamber 9, the introduction being made by a type 4 conduit as shown in Figure 1, or even laterally or concentrically.
  • the liquid can be introduced tangentially or not through the interior of the wall (preferably lateral) of the body 3, by a tube (or more to distribute the inlet) formed in this wall, and where the fluid is brought under a sufficient pressure so that it enters the volume of mixture being in rotation in the chamber 9.
  • the mixer according to the invention can be used to mix only liquids, or one or more liquids (or gels, etc.) with one or more solids.
  • a person skilled in the art will know how to place the necessary introduction tubes.
  • FIG. 2 another variant of the invention is shown, according to which the mixture can be withdrawn from a high pressure zone of the mixer to be reinjected into a low pressure zone of the mixer.
  • recirculation modes are particularly useful for integrating an apparatus for measuring certain properties of the mixture, in particular a densitometer or similar device.
  • Figure 4 shows a third type of branch circuit, which uses the pressure difference between the tangential grip (a) in the direction of rotation (dynamic pressure plus static) and the tangential grip (b) (static pressure only).
  • FIG. 4 presents without limitation two superimposed zones 9 and 9 ′, the mixture produced in chamber 9 then passing through the same principle of overflow in chamber 9 'and from this chamber 9' in the outlet duct 8.
  • Two or more mixing chambers 9, 9 ', ..., are used when sequential mixing is advantageous or when different mixing intensities are required.
  • the present invention has the advantage over the prior art of creating the eye in a much simpler manner and of obtaining an eye diameter which is easily and mechanically controllable by the rim 6.
  • Another advantage of the invention is to be satisfied with regulating the input flows, while the output flow does not have to be regulated.
  • the invention applies to mixing techniques commonly used in the petroleum and oil services industry, such as mixtures of petroleum cement powder and mixing water, for cementing wells, or stimulating wells (gel mixtures and support agent) or for mixtures of sludge (water or diesel oil and bentonite and / or baryte and / or hematite and / or polymers), or for mixtures of polymers in particular for enhanced oil recovery, as well as for cement and water mixtures and additives for grouting in the petroleum industry, tunnel construction, mining and the building industry, and generally in any field requiring the production of continuous mixtures of viscous liquids or fluids or gels and solids.
  • mixing techniques commonly used in the petroleum and oil services industry, such as mixtures of petroleum cement powder and mixing water, for cementing wells, or stimulating wells (gel mixtures and support agent) or for mixtures of sludge (water or diesel oil and bentonite and / or baryte and / or hematite and / or polymers), or for mixtures of poly

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Abstract

L'invention concerne un mélangeur rotatif en continu à oeil ouvert, éventuellement atmosphérique, pour mélanges de liquides ou de liquides/solides. Les produits à mélanger sont entraînés dans une rotation rapide dans un corps cylindrique (3) stationnaire. Un anneau liquide comportant une surface libre (5) est ainsi formé. Au fur et à mesure que les produits sont ajoutés, le diamètre de l'oeil formé par la surface libre diminue, jusqu'au diamètre du dispositif de débordement (6); à partir de ce moment, le diamètre de l'oeil reste sensiblement constant. Le mélange peut quitter le mélangeur en (8). On peut mélanger plusieurs fluides/solides par plusieurs tubes (4) d'introduction. Un grand avantage réside dans le fait que le débit de sortie, égal aux débits d'entrée, n'a pas besoin d'être régulé. Un autre avantage est la simplicité de l'appareil.

Description

Mélangeur liquide(s) / solide(s) rotatif, en continu, à oeil ouvert
La présente invention concerne le secteur technique du mélange de liquides entre eux ou de liquide(s) et de solide(s) pulvérulent(s). Ce mélangeur trouve des applications nombreuses dans l'industrie pétrolière et parapétrolière, des mines, des travaux publics ( tunnels et analogues ), et dans de nombreuses autres applications de mélange en continu, notamment en chimie industrielle.
Le mélange de poudre(s) avec un ou des liquide(s) est caractérisé par l'impératif qui consiste à désagglomérer les particules les unes d'avec les autres et à éliminer l'air. Pour désagglomérer les particules, on considère qu'il est nécessaire d'impliquer des tourbillons d'une dimension comparable à celle des particules en cause, ce qui implique un très haut degré de turbulence, en particulier pour les particules les plus fines. Par ailleurs, un volume donné de particules entraîne un volume d'air supérieur au volume des particules. Il est ensuite nécessaire de séparer cet air du mélange, généralement grâce à l'effet de gravité. Un degré élevé de turbulence étant contre-productif en ce qui concerne l'élimination de l'air, de nombreux mélangeurs ou systèmes de mélange séparent la phase de désagglomération de la phase de désaération.
Une classe connue de mélangeurs met en oeuvre un corps ou une masse de fluide en rotation rapide, avec un " oeil " central clairement défini. Un "oeil" est une surface libre entre liquide et gaz, d'une forme plus ou moins circulaire ( cylindrique ) obtenue par la mise en rotation d'un mélange comportant au moins un liquide, et par lequel l'air ( le gaz ) s'échappe. Une bonne conception permet d'obtenir un haut degré de turbulence, et simultanément un fort degré d'accélération centrifuge qui favorise la désaération.
Un groupe de tels mélangeurs est défini par la création d'un oeil par un équilibre entre les forces centrifuges d'une part et gravitationnelles d'autre part. Un exemple très simple réside dans le mélange de colle pour papier peint où l'on confère à l'eau un mouvement circulaire pour créer un tourbillon où l'on verse la pâte sous forme de poudre sèche. D'autres exemples sont décrits dans les brevets US A 4,099,005 et US A 3,994,480. En pratique, ces mélangeurs sont limités en termes de vélocité du fluide et donc en termes de niveau de turbulence en raison du besoin qu'il y a à maintenir un équilibre entre les forces centrifuges et gravitationnelles. La dimension et la forme de l'oeil sont donc hautement dépendantes des conditions opératoires exactes, le volume de mélange n'est pas constant.
Un autre groupe de mélangeurs est caractérisé par un équilibre de pressions dans l'appareil. Le premier mélangeur conçu selon ce principe est sans doute celui décrit par Zingg dans le brevet US A 3,326,536. Selon ce document vieux d'environ trente ans, on génère un oeil à pression atmosphérique par rotation d'un " impeller " ( turbine ) travaillant contre une pression créée par un autre impeller, moins puissant. En pratique, les deux impellers sont montés dos à dos dans un corps unique bien que le brevet précité mentionne également la possibilité d'employer deux corps séparés. Le laitier ou " slurry " ainsi préparé est délivré sous pression par un orifice de sortie ménagé sur le pourtour extérieur du corps. Le débit est régulé au niveau de cette sortie. On contrôle également le débit de solides dans l'oeil. En raison de l'équilibre hydrodynamique entre les deux turbines ou " impellers ", la machine aspire le liquide qui est nécessaire pour maintenir l'oeil atmosphérique à un diamètre sensiblement constant. Cet appareil ne prend pas en compte le problème de l'air entraîné, même si l'on peut considérer que cet appareil travaille, plus ou moins sensiblement, à volume constant.
Une amélioration a été réalisée par l'introduction de turbines créant un " vortex " comme selon le brevet US A 4,453,829 ( Althouse ), qui comprend également un dispositif pour l'élimination de l'air, ou par l'introduction d'une entrée annulaire du liquide selon le brevet EP A 0 445 875 ( Althouse et Hitt ), qui permet de mélanger des concentrations plus élevées de produits en introduisant les solides et le liquide dans la même zone de l'appareil, produisant ainsi une concentration plus homogène de solides dans tout le volume dédié au mélange.
Une limitation de ces machines réside dans le besoin de réguler le débit de sortie du laitier ou " slurry " de mélange. Aux fortes concentrations, les propriétés du slurry telles que la viscosité sont très dépendantes de la concentration en solides. Le système de régulation du débit devient instable en raison de la sensibilité aussi bien du mélangeur que du système de régulation de débit de sortie vis à vis des propriétés du slurry.
On connaît encore un autre mélangeur dans lequel l'oeil est créé par un équilibre de la pression et de l'accélération centrifuge ( US A 4,239,396 Arribau et WO 81 / 03743 ). Cependant, dans cet appareil, la position de l'oeil n'est pas clairement définie et aucune suggestion n'est faite pour éliminer l'air.
II existe donc un besoin d'un appareil du type comportant un oeil, de régulation efficace et simple, et de conception aussi simple et fiable que possible.
L'invention, dans son concept général, propose un mélangeur liquide(s) / solide(s), rotatif, en continu, du type comportant des moyens pour la mise en rotation du mélange, dans un corps 3 cylindrique comportant une surface ou partie "supérieure" et un "fond", pour former un oeil central délimité par une surface libre 5 de rotation, caractérisé en ce que l'oeil est mis en communication avec l'atmosphère ou autre évent se trouvant sous une pression quelconque, ( ci-après, " oeil ouvert " ) et en ce que le diamètre de l'oeil est déterminé par des moyens mécaniques statiques.
Le diamètre de l'oeil est sensiblement indépendant de la variation de la pression régnant dans l'évent de l'oeil.
On notera que les liquides incluent expressément les fluides visqueux, les gels et substances analogues. On notera également que le mélangeur peut en général fonctionner sous un angle quelconque ; par conséquent les notions de
" partie supérieur " ou de " fond ", et notions analogues qui sont définies par rapport à un positionnement vertical, ne sont aucunement limitatives et indiquent seulement la position relative des éléments en cause.
Selon une réalisation particulière, le mélangeur selon l'invention est caractérisé en ce que lesdits moyens mécaniques consistent en un système à débordement du mélange.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, on propose un mélangeur rotatif dont l'oeil est clairement délimité par une bordure circulaire de débordement. Cette disposition est extrêmement simple et génère un oeil de grande stabilité. Par ailleurs, cette géométrie permet de ne contrôler que les débits d'entrée et de ne pas contrôler le débit de sortie. Cette caractéristique est tout à fait importante pour le mélange de laitiers abrasifs comme par exemple de laitiers de ciment, et de sable.
Cette propriété est également importante en termes de contrôle de procédé, car les variations du mélange n'ont pas d'effet sur les débits régulés. Par ailleurs, il n'existe pas d'équilibre de pression réalisée au niveau du fluide d'entrée. Ceci permet une grande liberté dans le choix de la technique d'alimentation du fluide.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 représente une vue en coupe schématique d'un mode de réalisation du mélangeur selon l'invention ;
la figure 2 représente une vue en coupe schématique d'un autre mode de réalisation de l'invention comportant un circuit de dérivation et un équipement de mesure X ;
les figures 3 et 4 représentent deux autres modes de réalisation de l'invention, avec deux circuits possibles différents de recirculation et de mesure ; la figure 5 représente une variante de l'invention comportant une chambre supplémentaire et deux niveaux de pales ;
la figure 6 , qui se compose des figures 6a ( vue en coupe ) et 6b ( vue de côté selon YY de la figure 6a ) représente le mode de réalisation préféré de l'invention, comportant un débordement par une prise 10 de mélange située sur le dessus de l'appareil ;
la figure 7, qui se compose des figures 7a et 7b, représente une variante de l'invention, à introduction dans une chambre M comportant une paroi 11 inclinée ;
Sur les dessins annexés, les mêmes références ont la même signification, qui est la suivante :
1 , 1 ' pales, respectivement second jeu de pales
2 moteur d'entraînement des pales
3 corps cylindrique du mélangeur
4, 4', 4" conduit(s) d'introduction de fluide(s) et/ou liquide(s)
5, 5' surface libre de l'oeil, resp. du second oeil
6, 6' première, resp. seconde, bordure circulaire de débordement
7 chambre cylindrique de récupération des produits mélangés, ci-après " chambre de débordement "
8 conduit de sortie du mélange
9, 9 ' chambre de mélange, resp. seconde chambre de mélange 10 prise de mélange pour évacuation
1 1 paroi (latérale) de la zone de mélange initial M
20 partie "supérieure" du corps 3 du mélangeur
21 conduite ouverte
22 bac ouvert
25 cloison
30 "fond" du mélangeur
L, S introduction de liquide(s), respectivement de solide(s)
M zone de mélange initial
X appareillage(s) de mesure des caractéristiques du mélange, notamment densitomètre
a prise de sortie ( pression statique + dynamique )
b prise de retour ( pression statique )
Comme représenté sur la figure 1 , le principe de l'invention repose sur un nouveau concept général de limitation mécanique du diamètre de l'oeil.
En effet, dans cette première variante, le mélangeur est caractérisé en ce qu'il comporte une chambre de mélange 9 dont le fond est constitué par le fond 30 du corps, et dont la partie supérieure est formée par une cloison 25 parallèle aux pales 1 et comportant une ouverture circulaire en son centre, ou "évent", délimitée par une bordure 6 de débordement.
De manière générale, on verra que l'oeil est délimité par une bordure circulaire de débordement 6 qui délimite en leur centre la cloison 25 ou la partie dite "supérieure" 20 pour former l'évent de l'oeil.
Le corps cylindrique du mélangeur est donc formé d'une chambre de mélange 9 dans laquelle des pales 1 sont mises en rotation par le moteur 2. Le(s) fluide(s) sont introduits par la (les) tubulure(s) 4. La mise en rotation de la masse fluide provoque la formation d'un oeil dont la surface libre 5 va se rapprocher progressivement du centre du cylindre au fur et à mesure de l'introduction de fluide. Cependant, dans cette première variante, une caractéristique essentielle de l'invention est que le corps du mélangeur comporte une seconde chambre 7, dite chambre de débordement, superposée à la chambre de mélange. Dans cette chambre de débordement 7 s'ouvre un conduit de sortie pour le mélange préparé dans le mélangeur. Lorsque, par l'addition continue de fluide, la surface libre 5 de l'oeil atteint le rebord 6 qui sépare les deux chambres, il n'est plus possible pour cette surface de progresser car le surplus de mélange va déborder dans la chambre 7 et de là s'échapper par le conduit 8. Ainsi, l'oeil est automatiquement régulé puisque, inversement, le diamètre de l'oeil ne peut pas augmenter même en cas de diminution du débit d'entrée de fluide. Ainsi, le volume où se produit le mélange est toujours constant même si le débit d'entrée varie en plus ou en moins.
On notera que la partie 20 dite "supérieure" du corps et le "fond"
30 du mélangeur correspondent à des conventions de désignation. En effet, le mélangeur peut fonctionner verticalement ou sous un angle quelconque, y compris horizontalement comme représenté sur la figure 7.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, représenté sur la figure 6 (6a + 6b), on applique de manière différente le même concept général de limitation de l'oeil par un moyen mécanique. Cette figure représente un mélangeur caractérisé en ce que le mélangeur comporte un corps cylindrique 3 dans lequel des pales 1 sont mises en rotation, ledit corps comportant un "fond" 30 et une partie "supérieure" 20 , l'ensemble formant une chambre de mélange 9 dans laquelle on introduit par des entrée 4, 4' les poudre(s) et / ou liquide(s) à mélanger, et en ce que une prise 10 de débordement est ménagée dans la partie "supérieure" qui se trouve, dans la configuration de cet exemple non limitatif, sur le "côté".
Selon cette variante, le débordement - et donc la régulation du diamètre de l'oeil - se fait par une prise 10 de dimensions adaptées, située à la partie supérieure de la chambre de mélange 9. Les dimensions et le positionnement sont adaptés pour que, en régime stationnaire, la prise 10 ne soit de préférence jamais totalement remplie par le mélange évacué ; cependant, on peut admettre que la prise 10 soit totalement remplie, ce qui fait que le diamètre de l'oeil est plus faible tandis que l'on obtient un effet de pression au niveau de la prise 10, qui peut être favorable à la sortie et au transport à distance du mélange. On voit sur la figure 6b que le mélange ainsi évacué est dirigé vers une conduite de sortie 8. L'avantage de cette variante est qu'un effet de pression permet de véhiculer plus facilement le mélange dans le conduit formé par la prise 10 puis le conduit 8. Un inconvénient est que la position de l'oeil est fixée moins finement, car la position de la surface libre 5 est fonction de la perte de charge dans la prise 10 et le conduit 8. Cependant, un dimensionnement adapté, comme mentionné ci-dessus, permet de conserver les variations de diamètre de l'oeil dans des limites tout à fait acceptables. On pourra choisir les paramètres de construction et de fonctionnement pour que, en régime stationnaire, la prise 10 puisse absorber le débit de sortie, éventuellement sous une certaine pression, et que la surface 5 de l'oeil se situe à une distance convenable du bord de la partie supérieure 20 et du bord de la prise 10.
Une géométrie préférée de la prise 10 consiste en une prise tangentielle de section carrée ou rectangulaire, comme sensiblement représentée sur la figure 6 Le mélangeur de la figure 1 a été représenté en position verticale, et celui de la figure 6a en position horizontale. Les mélangeurs selon l'invention peuvent en effet, sauf disposition spéciale, fonctionner sous un angle quelconque en fonction notamment de l'adaptation aux impératifs du chantier prévu ( contraintes d'encombrement, matériel existant, etc.. ).
Selon une variante de l'invention, non représentée, une partie ou la totalité de l'énergie nécessaire au maintien du mouvement du volume de fluide en rotation peut être apportée par l'énergie d'un liquide introduit par une arrivée tangentielle de haute vélocité au niveau de la chambre de mélange 9.
Selon une autre variante représentée sur la Figure 7 (7a + 7b), en disposition horizontale, le liquide L est introduit tangentiellement dans une zone de mélange initial M et le solide S est introduit par le côté de cette chambre, notamment par gravité ou par introduction puisée ou analogue, selon la position du mélangeur. L'énergie tangentielle du liquide L permet une excellente et rapide dispersion des particules dans le liquide. On évite donc la formation de grumeaux ou d'agglomérats qui sont l'un des problèmes sérieux des mélanges impliquant des poudres. Le mélange débordant ensuite vers la chambre 9 où il est pris en charge par les pales 1. Le mélange dans cette zone M peut être favorisé par la disposition d'une surface inclinée ou d'une ailette fixe, interdisant par exemple une rotation complète.
Selon une variante préférée, représentée sur la figure 7, la paroi de la chambre de mélange initial M est inclinée ou oblique ( paroi 1 1 inclinée d'un angle α ). Le but de cette adaptation est d'assurer que les particules de solide sont toujours portées en premier lieu avec un liquide " neuf ", le liquide déjà mélangé étant préférentiellement évacué vers la chambre de mélange grâce à la paroi oblique qui forme une portion de cône.
La zone de mélange initial a été représentée sous la chambre 9 car il s'agit de la disposition la plus simple ; cependant, cette zone M pourra être placée à un autre endroit, par exemple au-dessus de la chambre 9, l'introduction se faisant par un conduit du type 4 tel que représenté sur la Figure 1 , ou bien encore latéralement ou de manière concentrique.
Selon encore une autre variante, le liquide peut être introduit tangentiellement ou non par l'intérieur de la paroi ( de préférence latérale ) du corps 3, par une tubulure ( ou plusieurs pour répartir l'entrée ) ménagée dans cette paroi, et où le fluide est amené sous une pression suffisante pour qu'il pénètre dans le volume de mélange se trouvant en rotation dans la chambre 9.
Le mélangeur selon l'invention peut être utilisé pour mélanger seulement des liquides, ou bien un ou plusieurs liquides ( ou des gels etc.. ) avec un ou plusieurs solides. L'homme de métier saura placer les tubes d'introduction qui seront nécessaires.
Sur la Figure 2, on a représenté encore une variante de l'invention, selon laquelle le mélange peut être prélevé dans une zone haute pression du mélangeur pour être réinjecté dans une zone basse pression du mélangeur.
On a représenté sur la Figure 3 un deuxième circuit possible de recirculation.
Ces modes de recirculation sont notamment utiles pour intégrer un appareillage de mesure de certaines propriétés du mélange, notamment un densitomètre ou un appareil analogue.
La figure 4 présente un troisième type de circuit de dérivation, qui utilise la différence de pression entre la prise tangentielle (a) dans le sens de la rotation ( pression dynamique plus statique ) et la prise tangentielle (b) ( pression statique seulement ).
Le choix du circuit est notamment fonction de la pression et pression différentielle que peut supporter l'équipement X . Comme représenté sur la Figure 5, on peut également prévoir plusieurs chambres de mélange de type 9. La Figure 4 présente à titre non limitatif deux zones 9 et 9' superposées, le mélange réalisé dans la chambre 9 passant ensuite par le même principe de débordement dans la chambre 9' et de cette chambre 9' dans le conduit de sortie 8.
Deux ou plusieurs chambres de mélange 9, 9', ..., sont utilisées quand un mélange séquentiel est avantageux ou lorsque différentes intensités de mélange sont requises.
La présente invention présente par rapport à l'art antérieur l'avantage de créer l'oeil de manière beaucoup plus simple et d'obtenir un diamètre d'oeil facilement et mécaniquement contrôlable par le rebord 6.
Il en résulte un oeil plus stable, indépendant de la pression dans l'évent, et utile dans une plus large gamme de conditions de mélange.
Un autre avantage de l'invention est de se contenter de réguler les débits d'entrée, tandis que le débit de sortie n'a pas à être régulé.
L'invention s'applique aux techniques de mélange couramment utilisées dans l'industrie pétrolière et parapétrolière, comme les mélanges de poudre de ciment pétrolier et d'eau de mélange, pour la cimentation des puits, ou la stimulation des puits ( mélanges de gel et d'agent de soutènement ) ou pour les mélanges de boues ( eau ou huile diesel et bentonite et / ou baryte et/ou hématite et/ou polymères ), ou pour les mélanges de polymères notamment pour la récupération assistée du pétrole, ainsi que pour les mélanges de ciment et d'eau et d'additifs pour le " grouting "( consolidation et lest ) dans l'industrie pétrolière, la construction de tunnels, de mines et l'industrie du bâtiment, et de manière générale dans tout domaine nécessitant la réalisation de mélanges en continu de liquides ou fluides visqueux ou gels et de solides.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Mélangeur liquide(s) / solide(s) rotatif, en continu, du type comportant des moyens pour la mise en rotation du mélange, dans un corps 3 cylindrique comportant une surface ou partie dite "supérieure" 20 et un "fond" 30, pour former un oeil central délimité par une surface libre 5 de rotation, caractérisé en ce que l'oeil est mis en communication avec un évent sous pression atmosphérique ou sous une pression différente et en ce que le diamètre de l'oeil est déterminé par des moyens mécaniques statiques.
2. - Mélangeur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits moyens mécaniques consistent en un système à débordement.
3. - Mélangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit système à débordement comprend une prise 10 s'ouvrant dans la partie supérieure 20 du corps 3 du mélangeur.
4. - Mélangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit système à débordement comprend une bordure circulaire de débordement 6 qui délimite en leur centre la cloison 25 de la chambre de mélange ou la partie dite " supérieure" 20 du corps du mélangeur pour former l'évent de l'oeil.
5. - Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le mélangeur comporte un corps cylindrique 3 dans lequel des pales 1 sont mises en rotation, ledit corps comportant un "fond" 30 et une partie dite "supérieure" 20 , l'ensemble formant une chambre de mélange 9 dans laquelle on introduit par des entrée 4, 4' les poudre(s) et / ou liquide(s) à mélanger, et en ce que une prise 10 de débordement du mélange est ménagée dans la partie supérieure 20.
6. - Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 5 , caractérisé en ce que la prise 10 , située à la partie supérieure de la chambre de mélange 9, présente des dimensions et un positionnement adaptés pour que, en régime stationnaire, la prise 10 puisse absorber le débit de sortie, éventuellement sous une certaine pression, et que la surface 5 de l'oeil se situe à une distance convenable du bord de la partie supérieure 20 et du bord de la prise 10.
7. - Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 5, 6 , caractérisé en ce que la prise 10 consiste en une prise tangentielle de section carrée ou rectangulaire.
8. - Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 , 2 et 4, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre de mélange 9 dont le fond est constitué par le "fond "30 du corps, et dont la partie "supérieure" est formée par une cloison 25 parallèle au plan de rotation des pales 1 et comportant une ouverture circulaire en son centre, délimitée par une bordure 6 de débordement.
9. - Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 , 2 et 4, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs chambre de mélange 9, 9', ... séparées chacune de la précédente par une cloison 25 comportant une bordure 6 délimitant l'oeil formé dans chaque chambre, le mélange débordant successivement de la première chambre 9 vers la suivante 9', etc
10. - Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs tubes 4, 4', 4",.. , d'introduction de liquide(s) et de solide(s) dans au moins une des chambres 9, 9', ... du mélangeur ou dans au moins une chambre de prémélange ou de mélange initial M, ladite chambre M présentant de préférence une paroi 1 1 inclinée d'un angle alpha par rapport à l'axe de rotation des pales.
1 1. - Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un circuit de recirculation comportant un équipement de mesure X d'au moins une propriété du mélange.
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