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FR2566676A1 - Continuous mixing device - Google Patents

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FR2566676A1
FR2566676A1 FR8410591A FR8410591A FR2566676A1 FR 2566676 A1 FR2566676 A1 FR 2566676A1 FR 8410591 A FR8410591 A FR 8410591A FR 8410591 A FR8410591 A FR 8410591A FR 2566676 A1 FR2566676 A1 FR 2566676A1
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/20Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F25/30Injector mixers

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Abstract

Devices for continuous mixing of liquid/liquid, liquid/gas and gas/gas phases enabling a liquid or gaseous substance to be distributed rapidly and uniformly in another liquid or gaseous substance in the form of a very fine dispersion. The principle of the invention lies in the introduction and distribution of the substances to be mixed with other substances by means of distribution nozzles with a solid jet, a solid cone or a hollow cone. The nozzles are housed in a chamber which is made up of two spherical spaces. The substance to which another substance is to be fed enters the lower space and moves towards the upper space through a constriction ring which separates the two spaces. The substances to be injected leave the nozzle at a speed which is much greater than that of the main stream and enter the depth of the lower space, where they are distributed into the reaction mass in the form of very fine droplets. The constriction ring produces an increase in the speed of flow of the reaction mass, and this gives rise to the formation of turbulence which further promotes the quality of mixing. The nozzle can move vertically in relation to the constriction ring; in this way it is possible to vary the constriction section between the two spaces, and this permits variable speed gradients. The most advantageous applications of the invention are in the fields of water and sewage treatment, of addition of auxiliary substances to a reaction mass and wherever mixing operations between liquids, gases and liquids, and between gases need to be performed.

Description

La présente invention concerne les dispositifs de mélange à continu des phases liquides/liquides, liquides/gazeuses et gazeuses/gazeuses, permettant de répartir rapidement et uniformement une substance liquide ou gazeuse dans une autre substance liquide ou gazeuse sous forme d'une très fine dispersion. The present invention relates to devices for continuous mixing of the liquid / liquid, liquid / gaseous and gaseous / gaseous phases, making it possible to rapidly and uniformly distribute a liquid or gaseous substance in another liquid or gaseous substance in the form of a very fine dispersion. .

Jusqu'à présent, il existe deux grandes lignes de la technique de mélange:
a - Mélange des milieux fluides moyennement visqueux et solides, à l'aide d'agitateurs mécaniques dont les types principaux sont représentés par les agitateurs à hélice, à pales inclinées. à impulsion à contre-courant. à disque, à ancre. et par des turbines à réalisations diverses.
So far there are two main lines of the mixing technique:
a - Mixing of medium viscous and solid fluid media, using mechanical agitators, the main types of which are represented by propeller agitators, with inclined blades. with pulse against the current. disc, anchor. and by turbines with various achievements.

b - Mélange des liquides et des gat à l'aide des mélangeurs statiques incorporés dans un courant de dits liquides ou gaz. Leur principe de fonctionnement repose sur la formation de couches individuelles par moyen des éléments à division progressive du courant total. b - Mixing liquids and gat using static mixers incorporated in a stream of so-called liquids or gases. Their operating principle is based on the formation of individual layers by means of elements with progressive division of the total current.

Il existe des procédés de mélange , accompagnés de réactions chimiques qui doivent s'effectuer dans un laps de temps de 0,2 à 1 seconde. par exemple l'apport d'un électrolyte à un système aqueux polyphasé avec le but de séparer ces phases par l'hydrolyse du dit électrolyte. En même temps. il faut souvent faire face à l'exigence de supprimer des surconcentrations ou sousconcentrations locales en réactifs dans une masse réactionnelle et d'éviter des forces de cisaillement sur les produits react- ionnels. There are mixing processes, accompanied by chemical reactions which must take place within a period of 0.2 to 1 second. for example the supply of an electrolyte to a polyphase aqueous system with the aim of separating these phases by the hydrolysis of said electrolyte. At the same time. it is often necessary to face the requirement to suppress local overconcentrations or subconcentrations in reagents in a reaction mass and to avoid shear forces on the reaction products.

Avec des agitateurs mécaniques, il n'est pas possible d'obtenir les buts envisagés parce que a) le temps de mélange dépend largement de la vitesse dé recirculation de la masse réactionnelle, b) des surconcentrations ou sousconcentrations locales en composants individuels sont inévitables, et c) à cause de fortes forces de cisaillement qui-s'exercent toujours sur les produits réactionnels. With mechanical stirrers, it is not possible to obtain the envisaged goals because a) the mixing time depends largely on the speed of recirculation of the reaction mass, b) local over-concentrations or sub-concentrations of individual components are inevitable, and c) because of the high shear forces which are always exerted on the reaction products.

Quant aux mélangeurs statiques, ceux-ci sont déjà mieux adaptés aux taches de mélange. Cependant, ils ont l'incon vénient, à cause de la division du courant de la masse réaction- nelle en filets individuels. de provoquer encore des répartitions du temps de séjour, d'exercer - par les arêtes de leurs éléments de mélange - des forces de cisaillement non négligeables sur les produits réactionnels et d'être soumis au risque de colmatage.  As for static mixers, these are already better suited to mixing tasks. However, they have the inconvenience, due to the division of the current of the reaction mass into individual nets. to cause further distribution of the residence time, to exert - by the edges of their mixing elements - significant shear forces on the reaction products and to be subjected to the risk of clogging.

La présente invention a pour but de pallier les inconvénients de l'art antérieur, et de proposer des procédés de mélange dans lesquels les transferts de matière et d'énergie sont favorisés. The object of the present invention is to overcome the drawbacks of the prior art, and to propose mixing methods in which the transfers of material and energy are favored.

Le principe de la présente invention repose sur l'introduction et la répartition dune substance liquide ou gazeuse dans une autre substance liquide ou gazeuse â l'aide de buses de distribution à cône plein, à cane solide ou à cane creux. The principle of the present invention is based on the introduction and distribution of a liquid or gaseous substance in another liquid or gaseous substance by means of dispensing nozzles with solid cone, solid cane or hollow cane.

Les buses en question sont logées dans une sorte de chambre qui se compose de deux sphères. une sphère supérieure et une sphère inférieure. La substance liquide ou gazeuse à laquelle une autre substance liquide ou gazeuse est à alimenter entre dans la sphère inférieure et se déplace vers la sphère supérieure à travers un anneau d'étranglement qui sépare les deux sphères. Les substances à injecter quittent la buse de distribution avec une vitesse largement supérieure à celle du courant principal et pénètrent, par conséquence, dans la profondeur dé la sphère inférieure ou elles sont finement réparties dans la masse réactionnelle sous forme de gouttelettes d'une extrême petitesse.L'anneau d'étrangleaent provoque une augmentation de la vitesse d'écoulement de la masse réactionnelle ce qui donne lieu à la formation de turbulences lesquelles favorisent encore la qualité de mélange. La buse de distribution est logée dans la sphère supérieure et peut se déplacer verticalement par rapport à l'anneau d'étranglement. Cette possibilité d'un mouvement vertical de la buse centrale la section d'écoulement entre les deux sphères ce qui permet des gradients de vitesse variables.The nozzles in question are housed in a sort of chamber which consists of two spheres. an upper sphere and a lower sphere. The liquid or gaseous substance to which another liquid or gaseous substance is to be fed enters the lower sphere and moves towards the upper sphere through a throttling ring which separates the two spheres. The substances to be injected leave the dispensing nozzle with a speed much greater than that of the main stream and consequently penetrate into the depth of the lower sphere where they are finely distributed in the reaction mass in the form of droplets of extremely small size The choke ring causes an increase in the flow rate of the reaction mass, which gives rise to the formation of turbulences which further promote the quality of the mixture. The dispensing nozzle is housed in the upper sphere and can move vertically relative to the choke ring. This possibility of a vertical movement of the central nozzle the flow section between the two spheres which allows variable speed gradients.

La figure ci-jointe montre une réalisation de la dite invention. Le courant entre dans le mélangeur par vole de la tubulure 1 et continue son chemin à travers la sphère 2 de la chambre. I1 traverse ensuite-l-anneau d'étranglement 3 et subit ici une augmentation de lavitesse d'écoulement. La sphère 4 contient la buse de distribution 5. La masse réactionnelle quitte le mélangeur par voie de la tubulure 6. The attached figure shows an embodiment of the said invention. The current enters the mixer by flowing from the tubing 1 and continues its path through the sphere 2 of the chamber. It then crosses the throttle ring 3 and undergoes an increase in the speed of flow here. The sphere 4 contains the dispensing nozzle 5. The reaction mass leaves the mixer by way of the tube 6.

Les détails de la présente invention ses avantages et caractéristiques, seront encore mieux compris à la lecture qui va suivre des exemples d'application pratiques. The details of the present invention, its advantages and characteristics, will be better understood on reading the following examples of practical application.

Exemple i:
Neutralisation d'eaux acides ou alcalines.
Example i:
Neutralization of acidic or alkaline waters.

Les eaux à neutraliser sont amenées au mélangeur.  The water to be neutralized is brought to the mixer.

Ici, le réactif de neutralisation est injecte au courant d'eau à neutraliser. Selon le degrée d'acidité ou d'alcalinité, et par conséquence en fonction de la quantité du réactif à ajouter, on monte ou abaisse la buse afin d'obtenir le gradient de vitesse optimal à la réaction en question. La répartition uniforme et rap- ide du réactif à travers une section bien définie du courant favorise la vitesse de réaction. Cela a pour conséquence que la dist- ance à parcourir par la masse réactionnelle jusqu'à l'obtention de la neutralisation finale est très courte ce qui rend possible une régulation sensible et exacte du pH sans oscillations appréci- ables dans le circuit de régulation.Suivant les conditions opérationnelles et les paramètres présents. on peut se servir d'une buse à cône plein, à cône solide ou à cône creux, En cas qu'une chaleur de neutralisation soit dégagée au cours de la réaction, le mélangeur sera équipé d'un dispositif de refroidissement, soit sous forme d'une double enveloppe, soit sous forme d'ailettes de refroidissement, etc.Here, the neutralizing reagent is injected into the stream of water to be neutralized. Depending on the degree of acidity or alkalinity, and consequently depending on the amount of reagent to be added, the nozzle is raised or lowered in order to obtain the optimal speed gradient for the reaction in question. The uniform and rapid distribution of the reagent through a well-defined section of the current promotes the reaction rate. This has the consequence that the distance to be traveled by the reaction mass until final neutralization is obtained is very short, which makes possible a sensitive and exact regulation of the pH without appreciable oscillations in the regulation circuit. According to the operational conditions and the parameters present. you can use a full cone, solid cone or hollow cone nozzle. If a heat of neutralization is released during the reaction, the mixer will be equipped with a cooling device, either in the form a double jacket, either in the form of cooling fins, etc.

Exemple 2:
Préparation des micro-émulsions pour le travail
des métaux.
Example 2:
Preparation of micro-emulsions for work
metals.

Dans la préparation de dites micro-émulsions, il est important d'éviter la formation locale d'émulsions du type eau dans 1 huile ce qui peut se produire par un mélange lent et déséquilibré. La solution-mère, par sa distribution sous forme de très fines particules dûe à l'effet d'atomisation de la buse du présent mélangeur, est immédiatement repartie à travers une section bien définie du courant d'eau. Ce phénomène favorise la mise définitive en émulsion de la solution-mère et augmente le stabili- té de l'émulsion. In the preparation of said microemulsions, it is important to avoid the local formation of emulsions of the water in 1 oil type which can occur by a slow and unbalanced mixing. The mother solution, by its distribution in the form of very fine particles due to the atomizing effect of the nozzle of the present mixer, is immediately distributed through a well-defined section of the water stream. This phenomenon favors the final emulsion of the mother solution and increases the stability of the emulsion.

Exemple 3:
Mélange des additifs aux carburents.
Example 3:
Mixture of fuel additives.

Pour améliorer la qualité des carburants. il est indispensable d'y ajouter des additifs d'extrême pression, des anti-oxydants, etc. Cette addition est considérablement facilitée par l'utilisation dune chaste de mélangeurs décrite ici. To improve the quality of fuels. it is essential to add extreme pressure additives, antioxidants, etc. This addition is considerably facilitated by the use of a chaste of mixers described here.

Exemple 4:
Cassage d'émulsions usées de travail des métaux.
Example 4:
Breakage of used metalworking emulsions.

Dans le traitement des eaux résiduaires industrielles. le cassage d'émulsions usées est un problème particulidre- ment pénible. Ce cassage est le plus souvent effectué à l'aide de solutions aqueuses de sels métalliques. Cependant. pour obtenir un cassage efficace, il faut mélanger ces solutions à l'émulsion usée dans un temps de moins d'une seconde afin d'empocher la formation prématurée d'hydroxydes qui ne sont pas efficaces pour la déstabilisation du système. En effet, aucune méthode de mélange connue jusqu'à ce jour ne donne des résultats satisfaisants. La présente invention. au contraire, offre un moyen valable à cet effet. Par le choix approprié de la vitesse du jet partant de la buse et de la vitesse d'écoulement de l'émulsion à casser. le temps de mélange peut être réduit à O. i seconde. Cela a pour conséquence de permettre aux produits intermédiaire d'hydrolyse d'exercer leur activité déstabilisatrice sur le système émulsif lé ce qui aboutit à la séparation des phases aqueuses et huileuses. In the treatment of industrial waste water. the breaking of used emulsions is a particularly painful problem. This breaking is most often carried out using aqueous solutions of metal salts. However. to obtain an efficient breaking, it is necessary to mix these solutions with the spent emulsion in a time of less than one second in order to pocket the premature formation of hydroxides which are not effective for the destabilization of the system. Indeed, no mixing method known to date gives satisfactory results. The present invention. on the contrary, offers a valid means for this purpose. By the appropriate choice of the speed of the jet leaving the nozzle and the flow speed of the emulsion to be broken. the mixing time can be reduced to O. i second. This has the consequence of allowing the intermediate hydrolysis products to exert their destabilizing activity on the emulsifying system, which results in the separation of the aqueous and oily phases.

Autres domaines d'application. Other areas of application.

Autres domaines d'application de la présente invention, à titre d'exemple, sont: le traitement d'eaux potables. Other fields of application of the present invention, by way of example, are: the treatment of drinking water.

l'addition de propane à un carburant diesel afin d'améliorer les propriétés d'allumage, l'égalisation de températures entre huiles caloporteuses, le mélange de colorants liquides, etc. En somme.the addition of propane to a diesel fuel in order to improve the ignition properties, the equalization of temperatures between heat transfer oils, the mixture of liquid dyes, etc. In short.

la présente invention est d'une valeur économique et technique partout où des mélanges entre liquides. entre gaz et liquides, ou entre différents gaz seront à effectuer. the present invention is of economic and technical value wherever mixtures between liquids. between gases and liquids, or between different gases will be carried out.

Claims (5)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de mélange à continu des phases li- quides/liquides. liquidesigazeuses. gazeuses/gazeuses. ce dispo-ei tif caractérisé par la répartition d'une substance dans une autre substance d'une façon rapide et uniforme à l'aide de buses à et plein. à cône solide. ou à cône creux. 1. Device for continuous mixing of liquid / liquid phases. liquids. carbonated. this device characterized by the distribution of a substance in another substance in a rapid and uniform manner using nozzles at and full. with solid cone. or hollow cone. 2. Dispositif de mélange selon revendication 1, caractérisé en ce que les buses de distribution pouvent être déplacées en direction axiale par rapport à l'écoulemment liquide ou gazeux pour varier les gradients de vitesse. 2. Mixing device according to claim 1, characterized in that the dispensing nozzles can be moved in the axial direction relative to the liquid or gaseous flow to vary the speed gradients. 3. Dispositif de mélange selon revendications i et 2 caractérisé en ce que les buses de distribution sont logées dans une chambre qui se compose de deux espaces sphériques, un espace supérieur et un espace inférieur et dont les lignes d'intersection forment un anneau d'étranglement entre les deux espaces. 3. Mixing device according to claims i and 2 characterized in that the distribution nozzles are housed in a chamber which consists of two spherical spaces, an upper space and a lower space and whose intersection lines form a ring of strangulation between the two spaces. 4. Dispositif de mélange selon revendications 1. 2 et 3. caractérisé en ce que le mouvement de la buse de distribution contrôle la section d'écoulement entre les deux espaces sphé riques ce qui permet des gradients de vitesse variables.  4. Mixing device according to claims 1, 2 and 3. characterized in that the movement of the dispensing nozzle controls the flow section between the two spherical spaces which allows variable speed gradients. 5. Dispositif de mélange selon revendications 1.2. 5. Mixing device according to claims 1.2. 3 et 4. caractérisé en ce que l'anneau d'étranglement provoque une augmentation de la vitesse d'écoulement de 11a masse réactionnelle ce qui donne lieu à la formation de turbulences lesquelles favorisent la qualité de mélange. 3 and 4. characterized in that the throttle ring causes an increase in the flow rate of the reaction mass, which gives rise to the formation of turbulences which promote the quality of the mixture.
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