FR2767720A1

FR2767720A1 - ROTARY LIQUID / SOLID (S) MIXER, CONTINUOUS, WITH OPEN EYE

Info

Publication number: FR2767720A1
Application number: FR9710838A
Authority: FR
Inventors: Robert J Hitt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 1999-03-05
Anticipated expiration: 2017-08-27
Also published as: WO1999010092A1; FR2767720B1

Abstract

The invention concerns a continuous rotary mixer with open eye, optionally atmospheric, for mixing liquids or liquids/solids. The products to be mixed are carried in quick rotation in a stationary cylindrical body (3). A liquid ring comprising a free surface (5) is thereby formed. As the products are added, the diameter of the eye formed by the free surface decreases to the size of the overflow device (6) diameter; thereafter, the diameter of the eye remains substantially constant. The mixture can be evacuated from the mixer into (8). Several fluids/solids can be mixed by several intake tubes (4) One great advantage lies in the fact that the outlet flow, equal to the inlet flows, does not require adjustment. Another advantage is that the apparatus is simple.

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.Rotary liquid / solid mixer,
continuously, with open eye
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.

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. II 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. 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. 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. Furthermore, 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.

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. 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.

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.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 swirl where the paste is poured in the form of dry powder. Other examples are described in the patents
US A 4,099.005 and US A 3,994,480. In practice, 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.

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. Another group of mixers is characterized by a pressure balance in the device. The first mixer designed according to this principle is undoubtedly that described by Zingg in US patent A 3,326,536. According to this document, about thirty years old, an eye is generated at atmospheric pressure by rotation of an "impeller" "(turbine working against a pressure created by another impeller, less powerful. In practice, the two impellers are mounted back backpack in a single body although the aforementioned patent also mentions the possibility of using two separate bodies. The slag or "slurry" thus prepared is delivered under pressure through an outlet orifice formed on the outer periphery of the body. regulated at this output.

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.The flow of solids into the eye is also monitored. Due to the hydrodynamic balance between the two turbines or "impellers", the machine draws in the liquid which is necessary to maintain the atmospheric eye at a substantially constant diameter. This device does not take into account the problem of entrained air, even if one can consider that this device works, more or less appreciably, at constant volume.

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. An improvement has been achieved by the introduction of turbines creating a "vortex" as according to US patent A 4,453,829 (Althouse), which also includes a device for removing air, or by the introduction of an inlet annular liquid according to patent EP A 0 445 875 (Althouse and Hitt), which makes it possible to mix higher concentrations of products by introducing the solids and the liquid in the same zone of the apparatus, thus producing a more homogeneous concentration of solids throughout the volume dedicated to the mixture.

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. A limitation of these machines lies in the need to regulate the flow rate of slag or "slurry" mixture. At high concentrations, 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.

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. Yet another mixer is known in which the eye is created by a balance of pressure and centrifugal acceleration (US A 4,239,396 Arribau and WO 81/03743). However, in this apparatus, the position of the eye is not clearly defined and no suggestion is made to remove the 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. There is therefore a need for a device of the type comprising an eye, for effective and simple regulation, and for design as simple and reliable as 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. 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.

Le diamètre de l'oeil est sensiblement indépendant de la variation de la pression régnant dans l'évent de l'oeil. The diameter of the eye is substantially independent of the variation of the pressure prevailing in the vent of the eye.

On notera que les liquides incluent expressément les fluides visqueux, les gels et substances analogues. It should be noted that liquids expressly include viscous fluids, gels and similar substances.

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. It will also be noted that the mixer can generally operate at any angle therefore the concepts of "upper part" or "bottom", and similar concepts which are defined with respect to vertical positioning, are in no way limiting and only indicate the relative position of the elements in question.

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. According to a particular embodiment, the mixer according to the invention is characterized in that said mechanical means consist of an overflow system of the mixture.

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. According to a first embodiment of the invention, 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. Furthermore, 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.

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.This property is also important in terms of process control, since variations in the mixture have no effect on the regulated flow rates. Furthermore, there is no pressure balance achieved at the inlet fluid. This allows great freedom in the choice of fluid supply technique.

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 - la figure 8, qui se compose des figures 8a, 8b et 8c, représente des modes de réalisation de pales pour désagrégation des grumeaux. Other characteristics and advantages of the invention will be better understood on reading the description which follows, and with reference to the appended drawings in which - FIG. 1 represents 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; - Figures 3 and 4 show two other embodiments of the invention, with two different possible circuits for recirculation and measurement; - Figure 5 shows 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) represents the preferred embodiment of the invention, comprising an overflow by a mixture outlet 10 located on the top of the apparatus; - Figure 7, which consists of Figures 7a and 7b, shows a variant of the invention, for introduction into a chamber M having an inclined wall 11 - Figure 8, which consists of Figures 8a, 8b and 8c, represents embodiments of blades for breaking up lumps.

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 11 paroi (latérale) de la zone de mélange initial M 12 disque 13 arbre du moteur 14, 16 pales en forme de palettes ou barres 17 fil disposé en spirale 18 perforations ménagées dans le disque 20 partie "supérieure" du corps 3 du mélangeur 21 conduite ouverte 22 bac ouvert 25 cloison 30 "fond" du mélangeur 31 support 32 disque de rétention
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.In the accompanying drawings, the same references have the same meaning, which is as follows:
1, 1 'blades, respectively second set of blades
2 blade drive motor
3 cylindrical mixer body
4, 4 ', 4 "conduit (s) for introducing fluid (s) and / or liquid (s)
5, 5 'free surface of the eye, resp. second eye
6, 6 'premiere, resp. second, circular border of
overflow
7 cylindrical product recovery chamber
mixed, hereinafter "overflow chamber
8 mixture outlet pipe 9, 9 'mixing chamber, resp. second bedroom
mixing 10 mixing outlet for discharge 11 wall (side) of the initial mixing zone M 12 disc 13 motor shaft 14, 16 blades in the form of pallets or bars 17 wire arranged in a spiral 18 perforations made in the disc 20 "upper part "of the body 3 of the mixer 21 open pipe 22 open tank 25 partition 30" bottom "of the mixer 31 support 32 retention disc
L, S introduction of liquid (s), respectively of solid (s)
M initial mixing zone
X equipment (s) for measuring the characteristics of
mixing, in particular densitometer
with outlet (static + dynamic pressure)
b return port (static pressure
As shown in Figure 1, the principle of the invention is based on a new general concept of mechanical limitation of the diameter of the eye.

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. Indeed, in this first variant, 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.

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. Generally, it will be seen that 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.

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, I'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. 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. However, in this first variant, 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. In this overflow chamber 7 there opens an outlet conduit for the mixture prepared in the mixer. When, by the continuous addition of fluid, the free surface 5 of the eye reaches the rim 6 which separates the two chambers, it is no longer possible for this surface to progress because the excess mixture will overflow into the chamber 7 and from there escape through the conduit 8. Thus, the eye is automatically regulated since, conversely, the diameter of the eye cannot increase even in the event of a reduction in the fluid inlet flow rate. Thus, the volume where the mixing takes place is always constant even if the input flow varies more or less.

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. It will be noted that the so-called "upper" part 20 of the body and the "bottom" 30 of the mixer correspond to designation conventions. Indeed, the mixer can operate vertically or at any angle, including horizontally as shown in FIG. 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". According to a preferred embodiment of the invention, shown in FIG. 6 (6a + 6b), the same general concept of limiting the eye by mechanical means is applied differently. This figure represents 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 into 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 located in the configuration of this nonlimiting example, on the "side".

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. According to this variant, 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 can be favorable for the outlet and remote transport of the mixture. It can be seen in FIG. 6b that the mixture thus evacuated 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 drawback is that the position of the eye is fixed less finely, since the position of the free surface 5 is a function of the pressure drop in the outlet 10 and the conduit 8. However, a suitable dimensioning, as mentioned above, allows variations in the diameter of the eye to be kept within entirely acceptable limits. We can choose the construction and operating parameters so that, in stationary regime, the outlet 10 can absorb the output flow, possibly under a certain pressure, and that the surface 5 of the eye is at a suitable distance from the edge. the upper part 20 and the edge of the socket 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. A preferred geometry of the socket 10 consists of a tangential socket of square or rectangular section, as substantially represented in FIG. 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..). 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.).

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. According to a variant of the invention, not shown, 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.

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 pulsée 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. According to another variant shown in FIG. 7 (7a + 7b), in horizontal arrangement, 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.

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 o:). 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. According to a preferred variant, shown in Figure 7, the wall of the initial mixing chamber M is inclined or oblique (wall 1 1 inclined at an angle o :). 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 .

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, I'introduction se faisant par un conduit du type 4 tel que représenté sur la Figure 1, ou bien encore latéralement ou de manière concentrique. The initial mixing zone has been shown under chamber 9 because it is the simplest arrangement; however, this zone M could be placed at another location, for example above the chamber 9, the introduction being made by a type 4 conduit as shown in FIG. 1, or even laterally or concentrically .

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. According to yet another variant, 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.

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. 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.

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. In 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.

On a représenté sur la Figure 3 un deuxième circuit possible de reci rculation. FIG. 3 shows a second possible recirculation circuit.

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. These recirculation modes are particularly useful for integrating an apparatus for measuring certain properties of the mixture, in particular a densitometer or similar device.

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 ). 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).

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.The choice of circuit depends in particular on the pressure and differential pressure that the equipment can withstand X
As shown in FIG. 5, it is also possible to provide several type 9 mixing chambers. 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.

Deux ou plusieurs chambres de mélange 9, 9' ..., sont utilisées quand un mélange séquentiel est avantageux ou lorsque différentes intensités de mélange sont requises. Two or more mixing chambers 9, 9 ′, etc. are used when sequential mixing is advantageous or when different mixing intensities are required.

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. 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.

II en résulte un oeil plus stable, indépendant de la pression dans l'évent, et utile dans une plus large gamme de conditions de mélange. This results in a more stable eye, independent of the pressure in the vent, and useful in a wider range of mixing conditions.

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. Another advantage of the invention is to be satisfied with regulating the input flows, while the output flow does not have to be regulated.

On a également cherché à améliorer les performances des pales. Attempts have also been made to improve the performance of the blades.

Dans l'art antérieur, on a utilisé des pales ou des turbines ( impellers ) dont la fonction principale est de réaliser une mise en rotation efficace du mélange. Par " efficace " on désigne une mise en rotation où la vitesse du mélange est aussi proche que possible de la vitesse de rotation des pales. On a utilisé de telles pales efficaces dans ce qui précède.In the prior art, blades or impellers have been used, the main function of which is to effect effective rotation of the mixture. By "effective" is meant a rotation where the speed of the mixture is as close as possible to the speed of rotation of the blades. Such effective blades have been used in the foregoing.

Cependant, selon une variante préférée de l'invention, on a cherché à utiliser des pales dont la fonction principale n'est plus d'être efficace pour la mise en rotation, c'est-à-dire n'est plus de réaliser un bon accouplement avec le fluide. On utilise selon cette variante des pales dont la fonction principale est de détruire les grumeaux ou agglomérats qui se forment souvent lors du mélange de poudres et de liquides. Entre autres inconvénients, ces grumeaux sont responsable d'un mauvais mélange et de l'entraînement d'air au sein du mélange,
I'air étant enfermé dans le grumeau. Ce problème est bien connu. Un art antérieur a cherché semble-t-il à le résoudre par un effet de dépression au niveau de l'oeil et / ou par une grande puissance de rotation ( selon les travaux du mathématicien russe Kolmogoroff sur la turbulence ), mais aucun art antérieur n'a songé à utiliser l'action des pales.However, according to a preferred variant of the invention, it has been sought to use blades whose main function is no longer to be effective for the rotation, that is to say, is no longer to produce a good coupling with the fluid. Blades are used according to this variant, the main function of which is to destroy lumps or agglomerates which are often formed during the mixing of powders and liquids. Among other disadvantages, these lumps are responsible for poor mixing and the entrainment of air within the mixture,
The air being enclosed in the lump. This problem is well known. A prior art seems to have sought to resolve it by an effect of depression in the eye and / or by a great power of rotation (according to the work of the Russian mathematician Kolmogoroff on turbulence), but no prior art never thought of using the action of the blades.

Selon l'invention, on utilise des pales très étroites telles que représentées sur les figures 8a, 8b et 8c . Selon le mode de réalisation particulier représenté, le moteur 2 entraîne un arbre 13 sur lequel est monté un disque 12. Ce disque présente de préférence des passages ou perforations 18 pour équilibrer la pression de l'air ( du gaz ) de chaque côté ou sur les deux faces du disque. De manière originale, le disque porte sur son pourtour un nombre adapté ou pales étroites. Une façon préférée de réaliser ces pales est représenté sur la figure 8a où le disque est simplement découpé et forme des pales étroites 14. Il existe d'autres façons de réaliser les pales étroites selon l'invention, par exemple en forme de barres ou barrettes 16 ( figure 8 b ) ou à l'aide d'un fil 17 monté en spirale sur un support 31 terminé par une pièce de rétention, notamment un disque 32 de rétention, cf. figure 8c. According to the invention, very narrow blades are used as shown in FIGS. 8a, 8b and 8c. According to the particular embodiment shown, the motor 2 drives a shaft 13 on which a disc 12 is mounted. This disc preferably has passages or perforations 18 to balance the pressure of the air (gas) on each side or on both sides of the disc. In an original way, the disc carries on its periphery an adapted number or narrow blades. A preferred way of producing these blades is shown in FIG. 8a where the disc is simply cut out and forms narrow blades 14. There are other ways of making the narrow blades according to the invention, for example in the form of bars or bars 16 (Figure 8 b) or using a wire 17 spirally mounted on a support 31 terminated by a retention piece, in particular a retention disc 32, cf. figure 8c.

De telles barres sont efficaces pour la désagrégation des grumeaux.Such bars are effective for breaking up lumps.

On pense que leur efficacité vient de ce que la cascade de tourbillons commence à une taille plus faible et donc de ce que moins d'énergie est perdue dans des tourbillons de dimension plus importante que la taille des particules ( grumeaux ). Un exemple pratique d'application où de telles pales étroites sont recommandées est le mélange d'eau et de ciment. Dans ce cas les particules fines ( de l'ordre de 20 microns ) doivent être désagglomérées. Des pales fines avec un rapport de vitesse entre les pales et le mélange en rotation compris entre 2 et 4 à 1 sont préconisées.It is believed that their effectiveness comes from the fact that the cascade of vortices begins at a smaller size and therefore that less energy is lost in vortices of larger size than the size of the particles (lumps). A practical example of application where such narrow blades are recommended is the mixture of water and cement. In this case the fine particles (of the order of 20 microns) must be deagglomerated. Thin blades with a speed ratio between the blades and the rotating mixture between 2 and 4 to 1 are recommended.

L'invention concerne donc également un nouveau concept de turbine pour la mise en rotation d'un mélange de poudre(s) et de liquide(s) ou de gel(s) dans un mélangeur, caractérisée en ce qu'elle comprend des pales étroites telles que définies ci-dessus ( y compris la variante en fil spirale ), de manière à autoriser un glissement de la vitesse de rotation des barres de environ 2 - 4 à environ 1 par rapport à la vitesse de rotation du mélange, ainsi que les mélangeurs rotatifs équipés de cette turbine. The invention therefore also relates to a new turbine concept for the rotation of a mixture of powder (s) and liquid (s) or gel (s) in a mixer, characterized in that it comprises blades narrow as defined above (including the spiral variant), so as to allow the speed of rotation of the bars to slip from approximately 2 - 4 to approximately 1 relative to the speed of rotation of the mixture, as well as rotary mixers equipped with this turbine.

Un exemple où de telles pales étroites ne seront pas préconisées est le mélange de "gel" ( de polymère ) et d'agent de soutènement ("propping agent") dans l'industrie parapétrolière, pour la stimulation des puits pétroliers. Dans ce cas en effet, les particules sont de dimensions plus grandes (quelques mm) et ont moins tendance à former des grumeaux. De plus, un cisaillement excessif pourrait endommager le gel. An example where such narrow blades will not be recommended is the mixture of "gel" (polymer) and propping agent in the oil industry, for the stimulation of oil wells. In this case, in fact, the particles are larger (a few mm) and have less tendency to form lumps. In addition, excessive shearing could damage the gel.

On utilisera donc dans un tel cas des pales à "bon accouplement " avec un rapport de vitesse entre les pales et le mélange se trouvant entre 1,2 - 2 et 1, en utilisant une vitesse modeste de turbine.In such a case, blades with "good coupling" will be used with a speed ratio between the blades and the mixture lying between 1.2 - 2 and 1, using a modest turbine speed.

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. 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 propellant) 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.

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. 1. - Continuous rotary liquid (s) / solid (s) mixer, of the type comprising means for rotating the mixture, in a cylindrical body 3 comprising a surface or part called "upper" 20 and a "bottom "30, to form a central eye delimited by a free surface 5 of rotation, characterized in that the eye is placed in communication with a vent under atmospheric pressure or under a different pressure and in that the diameter of the eye is determined by static mechanical means.

2. - Mélangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens mécaniques consistent en un système à débordement. 2. - Mixer according to claim 1, characterized in that said mechanical means consist of an overflow system.

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. 3. - Mixer according to claim 2, characterized in that said overflow system comprises a socket 10 opening in the upper part 20 of the body 3 of the mixer.

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. 4. - Mixer according to claim 2, characterized in that said overflow system comprises a circular overflow edge 6 which delimits in their center the partition 25 of the mixing chamber or the so-called "upper" part 20 of the body of the mixer for form the vent of the eye.

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. 5. - Mixer according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the mixer comprises a cylindrical body 3 in which blades 1 are rotated, said body comprising a "bottom" and a part called "upper "20 the assembly forming a mixing chamber 9 into which are introduced by entrances 4, 4 'the powder (s) and / or liquid (s) to be mixed, and in that an outlet 10 for overflowing the mixture is provided at the top 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. 6. - Mixer according to any one of claims 1 to 3 and 5, characterized in that the outlet 10, located at the upper part of the mixing chamber 9, has dimensions and positioning adapted so that, in steady state , the outlet 10 can absorb the outlet flow, possibly under a certain pressure, and that the surface 5 of the eye is located at a suitable distance from the edge of the upper part 20 and from the edge of the outlet 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. 7. - Mixer according to any one of claims 1 to 3 and 5, 6, characterized in that the outlet 10 consists of a tangential outlet of square or rectangular section.

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. 8. - Mixer according to any one of claims 1, 2 and 4, characterized in that it comprises a mixing chamber 9, the bottom of which is constituted by the "bottom" of the body, and the "upper" part of which is formed by a partition 25 parallel to the plane of rotation of the blades 1 and having a circular opening in its center, delimited by an edge 6 of overflow.

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.... 9. - Mixer according to any one of claims 1, 2 and 4, characterized in that it comprises several mixing chambers 9, 9 ', .. each separated from the previous one by a partition 25 having a border 6 delimiting the 'eye formed in each chamber, the mixture successively overflowing from the first chamber 9 to the next 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. 10. - Mixer according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it comprises several tubes 4, 4 ', 4 ", .., for introducing liquid (s) and solid (s) into at least one of the chambers 9, 9 ', ... of the mixer or in at least one premix or initial mixing chamber M, said chamber M preferably having a wall 1 1 inclined at an angle alpha relative to the axis of rotation of the blades.

11. - 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. 11. - Mixer according to any one of claims 1 to 10, characterized in that it comprises at least one recirculation circuit comprising measuring equipment X of at least one property of the mixture.

12. - Turbine pour la mise en rotation d'un mélange de poudre(s) et de liquide(s) ou de gel(s) dans un mélangeur, caractérisée en ce qu'elle comprend des pales étroites ou un fil en spirale de manière à autoriser un glissement de la vitesse de rotation des pales de environ 2 - 4 à environ 1 par rapport à la vitesse de rotation du mélange. 12. - Turbine for the rotation of a mixture of powder (s) and liquid (s) or gel (s) in a mixer, characterized in that it comprises narrow blades or a spiral wire of so as to allow the speed of rotation of the blades to slip from approximately 2 - 4 to approximately 1 relative to the speed of rotation of the mixture.

13. - Turbine selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comprend des pales très étroites 14, 16 ou un fil en spirale 32. 13. - Turbine according to claim 12, characterized in that it comprises very narrow blades 14, 16 or a spiral wire 32.

14. - Turbine selon la revendication 12 ou 13, caractérisée en ce qu'un moteur 2 entraîne un arbre 13 sur lequel est monté un disque 12, portant les pales étroites à sa périphérie, et présentant de préférence des passages ou perforations 18 pour équilibrer la pression de l'air ( du gaz ) de chaque côté ou sur les deux faces du disque. 14. - Turbine according to claim 12 or 13, characterized in that a motor 2 drives a shaft 13 on which is mounted a disc 12, carrying the narrow blades at its periphery, and preferably having passages or perforations 18 to balance the air (gas) pressure on each side or on both sides of the disc.

15. - Mélangeur rotatif pour poudre(s) et liquide(s) ou gel(s) caractérisé en ce qu'il est équipé d'une turbine selon l'une quelconque des revendications 12 à 14. 15. - Rotary mixer for powder (s) and liquid (s) or gel (s) characterized in that it is equipped with a turbine according to any one of claims 12 to 14.