Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02825640 2013-07-24
WO 2012/104497 PCT/FR2011/052940
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Dispositif de mélange
La présente invention se rapporte à un dispositif de mélange, un
ensemble de mélange équipé d'un tel dispositif et un procédé de fabrication
d'une préparation.
Le dispositif ainsi que l'ensemble de mélange sont notamment
destinés à la fabrication d'une préparation, et plus particulièrement à la
dispersion de particules dans une préparation.
Dans l'art antérieur, il est connu de produire des préparations en
mélangeant dans une cuve des substances et en introduisant dans ladite cuve
des particules de poudre afin de les incorporer au mélange.
De telles préparations sont couramment fabriquées pour des
applications, par exemple, pharmaceutiques, cosmétiques, agro-alimentaires et
autres. Pour des applications pharmaceutiques ou cosmétiques, notamment,
les particules incorporées peuvent constituer le principe actif de la
composition
et doivent alors être incorporées au mélange dans des proportions très
précises. Le mélange final doit en outre être le plus homogène possible.
Afin de réaliser de telles préparations, des ensembles de mélange
sont connus. Selon la technologie la plus répandue, ceux-ci comprennent une
cuve, maintenue en dépression et destinée à recevoir le mélange, un rotor
comportant des pales de mélanges et coopérant avec des moyens moteurs
afin d'être entraîné en rotation et un stator comportant une couronne
annulaire
entourant le rotor et présentant des orifices radiaux pour le passage du
mélange projeté rad ialement par ledit rotor.
Afin d'incorporer les particules à la préparation, deux méthodes
sont couramment utilisées.
Selon une première méthode, les particules sont introduites par
aspiration dans la cuve maintenue en dépression via un conduit d'amenée
débouchant en fond de cuve, latéralement à l'unité rotor-stator. Le conduit
d'amenée est équipé d'une vanne permettant de commander l'introduction des
particules dans la cuve. Les particules à incorporer dans le mélange circulent
dans la cuve en suivant approximativement un trajet de convection du mélange
dans la cuve. Toutefois, dans ce cas, le débit d'introduction de la poudre est
directement lié au niveau de vide dans la cuve. Aussi, pour une vanne donnée,
il faut augmenter le vide pour augmenter le débit des particules introduites.
Cependant, selon la viscosité du mélange dans la cuve, un niveau de vide trop
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élevé engendre un passage trop rapide des particules au travers du mélange et
les particules aspirées viennent se coller contre la partie supérieure de la
cuve ; ce qui génère des problèmes de nettoyage et de perte de produit. Cela
est particulièrement important lorsque le produit injecté constitue le
principe
actif du mélange final qui peut alors être sous-dosé.
Selon une seconde méthode, l'ensemble de mélange est équipé
d'une tuyauterie extérieure permettant une recirculation de la préparation.
Dans
cette mise en oeuvre, les particules de poudre sont introduites dans la cuve
via
un conduit d'amenée débouchant dans la tuyauterie extérieure formant boucle
de recirculation. Toutefois, cette méthode pose des problèmes de nettoyage de
ladite tuyauterie extérieur. Par ailleurs, le débit d'introduction de la
poudre est
limité par les dimensions de la tuyauterie extérieure et par le débit de
circulation dans celle-ci.
Afin de pallier ces inconvénients, la demanderesse a développé
une troisième méthode permettant de disperser efficacement des particules
dans un mélange avec un débit élevé et réduisant les pertes de produit. Cette
méthode est décrite dans le document FR 2 929 133.
Selon cette méthode, les particules sont introduites par aspiration
dans la cuve maintenue en dépression via un conduit d'amenée débouchant
dans la cuve au niveau du rotor de l'unité rotor-stator. Le conduit d'amenée
est
équipé d'une vanne permettant de commander l'introduction des particules
dans la cuve. Les particules à incorporer dans le mélange sont ainsi
introduites
directement au coeur de la zone de mélange et de turbulences et éjectées
vigoureusement avec le mélange circulant dans la cuve. Un tel système permet
d'assurer un mélange efficace, homogène, et à débit élevé (temps
d'introduction et temps de mélange réduits).
Il est toutefois apparu qu'un tel système pouvait présenter encore
certaines limitations. Il peut être notamment souhaitable d'améliorer encore
l'introduction de la poudre et d'éviter tout bouchage et mouillage de la vanne
d'introduction.
La présente invention vise à éviter ces limitations et consiste pour
ce faire en un dispositif de mélange comprenant :
- au moins un rotor portant des pales de mélange et destiné à
coopérer avec au moins un moyen moteur afin d'être entraîné en rotation,
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- une couronne annulaire entourant le rotor et formant stator, ladite
couronne présentant au moins un orifice axial et des orifices radiaux de
mélange associés aux pales de mélange pour le passage du mélange,
- au moins un conduit d'amenée de particules destinées à être
incorporées audit mélange et débouchant à l'intérieur de ladite couronne,
Caractérisé en ce que la couronne annulaire présente un étage de
recirculation disposé entre le conduit d'amenée et les orifices radiaux de
mélange, ledit étage de recirculation comprenant au moins deux rangées
axialement consécutives d'orifices radiaux.
Ainsi, en prévoyant un étage de recirculation complémentaire
ménagé dans la couronne, il se crée une légère dépression additionnelle au
niveau du conduit d'amenée de particules, ce qui facilite l'introduction et le
mouillage desdites particules et le non mouillage dudit conduit.
Avantageusement, les moyens moteurs comprennent un bloc
moteur comportant lesdits moyens moteurs et un arbre d'entraînement
connectant le rotor aux moyens moteurs.
De manière préférentielle, le bloc moteur supporte au moins une
portion du conduit d'amenée.
Avantageusement, le bloc moteur comporte le rotor et la couronne
annulaire.
De manière préférentielle, le bloc-moteur comprend des moyens de
fixation à une cuve de mélange, lesdits moyens de fixation étant
avantageusement étanches à la pression.
Avantageusement, le conduit d'amenée traverse lesdits moyens de
fixation à la cuve.
Selon un mode de réalisation particulier, le bloc moteur comporte
deux rotors coaxiaux.
De manière préférentielle, les pales de mélange sont agencées
pour aspirer le mélange au travers de l'orifice axial de la couronne annulaire
et
le projeter radialement au travers des orifices radiaux de la couronne
annulaire.
Avantageusement, le conduit d'amenée débouche sensiblement au
niveau d'une extrémité radiale des pales de mélange.
Selon un mode de réalisation préféré, les orifices radiaux des
rangées de l'étage de recirculation sont axialement alignés.
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De manière préférentielle, les orifices radiaux des rangées de
l'étage de recirculation possèdent une longueur orientée radialement le long
de
la périphérie.
Avantageusement, les orifices radiaux de mélange possèdent une
longueur orientée axialement. Avantageusement encore, les orifices radiaux de
mélange sont obliques.
Préférentiellement, le conduit d'amenée est équipé d'au moins une
vanne. Il pourra notamment s'agir d'une vanne à clapet ou encore d'une vanne
pneumatique. Avantageusement encore, la vanne pourra être supportée par le
bloc moteur.
La présente invention se rapporte également à un ensemble de
mélange caractérisé en ce qu'il comprend une cuve destinée à recevoir un
mélange et au moins un dispositif de mélange selon l'invention.
Avantageusement, l'ensemble de mélange comprend des moyens
pour établir une dépression à l'intérieur de la cuve.
La présente invention se rapporte encore à un procédé de
fabrication d'une préparation comprenant au moins une étape de mélange
comportant une étape d'introduction de particules dans ledit mélange,
caractérisé en ce que l'étape d'introduction est réalisée au moyen d'un
ensemble de mélange selon l'invention.
Avantageusement, la cuve pourra être maintenue en dépression
afin de permettre l'introduction des particules par aspiration.
Préférentiellement, on mélange au moins deux substances non-
miscibles afin de fabriquer une émulsion.
La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la
description détaillée qui suit en regard du dessin annexé dans lequel :
- La figure 1 est une représentation schématique du principe
d'introduction selon la troisième méthode décrite ci-dessus.
- La figure 2 est une représentation partielle agrandie centrée sur
l'unité rotor-stator d'un dispositif de mélange selon l'invention.
- La figure 3 est une vue d'ensemble du dispositif de mélange de
la figure 2.
- La figure 4 est une représentation schématique en coupe
transversale du dispositif de mélange de la figure 2,
La figure 1 montre un ensemble de mélange 1 selon l'invention.
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Cet ensemble de mélange 1 comprend une cuve 2 présentant un
fond équipé d'un dispositif de mélange 100 selon l'invention fonctionnant
selon
le principe de la troisième méthode mentionnée précédemment et décrite dans
le document FR 2 929 133.
5 La cuve
2 est bien évidemment équipée de moyens d'arrivée et
d'évacuation des fluides et du mélange final (non représentés).
Le dispositif de mélange 100 comprend un rotor 101 portant des
pales de mélange 101a et apte à être entraîné en rotation par un moyen
moteur 102.
Le dispositif de mélange 100 comprend également une couronne
annulaire 103 entourant le rotor 101 et formant stator. La couronne annulaire
103 présente un orifice axial 103a central et des orifices radiaux de mélange
103b associés aux pales de mélange 101a.
Les orifices radiaux de mélange 103b sont des fentes s'étendant
axialement de manière sensiblement parallèle entre elles et légèrement
obliques par rapport à l'axe de rotation du rotor 101. Les orifices radiaux de
mélange 103b sont séparés par des parties pleines servant de surface d'impact
aux particules projetées.
Conformément à la méthode décrite dans le document FR
2 929 133, le dispositif de mélange 100 est équipé d'un conduit d'amenée 104
(flèche figure 1) débouchant dans la cuve 2 au niveau du rotor 101, à
l'intérieur
de ladite couronne annulaire 103 du dispositif de mélange 100.
Le conduit d'amenée 104 est équipé d'une vanne 104a permettant
de commander l'introduction des particules dans la cuve 2.
Plus précisément, le dispositif de mélange 100 est réalisé sous la
forme d'un bloc moteur comportant les moyens moteurs 102 et un arbre
d'entraînement 102a connectant le rotor 101 aux moyens moteurs 102.
Le bloc moteur supporte au moins une partie du conduit d'amenée
104 ainsi que le rotor 101 et la couronne annulaire 103.
Ce bloc-moteur est par ailleurs équipé de moyens de fixation à la
cuve 2 de mélange, lesdits moyens de fixation se présentant sous la forme
d'un disque de fixation 106 avantageusement étanche à la pression.
Le conduit d'amenée 104 et l'arbre d'entraînement 102a traversent
donc le disque de fixation 106 pour pénétrer à l'intérieur de la cuve 2.
Plus précisément, le conduit d'amenée 104 débouche sensiblement
au niveau d'une extrémité radiale des pales de mélange 101a.
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Conformément à l'invention, la couronne annulaire 103 possède un
étage de recirculation 105 disposé entre le conduit d'amenée 104 et les
orifices
radiaux de mélange 103b.
Cet étage de recirculation 105 comprend au moins deux rangées
axialement consécutives d'orifices radiaux 105a de recirculation situées entre
le conduit d'amenée 104 et les orifices radiaux de mélange 103b associé au
rotor 101.
Selon le mode de réalisation préféré représenté à titre d'exemple,
les orifices radiaux 105a des deux rangées de l'étage de recirculation 105
sont
axialement alignés. De manière avantageuse, les orifices radiaux 105a
possèdent une grande longueur s'étendant radialement sur la périphérie de la
couronne 103.
En fonctionnement, Le mélange présent dans la cuve 2 est aspiré
par l'orifice axial 103a central et projeté par les pâles de mélange 101a du
rotor
101 à travers les orifices radiaux de mélange 103b de la couronne 103.
Le rotor 101 aspire également des particules introduites dans la
cuve 2 par le conduit d'amenée 104 et les projette avec le mélange. Ce dernier
subit un cisaillement selon la direction radiale de projection. L'interstice
entre le
rotor 101 et la couronne 103 est suffisamment faible de manière à obtenir les
contraintes de cisaillement souhaitées (flèches figure 2).
L'étage de recirculation 105 complémentaire de la couronne 103
permet de créer une légère dépression additionnelle au niveau du conduit
d'amenée 104 de particules, ce qui facilite l'introduction et le mouillage
desdites particules et le non mouillage dudit conduit.
Il s'ensuit qu'avant d'être ajoutées au mélange et projetées à
travers les orifices radiaux de mélange 103b de la couronne 103, les
particules
suivent tout d'abord une boucle de recirculation formée par l'étage de
recirculation 105 de la couronne 103 (flèches figure 2).
Plus précisément, des particules sortent de la couronne 103 par les
orifices radiaux 105a de la rangée de l'étage de recirculation 105 la plus
proche
du rotor 101 et sont ré-aspirées dans la couronne 103 par les orifices radiaux
105a de la rangée de l'étage de recirculation 105 la plus proche du conduit
d'amenée 104.
On notera que de manière avantageuse, l'ensemble de mélange 1
comprend des moyens pour établir une dépression à l'intérieur de la cuve 2.
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Les particules pourront donc être aspirées dans la cuve 2 à travers
le conduit d'amenée 104 sans nécessiter d'injection par une pompe le cas
échéant.
Le dispositif décrit pourra être notamment avantageusement utilisé
pour la fabrication d'une préparation comprenant au moins une étape de
mélange comportant une étape d'introduction de particules dans ledit mélange.
L'étape d'introduction sera réalisée au moyen d'un ensemble de mélange selon
l'invention. Préférentiellement, on mélange au moins deux substances non-
miscibles afin de fabriquer une émulsion.
Bien que l'invention ait été décrite avec un exemple particulier de
réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle
comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs
combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.
