PROCEDE DE PREPARATION D'UNE EMULSION CALIBREE

Description

DOMAINE TECHNIQUE

[0001] La présente invention concerne un procédé de préparation d'une émulsion calibrée, notamment d'une émulsion bitumineuse ; elle concerne également les émulsions préparées selon ce procédé.

ETAT DE LA TECHNIQUE

[0002] Les émulsions sont composées de phases liquides immiscibles stabilisées par un ou plusieurs tensioactifs. La nécessité d'assurer une performance accrue et d'étendre les champs d'application des émulsions s'effectue par la calibration de leur granulométrie. C'est ainsi que, dans le cas du bitume émulsifié, l'amélioration des propriétés de l'émulsion, notamment dans le domaine du revêtement routier (facilité et sécurité de mise en oeuvre, homogénéité après le séchage...), passe par l'obtention d'une granulométrie plus fine que celle actuellement produite sur les unités industrielles. Par granulométrie plus fine, on entend une réduction de la taille moyenne des gouttelettes et de leur polydispersité par rapport aux procédés existants.

[0003] Deux méthodes sont a priori envisageables pour modifier la granulométrie d'une émulsion :

1) le changement des paramètres physico-chimiques de l'émulsion ;

2) le changement du procédé de fabrication, ou procédé d'émulsification.

[0004] Toutefois, les applications spécifiques des émulsions limitent souvent les modifications liées aux paramètres physico-chimiques, si bien que la modification du procédé d'émulsification reste pratiquement la seule possibilité pour atteindre cet objectif.

[0005] Les procédés d'émulsification sont généralement développés et mis à l'échelle en régime turbulent. L'état -de l'art de l'émulsification dans ce régime a conduit à l'identification d'un critère de dimensionnement qui relie la taille moyenne des gouttelettes à la puissance dissipée au sein du mélangeur. Les développements technologiques relatifs aux procédés d'émulsification se sont donc orientés vers la maximisation et/ou le contrôle de la puissance dissipée au sein dés géométries de mélange. Typiquement, la puissance dissipée localement varie entre 10⁴ W/m³ et 10⁷ W/m³ et la vitesse périphérique du mobile d'agitation est supérieure à 10 m/s. Selon l'approche décrite plus haut, la réussite de l'objectif de contrôle et de réduction de la granulométrie repose sur la conception d'équipements plus performants (pièces rotatives à haute vitesse sur des géométries munies d'entrefers généralement inférieurs à 1 mm). Une telle conception génère des complications mécaniques importantes d'autant plus considérables sur les unités industrielles. De plus, cette intensification de la puissance dissipée s'accompagne souvent d'une diminution importante du temps de séjour dans la zone de cisaillement accentuant ainsi les phénomènes de re-coalescence des gouttelettes et limitant l'effet attendu de la puissance dissipée sur le diamètre moyen des gouttelettes. C'est pourquoi les procédés classiques d'émulsification disponibles à l'échelle industrielle demeurent largement insatisfaisants.

[0006] Par ailleurs, il faut noter que la production d'émulsions à forte concentration en phase dispersée (c'est-à-dire à plus de 70 % environ de phase dispersée) fait généralement appel à des techniques spécifiques.

[0007] A titre d'exemple de procédé d'émulsification en régime concentré, le document GB 1283462 propose un système pour la production continue d'une émulsion d'huile dans l'eau, comprenant un batteur rotatif de type planétaire, et dans lequel les phases destinées à être émulsionnées et l'émulsion formée sont respectivement introduites et retirée en continu.

[0008] Le document US 3565817 donne un autre exemple de procédé de production d'une émulsion concentrée en continu, dans lequel le cisaillement doit être maintenu à une valeur suffisante pour réduire la viscosité de l'émulsion mais inférieure au point d'instabilité de l'émulsion.

[0009] Les documents EP 0156486 et EP 0162591 décrivent des procédés de préparation d'émulsions concentrées, sous un taux de cisaillement compris entre 10 et 1000 s^-1, mais qui, en pratique, permettent seulement d'obtenir des gouttelettes de taille typique 2 µm à 50 µm.

[0010] Le document US 4746460 décrit un procédé de préparation d'émulsion concentrée produite à partir d'une mousse obtenue en battant une solution aqueuse avec un gaz.

[0011] Le document US 5250576 décrit une application plus particulière de procédé de préparation d'émulsions concentrées, dans laquelle l'émulsion est stabilisée par une réticulation de polymères.

[0012] Dans le document US 5399293, une émulsion concentrée est formée en continu en soumettant le liquide à deux forces de cisaillement distinctes et successives avec un mélangeur à arbre unique. Toutefois, il apparaît dans les exemples que le système ne permet pas d'obtenir des gouttelettes de taille inférieure à 3 µm.

[0013] Le document US 5539021 présente un autre procédé de préparation d'émulsion concentrée, dans lequel, le paramètre important est le réglage des débits respectifs des deux phases à émulsionner, qui sont mélangées en continu.

[0014] Le document US 5827909 décrit un procédé continu de préparation d'émulsion, dans lequel une partie de l'émulsion est retirée de la zone de mélange puis réinjectée dans la zone de mélange. Ce procédé est plus particulièrement dédié aux émulsions destinées à subir une polymérisation ultérieure.

[0015] Le document WO 99/06139 propose de mélanger une première phase visqueuse à émulsionner (de viscosité comprise entre 1 et 5000 Pa.s) avec une deuxième phase non-miscible avec la première, à raison de 75 à 95 % en poids de première phase et à un taux de cisaillement compris entre 250 et 2500 s^-1. Le procédé décrit dans ce document est discontinu, c'est-à-dire que les deux phases sont mises en présence en une seule fois.

[0016] Le document US-A-5354504 décrit un procédé de préparation d'une émulsion d'hydro-carbones visqueux dans l'eau, qui inhibe le vieillissement.

[0017] Toutefois, les procédés décrits dans les documents ci-dessus restent délicats à mettre en oeuvre. En particulier, les émulsions concentrées présentent des problèmes importants d'instabilité et des risques élevés d'inversion de phase (c'est-à-dire des risques de passage d'une émulsion de type « huile dans l'eau » à une émulsion de type « eau dans l'huile ») ; elles présentent également des difficultés spécifiques liées à leur comportement rhéologique non newtonien et élastique.

[0018] Il existe donc un besoin d'amélioration des procédés connus, qui permette de préparer de manière plus fiable et plus reproductible des émulsions à granulométrie contrôlée (et la plus réduite possible) en terme de diamètre moyen des gouttelettes et de polydispersité, notamment à une échelle de production commerciale ou industrielle.

RESUME DE L'INVENTION

[0019] L'invention fournit donc un procédé semi continu de préparation d'une émulsion de gouttelettes d'une phase A dans une phase B, comprenant les étapes suivantes :

(i) mélange d'une quantité de phase A et d'une quantité de phase B au moyen d'un système de mélange à arbres multiples comprenant au moins un agitateur raclant, de manière à obtenir une dispersion de la phase A dans la phase B avec une concentration volumique de la phase A supérieure à 74 % ;

(ii) dilution de la dispersion obtenue à l'étape (i) par ajout d'une quantité supplémentaire de phase B, et mélange au moyen dudit système de mélange à arbres multiples, de manière à obtenir une émulsion de gouttelettes d'une phase A dans une phase B.

[0020] De préférence, ledit système de mélange à arbres multiples comprend en outre au moins un agitateur non raclant.

[0021] De préférence, dans le procédé selon l'invention, le diamètre moyen des gouttelettes de l'émulsion est contrôlé par un ajustement de la déformation appliquée lors du mélange de l'étape (i).

[0022] De préférence, dans le procédé selon l'invention, le mélange de l'étape (i) est effectué à un taux de déformation compris entre 5 et 150 s^-1.

[0023] Selon un mode de réalisation particulier du procédé selon l'invention, le système de mélange à arbres multiples est coaxial.

[0024] De préférence, dans le procédé selon l'invention, la vitesse de rotation du ou des agitateurs raclants subit une augmentation au cours de l'étape (i).

[0025] De préférence, dans le procédé selon l'invention, le ou les agitateurs raclants sont utilisés à une vitesse périphérique inférieure ou égale à 3 m/s, en particulier inférieure ou égale à 2,5 m/s.

[0026] De préférence, dans le procédé selon l'invention, le ou les agitateurs non raclants sont utilisés à une vitesse périphérique inférieure ou égale à 15 m/s, en particulier inférieure ou égale à 12 m/s lors de l'étape (i).

[0027] De préférence, dans le procédé selon l'invention, les agitateurs raclants et non raclants peuvent tourner en mode corotatif ou contrarotatif.

[0028] Avantageusement, le procédé tel que défini ci-dessus est tel que :

• la vitesse moyenne de rotation du ou des agitateurs raclants est plus petite lors de l'étape (ii.) que lors de l'étape (i) ; et
• la vitesse moyenne de rotation du ou des agitateurs non raclants est plus grande lors de l'étape (ii) que lors de l'étape (i).

[0029] Selon un mode de réalisation plus particulièrement préféré :

• la vitesse de rotation du ou des agitateurs raclants lors de l'étape (ii) est plus de cinq fois inférieure à la vitesse de rotation du ou des agitateurs raclants lors de l'étape (i) ; et
• la vitesse de rotation du ou des agitateurs non raclants lors de l'étape (ii) est plus de deux fois supérieure à la vitesse de rotation du ou des agitateurs non raclants lors de l'étape (i).

[0030] Selon un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, le diamètre moyen des gouttelettes de l'émulsion est inférieur à environ 1 micron.

[0031] Selon un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, l'émulsion présente une polydispersité inférieure à 0,4, de préférence inférieure à 0,3 et de manière plus particulièrement préférée d'environ 0,2.

[0032] Selon un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, à l'étape (i), la phase A est ajoutée à la phase B à un débit massique compris entre 0,01 fois et 3 fois la masse de la phase B par seconde.

[0033] Selon un mode de réalisation alternatif, à l'étape (i), la phase B est ajoutée à la phase A à un débit massique compris entre 0,0001 fois et 0,1 fois la masse de la phase A par seconde.

[0034] De préférence, dans le procédé selon l'invention, la phase A est une phase hydrophile et la phase B est une phase hydrophobe ou la phase A est une phase hydrophobe et la phase B est une phase hydrophile.

[0035] De manière plus particulièrement préférée, la phase A est un bitume et la phase B est une solution aqueuse ou la phase A est une solution aqueuse et la phase B est un bitume.

[0036] La présente invention permet de surmonter les inconvénients de l'état de la technique, et permet plus particulièrement de préparer de manière plus fiable et plus reproductible des émulsions à granulométrie contrôlée (et la plus réduite possible) en terme de diamètre moyen des gouttelettes et de polydispersité, notamment à une échelle de production commerciale ou industrielle. Il faut d'ailleurs souligner la simplicité de mise en oeuvre du procédé de la présente invention sur des unités industrielles. La présente invention permet notamment de limiter les risques d'inversion de l'émulsion ainsi que de limiter les inconvénients relatifs au comportement rhéologique non newtonien et élastique des émulsions concentrées.

[0037] Le but de l'invention est atteint en utilisant un système de mélange à arbres multiples (comprenant un ou plusieurs agitateurs raclants) pour effectuer le mélange sous une déformation contrôlée de la phase A et de la phase B, aussi bien au cours de l'étape de préparation de la dispersion intermédiaire concentrée en phase A que lors de l'étape de dilution pour aboutir à l'émulsion finale souhaitée.

[0038] Le procédé selon l'invention présente également les différences techniques avantageuses suivantes par rapport aux procédés connus de préparation d'émulsions fortement concentrées :

• dans le procédé selon l'invention le mélange des deux phases est semi continu, c'est à dire qu'il est entamé au cours de leur mise en présence progressive, alors que, dans les techniques connues, soit les deux phases sont mises en présence en une seule fois et sont mélangées seulement après cette mise en présence, soit le procédé de préparation est de type purement continu ;
• dans le cadre de l'invention, le mélangeage des phases immiscibles est effectué au moyen d'un système de mélange à arbres multiples qui comprend un ou plusieurs agitateurs raclants et de préférence un ou plusieurs agitateurs non raclants, dont les vitesses de rotation respectives à chaque étape sont prédéfinies, et qui peuvent notamment fonctionner en mode corotatif ou contrarotatif ;
• le procédé selon l'invention permet de préférence de contrôler précisément le diamètre moyen des gouttelettes au moyen du seul paramètre de la déformation totale appliquée lors du mélange, ledit paramètre étant ajusté en fonction de la concentration des phases à l'aide d'un modèle de calibration phénoménologique ; en revanche, dans les techniques connues, ce contrôle se fait, plus ou moins efficacement, par l'intermédiaire d'un ensemble de paramètres tels que le taux de cisaillement, les concentrations respectives des phases, la teneur en tensioactif et l'énergie dissipée lors du mélange, dont la connaissance ne permet pas de prédire a priori la taille de gouttelettes de manière simple.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

[0039] Les figures 1A à 1D sont des vues schématiques en coupe représentant divers systèmes de mélange à arbres multiples susceptibles d'être utilisés dans l'invention.

[0040] Les figures 2 à 4 représentent le profil granulométrique d'émulsions de bitume dans l'eau obtenues respectivement selon les protocoles des exemples 1 à 3. En abscisse figure le diamètre des gouttelettes en µm, et en ordonnée figure le pourcentage volumique correspondant aux différentes tailles de gouttes (profil de distribution de taille).

[0041] La figure 5 représente le diamètre médian des gouttelettes d'une émulsion de bitume dans l'eau obtenue au moyen d'un système de mélange coaxial (diamètre donné en microns en ordonnée), en fonction de la déformation appliquée à l'émulsion (en abscisse), elle-même proportionnelle au temps de mélange, et ce à taux de déformation constant. : résultats obtenus pour un taux de déformation de 85 s^-1 ; O : résultats obtenus pour un taux de déformation de 50 s^-1. La courbe en pointillés correspond à un modèle phénoménologique.

EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION

[0042] L'invention a donc pour objet un procédé semi continu de préparation d'une émulsion de gouttelettes d'une phase A dans une phase B, comprenant les étapes suivantes :

(i) mélange d'une quantité de phase A et d'une quantité de phase B au moyen d'un système de mélange à arbres multiples comprenant au moins un agitateur raclant, de manière à obtenir une dispersion de la phase A dans la phase B avec une concentration volumique de la phase A supérieure à 74 % ;

(ii) dilution de la dispersion obtenue à l'étape (i) par ajout d'une quantité supplémentaire de phase B, et mélange au moyen dudit système de mélange à arbres multiples, de manière à obtenir une émulsion de gouttelettes d'une phase A dans une phase B.

[0043] Les phases A et B représentent deux liquides non miscibles susceptibles de donner lieu à une émulsion. La phase A est la phase qui est destinée à former les gouttelettes, ou micelles ; elle est également appelée phase dispersée. La phase B est la phase dite continue, destinée à former le milieu interstitiel entre les gouttelettes. L'une ou l'autre des phases ou les deux peuvent contenir un ou des tensioactifs. De préférence, les tensioactifs sont contenus dans la phase B continue.

[0044] Par « procédé semi continu» on entend qu'une première partie des produits impliqués dans la préparation est introduite initialement dans un récipient servant à mettre en oeuvre le procédé, et qu'une seconde partie des produits est ensuite ajoutée au cours du procédé lui-même. Un tel procédé semi continu se distingue d'une part d'un procédé discontinu, dans lequel la totalité des produits serait mise en présence en une seule fois dans un récipient, et d'autre part d'un procédé continu, dans lequel les produits impliqués dans la préparation seraient continûment introduits et le produit final continûment retiré du récipient, sans interruption. Des exemples de procédé continu sont fournis par les documents sus-cités GB 1283462, US 5539021, US 5827909 ou US 5399293, tandis qu'un exemple de procédé discontinu est fourni par le document WO 99/06139. Il faut souligner que, dans les procédés discontinus, le mélange des produits peut être délicat à effectuer et que, dans les procédés continus, où l'on travaille avec des récipients de volume plus réduit, des problèmes de rhéologie délicats peuvent se poser.

[0045] Les deux étapes du procédé selon l'invention sont effectuées dans un même récipient ou cuve.

[0046] Par « système de mélange à arbres multiples » on entend un mélangeur qui comprend au moins deux arbres, de préférence de deux à cinq arbres. Sur chaque arbre sont montés un ou plusieurs agitateurs ou mobiles d'agitation. Ledit système de mélange comprend donc au moins deux mobiles d'agitation ou agitateurs, pouvant tourner de manière indépendantes les uns des autres. Des arbres confondus sont aussi possibles. Un système de mélange à arbres multiples permet d'éviter les cavernes et les zones mortes créées par une circulation inadéquate des fluides, et est bien adapté au mélange de fluides dont la rhéologie est complexe ou évolue au cours du mélange. De plus, il a été démontré que les émulsions concentrées présentent ce type de comportement rhéologique. On peut par exemple citer le Chapitre 11 intitulé The Structure, Mechanics, and Rheology of Concentrated Emulsions and Fluid Foams par H. M. Princen tiré de l'ouvrage suivant : Encyclopedic handbook of emulsion technology, de Sjöblom, édité par Marcel Dekker (New York, 2001).

[0047] La littérature des systèmes de mélange à arbres multiples comprend notamment les ouvrages suivants :

• Mixing : Theory and Practice, de Uhl et Gray, édité par Academic Press (New York, 1996) ;
• Mixing in the Process Industries 2nd Edition, de Harnby, Edwards et Nienow, édité par Butterworth Heinemann (Oxford, 1992) ;
• Fluid Mixing Technology, de Bates, Fondy, Fenic et Oldshue, édité par Chemical engineering (New York, 1983) ;
• Handbook of Industrial Mixing : Science and Practice, édité par Paul, Atiemo-Obeng et Kresta, publié chez John Wiley & Sons (New Jersey, 2004).

[0048] Par « agitateur raclant » on entend un mobile d'agitation qui se caractérise par un rapport entre l'entrefer et le diamètre de la cuve compris entre 0 et 0,1, et de préférence entre 0 et 0,05. L'entrefer est la distance minimale entre l'extrémité périphérique de la pale (ou autre partie rotative) d'un mobile d'agitation et la paroi de la cuve.

[0049] La géométrie de l'agitateur raclant induit généralement un débit tangentiel (en particulier dans le cas d'un mobile de type ancre ou cadre). L'agitateur raclant peut également avoir une géométrie qui combine des débits tangentiel et axial (cas d'un mobile de type hélicoïde).

[0050] De préférence, à l'étape (i) une phase est progressivement ajoutée, ou encore incorporée graduellement (sur une durée d'au moins quelques secondes, voire d'au moins quelques minutes), à l'autre phase, tout en opérant un mélange au moyen du système de mélange à arbres multiples. En pratique, l'une des deux phases est initialement disposée dans un récipient tel qu'une cuve, puis l'autre phase est versée ou injectée dans la première (par exemple au niveau du haut, du bas ou du milieu du récipient). Le mélange de l'étape (i) peut se poursuivre au-delà du processus d'incorporation, c'est-à-dire même une fois que celui-ci est achevé. Le mélange présente l'intensité et la durée suffisante pour obtenir la granulométrie d'émulsion souhaitée (en terme de taille moyenne et de polydispersité des gouttelettes).

[0051] Les quantités de phase A et B destinées à être mises en présence et mélangées sont telles que la phase A représente plus de 74 % en volume de l'ensemble des deux phases à l'issue de l'étape (i). La concentration volumique de 74 % représente l'empilement théorique maximal de gouttelettes sphériques de taille unique. Au-delà de ce seuil, certaines gouttelettes ou la totalité d'entre elles perdent leur forme sphérique pour prendre une forme polyédrique. Ainsi, le mélange des phases A et B obtenu présente une forte viscosité effective, ce qui permet, même avec une faible vitesse de rotation des mécanismes d'agitation utilisés, de rompre efficacement les gouttelettes jusqu'à la taille désirée.

[0052] La dispersion obtenue à l'étape (i) est une émulsion intermédiaire, et l'émulsion obtenue à l'étape (ii) est l'émulsion finale. Toutefois, l'émulsion intermédiaire elle-même peut avantageusement être récupérée pour être utilisée, dans la mesure où elle peut présenter des caractéristiques satisfaisantes pour certains besoins spécifiques. L'émulsion finale, pour sa part, présente la concentration en phase dispersée voulue, qui peut être inférieure à 74 %vol, et même aussi petite qu'on le souhaite. L'ajout de la quantité supplémentaire de phase continue B lors de l'étape (ii) est de préférence progressif, et se fait sous agitation au moyen du même système de mélange qui est utilisé dans l'étape (i). Le mélange de l'étape (ii) peut se poursuivre après que l'ajout de la quantité supplémentaire de phase B est achevé.

[0053] La phase B continue qui est ajoutée à l'étape (ii) peut contenir des tensioactifs. La dilution prévue à l'étape (ii) assure la relaxation des gouttelettes de forme polyédrique (diminution de l'aire interfaciale). La phase B ajoutée s'introduit entre les gouttelettes. Au cours de cette étape une force importante est fournie afin de contrer la pression de disjonction qui assure la stabilité des films des émulsions concentrées, d'où l'importance d'effectuer un mélange pendant l'étape (ii).

[0054] De préférence, le système de mélange peut également comprendre un ou plusieurs agitateurs non raclants, caractérisés par un rapport entre l'entrefer et le diamètre de la cuve supérieur à 0,1. Pour les agitateurs non raclants, sont privilégiées les différentes géométries de mobiles à débit axial et / ou radial. On peut citer par exemple les hélices, les disques de dispersion, les turbines à débit radial ou mixte.

[0055] Les figures 1A à 1D donnent une représentation schématique, en coupe, de divers systèmes de mélange à arbres multiples susceptibles d'être utilisés pour mettre en oeuvre le procédé de la présente invention.

[0056] La figure 1A représente un système de mélange dans une cuve ou récipient (1), comprenant deux arbres (2a, 2b) sur un même axe mais pouvant tourner indépendamment l'un de l'autre. Il s'agit d'un système coaxial. Sur chaque arbre (2a, 2b) est monté un agitateur respectif (3a, 3b). L'un des agitateurs (3a) est un agitateur raclant, de type ancre, tandis que l'autre agitateur (3b) est un agitateur non-raclant, de type disque de dispersion, hélice ou turbine.

[0057] Dans le système de mélange à arbres multiples de la figure 1B, les deux arbres (2a, 2b) sont situés sur deux axes distincts et parallèles. Il s'agit d'un système non-coaxial. Les deux agitateurs respectifs (3a, 3b) montés sur les deux arbres (2a, 2b) sont encore de type différent, raclant pour l'un (3a) et non raclant pour l'autre (3b).

[0058] Le système de mélange représenté à la figure 1C comporte trois arbres (2a, 2b, 2c) situés sur trois axes distincts et parallèles, et sur lesquels sont montés trois agitateurs respectifs (3a, 3b, 3c), dont l'un (3a) est de type raclant et les deux autres (3b, 3c) sont de type non raclant.

[0059] Le système de mélange représenté à la figure 1D diffère des précédents en ce qu'il comporte deux agitateurs raclants (3a, 3a') montés sur des arbres respectifs non coaxiaux (2a, 2a'). Contrairement aux exemples précédents, seule une partie de la périphérie de ces agitateurs raclants (et non la totalité) est située à proximité immédiate de la paroi de la cuve (1). Dans ce cas, l'entrefer des agitateurs raclants (3a, 3a') correspond à la distance minimale entre la périphérie des agitateurs et la paroi de la cuve. Comme dans les autres exemples de système de mélange, le rapport entre l'entrefer et le diamètre de la cuve est compris entre 0 et 0,1, de préférence entre 0 et 0,05. Le système de mélange de la figure 1D est également équipé de deux agitateurs non raclants (3b, 3c) montés de manière coaxiale sur des arbres respectifs (2b, 2c).

[0060] Il importe de noter que les dispositifs ci-dessus ne sont que quelques exemples parmi les très nombreuses géométries possibles pour le système de mélange à arbres multiples pouvant être utilisé selon l'invention, que l'homme du métier connaît à travers les brevets ou publications du domaine. Ainsi, afin d'illustrer simplement la diversité des systèmes de mélange à arbres multiples existants, on peut citer le système de mélange du document US 3861656, qui comprend un agitateur raclant de type cadre et, à l'intérieur de la trajectoire balayée par l'agitateur raclant, un ensemble décentré de deux vis très proches qui constituent un ensemble coordonné d'agitateurs non raclants. A titre d'illustration supplémentaire, on peut également se reporter aux documents US 4854720, US 4197019, US 4403868, EP 1121193 ou US 5611619.

[0061] En outre, dans le cadre de l'invention, l'arbre ou les arbres supportant le ou les agitateurs non raclants ne sont pas nécessairement verticaux et parallèles, mais peuvent au contraire être inclinés. En particulier, il est possible d'utiliser une cuve munie d'un seul agitateur raclant dans laquelle un agitateur auxiliaire est installé en position oblique et clampé sur le bord de la cuve.

[0062] De préférence, le diamètre moyen des gouttelettes de l'émulsion est contrôlé par un ajustement de la déformation appliquée lors du mélange de l'étape (i). En effet, comme cela est décrit ci-après (exemple 4), pour un type particulier de système de mélange à arbres multiples donné, il est possible d'obtenir une calibration par une approche phénoménologique permettant de relier le diamètre moyen des gouttelettes de l'émulsion à la déformation totale qui est appliquée lors de l'étape (i). Grâce à cette calibration, il est possible d'obtenir une émulsion de granulométrie souhaitée en ajustant comme unique paramètre la déformation totale appliquée lors de l'étape (i), pour une concentration des phases donnée.

[0063] De préférence, le mélange est effectué à un taux de déformation compris entre 5 et 150 s^-1 à l'étape (i). On rappelle que le taux de déformation γ̇ est relié à la déformation totale γ par la relation : γ = γ̇ × t où t est le temps de séjour dans la zone de déformation maximale.

[0064] Dans le système de mélange à arbres multiples, les arbres peuvent être centrés ou excentrés par rapport à la cuve dans laquelle s'effectue le mélange. Selon un mode de réalisation particulier, le système de mélange est coaxial. Il s'agit d'une configuration comprenant au moins deux arbres centrés dont l'un est de préférence muni d'un agitateur raclant et l'autre de préférence muni d'un agitateur non raclant. Dans ce cas, le rapport entre le diamètre de l'agitateur non raclant et celui de la cuve est de préférence compris entre 0,2 et 0,6, et plus particulièrement entre 0,3 et 0,5.

[0065] Les agitateurs raclants et non raclants peuvent tourner en mode corotatif ou contrarotatif, c'est-à-dire respectivement dans le même sens ou en sens contraire.

[0066] Lors de l'étape (i), le ou les agitateurs raclants ont un rôle de premier plan. Ils sont de préférence utilisés à une vitesse périphérique comprise entre 0,05 m/s et 3 m/s. L'utilisation du ou des agitateurs raclants à ces vitesses assure une déformation suffisante pour provoquer la rupture des gouttelettes. De préférence, la vitesse de rotation du ou des agitateurs raclants subit une augmentation au cours de l'étape (i), ce qui permet de limiter les pertes de produit à l'étape (ii) et d'améliorer la qualité du mélange lors de l'étape (i).

[0067] Un ou des agitateurs non raclants peuvent également être utilisés pendant l'étape (i), auquel cas ils ont pour rôle d'améliorer la distribution spatiale des phases A et B dans les zones propices à la déformation des gouttelettes créées par le ou les agitateurs raclants. Dans ce cas, leur vitesse périphérique moyenne est typiquement inférieure à 12 m/s.

[0068] Toujours dans ce cas, la contribution du ou des agitateurs non raclants à la déformation de l'émulsion à teneur élevée en phase dispersée est négligeable par rapport à celle du ou des agitateurs raclants. Le taux de déformation induit par un mélangeur à arbres multiples est donc assimilé à celui appliqué par le ou les agitateurs raclants. Or le taux de déformation moyen créé par un agitateur est relié à la vitesse de rotation N de cet agitateur (en tours par seconde) par la formule : γ̇ = K_s × N où K_s est une constante qui dépend de la géométrie de l'agitateur.

[0069] Sachant que le K_s de l'agitateur raclant est connu, en adaptant la vitesse de rotation de l'agitateur raclant et le temps de mélange de l'émulsion intermédiaire, on impose une déformation donnée, et donc on atteint une granulométrie souhaitée (voir figure 5 notamment). A titre d'exemple, pour les géométries de mélange évoquées plus haut pour l'agitateur raclant, K_s varie généralement entre 15 et 70, de préférence entre 20 et 45. La densité de puissance maximale de l'agitateur raclant durant le mélange de l'émulsion à teneur élevée en phase dispersée est comprise dans une plage de 10 à 100 fois inférieure à celle des mobiles d'agitation opérés en régime turbulent (10³ W/m³ à 10⁵ W/m³).

[0070] Lors de l'étape (ii), le pompage et la circulation générés par le système de mélange maximisent la relaxation de la forme des gouttelettes. A cet effet, les agitateurs non raclants sont privilégiés ; ils sont alors opérés sur une plage de vitesse comprise entre 0 et 15 m/s. Le ou les agitateurs raclants, qui jouent un rôle moins primordial à cette étape en raison du débit tangentiel qu'ils induisent, peuvent néanmoins être avantageusement combinés avec les agitateurs non raclants afin d'optimiser la relaxation des gouttelettes. Dans ce cas la vitesse périphérique du ou des agitateurs raclants est inférieure à celle des agitateurs non raclants, et est comprise entre 0 et 2 m/s.

[0071] Le rôle de premier plan accordé aux agitateurs raclants et non raclants, respectivement à l'étape de mélange de l'émulsion concentrée et à l'étape de dilution, justifie que :

• la vitesse moyenne de rotation du ou des agitateurs raclants est inférieure, et en particulier inférieure d'un facteur supérieur à 5, lors de l'étape (ii) par rapport à l'étape (i) ; et
• la vitesse moyenne de rotation du ou des agitateurs non raclants est supérieure, et en particulier supérieure d'un facteur supérieur à 2, lors de l'étape (ii) par rapport à l'étape (i).

[0072] Il faut noter que la vitesse du ou des agitateurs non raclants peut être nulle dans l'étape (i) et non nulle dans l'étape (ii), et que la vitesse du ou des agitateurs raclants peut être non nulle dans l'étape (i) et nulle dans l'étape (ii).

[0073] De préférence, la dispersion obtenue à l'issue de l'étape (i) présente une fraction massique de tensioactifs comprise entre 0,005 et 0,05, bien qu'une plage différente de fraction massique de tensioactifs puisse être avantageusement utilisée selon la composition de l'émulsion. Il est à noter qu'un défaut ou un excès de tensioactifs peut avoir pour conséquence une instabilité de l'émulsion (coalescence rapide) ou une inversion des phases. Il faut encore souligner que la fraction massique de tensioactif devant être utilisée dépend de la concentration en phase dispersée à l'étape (i). Des tensioactifs peuvent être inclus ou non à la phase continue B qui est ajoutée lors de l'étape (ii). Les tensioactifs pouvant être utilisés dans le cadre de l'invention sont notamment les tensioactifs anioniques, cationiques, non ioniques et amphotères.

[0074] De préférence, l'émulsion finale présente une taille de gouttelettes moyenne inférieure à environ 1 micron et une polydispersité inférieure à 0,4 (ou 40 %), de préférence à 0,3 (ou 30%), et de manière plus particulièrement préférée d'environ 0,2 (ou 20 %). Par « polydispersité » on entend le rapport entre l'écart type de la distribution granulométrique et le diamètre moyen des gouttelettes.

[0075] Deux modes alternatifs avantageux sont possibles pour la réalisation de l'étape (i) :

• selon le premier mode, la mise en présence progressive de l'étape (i) consiste en un ajout de la phase A à la phase B à un débit massique compris entre 0,01 fois et 3 fois la masse de la phase B par seconde ;
• selon le deuxième mode, la mise en présence progressive de l'étape (i) consiste en un ajout de la phase B à la phase A à un débit massique compris entre 0,0001 fois et 0,1 fois la masse de la phase A par seconde.

[0076] Dans le premier cas, la phase dispersée est donc versée ou injectée dans la phase continue et dans le deuxième cas c'est la phase continue qui est versée ou injectée dans la phase dispersée.

[0077] Par ailleurs, la phase A peut être une phase hydrophile et la phase B une phase hydrophobe (ou lipophile), ou bien la phase A peut être une phase hydrophobe et la phase B une phase hydrophile. On parle d'émulsions de type « eau dans l'huile » dans le premier cas, et d'émulsions de type « huile dans l'eau » dans le deuxième cas. De manière préférée, c'est la phase A qui est hydrophobe et la phase B hydrophile.

[0078] Chaque phase hydrophile ou hydrophobe comprend au moins un composé hydrophile ou hydrophobe respectivement, et peut par exemple comprendre un mélange de composés hydrophiles ou hydrophobes respectivement, ou bien être constituée d'un seul composé hydrophile ou hydrophobe respectivement.

[0079] Des exemples de phases hydrophiles possibles sont l'eau et les solutions aqueuses.

[0080] Des exemples de phases hydrophobes possibles sont les huiles, les hydrocarbures.

[0081] Plus particulièrement, parmi les composés susceptibles d'être dispersés selon l'invention, figurent :

• dans le cas des matériaux hydrophobes, les esters de colophane, la lanoline, les bitumes, les cires, les polybutadiènes, et de manière générale les polymères hydrophobes ou lipophiles,
• dans le cas des matériaux hydrophiles, les polyéthylènes glycols, les sucres, les gélatines et leurs mélanges.

[0082] L'invention peut donc être appliquée à des domaines aussi divers que l'agroalimentaire, la pharmacologie, la cosmétique et à la majorité des domaines industriels.

[0083] De manière particulièrement préférée, la phase dispersée A est un bitume et la phase continue B est une solution aqueuse ou la phase dispersée A est une solution aqueuse et la phase continue B est un bitume. L'émulsion de bitume calibrée ainsi préparée peut être utilisée dans le cadre de l'industrie du revêtement routier, notamment pour fabriquer des tapis routiers par répandage (et éventuellement compactage) de matériaux obtenus par enrobage ou par mise en contact de granulats, de matériaux de recyclage, d'agrégats d'enrobé (ou mélange de ces produits) et d'une émulsion bitumineuse telle que fabriquée selon l'invention. On entend par «agrégats d'enrobés » tous matériaux provenant de la destruction de tapis d'enrobés et par matériaux de recyclage tout type de matériaux issus de la récupération de déchets industriels susceptibles d'êtres recyclés dans la fabrication d'enrobés routiers (matériaux de démolition mâchefer, laitiers sidérurgiques, pneus...). Les émulsions selon l'invention peuvent aussi être utilisées en répandage direct pour des applications routières telles que les couches d'accrochage, les enduits superficiels ou l'imprégnation de sols.

[0084] En dehors de l'industrie routière, les émulsions de bitume selon l'invention peuvent être utilisées avantageusement dans le domaine de l'étanchéité et des adhésifs pour l'industrie du bâtiment.

[0085] L'une des phases ou les deux peuvent être chauffées avant ou pendant le processus d'émulsification. Ainsi, dans le cas d'une émulsion de bitume, le bitume est avantageusement porté à une température comprise entre 70 et 105°C afin de le fluidifier avant le mélange et d'assurer une température de mélange suffisamment élevée durant l'étape (i). La température en question est fonction du grade de pénétrabilité du bitume utilisé, et de son éventuelle modification par polymères. De manière générale, il peut être souhaitable de ne pas dépasser une certaine température afin d'éviter l'évaporation de l'eau. Toutefois, il est également possible d'utiliser le procédé selon l'invention sous pression, pour travailler avec des bitumes de pénétrabilité très basses ou des bitumes modifiées par polymères.

[0086] Selon un mode de réalisation particulier, l'invention concerne un procédé de préparation d'une émulsion de bitume calibrée, comprenant les étapes suivantes :

(a) ajout d'une quantité de bitume de température comprise entre 70 et 105°C à une quantité de solution aqueuse contenant des tensioactifs à un débit massique compris entre 0,01 fois et 3 fois la masse de solution aqueuse par seconde, simultanément à un mélange du bitume et de la solution aqueuse au moyen d'un système de mélange à arbres multiples, de manière à obtenir un pré-mélange de solution aqueuse et de bitume, dans lequel la fraction volumique du bitume est supérieure à 74 % ;

(b) mélange supplémentaire du pré-mélange précédent au moyen du système de mélange à arbres multiples, de manière à obtenir une dispersion du bitume dans la solution aqueuse ;

(c) ajout graduel d'une quantité supplémentaire de solution aqueuse à la dispersion obtenue précédemment, simultanément à un mélange de la dispersion de bitume dans la solution aqueuse au moyen du système de mélange à arbres multiples, de manière à obtenir une dispersion diluée du bitume dans la solution aqueuse ;

(d) mélange supplémentaire de la dispersion diluée obtenue précédemment au moyen du système de mélange à arbres multiples, de manière à obtenir l'émulsion de gouttelettes de bitume dans la solution aqueuse ;
dans lequel le système de mélange à arbres multiples comprend au moins un agitateur raclant et au moins un agitateur non raclant fonctionnant en mode contrarotatif et produit un taux de déformation compris entre 5 et 150 s^-1, et dans lequel :

• la vitesse de rotation du ou des agitateurs raclants est plus petite lors des étapes (c) et (d) que lors des étapes (a) et (b) ; et
• la vitesse de rotation du ou des agitateurs non raclants est plus grande lors des étapes (c) et (d) que lors des étapes (a) et (b).

[0087] Selon un autre mode de réalisation particulier, l'invention concerne un procédé de préparation d'une émulsion de bitume calibrée, comprenant les étapes suivantes :

(a) ajout d'une quantité de solution aqueuse contenant des tensioactifs à une quantité de bitume de température comprise entre 70 et 105°C à un débit massique compris entre 0,0001 fois et 0,1 fois la masse de solution aqueuse par seconde, simultanément à un mélange du bitume et de la solution aqueuse au moyen d'un système de mélange à arbres multiples, de manière à obtenir un pré-mélange de solution aqueuse et de bitume, dans lequel la fraction volumique du bitume est supérieure à 74 % ;

(b) mélange supplémentaire du pré-mélange précédent au moyen du système de mélange à arbres multiples, de manière à obtenir une dispersion du bitume dans la solution aqueuse ;

(c) ajout graduel d'une quantité supplémentaire de solution aqueuse à la dispersion obtenue précédemment, simultanément à un mélange de la dispersion du bitume dans la solution aqueuse au moyen du système de mélange à arbres multiples, de manière à obtenir une dispersion diluée du bitume dans la solution aqueuse ;

(d) mélange supplémentaire de la dispersion diluée obtenue précédemment au moyen du système de mélange à arbres multiples, de manière à obtenir l'émulsion de gouttelettes de bitume dans la solution aqueuse ;
dans lequel le système de mélange à arbres multiples comprend au moins un agitateur raclant et au moins un agitateur non raclant fonctionnant en mode contrarotatif et produit un taux de déformation compris entre 5 et 150 s^-1, et dans lequel :

• la vitesse de rotation du ou des agitateurs raclants est plus petite lors des étapes (c) et (d) que lors des étapes (a) et (b) ; et
• la vitesse de rotation du ou des agitateurs non raclants est plus grande lors des étapes (c) et (d) que lors des étapes (a) et (b).

[0088] Avantageusement, l'émulsion de bitume calibrée obtenue selon l'un des procédés précédents est caractérisée par une taille de gouttelettes moyenne inférieure à environ 1 micron et une polydispersité inférieure à 0,4.

EXEMPLES

[0089] Les exemples suivants illustrent l'invention sans la limiter.

Exemple 1 : émulsification de bitume selon un protocole n°1 d'incorporation de bitume dans de l'eau

[0090] L'émulsion est composée de bitume de grade PG 64-22, d'eau et de suif dipropylène triamine oxypropylée en tant que tensioactif (commercialisé par CECA sous le nom Polyram SL). Le système de mélangeage comprend un agitateur raclant qui est une ancre à 3 bras. Le rapport entre le diamètre de cet agitateur et la cuve est de 0,99. Le système de mélangeage comprend en outre un agitateur non raclant sous forme d'une turbine avec 6 pales inclinées de 45°. Le rapport entre le diamètre de la turbine à pales inclinées et la cuve est de 0,33. Le rapport entre la hauteur de la turbine et le diamètre de cuve est de 0,2. Le diamètre de la cuve est de 254 mm.

[0091] 295 g de phase hydrophile contenant 30 % massique de tensioactif est introduite dans la cuve dont la paroi a été préchauffée à 85°C pendant environ 5 minutes avant de débuter l'incorporation du bitume. Grâce à une pompe à engrenages qui relie la cuve d'émulsification et une cuve de stockage du bitume, le bitume est alimenté dans le bas de la cuve d'émulsion. Le débit de bitume est maintenu à 22 g/s durant 180 secondes. La température du bitume injecté est de 98°C. Durant l'incorporation du bitume, la vitesse de l'ancre est augmentée de façon croissante de 15 tours/min à 60 tours/min dans le sens horaire. La turbine est utilisée durant l'incorporation du bitume à une vitesse moyenne de 770 tours/min dans le sens antihoraire. L'émulsion concentrée en phase dispersée ainsi obtenue est mélangée en imposant une vitesse de 90 tours/min dans le sens horaire à l'ancre durant 120 secondes. La turbine est également utilisée pour mélanger l'émulsion concentrée en phase dispersée à une vitesse moyenne de 770 tours/min dans le sens antihoraire.

[0092] De l'eau est ajoutée au contenu de la cuve après 300 secondes depuis le début de l'incorporation du bitume, et ce durant 50 secondes à un débit moyen de 33,1 g/s. Au moment de l'incorporation de l'eau, la vitesse de l'ancre est abaissée à 10 tours/min dans le sens horaire et la vitesse de la turbine est graduellement augmentée jusqu'à 1620 tours/min dans le sens antihoraire. Ces vitesses respectives des agitateurs sont conservées pendant 240 secondes afin d'obtenir le produit final. Une petite quantité de l'émulsion dite finale est alors prélevée et diluée dans une solution d'eau et de tensioactif Stabiram MS3 commercialisé par CECA. L'émulsion très diluée ainsi obtenue est introduite dans un Mastersizer S (Malvern Instruments) afin de mesurer la granulométrie. La granulométrie obtenue est présentée à la figure 2.

Exemple 2 : émulsification de bitume selon un protocole n°2 d'incorporation d'eau dans du bitume

[0093] Les phases hydrophiles et hydrophobes et la géométrie du système de mélangeage coaxial sont similaires à celles décrites à l'exemple 1. 4 kg de bitume sont introduits dans la cuve d'émulsification. Le bitume est chauffé jusqu'à 95°C dans cette même cuve au moyen de bandes chauffantes situées sur les parois de la cuve sous agitation au moyen de l'ancre opérée à 20 tours/min dans le sens horaire. Lorsque la température est stabilisée à 95±1°C la vitesse de l'ancre est portée à 55 tours/min dans le sens horaire. Le procédé d'émulsification débute lors de l'introduction de 295 g en dix secondes d'un mélange eau/tensioactif, contenant 30,5 % massique de tensioactif, par le dessus de la cuve. La turbine est mise en marche 25 secondes après le début de l'émulsification (début de l'injection du savon) à une vitesse de 760 tours/min dans le sens antihoraire jusqu'à l'introduction de l'eau. La vitesse de l'ancre est augmentée à 70 tours/min dans le sens horaire après 60 secondes depuis le début de l'émulsification. De la même façon, la vitesse de l'ancre est portée à 90 tours/min et 105 tours/min dans le sens horaire après 120 secondes et 180 secondes.

[0094] De l'eau est ajoutée au contenu de la cuve après 240 secondes depuis le début de l'émulsification, et ce, durant 50 secondes à un débit moyen de 33,1 g/s. Au moment de l'incorporation de l'eau, la vitesse de l'ancre est abaissée à 10 tours/min dans le sens horaire et la vitesse de la turbine est graduellement augmentée jusqu'à 1600 tours/min dans le sens antihoraire. Ces vitesses respectives des agitateurs sont conservées pendant 240 secondes afin d'obtenir le produit final. Une petite quantité de l'émulsion dite finale est alors prélevée et diluée dans une solution d'eau et de tensioactif Stabiram MS3 commercialisé par CECA. L'émulsion très diluée ainsi obtenue est introduite dans le Mastersizer S (Malvern Instruments) afin de mesurer la granulométrie. La granulométrie obtenue est présentée à la figure 3.

Exemple 3 : émulsification de bitume selon une deuxième version du protocole n°1 d'incorporation de bitume dans de l'eau (autre type de mélangeur)

[0095] Les phases hydrophiles et hydrophobes et l'agitateur non raclant du mélangeur coaxial sont similaires à ceux décrits aux exemples 1 et 2. La géométrie de l'agitateur raclant est un double ruban hélicoïdal. La hauteur du ruban est de 254 mm avec un pas de 152 mm et une largeur de 25,4 mm. Le ratio entre le diamètre du ruban hélicoïdal et la cuve est de 0,98. Le diamètre de la cuve est de 254 mm.

[0096] 295 g d'un mélange tensioactif/eau contenant 29,5 % massique en tensioactif est introduit dans la cuve dont la paroi a été préchauffée à 85°C pendant environ 5 minutes avant de débuter l'incorporation du bitume. Grâce à une pompe à engrenages qui relie la cuve d'émulsification et une cuve de stockage du bitume, le bitume est alimenté dans le bas de la cuve d'émulsion. Le débit de bitume est de 22 g/s et l'alimentation de la phase dispersée est arrêtée après 180 secondes. La température du bitume injecté est de 98°C. Durant l'incorporation du bitume, la vitesse de l'ancre est augmentée de façon croissante de 15 tours/min à 60 tours/min dans le sens horaire. La turbine est utilisée durant l'incorporation du bitume à une vitesse moyenne de 670 tours/min dans le sens antihoraire. L'émulsion concentrée en phase dispersée est mélangée durant 120 secondes en imposant une vitesse de 90 tours/min dans le sens horaire à l'ancre. La turbine est également utilisée durant le mélange de l'émulsion concentrée en phase dispersée à une vitesse moyenne de 670 tours/min dans le sens antihoraire.

[0097] De l'eau est ajoutée au contenu de la cuve après 300 secondes depuis le début de l'incorporation du bitume, et ce, durant 50 secondes à un débit moyen de 33,1 g/s. Au moment de l'incorporation de l'eau, la vitesse du ruban hélicoïdal est abaissée à 10 tours/min dans le sens antihoraire et la vitesse de la turbine est graduellement augmentée jusqu'à 1600 tours/min dans le sens horaire. Ces vitesses respectives des agitateurs sont conservées pendant 240 secondes afin d'obtenir le produit final. Une petite quantité de l'émulsion dite finale est alors prélevée et diluée dans une solution d'eau et de tensioactif Stabiram MS3 commercialisé par CECA. L'émulsion très diluée ainsi obtenue est introduite dans le Mastersizer S (Malvern Instruments) afin de mesurer la granulométrie. La granulométrie obtenue est présentée à la figure 4.

Exemple 4 : calibration du diamètre des gouttes de l'émulsion

[0098] La figure 5 représente l'influence de la déformation (proportionnelle au temps de mélange) sur le diamètre médian volumique des gouttes dans un système de mélange coaxial pour deux taux de déformation distincts. Le procédé de fabrication, le système de mélange coaxial et la composition de l'émulsion sont ceux qui sont décrits à l'exemple 1. La courbe en pointillé de la figure 5 présente le modèle phénoménologique développé pour prédire le diamètre médian volumique en fonction de la déformation pour une composition de l'émulsion à teneur en phase dispersée donnée (pour un mélangeur coaxial). Par conséquent, grâce à une lecture de la figure 5, l'homme du métier est en mesure d'adapter le procédé de préparation d'une émulsion selon l'invention, et en particulier d'adapter les paramètres de temps de mélange et de vitesse de rotation des agitateurs, afin de préparer une émulsion dont les gouttelettes présentent un diamètre moyen prédéfini souhaité.

Revendications

1. Procédé semi continu de préparation d'une émulsion de gouttelettes d'une phase A dans une phase B, comprenant les étapes suivantes :

(i) mélange d'une quantité de phase A et d'une quantité de phase B au moyen d'un système de mélange à arbres multiples comprenant au moins un agitateur raclant, de manière à obtenir une dispersion de la phase A dans la phase B avec une concentration volumique de la phase A supérieure à 74 % ;

(ii) dilution de la dispersion obtenue à l'étape (i) par ajout d'une quantité supplémentaire de phase B, et mélange au moyen dudit système de mélange à arbres multiples, de manière à obtenir une émulsion de gouttelettes d'une phase A dans une phase B.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le système de mélange à arbres multiples comprend en outre au moins un agitateur non raclant.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le diamètre moyen des gouttelettes de l'émulsion est contrôlé par un ajustement de la déformation appliquée lors du mélange de l'étape (i).

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le mélange de l'étape (i) est effectué à un taux de déformation compris entre 5 et 150 s^-1.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le système de mélange à arbres multiples est coaxial.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la vitesse de rotation du ou des agitateurs raclants subit une augmentation au cours de l'étape (i).

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le ou les agitateurs raclants sont utilisés à une vitesse périphérique inférieure ou égale à 3 m/s, en particulier inférieure ou égale à 2,5 m/s.

8. Procédé selon l'une des revendications 2 à 7, dans lequel le ou les agitateurs non raclants sont utilisés à une vitesse périphérique inférieure ou égale à 15 m/s, en particulier inférieure ou égale à 12 m/s lors de l'étape (i).

9. Procédé selon l'une des revendications 2 à 8, dans lequel les agitateurs raclants et non raclants peuvent tourner en mode corotatif ou contrarotatif.

10. Procédé selon l'une des revendications 2 à 9 dans lequel :

- la vitesse moyenne de rotation du ou des agitateurs raclants est plus petite lors de l'étape (ii) que lors de l'étape (i) ; et

- la vitesse moyenne de rotation du ou des agitateurs non raclants est plus grande lors de l'étape (ii) que lors de l'étape (i).

11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel :

- la vitesse de rotation du ou des agitateurs raclants lors de l'étape (ii) est plus de cinq fois inférieure à la vitesse de rotation du ou des agitateurs raclants lors de l'étape (i) ; et

- la vitesse de rotation du ou des agitateurs non raclants lors de l'étape (ii) est plus de deux fois supérieure à la vitesse de rotation du ou des agitateurs non raclants lors de l'étape (i).

12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel le diamètre moyen des gouttelettes de l'émulsion est inférieur à environ 1 micron et / ou l'émulsion présente une polydispersité inférieure à 0,4, de préférence inférieure à 0,3 et de manière plus particulièrement préférée d'environ 0,2.

13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel, à l'étape (i), la phase A est ajoutée à la phase B à un débit massique compris entre 0,01 fois et 3 fois la masse de la phase B par seconde ou dans lequel, à l'étape (i), la phase B est ajoutée à la phase A à un débit massique compris entre 0,0001 fois et 0,1 fois la masse de la phase A par seconde.

14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel la phase A est une phase hydrophile et la phase B est une phase hydrophobe ou dans lequel la phase A est une phase hydrophobe et la phase B est une phase hydrophile.

15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel la phase A est un bitume et la phase B est une solution aqueuse ou dans lequel la phase A est une solution aqueuse et la phase B est un bitume.

Claims

1. Semi-continuous method to prepare an emulsion of droplets of a phase A in a phase B, comprising the following steps:

(i) mixing a quantity of phase A and a quantity of phase B by means of a mixing system with multiple shafts comprising at least one scraper impeller, so as to obtain a dispersion of phase A in phase B at a volume concentration of phase A of more than 74 %;

(ii) diluting the dispersion obtained at step (i) by adding an additional quantity of phase B, and mixing by means of said mixing system with multiple shafts, so as to obtain an emulsion of droplets of a phase A in a phase B.

2. Method according to claim 1, wherein the mixing system with multiple shafts also comprises at least one non-scraper impeller.

3. Method according to claim 1 or 2, wherein the mean diameter of the emulsion droplets is controlled by adjusting the deformation applied during the mixing at step (i).

4. Method according to any of claims 1 to 3, wherein the mixing of step

(i) is conducted at a deformation rate of between 5 and 150 s^-1.

5. Method according to any of claims 1 to 4, wherein the mixing system with multiple shafts is coaxial.

6. Method according to any of claims 1 to 5, wherein the rotating speed of the scraper impeller(s) is increased during step (i).

7. Method according to any of claims 1 to 6, wherein the scraper impeller(s) are used at a peripheral speed equal to or less than 3 m/s, in particular equal to or less than 2.5 m/s.

8. Method according to any of claims 2 to 7, wherein the non-scraper impeller(s) are used at a peripheral speed equal to or less than 15 m/s in particular equal to or less than 12 m/s during step (i).

9. Method according to any of claims 2 to 8, wherein the scraper and non-scraper impellers may operate in co-rotating or counter-rotating mode.

10. Method according to any of claims 2 to 9, wherein:

- the mean rotating speed of the scraper impeller(s) is slower during step (ii) than during step (i); and

- the mean rotating speed of the non-scraper impeller(s) is faster during step (ii) than during step (i).

11. Method according to claim 10, wherein:

- the rotating speed of the scraper impeller(s) during step (ii) is more than five times less than the rotating speed of the scraper impeller(s) during step (i); and

- the rotating speed of the non-scraper impeller(s) during step (ii) is more than two times greater than the rotating speed of the non-scraper impeller(s) during step (i).

12. Method according to any of claims I to 11, wherein the mean diameter of the emulsion droplets is less than around 1 micron and/or the emulsion has a polydispersity of less than 0.4, preferably less than 0.3 and even more preferably around 0.2.

13. Method according to any of claims 1 to 12, wherein at step (i) phase A is added to phase B at a mass flow rate of between 0.01 time and 3 times the mass of phase B per second or wherein at step (i) phase B is added to phase A at a mass flow rate of between 0.0001 time and 0.1 time the mass of phase A per second.

14. Method according to any of claims 1 to 13, wherein phase A is a hydrophilic phase and phase B is a hydrophobic phase, or wherein phase A is a hydrophobic phase and phase B is a hydrophilic phase.

15. Method according to any of claims 1 to 14, wherein phase A is a bitumen and phase B is an aqueous solution or wherein phase A is an aqueous solution and phase B is a bitumen.

Ansprüche

1. Halbkontinuierliches Verfahren zur Herstellung einer Emulsion von Tröpfchen einer Phase A in einer Phase B, welches die folgenden Schritte umfasst:

(i) Mischen einer Menge von Phase A und einer Menge von Phase B mittels eines Mehrwellen-Mischsystems, das mindestens ein Abstreifrührwerk umfasst, derart, dass eine Dispersion der Phase A in der Phase B mit einer Volumenkonzentration der Phase A von mehr als 74 % erhalten wird;

(ii) Verdünnen der in Schritt (i) erhaltenen Dispersion durch Zugabe einer zusätzlichen Menge von Phase B und Mischen mittels des Mehrwellen-Mischsystems, derart, dass eine Emulsion von Tröpfchen einer Phase A in einer Phase B erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Mehrwellen-Mischsystem außerdem mindestens ein nicht abstreifendes Rührwerk umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mittlere Durchmesser der Tröpfchen der Emulsion durch eine Anpassung der Verformung gesteuert wird, die bei dem Mischen von Schritt (i) angewendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Mischen von Schritt (i) mit einer Deformationsgeschwindigkeit zwischen 5 und 150 s^-1 durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Mehrwellen-Mischsystem koaxial ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Drehzahl des oder der Abstreifrührwerke im Verlaufe von Schritt (i) eine Erhöhung erfährt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das oder die Abstreifrührwerke mit einer Umfangsgeschwindigkeit verwendet werden, die kleiner oder gleich 3 m/s ist, insbesondere kleiner oder gleich 2,5 m/s.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das oder die nicht abstreifenden Rührwerke in Schritt (i) mit einer Umfangsgeschwindigkeit verwendet werden, die kleiner oder gleich 15 m/s ist, insbesondere kleiner oder gleich 12 m/s.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Abstreifrührwerke und nicht abstreifenden Rührwerke in gleichläufiger oder gegenläufiger Betriebsart rotieren können.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei:

- die mittlere Drehzahl des oder der Abstreifrührwerke während des Schrittes (ii) kleiner ist als während des Schrittes (i); und

- die mittlere Drehzahl des oder der nicht abstreifenden Rührwerke während des Schrittes (ii) größer ist als während des Schrittes (i).

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei:

- die Drehzahl des oder der Abstreifrührwerke während des Schrittes (ii) weniger als ein Fünftel der Drehzahl des oder der Abstreifrührwerke während des Schrittes (i) beträgt; und

- die Drehzahl des oder der nicht abstreifenden Rührwerke während des Schrittes (ii) mehr als doppelt so hoch wie die Drehzahl des oder der nicht abstreifenden Rührwerke während des Schrittes (i) ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der mittlere Durchmesser der Tröpfchen der Emulsion kleiner als ungefähr 1 Mikrometer ist und/oder die Emulsion eine Polydispersität aufweist, die weniger als 0,4, vorzugsweise weniger als 0,3 und am besten ungefähr 0,2 beträgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei in Schritt (i) die Phase A zu der Phase B mit einem Massendurchfluss zugegeben wird, der zwischen dem 0,01-fachen und dem 3-fachen der Masse der Phase B pro Sekunde beträgt, oder wobei in Schritt (i) die Phase B zu der Phase A mit einem Massendurchfluss zugegeben wird, der zwischen dem 0,0001-fachen und dem 0,1-fachen der Masse der Phase A pro Sekunde beträgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Phase A eine hydrophile Phase ist und die Phase B eine hydrophobe Phase ist oder wobei die Phase A eine hydrophobe Phase ist und die Phase B eine hydrophile Phase ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Phase A ein Bitumen ist und die Phase B eine wässrige Lösung ist oder wobei die Phase A eine wässrige Lösung ist und die Phase B ein Bitumen ist.

Dessins