Conception et realisation d’un emulsionneur a disque

GENERALITES SUR LES EMULSIONS

Emulsion

Définition

Une émulsion est un système hétérogène composé de deux liquides non miscibles qui sont généralement aqueux (E) et huileux (H). Elles sont donc composées d’une phase lipophile et d’une phase hydrophile. L’une autant que l’autre peut être la phase dispersée ou la phase continue. Thermodynamiquement, une émulsion est un système instable du fait de la non mouillabilité de ses composants.

Il existe aussi des émulsions solides et gazeuses, mais dans le cadre de ce mémoire de fin’ d’étude nous n’avons étudié que le cas des émulsions liquides.

Types d’émulsion 

Il existe deux types d’émulsions selon la dispersion des phases aqueuses et huileuses :
❥ Les émulsions simples sont appelées eau-dans-huile (E/H) lorsque des gouttelettes d’eau sont dispersées dans une phase huileuse, et huile-dans-eau (H/E) pour l’inverse.
❥ Les émulsions multiples sont des émulsions dans une émulsion. C’est-à-dire qu’une autre phase est dispersée dans la phase dispersée d’une émulsion. Généralement symbolisées par h/E/H ou e/H/E ; h (respectivement e) indique la phase la plus interne et H (respectivement E) indique la plus externe. Les phases h et H ou e et E peuvent être identiques ou différentes. Les biémulsions sont des émulsions contenant deux différentes phases internes de gouttelettes, soit de même nature (mais de taille différente), soit de nature différente (quelle que soit la taille).

Taille des gouttes

Une émulsification est généralement un procédé d’agitation dans lequel cassure et coalescence sont en équilibre, l’émulsion qui en résulte est un système polydispersé dans lequel coexistent des petites et des grosses gouttes. Cet équilibre dépend de l’agitation, de la viscosité, de la température et de la formulation du mélange. La meilleure description consiste à donner une distribution de ces différentes tailles de goutte qui traduit un inventaire statistique de la fragmentation de la phase dispersée.

Stabilisation d’une émulsion

Comme il est dit dans la définition, une émulsion est un système thermodynamiquement instable, du fait du non mouillabilité de ses composants. Le système cherche toujours à retrouver son état d’équilibre qui correspond à l’état séparé des deux phases. On peut cependant former des émulsions stables en contrôlant la surface développée par l’ensemble des gouttes formées. Pour cela, plusieurs techniques sont possibles :

▶ La première s’agit de diminuer la taille des éléments (gouttes) de la phase dispersée. Il existe théoriquement un diamètre critique des gouttes pour lequel l’émulsion se stabilise d’elle-même. En dessous de cette barrière énergétique, l’émulsion formée est stabilisée par les forces aux interfaces entre la phase continue et la phase dispersée et par les interactions à courtes et moyennes portées entre les différents éléments.
▶ Une deuxième technique utilise des suspensions solides colloïdales. Cela permet de stabiliser l’émulsion en viscosifiant la phase continue et en créant des répulsions stériques particules/gouttelettes.
▶ Enfin, la dernière technique pour stabiliser une émulsion est l’utilisation de tensioactifs.

Température d’inversion de phase PIT

Les solutions aqueuses de tensioactifs non ioniques qui possèdent des groupes hydrophiles polyéthoxylés sont sensibles à la température, car ces groupes se déshydratent progressivement au cours du chauffage.

Au-dessus d’une certaine température, le tensioactif n’est plus soluble dans l’eau, en présence d’une phase huileuse, le tensioactif désolvaté migre dans cette phase. La température à laquelle intervient ce changement d’affinité est en général celle à laquelle l’émulsion s’inverse, raison pour laquelle elle a été appelée « température d’inversion de phase » ou PIT (Phase Inversion Temperature).

Néanmoins ce passage ne se fait pas nécessairement à la température du point de trouble car la nature de l’huile peut le favoriser ou le défavoriser suivant le cas et donc altérer la température à laquelle se produit le changement d’affinité. Par rapport à la HLB qui dépend essentiellement du tensioactif, la PIT possède l’avantage d’être mesurable précisément et de prendre en compte le tensioactif dans son environnement physico-chimique. Au-dessus de la PIT les émulsions formées seront du type E/H, et en dessous elles seront du type H/E. Si la température est très proche de la PIT, les émulsions ne seront pas stables en raison du changement d’affinité du tensioactif, phénomène qui augmente la coalescence entre les gouttes.

Table des matières

INTRODUCTION
PARTIE I. ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE 1 : GENERALITES SUR LES EMULSIONS
1.1. Emulsion
1.1.1. Définition
1.1.2. Types d’émulsion
1.1.3. Taille des gouttes
1.1.4. Propriétés physico-chimique d’une émulsion
1.1.4.1. Déstabilisation
1.1.4.2. Stabilisation d’une émulsion
1.1.4.3. Concentration
1.1.4.4. Masse volumique
1.1.4.5. Aire interfacial
1.1.4.6. Viscosité
1.2. Tensioactif
1.2.1. Définition
1.2.2. Classification
1.2.3. Caractéristiques
1.2.3.1. Notion de tension superficielle
1.2.3.2. Pouvoir mouillant
1.2.3.3. Pouvoir détergent
1.2.3.4. Pouvoir moussant
1.2.3.5. Pouvoir émulsionnant
1.2.4. Formulations
1.2.4.1. Hydrophile Lipophile Balance (HLB) GRIFFIN
1.2.4.2. Rapport de Winsor
1.2.4.3. Température d’inversion de phase PIT
1.2.4.4. Hydrophile- Lipophile- Différence (HLD)
1.2.5. Ordres d’incorporation des phases
CHAPITRE 2 : TECHNIQUES DE MELANGE
2.1. Théorie du mélange
2.2. Caractéristiques des mélangeurs
2.2.1. Paramètre de caractérisation d’un mélangeur
2.2.2. Puissance d’agitation
2.2.3. Nombres caractéristiques (adimensionnels) du mélangeur
2.2.3.1. Nombre de Reynolds
2.2.3.2. Nombre de Froude
2.2.3.3. Nombre de Weber
2.2.3.4. Nombre de puissance
2.2.3.5. Nombre de pompage
2.2.4. Temps de mélange
2.2.5. Rayon d’action d’un mobile d’agitation et volume d’agitation
2.2.6. Hydrodynamique d’un agitateur
2.3. Emulsification par agitation
2.3.1. Disperseurs
2.3.2. Impact de l’agitation sur la taille des gouttes
CHAPITRE 3 : GENERALITES SUR L’EMULSIONNEUR A DISQUE
3.1. Définition
3.2. Description du disque
3.3. Principe de fonctionnement
3.4. Rupture de gouttelette dans les disques
PARTIE II. ETUDES EXPERIMENTALES
CHAPITRE 4 : CONTEXTE DU PROJET
4.1. Objectifs du mémoire
4.2. Différents problèmes établis
4.2.1. Au niveau sécurité
4.2.2. Problèmes économiques
4.2.3. Problème matériel
4.2.4. Problème au niveau de l’assemblage
CHAPITRE 5 : CONCEPTION ET REALISATION D’UN EMULSIONNEUR A DISQUE
5.1. Description de chaque élément de l’appareillage
5.1.1. Mobile d’agitation (disque)
5.1.1.1. Arbre tournant
5.1.1.2. La cuve
5.1.2. Mécanisme d’entrainement du mobile d’agitation
5.1.2.1. Caractéristiques du moteur
5.1.2.2. Variateur de vitesse
5.1.3. Palier
5.1.3.1. Deux logements de roulements
5.1.3.2. Roulement
5.1.3.3. Arbre principal
5.1.4. Moyen de support et fixation
5.1.4.1. Support principal
5.1.4.2. Support moteur
5.1.4.3. Support cuve
5.2. Assemblage
5.3. Caractéristiques de l’émulsionneur
CHAPITRE 6 : ESSAIS EXPERIMENTAUX
6.1. Liste des matériels utilisés pendant l’essai
6.2. Essais à blanc
6.2.1. Réactifs
6.2.2. Méthodes
6.2.3. Résultats
6.2.4. Discussion
6.3. Essais expérimentaux
6.3.1. Méthodes
6.3.2. Premier essai
6.3.2.1. Réactifs
6.3.2.2. Résultats
6.3.2.3. Discussion
6.3.3. Deuxième essai
6.3.3.1. Réactifs
6.3.3.2. Résultats
6.3.3.3. Discussion
6.3.4. Troisième essai
6.3.4.1. Réactifs
6.3.4.2. Résultats
6.3.4.3. Discussion
6.4. Essai de Détermination de temps de mélange optimale
6.4.1. Méthode
6.4.2. Réactif
6.4.3. Résultats et discussions
CHAPITRE 7 : PERSPECTIVE D’AVENIR
7.1. Amélioration du taux de cisaillement
7.2. Amélioration sur la partie motrice
7.3. Bruit de l’appareil
7.4. Amélioration de l’écoulement
CHAPITRE 8 : EVALUTATION ECONOMIQUE
CONCLUSION

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