Brevet FR2020065A1 — publié le 19700710

La présente invention concerne une installation qui permet de séparer et de fractionner des matières en suspension dans tin liquide. Dans le brevet américain ÎT° 3«396.850 on décrit 5 notamment des installations qui ont mis à la disposition des industriels un procédé nouveau de séparation et de fractionnement d'une matière en solution ou en suspension dans un liquide, à savoir par l'utilisation de l'effet de concentration qui résulte d'un mouvement relatif entre le liquide et 10 une enveloppe entourant ce liquide. Cette enveloppe comprend au moins un passage dont l'extrémité d'entrée reçoit le liquide ainsi qu'une autre phase de manière à établir dans ce passage l'écoulement d'un ou plusieurs "tronçons" de liquide espacés par ladite autre phase, de telle façon que la matière 15 en solution ou en suspension, par effet de concentration, progresse dans le "^xonçon " liquide et se concentre dans une partie de ce tronçon qui, lorsqu'on l'observe dans le sens de l'écoulement, est la partie terminale avant. A l'extrémité de sortie du passage, un collecteur de fractions est 20 monté pour recevoir les fractions provenant des tronçons liquides espacés par suite de cet effet de concentration. La présente invention concerne un appareil qui, par le procédé précité de séparation et de fractionnement de matières en solution ou en suspension dans un liquide, utilise 25 1*effet de concentration obtenu dans le liquide pendant que celui-ci s'écoule sous forme de plusieurs tronçons séparés par une autre phase dans un passage« Ce passage est de forme hélicoïdale et est destiné à tourner autour d'un axe de rotation, la phase de suspension et l'autre phase étant présentées 30 en alternance à l'extrémité d'entrée de ce passage. L'appareil selon l'invention est sensiblement caractérisé en ce que la section transversale du passage, au moins sur une partie importante de sa longueur, est continuellement variable. Grâce à cette section variable, on est en mesure de régler la sépa-35 ration et le fractionnement, compte tenu de la granulométrie variable de la matière en suspension. Le passage peut donc être convergent à partir de son extrémité d'entrée de manière que, à mesure que la section transversale diminue, les plus grosses particules soient 4-0 les premières à être séparées alors que les particules plus 69 34136 2 2020065 petites ne sont séparées que par la suite. La construction convergente du passage offre également l'avantage de permettre le lavage à contre-courant à partir de l'extrémité de sortie, à la suite de quoi les particules pouvant provoquer un colmatage 5 éventuel sont entraînées dans la partie divergente du passage® Selon l'invention, à une certaine distance de l'extrémité d'entrée du passage, celui-ci peut également présenter un changement abrupt de sa section transversale. On utilise oe mode de construction dans certaines opérations particulières de 10 fractionnement, par exemple de manière que la section transversale s'élargisse pour supprimer les risques de colmatage qui aurait pu se produire si la section transversale était trop petite, ou bien encore en prévoyant un rétrécissement à cet endroit de la section transversale pour améliorer l'effet de 15 séparation dans une suspension qui contient une proportion prépondérante de petites particules et un nombre très limité de grosses particules. L'invention envisage que le passage soit disposé de préférence dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation, 20 ce qui procure l'avantage supplémentaire d'une économie d'espace dans la construction. Quand, par ailleurs, l'extrémité c;sntrie du passage est située très près de l'axe de rotation q; son. extrémité de sortie est au contraire disposée à la périphérie de l'hélice, un collecteur de fractions chargé de 25 redÇ' O'1? les fractions peut être monté de façon très simple. En plaçant le passage dans un plan perpendiculaire à l'axe âs rotation, on peut installer plusieurs passages dans ce plan les uns à cScé des autres tout en conservant les avantages d'économie d'espace de la construction. 30 Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, dans lequel les passages doivent présenter trois parois de délimitation, on construit ces passages à partir de parois hélicoïdales de délimitation, ces parois étant montées sur un disque placé perpendiculairement à l'axe de rotation et se 35 rapprochant le plus possible de cet axe à partir de points situés à la même distance de l'axe de rotation mais décalés mutuellement d'un même angle par rapport à cet axe de rotation, les passages se terminant à l'extrémité extérieure de l'hélice à la même- distance de l'axe de rotation, mais les extrémités ter-4-0 minai es des passages étant décalées mutuellement du même angle BAD ORIGINAL 69 34136 3 2020065 par rapport à cet axe de rotation. On obtient ainsi une construction très simple et très compacte de séparation et de fractionnement dans laquelle la quatrième paroi du passage est formée par le côté d'un disque de forme identique se trouvant 5 à l'opposé des parois du passage. On peut ainsi assembler l'appareil en utilisant plusieurs disques placés les uns à côté des autres. Les parois des passages sont de préférence agencées d'une façon telle, c'est-à-dire que les dimensions des passa-10 ges sont telles qu'un élément angulaire, indépendamment de l'emplacement qu'il occupe dans l'un des passages, présente un volume constant. Selon une variante préférée de l'invention, les passages peuvent être, à une certaine distance de l'extrémité 15 d'entrée, divisés par une cloison introduite en parallèle entre les parois hélicoïdales. Cette réduction importante de la section transversale augmente l'effet de séparation et de fractionnement. Un tel mode de réalisation est particulièrement avantageux pour des suspensions qui contiennent en majo-20 rité des petites particules et seulement un petit nombre de plus grosses particules. Selon une variante de réalisation étudiée pour certains autres cas spéciaux, la paroi de chaque second passage selon le mode de réalisation préféré, à une certaine distance 25 de l'extrémité d'entrée, peut être enlevée de sorte que deux passages adjacents se confondent pour n'en former plus qu'un. Un tel mode de réalisation peut être avantageux avec certaines suspensions car on supprime le risque de colmatage dû à la trop faible section transversale du passage. Ce mode de réali-30 sation peut égaëment convenir pour des utilisations dans lesquelles on doit séparer, par exemple, des particules fibreuses longues et des particules fibreuses courtes. Après avoir traversé la partie du passage ayant la plus grande section transversale, le tronçon de courant est rompu de telle manière 35 que les fibres courtes et plus légères se séparent 5 à l'extrémité antérieure du tronçon de courant, des fibres plus longues et plus lourdes, et puissent revenir en arrière. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien 40 comprendre comment l'invention peut être réalisée. 69 34136 4 2020065 La figure 1 est une vue de côté, avec arrachement partiel, d'un appareil selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est une vue en bout de l'appareil re-5 présenté sur la figure 1. La figure 3 est une coupe par la ligne 3-3 de la figure 1 montrant schématiquement un élément de l'appareil. La figure 4 est une coupe radiale de la moitié de l'élément représenté sur la figure 3-10 La figure 5 est une vue analogue à la figure 3 d'un second mode de réalisation des passages selon l'invention, montrant les passages d'un élément qui se confondent à une certaine distance de l'extrémité d'entrée. La figure 6 est une vue analogue à la figure 5 d'un 15 troisième mode de réalisation comportant une cloison introduite dans un passage. Dans le mode de réalisation représenté, l'appareil de séparation et de fractionnement comprend une enveloppe creuse 10 profilée de manière à supporter à rotation un ensem-20 ble rotatif 20 constitué d'une série d'éléments plats identiques fixés les uns aux autres en juxtaposition, ces éléments étant indiqués par la référence 30 et étant décrits en détail c i-aprè s. — L'enveloppe peut être de forme sensiblement ûircu-25 laire ou cylindrique ayant des extrémités fermées 12 -et 14 munies de prolongements axiaux 12a et 14a pour recevoir.un moteur hydraulique 15, ou un autre mécanisme d'entraînement, dans le prolongement 12a et une conduite d'entrée de liquide 16, dans l'autre prolongement 14a. Bien qu'un moteur hydrauli-30 que constitue un moyen d'entraînement Commode, on peut utiliser éventuellement un moyen moteur de type différent. L'enveloppe peut présenter plusieurs poches ou récipients radiaux 17», 17b, 17ç ménagés dans un quadrant inférieur (le quadrant inférieur de droite, en observant la figure 2, si la rotation 35 de l'ensemble rotatif se fait dans le sens dextrorsum selon les figures 2 et 3)T pour recevoir ies différentes fractions de matière séparée provenant des divers éléments, comme on le verra plus en détail dans ce qui suit. Sur la figure 2, on a rëprésenté trois poches 17a, 17b et 17c, mais ce nombre 40 pourrait être différent selon la nature des suspensions l'iqui- 69 34136 5 2020065 des et suivant l'utilisation envisagée. Chaque élément individuel constituant l'ensemble rotatif peut comprendre un disque circulaire plat 31 « sur une face duquel sont montées de côté, plusieurs parois continues 5 32a à 32f formant des spirales concentriques qui sont régulièrement espacées et dont les trajets spiralés vers l'extérieur débutent en des points angulairement espacés autour de la périphérie d'une ouverture circulaire centrale 31a ménagée dans le disque 31» Bien qu'on ait représenté six parois spiralées, leur 10 nombre pourrait être plus grand ou plus petit selon le format de l'appareil, l'usage envisagé et la composition des liquides à traiter. La distance sur laquelle les parois s'étendent perpendiculairement à partir de la face du disque sera comprise 15 dans la plupart des cas entre environ 1,25 et 5 cm. On voit que chacune des parois concentriques spiralées forme entre elle-même et la paroi suivante un passage hélicoïdal;dans ces conditions, on aura formé plusieurs passages concentriques hélicoïdaux À à F dont le nombre est égal à celui 20 des parois. Chaque passage est délimité par deux parois concentriques spiralées et par le disque sur lequel les parois sont montées ainsi que par le disque de l'élément adjacent. Le caractère spiralé de chaque paroi individuelle est étudié de manière à satisfaire à la condition suivante : chaque spire de l'hélice 25 doit être légèrement plus proche de la spire précédente que cette spire précédente ne l'était de la spire qui la précédait. Ainsi, l'aire de la section transversale de chaque passage hélicoïdal diminue depuis le centre de l'hélice vers l'extérieur. En d'autres termes, chaque passage est convergent sur son tra-30 jet vers 1'extérieur. De préférence, la section transversale au point milieu du passage est carrée. Les aires de chacun des six passages, mesurées à tout angle radial et sur n'importe quelle spire choisie parmi les six passages (par exemple la ■troisième spire avec un angle de 120°), sont égales de sorte 35 qu'on obtient des actions et des résultats uniformes dans chacun des passages spiralés concentriques d'un élément et aussi dans chacun des éléments. Les ouvertures centrales ménagées dans les nombreux éléments juxtaposés de l'ensemble rotatif coopèrent pour dé-^■0 finir un tube central 31t qui traverse tous les éléments» I 69 34136 6 2020065 lue diamètre de ce tube doit être suffisant pour contenir une certaine quantité de liquide admis à un niveau sensiblement constant, inférieure à la capacité totale*au moment du soutirage du liquide. De préférence, on maintient le niveau du liquide 5 à une valeur comprise entre 90° et légèrement plus de 200°, ces dimensions étant mesurées sous forme d'un angle de secteur âu niveau liquide dans le tube. On remarquera que lorsqu'on fait tourner l'ensemble dans le sens opposé au trajet vers l'extérieur des passages 10 spiralés, le liquide est capté dans le tube central au moment où l'extrémité intérieure d'un passage descend dans le liquide. Ce fonctionnement se poursuit jusqu'au moment où l'extrémité intérieure s'élève au-dessus de la surface du liquide dans le tube. Le tronçon de liquide ainsi capté progresse le long de 15 ce passage, à mesure de la rotation de l'ensemble, jusqu'au moment où l'extrémité intérieure du passage atteint encore une fois la surface du liquide dans le tube. Ces mêmes opérations sont alors répétées et oa obtient ainsi dans le passage line série de •'tronçons" de liquide séparés par des bouchons d'air, 20 jeoi se produit dans tous les passages. Le frottement que les parois des passages exercent sur le tronçon liquide tend à obliger les plus grosses particules es. suspension à progresser vers l'extrémité avant du troaçca et ces particules sont progressivement réparties sur 25 toute la longueur du tronçon en fonction de la grosseur de ces particules, c'est-à-dire que les plus petites particules restent en arrière. Ce phénomène est grandement facilité par la réduction de la section des passages depuis l'entrée jusqu'à la sortie, 30 la raison en étant la suivante . La mesure caractéristique du passage peut être considérée comme étant ce que l'on appelle "le diamètre hydraulique", c'est-à-dire le quotient de la surface de la section transversale du passage par la circonférence de ce passage. On a constaté que plus le rapport entre la 35 grosseur des particules et le diamètre hydraulique est important , meilleure sera la séparation. Alors que les tronçons liquides sont transportés le long des passages convergents, ils deviennent plus allongés et leurs diamètres diminuent. 40 Ainsi, l'effet de séparation et la récupération BAD ORIGINAL 69 34136 7 2020065 finale des fractions séparées sont continuellement et grandement améliorés par la convergence ininterrompue des passages. La pression dans les bouchons d'air demeure constante pendant la circulation des tronçons liquides, que ce transport 5 se fasse radialement vers l'extérieur (comme représenté), ou vers l'intérieur comme cela serait possible par une variante de mise en oeuvre du concept de l'invention. Les éléments 30 sont assemblés et fixés entre des disques terminaux circulaires 22, 24- qui tournent dans des rou-10 lements 23, de préférence des roulements à billes montés sur des coussins st supportés par l'enveloppe; les disques sont entraînés par le moteur 15 qui est connecté coaxialement à l'ensemble des éléments. Pour maintenir le liquide à l'intérieur du tube 31t avant le traitement, une membrane ou plaque d'obtu-15 ration convenable 25 peut être installée à côté de l'accouplement entre le moteur et l'ensemble rotatif, et de même, des plaques appropriées 26 et des garnitures peuvent être disposées sur le côté opposé, c'est-à-dire sur le côté d'entrée du liquide. Pour maintenir le liquide dans le tube 31t au niveau 20 désiré, un passage de trop-plein 27 peut être pratiqué dans la plaque terminale 14, son entrée (qui n'est pas visible) étant au niveau désiré et sa sortie 28 occupant une position commode pour retourner le liquide à sa source (non représentée). Il est évident que les détails concernant la construc-25 tion, la forme et l'emplacement de l'enveloppe, du moteur, des roulements et des passages d'entrée du liquide peuvent être modifiés, comme le comprendront aisément les spécialistes, de sorte que ces variantes n'ont pas besoin d'être représentées ou décrites. 30 Pour recueillir les fractions de différentes concen trations de la matière en suspension à partir des tronçons de liquide, on utilise les trois poches déjà mentionnées 17a, 17b et 17ç. Bien entendu, le nombre de poches pourrait être différent selon la nature de la suspension et l'utilisation à 35 laquelle on la destine. Les fractions sont soutirées des poches individuelles à travers des sorties telles que 18. .Alors que l'ensemble rotatif tourne dans le sens dextrorsum (figures 2 et 3), les extrémités de sortie A* à 40 F1 sur la périphérie de l'ensemble atteignent successivement 69 34136 8 2020065 une zone dans le quadrant Inférieur de droite où les tronçona de liquide s'écoulent vers l'extérieur. Par exemple, si un tronçon liquide commence à être évacué dans la position indiquée par la sortie C1 sur la figure 3, l'extrémité avant du 5 tronçon contenant les plus grosses particules sera évacuée dans la poche 17a (figure 2), la partie médiane du tronçon sera évacuée dans la poche 1?t, et la partie arrière du tronçon (c'est-à-dire la partie contenant les plus petites particules) sera évacuée dans la poche 17£» Les parties intermédiaires 10 s'écouleront dans la poche suivante, du même type que 17a» de sorte que la première poche disponible pour recevoir une telle portion recevra obligatoirement les plus grosses'particules qui demeurent dans le tronçon liquide. Pendant une révolution de l'ensemble, un tronçon de 15 liquide est déchargé par chaque élément et il en est ainsi pendant la rotation sur une distance qui correspond à l'angle de déchargé, c'est-à-dire une distance allant d'un point juste au-dessus de la poche 17a et aboutissant à un point tout de suite au-delà de la poche 17ç_, en sorte que la première et la dernière 20 portion du tronçon s'écoulent respectivement dans la première et dans la dernière poche. Chaque tronçon d'air est suivi d'un bouchon d'air qui occupe le passage jusqu'à la révolution suivante au cours de laquelle un autre tronçon de liquide sera déchargé. La convergence des passages offre l'avantage supplé-25 mentaire de permettre un lavage par refoulement dont le but est de détacher ou d'enveler les colmatages éventuels des passages. En variante, une cloison 46 peut être introduite, voir figure 6, dans les passages individuels 4-5 entre les parois de chaque passage en "un point prédéterminé de sa longueur,- ce 30 qui permet de réduire l'aiie et d'établir deux passages parallèles et plus petits. Dans un but de commodité et de simplicité, un seul passage est représenté sur la figure 6. Suivant une autre variante de réalisation, après que les passages ont avancé de l'entrée jusqu'à la sortie et se sont 35 progressivement rétrécis jusqu'à une dimension qui n'est pas inférieure au minimum exigé pour la suspension en cours de traitement, deux passages adjacents peuvent se confondre de la façon indiquée en 43 sur la figure 5. Sur cette figure, on s'est contenté de représenter deux passages adjacents 42 et 44, 40 afin de ne pas compliquer inutilement le dessin. Un tel mon 69 34136 9 2020065 tage est souhaitable quand on doit séparer des fibres courtes et des fibres longues. Le tronçon liquide se rompt et-provoque la séparation entre les fibres longues et courtes au moment où le tronçon pénètre dans la section commune, de sorte que les 5 particules fibreuses courtes qui sont plus légères se séparent des particules plus longues et reviennent en arrière. Si 1 ' on est prêt à sacrifier dans une certaine mesure le caractère aompact de la structure et si l'on accepte une certaine diminution de l'efficacité, on peut installer les 10 passages convergents ailleurs que dans des plans perpendiculaires à l'axe, ces passages-pouvant être des hélices dont l'étendue spiralée se confond avec l'axe de rotation, comme c'était le cas d'une construction décrite et représentée dans le brevet américain K° 3•396.850. 15 II ressort de ce qui précède que l'invention, dans ses diverses formes de réalisation, permet une. construction compacte, c'est-à-dire une économie d'espace et qu'elle fournit les possibilités de nettoyage par contre-courant, la possibilité de régler la séparation et le fractionnement et la 20 possibilité de traiter des suspensions qui contiennent des particules de dimensions différentes, y compris des fibres longues et des fibres courtes, le fonctionnement de l'instillation étant fondamentalement très simple. Il va de soi que des modifications peuvent être 25 apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. 69 34136 10 £020065 REVENDICATIONS 1.- Appareil de séparation et de fractionnement de. matières en suspension dans un liquide, en utilisant l'effet de concentration réalisé dans 3a suspension pendant que cette 5 dernière s'écoule, sous forme de tronçons de liquide espacés les uns des autres par une autre phase, dans un passage, ce dernier étant de forme hélicoïdale et étant agencé pour tourner autour d'un axe de rotation, la suspension et l'autre phase étant introduites en alternance dans l'extrémité d'en-10 trée dudit passage, caractérisé en oe qu'au moins une partie notable de la longueur du passage présente une section transversale continuellement variable. 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage présente une forme convergente à partir 15a de son extrémité d'entrée. 3.- Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le passage est convergent sur toute sa longueur c'est-à-dire jusqu'à son extrémité de sortie. 4.- Appareil selon l'une quelconque des revendi-20 e-atioas 1 à 3» caractérisé en ce qu'à une certaine distance son extrémité d'entrée, la section transversale du passage -- Mi; nn changement abrupt. 5.- Appareil selon l'une quelconque des revendications t à 4, caractérisé.en ce que le passage est disposé 25 dans tol plan perpendiculaire à l'axe de rotation. 6a- Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'extrémité d'entrée du passage est l'extrémité la plus proche de l'axe de rotation, alors que son extrémité de sortie est située sur la périphérie de l'hélice. 30 7.- Appareil selon la revendication 5 ou la reven dication 6, caractérisé en ce que les divers passages sont juxtaposés dans le même plan. 8„- Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que les passages destinés à former trois parois de 35 délimitation sont construits avec des parois hélicoïdales qui délimitent les passages, ces parois étant montées sur im. disque perpendiculaire à l'axe de rotation et se rapprochant le plus possible de cet axe à partir de points situés à la même distance de l'axe de rotation mais décalés mutuelle-40 ment d'un même angle par rapport à cet axe de rotation, les BAD ORIGINAL 69 34136 n 2020065 passages se terminant à l'extrémité extérieure de l'hélice également à la même distance de l'axe de rotation mais étant décalés mutuellement du même angle par rapport à cet axe de rotation. 5 9.- Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'après une certaine distance de l'extrémité d'entrée, les passages sont divisés par une cloison introduite parallèlement entre les parois hélicoïdales. 10.- Appareil selon la revendication 8, caractérisé 10 en ce qu'après une certaine distance de l'extrémité d'entrée, chaque seconde paroi est enlevée de manière à combiner deux passages adjacents en un seul. 11.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la quatrième paroi défi- 15 nissant le passage est constituée par le côté d'un disque de même forme se trouvant à l'opposé des parois dudit passage. 12.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les dimensions des passages sont telles qu'un secteur angulaire pris dans chaque passage 20 présente un volume constant, indépendamment de l'emplacement de ce secteur angulaire.