Brevet FR2250576A1 — publié le 19750606

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour extraire les sédiments dans une centrifugeuse Les liguides à traiter dans une centrifugeuse de séparation ou de clarification comportent en général as moins une phase liquide et au moins une phase solide divisée plus dense, dénommée habituellement sédiments. Ces sédiments sont amenés par la force centrifuge contre la paroi périphérique et la difficulté réside dans leur évacuation. Certaines centriùgeuses connes comportent une paroi pe'riphEriue cylindrique et ne vis extractrice raclant cette dernière en étant animée d'un mouvement de rotation différentielle pour sortir les sédiments de la phase liquideR la paroi cylindrique est prolongée par un embout conique de pente relativement faible auglel la vis est adaptée, Or, s'il s'agit de sédiments rigides etXou collants, la vis doit vaincre dans la zone conique trois résistances de la part de ceux-ci , pour la direction axiale, une résistance de cisaillen.ent dans les sédiments et une résistance de frottement contre la paroi ; pour la direction radiale, une résistance à la remontée des sédiments vers le centre. I1 en résulte que le couple à exercer sur la vis est excessivement élevé par rapport à la masse de produit à évacuer. De plus, si le coefficient de frottement des sédiments sur la paroi cylindrique est supérieur à leur coefficient de frottement sur la vis et si des cannelures ou des rainures sont en outre formées sur cette paroi, les sédiments glissent axialement et se dirigent vers la zone d'évacuation sans risque de s'accumuler. Dans le cas contraire, les sédiments tendent à glisser sur la vis et à ne plus être poussés par celle-ci vers la zone d'évacuation : il se produit alors un phénomène de bourrage contre la vis qui s'accentue bien évidemment dans l'embout conique en raison de la pente S'il s'agit de sédiments relativement fluides, la vis extractrice est pratiquement sans influence puisque ceux-ci ont tendance à couler en sens inverse de l'entrainement de cette vis et par conséquent à ne pas remonter vers le centre lorsqu'ils se trouvent dans l'embout ccnique. Par ailleurs, quelles que Soient leurs popriétés physiques, les sédiments sont très difficiles à faire émerger de la phase liquide car dès quais parviennent dans l'air, la force cen trifuge à laquelle ils sont soumis croit considérablement étant dcnné qu'elle dépende non plus de leur masse spécifique apparente (masse spécifique des sédiments - masse spécifique dii liquide) mais de leur masse spécifique réelle.Des lorsJ leur tendance à descendre la pente de l'embout conique s'agrave et le phdncrène de bourrage s 'accentue D'autres centrifugeuses connues connues comportant une paroi périphérique biconique. Les sédiments se rassemblent dcrc dans la zone A de raccordement des cones qui se trouve Autre la plus éloignée de l'axe de rotation. Pour évacuer ces sédiments plusieurs types de dispositifs scnt mis en oeuvre. Parmi ceux-ci1 il en est un qui comporte des buses à travers lesquelles une fuite permanente de phase liquide entral- riant les sédiments est acceptée. L'inconvénient majeur de cette réalisation réside dans la perte inévitable de phase liquide et dans a difficulté de calibrer convenablement les buses pour limiter cette perte tout en recherchant une évacuation complète des sédiments. Un autre dispositif connu d'évacuation des sédiments comporte des lumières obturées par des volets qui sont périodiquement ouverts pour que la phase liquide en s 'échappant entraSne les sédiments qui s'accumulent contre eux. L'inconvénient majeur de cette autre réalisation réside comme précédemment dans la perte inévitable de phase liquide ; de plus, il est pratiquement impossible de contrdler la fréquence des ouvertures des lumières pour permettre une évacuation totale des sédiments avec une perte minimale de phase liquide. En outre1 quel que soit le dispositifZ il est évident que l'extraction des sédiments ne peut pas être accompagnée de leur essorage. La présente invention a pour but de remédier à ces in convénients en créant un procédé et un dispositif grace auxquels l'extraction des sédiments dans tout type de centrifugeuse est d'une efficacité absolue, sans perte de phase liquide et sans risque de remélange, avec la possibilité d'obtenir un essorage des sédiments avant leur évacuation.Par tailleurs, le dispositif est d'une extrême simplicité et peu onéreux à appliquer Enfin, 'utilisation d an tel dispositif dans une centrifugelse cylindrique permet, par suppression de l'embout conique, d::accrcttre à égalité dencom- brementZ la capacité de traitement cu, à égalité de capacité, de réduire cet encombrement Conformément à l'invention, le procédé consiste en ce que les sédiments sont, d'une façon positives prEleés de la paroi et ramenés vers le centre hors du liquide et en ce qu'ils sont alors projetés sous l'action de la force centrifuge contre une surface inclinée pour obtenir leur évacuation sensiblement axiale hors de la centrifugeuse. Le dispositif comporte des roues à palettes fixes disposées à l'intérieur d'une cuve rotative de centrifugationS montées tournantes contre la paroi frontale de cette cuve autour d'axes situés plus prés de la paroi périphérique de ladite cuve que de son axe de rotation et reliées à un dispositif d'entratnement les faisant tourner relativement à cette cuve de façon que les palettes raclent la paroi périphérique ; ces palettes dont chaque roue est solidaire isolent les uns des autres des alvéoles débouchant d'un ctté dans ladite cuve et de l'autre côté en regard d'un déversoir disposé au plus près de l'axe de rotation précité pour l'évacuation des sédiments ; une partie au mans de la surface délimitant chaque alvéole est en pente vers la paroi frontale pour dirigér vers elle les sédiments soumis à la force centrifuge. Divers autres caractéristiques et avantages de 1 'inven- tion ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 est une coupe axiale d une centrlfugeuse cylindrique mettant en oeuvre le dispositif de l'nventlon - la figure 2 est une coupe transversale prise suivant la ligne II-II de la figure 1. - la figure 3 est une vue analogue à la figure I mcntrant à plus grande échelle, partie en coupe, partie en élévatio.n une roue à palettes du dispositif. - la figure 4 est une coupe axiale schématique illustrant une centrifugeuse conique équipée de ce dispositif La centrifugeuse illustrée par les figures 1 à 3, comporte une cuve tournante 1 constituée par une paroi périphérique cylindrique 2 solidaire, à ses extrémités, de parois frontales 3 et 4. Celles-ci sont munies de tourillons tubulaires 5, 6 s'étendant coaxialement avec la cuve 1 et supportés par des paliers non repré sentésS le tourillon 6 étant destiné à entre accole à an disposi- tif d'entratnement en rotation et de freinage Cette centrifugeuse comporte également un rotor -7 présentant un fut tubulaire central plein 8 et une cage tubulaire périphérique perforée 9 ; ce fût et cette cage, disposés concentriquement, sont reliés entre eux au moyen de disques fendus lo, de cloi- sons ajourées 11 et d'un tambour extreme 12. Sur la cage 9 et la partie du tambour 12 qui la prolonge est fixée une vis extractrice 13 des sédiments. Le rotor 7 ainsi constitué est monté tournant coaxiale- ment dans la cuve 1 de façon que la vis 13 racle la paroi cylindrique 2 ; à cet effet, le fût 8 est supporté par un palier.14 du tourillon 5 et un prolongement du tambour 12 solidaire d'un arbre central 15 est supporté par un palier 16 du tourillon 6 Marbre 15 est relié au dispositif précité qui est du type différentiel puisqu'il permet d'entraîner en rotation la cuve 1 et le rotor 7 à des vitesses faiblement différentes. A travers le tourillon 5, un conduit fixe 17 est monté pour amener le mélange à traiter ; il débouche dans un déflecteur tronconique 18 solidaire du fût 8 et dirigeant ce mélange vers des passages 19 ménagés dans le rotor à proximité du tarnbur 12 ainsi, ledit mélange parvient dans la cavité de traitement de la cuve l et est entratné en rotation ; sous lisetion de la force centrifuge - les sédiments traversent les perforations de la cage 9 s'opposant à leur remontée vers l'axe de rotation se préclpi- tent sur la parci cylindrique 2 et sont déplacés dans une direction sensiblement axiale ou hélico9dale allongée vers la paroi frontale 4, - la phase liquide lourde et la phasme liquide légère, scumlses non seulement à l'action de cette force centrifllge prin- cipale mais également à celle des déviations brusques dues aux fentes des disques 10, se séparent ; les disques amont les plus proches des passages 19 assurent principalement le "d6bolrbage" c'est-à-dire la précipitation des sédiments et sont alors relati tement éloignés les uns des autres ; les disques interp:édiaires provoquent surtcut la séparation des phases liquides et sont par suite plus proches les uns des autres ; les disques aval les plus proches de la paroi frontale 3 effectuent la finition pour parfaire la séparation des pliasses liquides et ler clarificationJ ces disques étant dès lors plus rapprochés encore les uns des autres Près de la paroi frontale 3, la phase liquide lourde s'accumule contre la paroi périphérique 2 et la phase liquide 1é- gère surnage, une surface de séparation stabilisée 20 apparaissant nettement entre elles. La phase lourde peut alors s'écculer dans un collecteur coronal 21 ménagé entre la paroi 3 et une cloison 22 plongeant dans cette phase lourde au-delà de la surface de sEpara- tion 20 ; elle s'échappe ensuite à travers des seuils d'évacuation 23 délimités par cette paroi frontale 3.D'autres seuils 24 sont ménagés dans des parties pleines reliant cette dernière à la cloison 22 et débouchent, non plus dans le collecteur 21a mais directement dans la cuve 1 près de la surface libre 25 de la phase légère pour l'évacuation de celle-ci. I1 est important de remarquer que le tambour extrême 12 est solidaire d'une collerette 26 plongeant dans la pFase lourde et empêchant que la phase légère parvienne près de la paroi frontale 4 ; ainsi, les sédiments amenés à cet endroit par la vis extractrice 13 baignent uniquement dans la phase lourde Le dispositif de l'invention permet de prélever positivement contre la paroi périphérique cylindrique 23 les sédiments véhiculés dans cette zone par la vis 13 et de les ramener posltivement vers le centre hors du liquide. A cet effet, ce dispositif comporte plusieurs roues 27, six dans l'exemple représente D réparties pour fermer une couronne de satellites concentrique à l'axe de rotation de la castre 1. Chaque roue est solidaire dBun tourillon central 28 monté fou dans un palier 29 de la paroi frontale 4 ; elle présente des palettes fixes 30 faisant saillie vers l'extérieur et susceptIbles de défiler tangentiellement à la paroi 2 de la cuve ; les roues 27 sont logées dans des évidements 31 ménagés dans la paroi frontale 4 qui presente alors des pièces 32 en fcrme de coins comblant les espaces libres existant entre lesdites roues et la paroi périphérique 2. Comme le montrent plus spécialement les figures 2 et 3, les palettes 30 d'une même roue isolent les uns des autres des alvéoles 33 qui sont fermés à leur périphérie lorsqu'ils plongent dans le liquide, par les pièces 32 bordant l'évidement 31 correspondant et qui sont ouverts D du cbté opposé à celui que la paroi frontale 4 ferme, pour déboucher latéralement dans la cuve 1. Par ailleurs, les roues 27 tournent non seulement avec la cuve 1 mais également autour de leur axe géométrique à la manière de satellites. Ces roues sont, dans ce but, solidaires chacune d'un pignon 34 situé à l'opposé du tourillon 28 et engrenant avec une couronne dentée 35 calée sur le tambour 12 du rotor 7. Dès lors que ce tambour formant planète tourne à une vitesse différente de celle de la paroi frontale 4 formant porte-satellites3 les roues 27 formant satellites tournent autour de leur axe de sorte que leurs alvéoles 33 plongent dans le liquide et en émergent pendant que la centrifugation s'opère. Ainsi que cela ressort de la figure 3; les palettes 30 sont inclinées en hélices pour que leur extrémité 36 située dans la cuve 1 soit en avance, compte tenu du sens de rotation de la roue correspondante 27 relativement à ladite cuveg sur le autre extrémité 37 contiguë à la paroi frontale 4 De pl 1S 3 le fcd 38 de chaque alvéole 33 est en pente de façon que son extrémité 39 débouchant dans la cuve I soit plus écartée de l'axe de rotation de la roue correspondante 27 que son autre extrémité 40 contigue à la paroi frontale 4. La pente des parois de chaque alvéole permet de diriger les sédiments soumis à la force centrifuge vers la paroi frontale 4 et plus spécialement vers des conduits déversoirs 41 ménagés dans celle-ci. La pente du fand 38 est plus efficace envers les sédiments fluides et celle des palettes 30 envers les sédiments rigides à cisaillement interne élevé Comme cela est déjà indiqué dans ce qui précède, lorsque la centrifugeuse fonctionne, la phase liquide lourde et la phase liquide légère sont évacuées respectivement par les seuils 23 et 24 tandis que les sédiments plaqués contre la paroi cylindrique 2 sont poussés par la vis 13 vers les roues 27 Ces sédiments pénè- trent alors latéralement dans les alvéoles 33 desdites roues qui se présentent dans le prolongement de la paroi 2 Etant donné que ces roues 27 tournent sur elles-mmes, les sédiments piégés dans lesdits alvéoles 33 sont entraînés positivement et se rapprochent progressivement de l'axe de rotation de la cuve 1 en émergeant du liquide.Mais, la force centrifuge intervenant toujours, les sédivents qui, au moment où ils sont prélevés, sont plaqués contre la paroi circulaire des pièces 32 délimitant les évidements 31, quittent cette paroi en glissant contre les palettes 30 pendant que la rotation des roues 27 se poursuit et parviennent sur le fond 38 des alvéoles ; dans le même temps, ces sédiments se déplacent axialement vers la paroi frontale 4 du fait que la force centrifuge les applique contre les surfaces en pente des palettes 30 et des fonds 38 ; autrement dit, pendant que les roues tournent d'un demi-tour, les sédiments s'accumulent avec force contre la paroi frontale 4 en se rapprochant du centre et lorsque les alvéoles 33 défilent devant les conduits déversoirs 41, lesdits sédiments s'engagent dans ceux-ci et sont chassés vers l'extérieur par la force centrifuge Dès que les sédiments sortent du liquide, ils scnt sou- mis à une force centrifuge beaucoup plus intense puisque ce le-ci dépend, non plus de leur masse spécifique apparentez mas de ler masse spécifique réelle.Cet accroissement de forme est mis à profit pour l'évaclation des sédiments le long de la pente des alvéoles ainsi que polar l'essorage de ces sédiments En effets le fond 38 des alvéoles peut présenter des perforations 42 (figure 3) et être re-ouvert dÑan tamis de filtration 43. Dans ces conditions, le liquide imprégnant les sédiments contentas dans les alvéoles sites dans l'air à l'nterieur de la surface libre 25 est chassé par cette force centrifuge à travers le tamis 43 et les perforations 42 et projet4 à l'extérieur polir rejoindre la masse liquide, tandis q'e ces sédiments sont retenus par ledit tamis et ainsi essorés. Le dispositif tel que décrit dans ce qui précède, est également applicable à une centrifugeuse conique. Dans ce cas et ainsi que cela ressort de la figure 4, la centrifugeuse comporte une cuve 43 montée tcarnante autour de son axe géométrique de révolution 44 et accouplée à un dispositif d'entraînement en rotation et de freinage.Cette cuve présente une paroi péríphérique tronconi- que 45 solidaire dans sa partie étroite d'une tubulure d'admission 46 du liquide à clarifier et prolongée dans sa partie large par u-e paroi cylindrique 47 fermée par une paroi frontale 48 Des disques à fentes 49 convenablement écartés les uns des autres sont empilés dans la cuve 43 de façon à être sensiblement perpendiculaires à l'axe de nutation 44 ; ils relient la paroi tronconique 46 à un fût tubulaire central 50 fermé, à une extrémité3 par un fond 51 et, à son autre extrémité, par une cloison séparatrice 52 débordant jusqu'au voisinage de la paroi cylindrique 47. Le mélange à clarifier distribué par la tubulure 46 penètre dans la cuve 43 en s'écoulant entre la paroi tronconique 46 et le fond 51 ; il contourne d'ailleurs dans cette zone des tubes 53 prévus pour l'évacuation du liquide clarifié et faisant communiquer avec l'extérieur, l'intérieur du fut dans lequel débouchent des orifices 54 situés près de la cloison 52. Tous les éiéments 45 à 53 de la centrifugeuse tournent ensemble à une vitesse appropriée et le mélange à clarifier parvenant par la partie étroite de la cuve 43 est entraîné en rotation, en étant ainsi soumis à un champ centrifuge intense ; en même temps qu'il tourne, ce mélange se dirige axialement à travers les fentes en quinconce des disques 49 vers la partie élargie de la cuve ; le champ centrifuge a pour effet de précipiter contre la parcs tronconique 46 les sédiments qui glissent alors jusTllà la paroi cylindrique 47 pour s'y accwm.uler, tandis que le liquide clarifié s'éccule le long de la surface extérieure du fut 50 , traverse les orifices 54 et revient le long de la surface intérieure de ce pour emprunter les tubes 53 permettant leur évacuation hors de la centrifugeuse. Une telle centrifugeuse est habituellement pourvue1 à l'emplacement de la paroi cylindrique 47, de bises ou de lumières à volets pour l'évacuation des sédiments. Selon lJinventic=, cette évacuation des sédiments est effectuée au moyen du dispositif décrit dans ce qui précède.Les roues à palettes 27 sont réparties de la même manière entre la paroi frontale 48 et la cloison 52 pour présenter leurs alvéoles 33, successivement au cours de leur défilement, en prolongement de la paroi cylindrique 47. Elles sont logées dans les évidements 31 ménagés dans les pièces 32 qui sont alors solidaires de la paroi frontale 48 et de la paroi cylindrique 47. Elles sont munies d'arbres 55 montés fous dans des paliers 56 de cette paroi frontale et reliés à un dispositif d'entraînement en rotation non représenté coopérant ou non avec celui de la cuve, de façon que ces roues décrivent, non seulement un mouvement orbital avec ladite cuve, mais également un mouvement de rotation sur elles-mêmes. En outre, la paroi frontale 48 présente les conduits déversoirs 41 situés en regard de la partie desdites roues qui émerge du liquide. Ce dispositif à roues alvéolées fonctionne pour la centrifugeuse conique (figure 4) comme pour la centrifugeuse cylindrique (figures 1 à 3). L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation représentées et décrites en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. Le dispositif, objet de lknvention, peut être utilisé dans tous les cas où il s'agit d'extraire d'un liquide traité par centrifugation, les sédiments solides qu'il contient, ce traitement pouvant être une clarification, une épuration, une séparation etc... I1 est applicable par exemple - au traitement de l'huile d'olive pour séparer 1'huile de l'eau de végétation, en éliminant la cellulose les noyaux... - au traitement du pétrole pour séparer le pétrole brut de l'eau, en éliminant la terre, les boues etc. - au traitement des polymères pour extraire ceux-ci en phase solide, en les séparant du solvant et en éliminant l'eau mélangée à celui-ci en petite guantité. REVENDICATIONS 1-. Procédé pour extraire les sédiments dans une centrifugeuse au fur et à mesure qu'ils parviennent après séparation du melange, dans une zone d'accumulation de la paroi périphérique de cette centrifugeuse, caractérisé - en ce que les sédiments sont, dçune façon positive, prélevés de la paroi et ramenés vers le centre hcrs du liquide - et en ce qu'ils sont alors projetés scas l'action de la force centrifuge contre une surface inclinée pour obtenir teur évacuation sensiblement axiale hors de la centrifugese 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, pour subsidiairement essorer les sédiments, la projection de ceuxcI l'état humide est effectuée hors de la phase légère par la fcrce centrifuge contre une surface filtrante inclinée 3 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé :: - en ce qu'il comporte des roues à palettes fixes disposées à l'intérieur d'une cuve rotative de centrifugationS montres tourrantes contre la paroi frontale de cette cuve autour d'axes situés plus près de la paroi périphérique de ladite cuve qae de son axe de rotation et reliées à un dispositif d'entraînement les faisant tourner relativement à cette cuve de façon que les palettes raclent la paroi périphérique, - en ce que ces palettes dont chaque roue est solidaire isolent les uns des autres des alvéoles débouchant d'un cSté dans ladite cuve et de l'autre cté en regard d'un déversoir disposé a-a plus près de l'axe de rotation précité pour l'évacuation des sédiments, - et en ce qu'une partie au moins de la surface délimitant chaque alvéole est en pente vers la paroi frontale pour diriger vers elle les sédiments soumis à la force centrifuge 4. Dispositif selon la revendication 3t caractérisé en ce que les palettes sont inclinées en hélices pour que leur extrémité située dans la cuve soit en avance, compte tenu du sens de rctation de la roue correspondante, sur leur extrémite contlgüe à la paroi frontale. 5. Dispositif selon la revendication 3 ca 4 caractérisé en ce que le fond de chaque alvéole est en pente de façon que son extrémité débouchant dans la cuve soit plus écartée de lSaxe de ro station de la roue correspondante que son extrémité contre à la paroi frontale. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le fond de chaque alvéole est perforé et re^ouvert d'un tamis de filtration. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'espace compris entre les rces à ailettes et la paroi périphérique jusque sensiblement la surface libre de la phase liquide est comblé par des pièces en forme de coins, solidaires de la paroi frontale. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, applicable à une centrifugeuse cylindrique éaipEe dune vis extractrice des sédiments, cette vis et la paroi périphérique étant reliées à un dispositif d'entraînement en rotation différentielle, caractérisé en ce que les roues à palettes raclent la paroi péri.- phérique cylindrique elle-même, sont montées folles sur la paroi frontale et sont solidaires de pignons engrenant arec une couronne dentée calée sur un rotor portant la vis extractrice. 9. Dispositif selon l'unie quelconque des revendications 3 à 7, applicable à une centrifugeuse conique, caractérisé en ce que les roues palettes raclent la,partie de la paroi périphérique conique la plus éloignée de l'axe de rotation, cette partie étant de préférence cylindrique, et en ce que les roues portées par la paroi frontale suivent la paroi périphérique pour décrire un mouvement orbital et sont mues en rotation autour de leur propre axe par un dispositif d'entraînement complémentaire.