Brevet FR2261071A1 — publié le 19750912

La présente invention concerne la séparation des particules solides ou liquides entraînées par un gaz. La disposition d'un appareil peu encombrant, efficace et économique de séparation des particules telles que les particules solides et les gouttelettes de liquide des gaz, est très so':haftable. On utilise un certain nombre de procédés complexes et coûteux pour obtenir ce résultat et pour séparer et retirer les particules jusqu a des très faibles dimensions. On sait que les séparateurs à cyclone qui ont été utilisé pour la séparation des solides et des liquides des gaz ne peuvent séparer les particules que jusqu'à une certaine dimension. De nombreux séparateurs connus créent un effet de pulsation dans la chambre'de séparation lors des variations de la vitesse du courant, si bien que Itefficacité de la séparation est réduite.On a aussi utilisé divers types de dispositifs de lavage humide pour le retrait des impuretés des-gaz, mais ces dispositifs sont encombrants et motteux. Un incinérateur capable de traiter des quantités croissantes de matière de déchets est aussi très souhaitable. Un type de matière de déchets qui présente des problèmes de traitement est formé par les sous-produits de l'industrie de Itarachide, notamment les coques -des arachides. tes coques des arachides sont produites dans les Etats du Sud-Est des Etats-Unis en très grandes quantités et, pour les installations de traitement des arachides, elles représentent un produit de déchet agricole dont le traitement est délicat et motteux. te traitement le plus courant est l'incinération, mais les émissions des incinérateurs sont très importantes et ce traitement est couteux étant donné le remplacement fréquent de l'isolation réfractaire des incinérateurs. Actuellement, ce problème de traitement des coques des arachides est délicat, mais il deviendra encore plus important étant donné le renforcement des règlements contre la pollution. D'autres dispositifs de traitement, tels que l'enfouis- sage et l'utilisation comme charge de matières alimentaires, ont été tentés mais ne donnent pas satisfaction essentiellement à cause des quantités considérables qui doivent être traitées, de la faible densité.apparente des coques et de plus de la teneur en pesticides résiduels .Le résultat de ltenfouissage est un retour du pesticide dans le sol, cette caractéristique étant indésirable, et la densité apparente rend coûteux le transport. D'autres utilisations, par exemple comme additifs dans la nourriture des poulets et comme paillis ont été envisagées et la teneur en pesticideset les quantités concernées rendent ces utilisations peu pratiques. L'invention concerne un dispositif qui, à certains égards, est analogue à un séparateur à cyclone dans lequel un tourbillon stable est formé ; cependant, contrairement au séparateur à cyclone, le dispositif de l'invention piège et retient les particules séparées dans une zone sous pression élevée du dispositif et permet le retrait des particules jusqu a une dimension plus faible que celle que permet la séparation par un cyclone. 'l'invention concerne essentiellement un dispositif comprenant une chambre cylindrique munie d'un bouchon de réglage de débit à une extrémité, délimitant une poche annulaire destinée à piéger et conserver les particules solides, le gaz étant introduit à l'autre extrémité de la chambre et retiré par cette même extrémité. te bouchon de commande de débit provoque aussi le déplacement du gaz le long de la chambre suivant plusieurs trajets avant évacuation par le tourbillon stable, si bien que le temps de séjour de la matière est accru dans la chambre. Un mode de réalisation de dispositif séparateur comprend un dispositif d'incinération de la matière particulaire qu'il a piégée. La matière piégée dans le dispositif de séparation et les cendres produites à la suite de l'incinération peuvent être retirées du récipient par un distributeur rotatif placé dans le récipient, au-dessous du bouchon de commande de débit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une coupe longitudinale d'un dispositif selon l'invention, et elle représente les directions axiales d'écoulement des couches hélicoidales, dans le dispositif de l'invention ;; la figure 2 est une coupe transversale par le plan repéré par la ligne 2-2 sur la'figure 1, et elle représente le dispositif d'introduction qui convient particulièrement bien à la réduction de l'érosion due au choc des particules solides contre la paroi interne du récipient la figure 3 est une coupe transversale par le plan repéré par la ligne 3-3 de la figure I, et elle repente l'embouchure d'entrée de la chambre de séjour de particules la figure 4 est une coupe transversale par le plan repéré par la ligne 4-4 de la figure 1, et elle représente les diagrammes d'écoulement des diverses couches hélicoïdales la figure 5 est une coupe longitudinale d'une variante de dispositif assurant une incinération, et elle représente un dispositif de retrait des cendres formées au cours de la combus- tion la figure 6 est une coupe transversale par le plan repéré par la ligne 6-6 de la figure 5, et elle représente l'alimentation en bout en gaz de combustion et en matière particulaire de déchets; et la figure 7~est une coupe longitudinale partielle d'une variante comportant un dispositif de retrait de matière particulaire par lavage à l'aide de liquide pulvérisé dans la région inférieure. Sur les dessins, les figures 1 à 4 représentent un dispositif de séparation de matières selon l'invention alors que les figures 5 et 6 représentent un incinérateur et la figure 7 une variante d'un dispositif de séparation de matières comportant un dispositif de retrait de matière particulaire. Sur la figure 1, le boîtier 10 comprend une paroi cylindrique 12 ayant des fermetures 14 et 16 opposées aux deux extrémités. La surface interne 18 du corps ou boîtier 40 forme une chambre cylindrique 20 à 11 extrémité supérieure de laquelle la matière particulaire, telle que des matières solides ou des gouttelettes liquides, et un courant de gaz qui entraîne ces particules pénètrent et s'écoulent en hélice vers le bas dans la chambre 20, vers l'extrémité inférieure, à partir de l'extrémité supérieure. te dispositif d'introduction peut etre un simple conduit ou peut comprendre plusieurs conduits d'entrée comme décrit dans la suite mais dans tous les cas, il provoque la formation d'un tourbillon par le gaz entraînant la matière particulaire, dans une couche adjacente à la face interne 18 et ayant une composante axiale comme indiqué par les flèches 22 eur la figure 1. Un bouchon 26 de réglage de débit, ayant une forme particulière, est disposé à l'extrémité inférieure de la chambre et il délimite avec la paroi interne de celle-ci, une chambre 40 de séjour ayant kne embouchure annulaire réduite 36 d'entrée. La couche hélicoïdale externe 22 change de direction comme indiqué par la flèche 24, dans la chambre 40, et crée une couche hélicoïdale ascendante 25 à l'intérieur de la couche 22. Comme décrit en détail dans la suite, la configuration du bouchon 26 est telle que la seconde couche 25 est disposée vers la couche 22 à la hauteur de l'embouchure 36, la seconde couche 25 étant dispose pratiquement jusqu'à la région qui se trouve légèrement au-dessus de l'embouchure 27 du dispositif 38 de retrait du gaz, le courant changeant à nouveau de sens axial comme indiqué par la référence 29 et formant une troisième couche hélicoïdale 31 à l'intérieur de la seconde couche 25. L'extrémité 30 du bouchon 28 a un profil tel que la troisième couche change de sens comme indiqué par la flèche 33 et forme un tourbillon stable disposé entre le bout 32 de l'extrémité 30 du bouchon 28 et l'embouchure 27 d'évacuation, comme indiqué par-les flèches 34 vers le haut. La figure-4 représente les trajets hélicoïdaux des diverses couches 22, 25 et 31 et du tourbillon central 34. Ia première couche 22 qui pénètre dans la chambre 40 crée une zone sous pression élevée dans cette région, et la matière indiquée par la référence 41 est séparée dans cette région de pression élevée et se rassemble à la base du bouchon 28. Cette base comprend un tronçon tronconique inversé disposé de manière que le courant 43 de la seconde couche soit dirigé à la couche externe 22 qui tend à maintenir la pression élevée dans la chambre 40 et assure la séparation des particules même de très petite dimension, qui sont ainsi retenues dans la chambre 40.Cet effet de positionnement des couches provoque aussi la formation de la seconde couche hélicoidale 25 et empêche le passage direct du gaz vers le tourbillon central 34, si bien que le gaz a un long temps de séjour dans la chambre de séparation. Le bouchon précité 26 est destiné à maintenir un tour billon stable pour des vitesses très diverses et le rendement de séparation augmente constamment avec le rapport total d'éeoule- ment. Plus la pointe du bouchon 26 est aiguë et plus le tourbilion reste stable. Le tourbillon central se fixe lui-meme à la partie supérieure pointue du bouchon et, lorsque cette partie supérieure est décalée latéralement, le tourbillon central se déplace aussi. La figure 2 représente un dispositif avantageux d'introduction, comprenant un tube tangentiel 52- muni d'un orifice 56 d'évacuation dirigeant le courant tangentiellement et en direction axiale légèrement inclinée dans la chambre 20 ; de plus, un tube 44 d'introduction est dirigé de manière qu'il provoque l'écoulement le long d'une corde de la chambre, comme indiqué par la référence 48, si bien que le courant du tube 52 et le courant suivant une corde du tube 44 se recoupent au point 57 et se rejoignent en formant un courant tangentiel 58. te cas échéant, des tubes supplémentaires 46 et 54 d'introduction peuvent être disposés, le premier formant un écoulement suivant une corde comme indiqué par la référence 50. Une inclinaison axiale avantageuse du dispositif d'introduction est de llordre de 60. Le dispositif de la figure 2 est destiné à rendre minimale l'érosion de la paroi 18 du cylindre 10 et à cet effet, les tubes tangentiels 52 et 54 sont destinés à contenir un courant de gaz qui ne contient qu'une faible quantité de matières solides ou liquides entraînées alors que le courant des tubes 44 et 46 est très chargé en matièresparticulaires qui doivent être retirées. Cette configuration se prête très bien à la réalisation d'un incinérateur dans lequel le gaz pénètre par les tubes 52 et 54 et la matière particulaire à brûler par les tubes 44 et 46. De cette manière, l'intérieur de la chambre 20 entretient la combustion et décompose la matière particulaire alors que simultanément, le résidu est retenu dans la chambre 40 Si bien que les gaz évacués par le dispositif 38 sont pratiquement débarrassés de particules entraînées. ta figure 3 représente la disposition annulaire de l'embouchure réduite 36 de la chambre 40. On note que le bouchon 26 qui a le profil,dtun bulbe forme le rétrécissement 36 et à cet effet, il est avantageux que la largeur de l'embouchure 36 soit de l'ordre due.0,34 fois le diamètre du cylindre 12. On constate que le réglage optimal des caractéristiques d'écoulement dans le dispositif de la figure 1 iL7pose que la hauteur de la base du bouchon 26 soit de l'ordre de 0,58 fois le diamètre du cylindre 12, que le diamètre de l'embouchure 27 soit de l'ordre de 0,2 fois le diamètre interne du cylindre 12 et que la surface 62 de l'extrémité 30 du bouchon 26 soit arrondie suivant un arc de cercle correspondant à environ 0,375 fois le diamètre interne du cylindre 12. De plus, comme décrit précédemment, la longueur du tourbillon central 34 doit correspondre à peu près à 40 fois son diamètre. On considère maintenant en référence aux figures 5 à 7, une variante d'appareil selon l'invention formant un incinérateur capable de traiter des matières de déchets t elles que les coques d'arachides. L'incinérateur porte la référence générale 100 et comprend une paroi cylindrique 101 munie de dispositifs opposés 103 et 104 de fermeture d'extrémité . La paroi cylindrique 101 et le- dispositif 103 sont en matière réfractaire classique et délimitent une chambre 105 de combustion à l'extrémité supérieure (figure 5) de laquelle sont introduits la matière particulaire de déchet, par exemple les coques d'arachides, et un ou plusieurs courants de gaz de combustion, qui s'écoulent en hélice dans la chambre 105 vers l'extrémité inférieure de celle-ci. Le diagramme d'écoulement de la matière particulaire et du gaz est tel que décrit précédemment et représenté par les flèches des figures 1 à 4. te gaz qui entretientla combustion, par exemple l'air, est introduit dans la chambre 105 par des conduits 106, 107. Des dispositifsclassiques108, 109 à ventilateur sont associés à des conduits 106, 107. Le dispositif de chauffage provoque une élévation suffisante de la température pour que les déchets soient enflammés et brûlés dans la chambre 100 de l'incinérateur. Comme représenté sur la figure 6, les-produits de déchets entraînés par de l'air pénètrent par les conduits 110, 111 qui sont dirigés suivant une corde de la paroi cylindrique 101, en étant légèrement inclinés vers le bas.Le gaz d'entretien de la combustion, introduit par les conduits 106 et 107 est pratiquement tangentiel à la paroi 101, les orifices 106a, 107a de ces conduits étant disposés pratiquement aux points auxquels les courants de matière des conduits 110 et 111 pourraient heurter la surface interne de la paroi de la chambre 101, Si bien que l'érosion due à lten- trée de la matière est rendue minimale. L'effet global de cette introduction de la matière et de l'air est tel qu'il se forme un courant hélicoïdal de produits de déchets entraînés dans l'air, pratiquement comme indiqué précédemment. Ce courant de matières et d'air reste évidemment le long de la paroi interne 101 de la chambre et continue à descendre en hélice jusqu'à la base de la chambre où le courant de gaz, toujours hélicoïdal, change de sens comme décrit précédemment en référence aux flèches 24 de la figure 1. Comme représenté sur la figure 5, le dispositif 104 d'extrémité comprend une trémie 114 munie d'un dist-ibuteur rotatif 115 communiquant avec un conduit 116 d'évacuation. La trémie 114 constitue un réservoir collecteur destiné à contenir une quantité prédéterminée de cendres qui sont des sous-produits de la combustion, le distributeur 115 permettant l'évacuation. réglée des cendres de la trémie 114 par le conduit 116. Au-dessus de la trémie 114, un dispositif 120 à grille comprend plusieurs ailettes déflectrices distantes 121 permettant le passage des cendres produites par la combustion dans la trémie 114. Les ailettes 121 peuvent être réglables de manière que la dimension des orifices délimités par les ailettes soit réglable et/ou que les angles des ailettes soient réglables. Comme représenté sur la figure 5, un bouchon profilé 126 destiné à régler l'écoulement est porté au-dessus de la grille 120 et délimite avec la paroi 101 une chambre 140 de séjour ayant une embouchure annulaire limitée 136 d'entrée-. Be bouchon 126, la chambre 140 et l'embouchure 136 sont pratiquement identiques au bouchon 26, à la chambre 40 et à l'embouchure 36 décrits en référence aux figures I à 4, et on se réfère à la description Précitée des détails des diagrammes d'écoulement de la matière dans la chambre 105. L'air et les gaz produits par la combustion sont évacués de la chambre 105 par un dispositif 138 placé dans le dispositif 103 de fermeture d'extrémité. Le dispositif 138 d'éva cuation est disposé par rapport au bouchon 126 de la même manière que le conduit 38 est disposé par rapport au bouchon 26, comme décrit précédemment. On considère maintenant en référence à la figure 7 une variante de dispositif de séparation de matières, comprenant un dispositif destiné à purger la chambre de séparation de la matière séparée. Le dispositif de la figure 7 comprend une chambre de séparation 205 comportant une trémie collectrice et une grille. La trémie porte la référence 214 et comprend un distributeur rotatif 215 destiné à évacuer la matière de la trémie 214 à l'extérieur par un conduit 21-6 d'évacuation. La grille 220 qui comprend des ailettes- & stantes 221 est portée au-dessus de la trémie 214 et permet le passage de la matière séparée d'une chambre 240 de séjour dans la trémie 214. Comme représenté sur la figure 7, la chambre 205 de séparation comprend un bouchon 226 porté au-dessus de la grille 220. te bouchon 226 est supporté par rapport à la paroi de la chambre de manière qu'il délimite la chambre 240 et une embouchure 236 d'entrée. Le bouchon 226 est identique au bouchon 26 et il règle le diagramme d'écoulement dans la chambre 205 de la même manière que dans le cas du bouchon 26 décrit en référence aux figures 1 à 4. Un distributeur annulaire perforé 250 est disposé concentriquement au bouchon 226, au-dessus de la grille 220. Le distributeur 250 est relié par un dispositif convenable à une réserve classique de fluide (non représentée) et pulvérise une certaine quantité de fluide dans la région de séparation de particules, à travers la grille 220, vers la trémie 214 et le distributeur rotatif 215, en vue de la purge par le conduit 216 de la chambre 240 et de la trémie 214, lors de l'extraction de la matière séparée. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et'qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Dispositif de séparation et de retrait des matières entraînées par un gaz, caractérisé en ce qu'il comprend un cylindre allongé ayant un premier dispositif d'extrémitil à une extrémité, et un second dispositif d'estrémité à l'autre entre mité, de manière qu'une chambre soit délimitée, un dispositif d'introduction relié à la paroi latérale du cylindre à proximité du premier dispositif d'extrémité et destiné à introduire sous pression le gaz et la matière entraînée dans la chambre, en direction tangentielle au cylindre et axialement vers le second dispositif d'extrémité, de manière qu'il se forme une couche hélicoïdale externe adjacente à la face interne du cylindre, cette couche changeant de direction axiale au niveau du second dispositif d'extrémité et formant une seconde couche hélicoïdale à l'intérieur de la couche externe, un conduit d'évacuation passant à travers le premier dispositif d'extrémité et présentant un orifice d'évacuation concentrique à la chambre et disposé au-delà du dispositif d'introduction vers le second dispositif d'extrémité, et un dispositif de direction d'écoulement associé au second dispositif d'extrémité et dépassant de celui-ci vers l'embouchure du conduit de sortie, le dispositif de direction d'écoulement aboutissant à une certaine distance de cette embouchure de manière que la seconde couche hélicoïdale dépasse l'embouchure d'évacuation , passe à l'extérieur par rapport à elle et change ensuite de direction axiale en formant une troisième couche hélicoïdale placée à l'intérieur par rapport à la seconde couche, le dispositif de direction d'écoulement comprenant un corps effilé comportant un dispositif délimitant une poche annulaire élargie de séjour de la matière entraînée, adjacente au second dispositif d'extrémité et dans laquelle est réalisée l'inversion du sens d'écoulement axial de la première couche, le corps effilé se rétrécissant vers l'extérieur et étant dirigé vers le premier dispositif d'extrémité en délimitant avec la paroi interne du cylindre une embouchure annulaire limitée d'entrée de la poche, la circonférence du corps à l'embouchure d'entrée étant supérieure à celle de l'embouchure d'évacuation du conduit de sortie,de manière que la seconde couche soit déplacée vers l'extérieur lorsqu'elle progresse vers le premier dtp > itZ d'extrémité, à l'extérieur de l'embouchure de sortie au niveau de laquelle la seconde couche change de direction axiale et forme la troisième couche hélicoïdale, le corps effilé comprenant un bout délimitant une extrémité du corps, dirigé vers le conduit de sortie et ayant un profil tel que la direction axiale de la troisième couche est inverse, si bien que cette troisième couche forme un tourbillon stable entre ledit bout du corps effilé et ltembouchure d'évacuation. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'embouchure d'évacuation se trouve à une distance de l'extrémité dudit bout de l'ordre de 5,2 fois le diamètre interne du cylindre, et la largeur de l'embouchure d-'entrée est de l'ordre de 0,34 fois le diamètre interne. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif de direction d'écoulement comprend une base tronconique inversée dépassant du second dispositif d'extrémité vers le bout, l'embouchure d'entrée étant délimitée au niveau du raccord entre ledit bout et la base tronconique. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit bout est formé par un cône dont la génératrice est concave vers l'axa.