Brevet FR2305236A1 — publié le 19761022

La présente invention concerne les matériels destinés à la séparatio es suspensions et des émulsions et a plus précisément pour objet un bol de séparateur centrifuge servant à ladite séparation. Le bol de séparateur centrifuge faisant l'objet del'invention peut trouver des applications dans les séparateurs utilisés dans les industries chimique, métallurgique, les constructions mécaniques, les industries de matériel médical, etc. On connaît universellement un bol de séparateur centrifuge destiné à la séparation des émulsions et des suspensions, qui comprend un tambour dans lequel est logé un empilement de plateaux coniques à lames rapportées sur ceux-ci et orientées essentiellement de la partie centrale des plateaux vers leur périphérie et séparant les plateaux coniques voisins. le bol est équipé de moyens destinés à l'admission du liquide à séparer à 11 empilement de plateaux coniques, à évacuer le liquide séparé et à décharger les dép8ts hors du tambour. Les lames rapportées sur les plateaux coniques sont d'une meme longueur dans tout le paquet de plateaux coniques, et le nombre de lames sur chaque plateau conique de l'empilement est identique. Le liquide à séparer, tel qu'une suspension ou une émulsion , est amené par les moyens d'admission dans la chambre limitée par les parois du tambour et par ltempilement de plateaux coniques, et passe de là à l'empilement de plateaux coniques. Dans l'espace entre les plateaux coniques, au cours de l'écoulement du liquide du diamètre maximal des plateaux coniques jusqu'à leur diamètre minimal, des particules se déposent sur le plateau conique. Les particules déposées forment sur une face du plateau conique une couche de dépôt qui glisse en continu dans la chambre entre le tambour et l'empilement de plateaux coniques et qui vient se déposer sur la paroi du tambour. Le dépôt est déchargé périodiquement ou en continu du tambour par des moyens d'évacuation. A la sortie de l'empilement de plateaux coniques, le liquide séparé passe dans les moyens d'évacuation dudit liquide. Les bols de ce genre ont trois inconvénients majeurs, qui compromettent sensiblement la qualité e la séparation et qui détériorent le débit des séparateurs : l'écoulement en sens inverses du liquide et du dépôt dans l'espace entre les plateaux, où intervient la séparation, I'entra4nement des particules qui se sont déposées par le liquide séparé à cause du fort gradient de vitesses dans les couches de liquide à la surface du dépôt dans l'espace entre les plateaux, et la charge irrégulière des espaces entre les plateaux suivant la longueur de l'empilement de plateaux coniques. On connaît déjà des bols de séparateurs centrifuges dont la conception permet d'éliminer les inconvénients précités. C'est ainsi que l'on connaît un bol dont chaque interstice entre les plateaux comporte un plateau perforé complémentaire (brevet du Japon nO 29 24397). L'interstice entre les plateaux, dans un bol de ce type, est divisé en deux parties, dont une supérieure et une inférieure. Le débit de liquide à travers l'interstice supérieur est réduit par fixation sur le plus petit diamètre du plateau conique d'une bague d'étranglement spéciale. Le liquide à séparer arrive à l'empilement de plateaux coniques du côté du plus grand diamètre des plateaux coniques. Les particules solides présentes dans le liquide se déposent dans l'interstice inférieur entre les plateaux sur le plateau perforé et sont évacuées, à travers les orifices qui y sont pratiqués, dans l'interstice supérieur entre les plateaux, où les mouvements. du liquide sont très réduits. Il s'ensuit qu'après sédimentation dans l'espace supérieur entre les plateaux, sur la paroi du plateau conique, les particules forment un dépit qui se déplace avec un écoulement lent en sens opposé du liquide vers le plus grand diamètre des plateaux coniques, Un bol de ce genre permet de supprimer les deux premiers inconvénients, mais le troisième inconvénient, résidant dans l'irrégularité de charge des plateaux coniques suivant la longueur de l'empilement, demeure. En outre, l'introduction d'un plateau perforé additionnel entre chaque couple de plateaux coniques augmente les dimensions du bol. Dans certains bols connus, seul le troisième inconvénient est supprimé, c'est-à-dire la charge non uniforme des interstices entre les plateaux suivant la hauteur de l'empilement de plateaux. C'est ainsi que dans un bol de ce genre (cf. le certificat d'auteur dé l'U.R.S.S. NO 157 168) le flux de liquide dans l'interstice entre les plateaux est étranglé par fixation, suivant la périphérie des plateaux coniques à la sortie du liquide purifié de l'empilement, d'une chicane annulaire qui forme une fente annulaire avec le plateau conique adjacent.En cas d'étranglement, la chute de pression totale faisant avancer le liquide à travers les interstices entre les plateaux augmente au point que la différence de pertes de charge disponible dans les interstices entre les plateaux les plus éloignés du moyen destiné à l'amenée du liquide à séparer et dans ceux qui en sont les plus proches n'a qu'une grandeur relative modérée. De cette manière on égalise la charge des interstices entre les plateaux suivant la longueur de l'empilement de plateaux coniques. Toutefois, le débit d'un bol de ce genre est réduit. En outre, il est difficile, au point de vue technologique, de réaliser une fente annulaire d'une largeur uniforme ne dépassant pas 0,2.10 3 m entre la chicane annulaire et le plateau conique.Dans ce bol demeurent également les deux premiers inconvénients précités, c'est-à-dire les mouvements opposés du liquide et du dépôt dans l'interstice entre les plateaux et I'en-trafnement des particules qui se sont déjà déposées dans le liquide purifié à cause du fort gradient de vitesses au voisinage de la surface du dépôt. On connaft an outre un bol (brevet de la République Fédérale d'Allemagne nO 1 598 204), dans lequel on a supprimé en partie l'irrégularité de la charge des interstices entre les plateaux par évacuation du liquide purifié de part et d'autre du bol, c'est-à-dire par séparation du bol en deux parties qui ont en commun un tambour et un moyen d'introduction du liquide. Toutefois, dans ce bol, on n'a pas évité les deux inconvénients précités. On connaRt également un bol ( certificat d'auteur de l'U.R.S.S. NO 234 937), dans lequel, pour égaliser les charges des interstices entre les plateaux, on emploie des dispositifs régulateurs spéciaux qui sont disposés hors de 11 empilement de plateaux coniques ; toutefois, cette construction est très compliquée au point de vue technique pour la fabrication. On s' est donc proposé de créer un bol de séparateur centrifuge destiné à séparer des suspehsions et des émulsions, dans lequel les mouvements opposés du liquide et du dépôt à l'intérieur de l'interstice entre les plateaux serait réduit, le gradient des vitesses dans les couches de liquide à la surface du dépôt dans l'interstice entre les plateaux serait abaissé, et les interstices entre les plateaux sur toute la longueur de l'empilement seraient uniformément chargés de liquide à séparer, ce qui permettrait d'augmenter sensiblement le débit du séparateur et d'améliorer considérablement la dualité de la séparation. La solution consiste en ce que dans un bol de séparateur centrifuge destiné à séparer des suspensions et des émulsions, comprenant un tambour dans lequel est logé un empilement de plateaux coniques portant des lames rapportées, orientées essentiellement de la partie centrale des plateaux coniques vers leur périphérie et disposées dans les jeux entre les plateaux coniques voisins, ainsi que des moyens d'amenée du liquide à séparer à l'empilement de plateaux coniques et des moyens de déchargement du dépôt et d'évacuation du liquide qui en est séparé, suivant l'invention chacun des plateaux coniques est muni d'au moins deus bossages sur lesquels prend appui le plateaux conique voisin et dont la-hauteur est telle que le jeu assuré par l obits bossages entre les plateaux coniques dépasse la hauteur des lames. Il est avantageux que lesdits bossages soient disposés sur les lames. Il est recommandé d'utiliser des lames de longueur variable augmentant au fur et à mesure que les plateaux coniques s'éloignent des moyens d'admission du liquide à séparer. Il est également recommandé que le nombre de lames sur les plateaux coniques soit variable et aille en augmentant au fur et à mesure de l'éloignement des plateaux coniques par rapport aux moyens d'admission du liquide à séparer. Dans un tel bol de séparateur centrifuge on réduit les mouvements opposés en sens inverses du liquide et du dépôt dans l'interstice entre les plateaux, on diminue le gradient des vitesses dans les couches de liquide à la surface du dépôt dans l'interstice entre les plateaux, et les interstices entre les plateaux sur toute la longueur de l'empilement de plateaux coniques sont uniformément chargés de liquide à séparer, ce qui permet d'augmenter dans une proportion allant de 200 à 500 le rendement des séparateurs munis d'un bol suivant l'invention par comparaison avec les séparateurs connus, sans modifier les cotes d'encombrement du tambour et de l'empilement de plateaux conques et tout en préservant la qualité de la séparation du liquide.Si on maintien au même niveau, le rendement du séparateur à bol suivant l'invention, on arrive à améliorer de plusieurs fois la qualité de la séparation du liquide par comparaison avec les séparateurs munis d'un bol de type connu. L'augmentation de la concentration en particules de la suspension ou de l'émulsion à séparer admise dans le bol n'a qu'une influence négligeable sur la qualité de la séparation dans le bol suivant l'invention, ce qui élève la fiabilité du fonctionnement du séparateur dans les conditions industrielles, lorsque les variations de la concentration en particules du liquide admis dans le bol peuvent être considérables. Un autre avantage du bol suivant l'invention réside dans le fait que sa construction est telle, qu'elle permet de transformer avec des frais minimes les bols existants de séparateurs de différents types, de manière à les rendre conformes au bol faisant l'objet de la présente invention. encore un autre avantage du bol suivant l'invention réside dans la possibilité d'augmenter dans une proportion allant de200% à 500% (ou davantage) le débit du séparateur dans lequel il est utilisé, en accroissant le nombre de plateaux dans l'empilement, ce qui, dans les bols connus, n'était pas avantageux étant donné la charge irrégulière des interstices entre les plateaux le long de l'empilement de plateaux coniques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description, qui va suivre, de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs illustrés par les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente un bol de séparateur- centrifuge, (vue en coupe longitudinale) suivant l'invention - la figure 2 représente deux plateaux coniques voisins (vue en coupe longitudinale, à échelle agrandie) suivant l'invention - la figure 3 représente le plateau conique le plus voisin du moyen servant à l'admission du liquide à séparer (vue en plan) - la figure 4 représente un plateau conique éloigné du moyen servant à l'admission du liquide à séparer(vue en plan) - la figure 5 est une vue en coupe suivant V-V de la figure 3 - la figure 6 est une vue en coupe suivant VI-VI de la figure 3 - la figure 7 illustre un autre mode de disposition d'une lame sur un plateau conique, conformément à l'invention - la figure 8 montre encore un mode de disposition d'une lame et de ses bossages sur un plateau conique, suivant l'invention - la figure 9 montre encore un mode de disposition d'un bossage sur un plateau conique, suivant l'invention - la figure 10 est une vue en plan illustrant encore un mode de réalisation des bossages suivant l'invention. Le bol du séparateur centrifuge comporte un tambour 1 (figure 1) dans lequel est logé un empilement 2 de plateaux coniques 3 (figures 1 et 2) fixés sur un porte-plateaux 4 (figure 1). Le porte-plateaux 4 est rapporté sur le corps 5 du bol, lui même fixé au moyeu 6 qui est calé sur l'arbre 7 du séparateur. Les moyens servant à amener le liquide à séparer à l'empilement 2 de plateaux coniques 3 comprennent une chambre annulaire 8 ménagée dans le corps 5 et d'oU partent des canaux 9 communiquant avec des canaux formés par des nervures 10 sur le porte-plateaux 4.Les moyens servant à évacuer de l'empilement 2 de plateaux coniques 3 le liquide séparé du dépôt comprennent des canaux 11 pratiqués dans le porte-plateaux 4 et qui communiquent avec des canaux 12 pratiqués dans le corps 5, ainsi qu'une chambre annulaire 13 qui communique avec les canaux 12 et d'où le liquide est prélevé à l'aide d'un tube d'aspiration (non représenté). Dans d'autres versions d'exécution du bol, les canaux destinés à l'admission du liquide à séparer et à l'évacuation du liquide séparé peuvent être exécutés dans les différentes pièces disposées de part et d'autre de l'empilement de plateaux coniques (non représenté). Le moyen destiné au déchargement du dépôt hors du tambour 1 est un orifice 14 pratiqué à la partie inférieure du tambour 1. Dans des bols d'autres conceptions suivant l'invention, on peut utiliser pour le déchargement des dépits d'autres moyens, comme par exemple des tuyères, une vis d'Archimède, des fentes ouvrantes ou d'autres moyens analogues, le déchargement du dépôt pouvant se faire aussi bien d'une façon périodique qu'en continu. Aux plateaux coniques 3 (figures 2 et 3)sont fixées des lames 15 orientées radialement et disposées dans les interstices entre les plateaux coniques voisins 3. Ces lames peuvent entre également disposées sous un certain angle par rapport à la génératrice du plateau conique (non représenté), mais doivent rester orientées essentiellement de la partie centrale du plateau conique vers sa périphérie. Bes lames sont de longueurs variables qui augmentent au fur et à mesure que les plateaux coniques s'éloignent des moyens destinés à l'admission du liquide à séparer. C'est ainsi que les lames 15 du plateau conique 3 représenté sur la figure 3 et qui vient en premier dan + 'empilement 2 (figure 1) en comptant à partir des canaux formés par les nervures 10, sont réalisées plus courtes que les lames 15' (figure 4) du plateau conique 3' qui, dans l'empilement 2 (figure 1), est disposé à une plus grande distance des canaux formés par les nervures 10. Le nombre de lames 15 (figure 3) sur le plateau conique 3 est inférieur au nombre de lames 15' (figure 4) sur le plateau conique 3'. Il est possible toutefois de confectionner des bols suivant l'invention dont les plateaux coniques ont des lames de longueurs variables comme décrit dans ce qui précède, mais dans lesquels le nombre de lames reste identique sur tous les plateaux coniques de l'empilement. Par sélection de la longueur et du nombre de lames, on peut régler la charge des interstices entre les plateaux sur toute la longueur de l'empilement 2 (figure 1) de plateaux coniques 3, en égalisant les pertes de charge au passage du liquide des canaux formés par les nervures 10 vers les canaux 11 dans n'importe lequel des interstices de l'empilement 2 de plateaux coniques. l'es lames peuvent entre rapportées aussi bien sur la face extérieure que sur la face intérieure des plateaux coniques, selon la densité des particules qui se séparent du liquide dans l'empilement 2. Si la densité des particules est plus grande que celle du liquide, la fixation des lames correspond celles représentées sur les figures 5 et 6, alors que Si la densité des particules est inférieure à la densité du liquide, les lames se fixent sur la face intérieure du plateau conique, comme les lames 15" (figures 7 et 8). Chaque plateau conique 3 comporte des bossages 16 (figures 2 et 3) sur lesquels prend appui le plateau conique 3 voisin.Le nombre de bossages 16 sur tous les plateaux coniques 3 est identique et au moins égal à deux sur chaque plateau conique 3 ; à l'état assemblé, tous les bossages 16 sont disposés strictement les uns au-dessus des autres. Les bossages 16 permettent d'obtenir entre deux plateaux coniques 3 voisins un jeu qui est supérieur à la hauteur des lames 15, comme le montre la figure 2. Les bossages 16 sont fixés sur les lames 15 des plateaux coniques 3. Toutefois, ils peuvent également se fixer directement aux plateaux coniques 3, comme par exemple les bossages 16' (figure 9). Cependant, une telle disposition des bossages fait naître des zones de turbulence lors de ltécoulement du flux liquide autour des bossages. Lorsque les bossages sont disposés sur les lames, ils se trouvent dans une zone où les vitesses du liquide sont faibles, ainsi qu'il ressort de la suite de la description ci-après, et pour cette raison il ne se forme pas de zones turbulentes. Sur le plateau conique 3 portant les lames 15" (figure 8) disposées sur la face intérieure du plateau conique 3, il est avantageux également de disposer le bossage 16 sur la face intérieure du plateau conique 3. La forme des bossages, vue en plan, peut elle aussi varier. C'est ainsi que le bossage 16 de la figure 4 a, en plan, une forme polygonale, alors que le bossage 17 de la figure 10 a une forme circulaire. Le bol de séparateur centrifuge conforme à l'invention fonctionne de la manière suivante. Au cours de la rotation du bol, l'admission du liquide à séparer dans la chambre comprise entre i'empilement 2 (figure 1) de plateaux coniques 3 et le tambour 1 s'effectue par les canaux 9 et les canaux formés par les-nervures 10. De ladite chambre, le liquide s'écoule dans les interstices de l'empilement 2 de plateaux coniques 3.Au cours de son déplacement radial allant du plus grand diamètre des plateaux conique 3 vers son plus petit diamètre, le liquide contenu danses interstices entre les plateaux est soumis aux effets de l'accélération de Coriolis. Ia perte de charge lors du mouvement du liquide dans l'interstice annulaire 18 (figure 2) limité par la surface intérieure du plateau conique 3 et la surface supérieure des lames 15 est de plusieurs fois supérieure à celle qui se produit dans l'espace entre les lames 15 étant donné que le liquide devance la rotation des plateaux coniques 3 dans l'espace 18, aussi le débit de liquide entre ces deux espaces est réparti de façon que la majeure partie, c'est-à-dire 80 à 90%,du liquide s'écoule dans l'espace entre les lames 15, alors que dans l'espace 18 il se forme une zone de stagnation où le mouvement du liquide est négligeable. La présence d'une telle zone de stagnation dans l'espace 18 entrasse une réduction considérable du mouvement mutuellement opposé du liquide et du dépôt et une réduction du gradient des vitesses au voisinage de la surface de la couche de dépôt qui se déplace sur la paroi intérieure du plateau conique 3. Ces avantages apparaissent nettement lorsqu'on analyse l'épure des vitesses du liquide dans l'interstice entre les plateaux, qui est représentée sur la figure 2 et où les vitesses de déplacement du dépôt et du liquide séparé sont représentées par des flèches. Dans l'espace entre les lames 15 s'effectue la séparation des particules du liquide, alors que dans ltespace 18 la couche 19 de dépôt glisse sur le plateau conique 3 vers la chambre entre le tambour 1 (figure 1) et l'empilement 2 de plateaux coniques 3. Dans cette chambre, le dépôt se forme sur la paroi du tambour 1 d'où il est périodiquement déchargé à travers l'orifice 14 lors de l'arrêt du bol. Le liquide séparé des particules est évacué de l'empilement 2 de plateaux--coniques 3 par les canaux il et 12 vers la chambre 13, d'où il est soutiré au moyen d'un tube d'aspiration. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous -les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Bol de séparateur centrifuge destiné à la séparation des suspensions et des émulsions, du type comportant un tambour dans lequel est logé un empilement de plateaux coniques sur lesquels sont fixées des lames orientées essentiellement de la partie centrale des plateaux coniques vers leur périphérie et disposées dans les interstices entre les plateaux coniques voisines, ainsi que des moyens d'amenée du liquide à séparer audit empilement de plateaux coniques et des moyens de déchargement du dépôt formé et d'évacuation du liquide séparé de celui-ci, caractérisé en ce que chacun des plateaux coniques est muni d'au moins deux bossages sur lesquels prend appui le plateau conique voisin et qui assurent entre les plateaux coniques voisins un interstice plus grand que'la hauteur des lames. 2. Bol suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits bossages sont disposés sur les lames. 3. Bol suivant l'une des revendications 1, et 2 caractérisé en ce que lesdites lames sont de longueur variable augmentant au fur et à mesure qu'augmente la distance entre chacun des plateaux coniques sur lequel elles sont disposées et lesdits moyens d'amenée du liquide à séparer. 4. Bol suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le nombre de lames sur les plateaux coniques est variable et augmente au fur et à mesure qu'augmente la distance entre chacun des plateaux coniques sur lequel elles sont disposées et lesdits moyens d'amenée du liquide à séparer.