Brevet FR2334419A1 — publié le 19770708

L'invention se rapporte à l'équipement destiné à réaliser les processus d'échange des masses entre les liquides et notamment aux appareils d'extraction centrifuge liquide-liquide et elle peut être appliquée dans l'industrie chimique, pétrochimique, hydrométallurgique, en médecine et dans d'autres branches de l'industrie. On connaît des appareils d'extraction centrifuges liquide-liquide (cf. le brevet des Etats-Unis NO 2 319 015 comportant un rotor en forme de cylindre creux et un arbre fixe, disposé coaxialement par rapport au rotor, qui sont montés dans un corps commun, ainsi que des moyens mettant le rotor en mouvement rotatif. Le rotor est constitué par un cylindre creux sur les parois intérieures duquel sont fixées des cloisons circulaires délimitant dans l'espace qui les sépare des zones de mélange et de séparation des liquides. Sur l'arbre sont fixés des agitateurs en forme de plaques, ont les bords périphériques sont disposés dans les espaces entre les cloisons circulaires du rotor. Pour amener et évacuer des liquides lourd et léger, on a prévu des tubulures correspondantes. Pendant le fonctionnement de l'extracteur, les liquides lourd et léger (solution à traiter et solvant) se déplacent le long de l'axe du rotor et à contre-courant, en se mélangeant plusieurs fois dans les zones de mélange et en se séparant dans les zones de séparation. En conséquence, le ou les constituants à extraire passent de la solution au solvant. Cependant, le réglage de l'intensité du mélange des liquides dans ces appareils d'extraction centrifuge se fait soit en rempla çant les agitateurs, ce qui nécessite un démontage difficile de l'zip pareil, soit par modification de la vitesse de rotation du rotor,ce qui n'est pas rationnel, car, au point de vue de la séparation des liquides, il est très avantageux que la vitesse de rotation du rotor ait la valeur maximale admissible, mais cette vitesse est limitée par les conditions de robustesse de l'appareil. Cette condition se traduit par un faible rendement unitaire de l'appareil d'extraction centrifuge connu. On connaît d'autres appareils d'extraction centrifuge comportant un rotor et un arbre, montés dans un corps commun. L'arbre peut être soit fixé, soit entraîné en rotation par un entraînement individuel (cf.le brevet français nO 1 541 754). Dans cet appareil d'extraction, le rotor est réalisé également sous forme d'un cylindre creux. Sur ses parois intérieures sont fixées des cloisons circulaires délimitant dans l'espace qui les sépare des zones circulaires de mélange et de séparation des liquides. Des agitateurs en forme de disques à fentes, dont les bords périphériques sont disposés dans les espaces existant entre les cloisons circulaires du rotor, sont fixés sur l'arbre intérieur. On a prévu aussi des moyens pour l'amenée et l'évacuation des liquides lourd et léger et des moyens qui entraînent en rotation soit le rotor, soit le rotor et l'arbre et qui peuvent être réalisés sous forme d'un entraînement électrique et d'une transmission textrope. La conception des cloisons circulaires du rotor est telle que les liquides se déplacent en courants parallèles dans chaque zone distincte de mélange et de séparation, le contre-courant des liquides lourd et léger étant respecté dans l'appareil d'extraction en général. On l'assure en prévoyant pour l'écoulement du liquide lourd de la zone de séparation vers la zone de mélange suivante des liquides,des canaux formés par la paroi intérieure du rotor et la paroi extérieure des cloisons circulaires. En comparaison avec les appareils d'extraction centrifuge qui possèdent des zones de mélange et de séparation dans lesquelles les liquides lourd et léger se déplacent en contre-courant, on a supprimé dans ces appareils les résistances notables opposées au passage du liquide. Cependant, la conception des dispositifs de mélange n'est pas assez efficace au point de vue du mélange des liquides et la construction de l'extracteur centrifuge n'est pas suffisamment simplifiée. En plus, lorsque l'arbre intérieur est fixe, il est impossible de régler l'intensité de mélange des liquides dans cet appareil, ce qui se traduit par une baisse du rendement, comme cela a déjà été mentionné. La version de réalisation de l'appareil d'extraction centrifuge dans lequel le rotor et l'arbre tournent est caractérisée par un inconvénient qui consiste en ce qu'en ce cas l'appareil est doté de deux entraînements, ce qui augmente les consommations d'énergie et complique la conception. On s'est posé le problème de mettre au point un tel appareil d'extraction centrifuge liquide-liquide, dans lequel on assure avec une conception simple un mélange intensif des liquides et qui serait doté d'un moyen fiable permettant de régler l'intensité d'agitation des liquides sur une large plage, ce qui permettrait de traiter des liquides de propriétés physico-chimiques différentes, et de créer une conception universelle de l'extracteur. Le problème posé est résolu par un appareil d'extraction liquide-liquide, du type comportant deux rotors montés coaxialement dans un corps commun et dotés de moyens qui les mettent en mouvement rotatif, le rotor extérieur étant réalisé sous forme d'un cylindre creux sur les parois intérieures duquel sont fixées des cloisons circulaires délimitant dans les espaces qui les séparent des zones annulaires de mélange et des zones de séparation des liquides, tandis que le rotor intérieur est constitue par une rangée de disques fixés sur un arbre, les bords périphériques desdits disques étant disposés dans les espaces existant entre les cloisons circulaires du rotor extérieur et formant les zones de mélange, cet appareil comprenant également des moyens pour amener et évacuer les liquides lourd et léger, et étant caractérisé, conformément à l'invention,en ce que des palettes d'agitation orientées radialement sont fixées sur l'une des faces de chacun des disques. Les moyens destinés à imprimer le mouvement rotatif aux rotors extérieur et intérieur peuvent comporter un entraînement relié à l'arbre de l'un des rotors et un frein hydraulique coopérant avec l'arbre de l'autre rotor. Le frein hydraulique peut être réalisé sous forme d'une pompe hydraulique dont l'arbre est accouplé à l'arbre du rotor et qui est dotée d'une canalisation de circulation fermée, pourvue d'un étranglement de réglage. Cet appareil d'extraction centrifuge se caractérise par une haute efficacité et une conception simple et par son universalité, car les agitateurs en forme de disque, dont une face est dotée de palettes d'agitation radiales, permettent de mélanger de façon intensive les liquides dans les zones de mélange et de transmettre la rotation du rotor extérieur au rotor intérieur, relié au frein hydraulique, ce qui assure le réglage progressif de la vitesse de rotation de ce rotor intérieur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels - la Fig.l représente schématiquement la coupe longitudinale d'un appareil d'extraction centrifuge liquide-liquide conforme à l'invention; - la Fig. 2 représente le même appareil avec son entraînement. L'appareil d'extraction centrifuge liquide-liquide représenté comporte deux rotors montés dans un corps commun (Fig.l) et disposés coaxialement. Le rotor extérieur 2 est exécuté sous forme d'un cylindre creux sur les parois intérieures duquel sont fixées des cloisons circulaires 3, délimitant dans les espaces qui les séparent des zones annulaires 4 de mélange des liquides et des zones annulaires 5 de séparation de ces liquides. Le rotor intérieur 6 est constitué par une rangée des disques 7 fixés sur un arbre. Les bords périphériques de ces disques sont disposés dans les espaces existant entre les cloisons circulaires 3 du rotor extérieur 2 et formant les zones de mélange 4, et sur l'une des faces de chacun de ces disques sont fixées des palettes d'agitation 8 orientées radialement. Dans les parois du rotor extérieur 2 sont ménagés des canaux 9 et des orifices 10 pour le passage du liquide lourd. L'arbre du rotor intérieur 6 est doté d'un mandrin destiné à rendre plus aisée la fixation des disques 7. Les zones de séparation 5 sont dotées do ailettes 12 servant à mettre le liquide en rotation et d'une cloison circulaire 13 fixée sur ces ailettes 12 et supprimant la pénétration de l'émulsion d'une zone de mélange 4 à l'autre. L'appareil d'extraction centrifuge est doté d'une part de moyens amenant les liquides lourd et léger et qui sont réalisés sous forme de tubulures 14 et 15 respectivement, et d'autre part de moyens évacuant de l'appareil d'extraction les liquides lourd et léger et constitués par des tubulures de refoulement 16 et 17 respectivement. Le moyen mettant le rotor extérieur 2 en mouvement rotatif est constitué par un entraînement comportant un moteur électrique 18 (Fig.2) et une transmission "texrope" 19 coopérant avec l'arbre 20 du rotor extérieur 2. L'arbre 21 du rotor intérieur 6 est relié à un frein hydraulique comprenant une pompe hydraulique 22, dont l'arbre est lié à cet arbre 21 par l'intermédiaire d'un accouplement 23 et qui est dotée d'une boucle de circulation fermée constituée par une conduite 24, un petit réservoir 25 rempli de liquide, d'huile par exemple, et un étranglement de réglage 26. I1 est possible de relier l'arbre 21 du rotor intérieur 6 à l'entraînement et l'arbre 20 du rotor extérieur 2 au frein hydraulique ce qui n'est pas représenté. C'est grâce aux palettes d'agitation 8 transmettant la rotation au rotor intérieur 6 pendant la rotation du rotor extérieur 2 qu'on a réussi à réaliser les moyens servant à mettre les rotors en mouvement rotatif sous forme d'un entraînement relié à l'arbre de l'un des rotors et d'un frein hydraulique relié à l'arbre de l'autre rotor. Cependant, au besoin, il est possible de relier les deuxar- bres 20 et 21 à des entraînements indépendants. Dans ce cas, les deux arbres 20 et 21 peuvent être dotés par exemple de poulies 27 et 28 (Fig.l) liées à des moteurs électriques par l'intermédiaire de transmissions "texrope" (non représentées) et les palettes d'agitation 8 ne servent qu'â intensifier le mélange des liquides. Pour la vidange complète, l'appareil est doté d'une tubulure 29. L'appareil d'extraction centrifuge liquide-liquide proposé fonctionne de la manière suivante A partir du moteur électrique 18 (Fig.2), la rotation est transmise par l'intermédiaire de la transmission 19 au rotor extérieur 2. En même temps, on amène dans l'appareil les liquides lourd et léger à travers les tubulures 15et 14 (Fig.l). Ensuite, la rotation est transmise à l'arbre 21 du rotor intérieur 6 par l'intermédiaire de la couche du liquide en rotation. La rotation est communiquée au liquide par les ailettes 12 du rotor extérieur 2 et par les palettes d'agitation 8 des disques 7. A partir de l'arbre 21 du rotor intérieur 6, la rotation est transmise à l'organe opératoire de la pompe hydraulique 22 (Fig.2) par l'intermédiaire de l'accouplement 23.Cette pompe puise le liquide du réservoir 25 et le fait circuler dans un système fermé constitué par : pompe hydraulique 22, réservoir 25-pompe hydraulique 22 à travers la conduite 24. La vitesse de rotation de l'arbre 21 (Fig.1,2) du rotor intérieur 6 est réglée au moyen de l'ouverture de l'étranglement de reglage 26 (Fig.2), ce qui assure la variation de l'intensité du mélange des liquides. Le liquide léger parvient à la zone inférieure de mélange 4 (Fig.l) du rotor extérieur 2. Ensuite, le liquide se déplaçant vers le haut suivant l'axe du rotor extérieur 2 traverse successivement une rangée de zones de mélange 4 et de zones de séparation 5 des liquides. Après la sépa ration dans la zone de séparation 5, le liquide lourd parvient à la zone inférieure de mélange 4. A l'aide des palettes d'agitation 8 fixées sur les disques 7, les deux liquides en forme d'émulsion sont véhiculés dans la zone de séparation 5, et se mélangent de intense pendant le passage à travers la zone de mélange Lè Iiǔ:ide lourd parvient à la zone supérieure de mélange 4 d'ou il est transporté vers la zone supérieure de séparation après mélange avec du liquide léger en forme d'émulsion. Ensuite, après la séparation,le liquide lourd parvient à la zone de mélange i suivante, par les canaux 9 et les orifices 10 des cloisons circulaires. Après toutes les zones de mélange 4 et de séparation 5, 1. liquide léger est évacué hors du rotor extérieur 2 à travers la tubulure de refoulement 17, tandis que le liquide lourd est évacué hors du rotor extérieur 2 à travers la tubulure de refoulement 16. Ainsi, les liquides lourd et léger se déplacent dans chaque zone de mélange 4 et dans chaque zone de séparation 5 en courants parallèles, leur écoulement général étant à contre-courant suivant l'axe du rotor extérieur 2. A l'arrêt de l'extracteur centrifuge, l'appareil est vidangé des liquides par la tubulure 29. REVENDICATIONS 1 Appareil d'extraction centrifuge liquide-liquide,du type comportant deux rotors pontés coaxialement dans un corps commun et dotés de moyens qui les mettent en mouvement rotatif, le rotor cxtérieur étant réalisé sous forme d'un cylindre creux sur les parois intérieures duquel sont fixées des cloisons circulaires délimitant dans les espaces qui les séparent des zones annulaires de mélange et des zones de séparation des liquides, tandis que le rotor intérieur est constitué par une rangée de disques fixés sur un arbre, les bords périphériques desdits disques étant disposés dans les espaces existant entre les cloisons circulaires du rotor extérieur et formant les zones de mélange, cet appareil comprenant également des moyens pour amener et évacuer les liquides lourd et léger, caractérise en ce que des palettes d'agitation orientées radialement sont fixées sur l'une des faces de chacun des disques du rotor intérieur. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens destinés à communiquer le mouvement rotatif au rotor extérieur et au rotor intérieur comportent un entraînement relié à l'arbre de l'un des rotors et un frein hydraulique coopérant avec l'arbre de l'autre rotor. 3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le frein hydraulique est réalisé sous forme d'une pompe hyadraulique dont l'arbre est relié à l'arbre du rotor et dotée d'une canalisation de circulation fermée comprenant un étranglement de réglage.