Brevet FR2417326A1 — publié le 19790914

L'invention se ranoorte à un ensemble de faible encombrement pour la décantation en continu par gravité des constituants solides en suspension dans un liquide quelconque et fournir ainsi d'une part une phase clarifiée et d'autre part un produit semi-liquide ou boues. On connaît par différents articles techniques le pouvoir de séparation nar gravité des composants solides d'un liquide par la présence de plaques inclinées immergées dans la suspension ou simplement l'écoulement le long des parois latérales d'un cône des matières ?lus denses en suspension. La Drésente invention procède du principe de sépara- tion lamellaire déjà largement utilisé en épuration sous la forme de séries de plaques parallèles inclines dans des structures olus ou moins elaborées. En effet, les procédés de décantation lamellaire par gravité utilisant des lamelles inclinées relèvent de trois dispositions de principe donnant naissance à des structures différentes. Il s'agit - d'une séparation gravitaire à contre-courant effec- tuée dans une installation fermée possédant une entrée inférieure par exemple latérale au-dessus d'une fosse à boues, une série de plaques narallè les inclinées à forte nente et une sortie supé- rieure à l'opposé de l'entrée. Ici la pente est forte car l'ascension du clarifié tend à ralentir la descente des boues. - d'une séparation gravitaire à co-courant nrésentant une entre supérieure et une série de polaques paral- lèles de faible inclinaison acheminant les boues par glissement dans un réceptacle pyramidal ou parallé- lépipédique. - d'une séparation gravitaire à courants croises où le flot continu s'écoule transversalement aux pla aunes, les boues se déposant sur les plaques se ras semblent sur leur bord inférieur où elles sont diri géies vers une évacuation car un collecteur. Ici l'angle d'inclinaison est intermédiaire. Il s'agit en ne provoquant qu'une faible perte de charge, de récunerer le maximum de boues sur la sur face la plus faible possible. L'évacuation de l'eau s'effectue à sa partie supérieu- re et on prévoit donc des chicanes le long des plaques pour la remontée de l'eau avec la progression des boues vers le bas. Bien entendu les valeurs des angles d'inclinaison et des intervalles entre lamelles sont étudiées en fonction des caractéristiques des produits. Ces installations présentent parfois des difficultés opératoires et de mise en oeuvre dues aux interférences non négligeables entre les courants convectifs et l'écoulement imposé. Il apparaît que la mise en oeuvre du principe à courant croisé par plaques parallèles soit à cet égard préférable. Toutefois, la collecte des boues y exige une trémie de longueur égale à celle des plaques d'une part et l'expérience montre que dans certaines applications les plaques verticales du collecteur perturbent le processus de décantation La présente invention a pour but de réaliser à un degré avancé la séparation par décantation entre un liquide et les particules solides ou les flocs de faibles dimensions qu'il véhicule. L'invention se caractérise par un ensemble de forme générale conique pourvu à son intérieur d'une pluralité de chicanes de Préférence de surface latérale conique, ouverte vers le haut de dimensions successivement réduites, chicanes disposées à intervalles en principe réguliers et présentant une paroi la térale de conformation lisse, pourvue d'ouvertures latérales et d'une évacuation vers le bas, l'ensemble étant destiné à créer un chemin en labyrinthe horizontal pour la création d'une sédimentation par courants croisés. Cet ensemble ou installation présente de nombreux avantages propres. Il s'agit d'une façon non limitative des avantages suivants - les diverses zones opèrent sur des états successifs différents de la suspension améliorant sensiblement le rendement. Il s'agit en fait, d'une succession com pacte de plusieurs décanteurs en série traitant une suspension de plus en plus claire. Cette structure et configuration s'avèrent particuliè- rement bien adaptées au fait que la suspension décante de plus en plus lentement au fur et à mesure qu'elle se clarifie. Bien entendu, les mises au point permettront d'optimiser les formes et dimensions en fonction des caractéristiques du produit à traiter - l'entrée dans une zone s'effectue au travers de chaque élément incliné par une ouverture de surface relative importante et s'étendant sur une hauteur appréciable permettant de mainte nir des écoulements croisés sans dispositifs récupérateurs élaborés - la structure même de cet ensemble. permet un rassemblement et une récupération aisés de toutes les boues à sa base sans avoir recours à des dispositifs perturbateurs de l'ecoule- ment ou du processus de décantatipn. En effet, tous les trajets de sédiments sont naturellement concourants et aboutissent à la pointe inférieure. - opération de décantation de courte durée par transfert rapide vers le fond des dépôts sédimentés après un faible parcours en décan tation la configuration intérieure qui assure un effet d'accélération de la séparation par une convection orientée selon les oénératri- ces du cône, due à la densité supérieure des produits sédimentés sur leurs faces inter nes, convection qui emmène ceux-ci rapidement vers le bas aucune intersection d'écoulement préjudicia- ble à la bonne séparation par écoulement on évite par la configuration interne les accélérations brusques préjudiciables à une bonne décantation afin de séparer le mieux possible des fractions de viscosités et den sites proches ;; ensemble d'encombrement réduit pour des per formances intéressantes : abaissement du temps de séjour, rendement amélioré ensemble compact, fermé qu'il est facile de maintenir à une valeur de température donnée. Finalement, cet ensemble ou appareil se prête particulièrement bien à la séparation du suspensions difficiles à décanter et en particulier deux phases de densité proches car il permet - un trajet suffisamment long sur les éléments inclinés pour les liquides sans qu'il en résul te un encombrement prohibitif - une évacuation des sédiments sans recours à des dispositifs perturbateurs de l'écoulement - une extraction du liquide clarifié sans pertur bation du processus de "dEcantation-convection" mis en oeuvre. D'autres caractéristiques plus techniques sont consignées ci-après dans la description qui suit illustrant diverses variantes qui montrent la façon dont peut être réalisée l'invention. A l'aide des dessins ci-après comprenant - la figure 1 qui est une vue en couPe verticale de la réalisation de base selon l'invention - la figure 2 qui est une vue en coupe horizontale de la réalisation selon la figure 1 - la figure 3a qui est une vue fragmentaire de la paroi latérale d'un cône intermédiaire et de son ouverture de communication sous la forme d'une ouverture rectangulaire - la figure 3b qui est une vue fragmentaire de la paroi latérale d'un cône intermédiaire et de son ouverture de communication sous la forme d'une série d'ouvertures circulaires en disposition verticale - la figure 4 qui est une vue en coupe horizontale de l'ensemble selon l'invention avec cône intérieur oourvus de plusieurs ouvertures décalées dans l'espace - la figure 5 qui est une vue horizontale partielle représentant une version Pourvue de séparations inter médiaires - la figure 6 qui est une vue en coupe verticale d'exécution de l'invention comprenant des plans déflecteurs en distribution concentrique espacés entre eux régulièrement et décalés dans l'espace d'un périmètre à l'autre - la figure 7 qui est une vue en coupe horizontale de la réalisation de la figure 6 - la figure 8 qui est une vue en coupe horizon tale d'une variante de la figure 6 où les chicanes sont des dièdres ; - la figure 9 qui est une vue en coupe verticale d'une réalisation possédant des ouvertures horizontales de communication pourvue de chicanes ; - la figure 10 qui est une vue en perspective du déflecteur de la réalisation représentée en figure 9 au niveau de l'orifice de passage. La réalisation selon l'invention présente une configuration générale conique pourvue d'une pluralité d'éléments coniques simples ou composites intérieurs ouverts vers le haut et tous dirigés pointe en bas distants l'un de l'autre et pos sédant une ouverture vers le bas ainsi que des ouvertures de communication latérale On réalise ainsi un ensemble composite de faible encombrement formé d'une succession de décanteurs dont l'effi calcite globale dépasse largement celle des dispositifs décanteurs utilisés actuellement. Les figures 1 et 2 représentent la réalisation de base ; on a visualisé les différents courants par des flèches: la suspension à décanter, le clair et le courant de sédimentation. En se référant aux figures 1 et 2, on constate que le décanteur de base selon l'invention comporte une enveloppe extérieure conique 1 de préférence fermée, à pointe 2 dirigée vers le bas, entourée en principe d'une jaquette 3 de maintien de la température intérieure. Ce cône extérieur possède une sortie supérieure latérale 4 pour l'évacuation du liquide clarifie. La sortie des boues s'effectue par la pointe inférieure. L'arrivée du liquide est prévue au centre du dispositif à sa partie supérieure par un conduit d'alimentation 5 simple ou débouchant sur un dispositif de distribution, par exemple comme en figure 9 à cône placé pointe en haut, dans l'axe du conduit d'alimentation. La structure intérieure du décanteur selon la configuration de base de l'invention se compose d'une pluralité de cônes tels que 6 placés concentriquement et pratiquement à intervalles réguliers entre eux. Leur pointe telle que 7 dirigée vers le bas sert d'orifice de communication verticale, de diamètre croissant au fur et à mesure de la progression vers le bas. Ces orifices peuvent être prolongés vers le bas par une partie cylindrique de même diamètre 8. Chaque cône intérieur possède une ou plusieurs ouvertures de communication latérale telle que 9 pratiquée dans sa surface latérale et destinée à assurer le transit du liquide en créant un véritable labyrinthe provoquant un écoulement forcé horizontal le long de -la périphérie des cônes voisins où il perd sa charge en particules solides. Ces ouvertures présentent une surface suffisante pour éviter une accélération locale de l'écoulement et se développent en hauteur de manière à donner naissance à une circulation horizontale. Ces ouvertures sont prévues suffisamment nombreuses en particulier dans les réalisations de grande taille pour maintenir un écoulement franchement laminaire. Les ouvertures latérales 9 des cônes sont disposées de manière contraire, de façon que le courant du liquide en cours de décantation soit forcé de suivre un chemin horizontal en labyrinthe pour passer d'une zone de décantation à la suivante. Dans la configuration de base représentée en figure 2, les ouvertures de communication de deux cônes successifs sont diamètralement opposées. Les ouvertures 9 peuvent se présenter comme le montre la figure 3a, sous la forme de simples ouvertures rectangulaires ou trapézoidales susceptibles de s'étendre jusque sous l'interface séparant le liquide en cours de clarification, des boues en cours de tassement, ou sous la forme d'une série d'orifices circulaires en disposition verticale (figure 3b). Ainsi que le montre la figure 4, le nombre de ces ouvertures n'est pas limitatif. On pourra avantageusement, dans le cas de grands débits, réaliser une structure interne par exemple à trois ouvertures ou séries d'ouvertures telles que 10 par cônes décalées angulairement de façon à obtenir une équidistance entre les ouvertures correspondantes de deux cônes voisins. Dans ce cas, on prévoit trois sorties extérieures telles que 11. Ce mode de réalisation assure, par multiplication du nombre des ouvertures pour les installations de grandecapacite, la possibilité d'un débit plus important obligatoire pour réaliser le temps de séjour minimum sans vitesses de circulation excessives perturbant ltecoulement. Afin d'augmenter les surfaces de sédimentation, on prévoit des séparations concentriques intermédiaires telles que 12 séparées entre elles par des intervalles égaux 13 servant d'ouvertures 14 placées en regard des ouvertures des cônes délimitant 1' espace intermédiaire. Ces séparations intermédiaires se placent à mi-distance entre deux cônes successifs dans le cas d'une séparation au tiers dans le cas de deux... Le nombre des ouvertures des séparations concentriques est le double de celui des cônes qui l'encadrent et ces ouvertures sont disposées de façon alternée en regard de chaque ouverture desdits cônes. Ainsi, chacune des ouvertures de séparation intermédiaire fait face à l'ouverture 9 d'un cône extérieur puis intérieur et ainsi de suite sur toute la périphérie, comme représenté en figure 5. Cette disposition a pour but de permettre la réalisation d'appareils de plus grande surface sans accroître notablement la vitesse de circulation forcée du fluide à traiter. Une autre variante d'exécution consiste à prévoir en remplacement des cônes un certain nombre de chicanes telles que 14 par exemple de forme générale trapézoidale disposés suivant des cercles concentriques sur plusieurs rangs (figures 6 et 7). Ces éléments possèdent une longueur croissante en fonction du périmètre circulaire qu'ils forment. Ils sont espacés d'un intervalle régulier tel que 15, constant pour un même perimètre et croissant du centre vers la périphérie. Les ouvertures qu'ils délimitent sont disposées en quinconce d'un rang par rapport au rang suivant. L'évacuation du liquide s'effectue par l'interme- diaire d'une surverse périphérique 16 du type segmentée alimentant un conduit d'évacuation 17. Ces chicanes pourront être pré- vues d'une façon avantageuse sous la forme de dièdres tels que 18 ainsi que le montre la figure 8. Ces dièdres présenteront de préférence un angle d'ouverture égal à celui formé par les deux tangentes aux cercles enveloppes aux points où les plans de la réalisation antérieure coupent ces cercles. L'expérience montre que l'effet-de coin améliore la décantation sur lamelles inclinées. On prévoit sur toutes les variantes, un dispositif de détection au niveau de l'interface î8aou un dispositif suiveur (figure 1). Il s'agit d'un dispositif de détection lumineuse par l'intermédiaire d'une source lumineuse 19 émettant un rayon incident 20 qui traverse une fenêtre verticale 21 pratiquée dans la surface latérale du cône sur une grande partie de sa hauteur. Le rayon incident se réfléchit sur la surface polie de la surface latérale du premier cône intérieur au droit de la fenêtre pour venir exciter un élément photosensible 22 et commander le fonctionnement de l'ensemble par exemple le débit d'admission ou celui des boues. Le but est de détecter le niveau de l'interface par rapport au niveau prédéterminé et de fournir un signal de commande lors du dépassement. Ainsi, le rayon incident se réf lechit-correc- tement sur la surface polie du premier cône intérieur tant que l'espace intermédiaire situe au niveau dudit rayon n'est pas rendu opaque par le liquide trouble. La détection de la limite du clair et du trouble ou interface s'effectue par absence de réflexion. La dernière réalisation indiquée ci-dessus peut bien entendu être équipée du dispositif de détection ou suiveur d'interface décrit. Les ouvertures de communication entre cônes peuvent également être équipées, comme le montrent les figures 9 et 10, de déflecteurs 23 s'élevant presque jusqu'au sommet de la face intérieure du cône sur lequel ils sont fixés : ces déflecteurs forment alors une sorte de poche 24 au bas de laquelle se situe l'ouverture de communication 25 de forme générale rectangulaire en disposition horizontale. Ces ouvertures, équipées de leur déflecteur, sont disposées de la même manière que dans le cas des ouvertures simples, en un ou plusieurs exemplaires par cône, selon la taille globale du décanteur, et la dimension de ces ouvertures est régie par le même souci d'assurer des écoulements absolument laminaires. Comme indiqué l'application principale de cette invention se situe dans le domaine des séparations industrielles difficiles, de deux phases de densité voisine, et en particulier dans le domaine brassicole. En effet, on a pu constater dans cette industrie, que cet ensemble décanteur permet de séparer en continu, de façon mécaniquement douce, et pratiquement sans dépense d'énergie, en particulier, les suspensions de fines particules dans le mout, par exemple, au stade de la filtration de la "malsche", là où sont utilisés des équipements traditionnels de filtration et/ou de séparation centrifuge, ou encore au stade de la fin de la cuisson du moût. Bien entendu, toutes les applications se rapportant au traitement par décantation de liquides chargés entrent dans son cadre, et en particulier de liquides chargés par des particules de densité voisine de celle du liquide. On peut citer d'une façon non limitative la décantation des suspensions industrielles, en particulier l'elimina- tion des floculats en papeterie, amidonnerie, sucrerie, industries chimiques et pharmaceutiques et autres et d'une façon très générale tous les traitements par décantation de suspensions industrielles et d'effluents urbains ou industriels. Des modifications d'ordre secondaire, des substitutions par équivalents ne modifient en rien l'esprit de l'invention et restent dans son cadres REVENDICATIONS 1. Ensemble de faible encombrement, à rendement élevé destiné à la séparation par décantation en continu des fractions solides et liquides et suspensions liquides et d'effluents industriels et urbains, pour la production soit d'un liquide clarifié soit de boues enrichies par passage sur une surface inclinée de forme générale conique, à pointe dirigée vers le bas, à alimentation supérieure et à sortie inférieure pour les boues et latérale supérieure pour le liquide clarifié, caractérisé en ce qu'il possède une enveloppe conique fermée et en son intérieur une pluralité de chicanes sous la forme de cônes successifs disposés concentriquement, à intervalles réguliers ouverts à leur partie supérieure et à pointe dirigée vers le bas, d'ouverture inférieure croissante du haut vers le bas prolongée par une partie cylindrique, chaque cône présentant, pratiquée dans sa surface latérale, une ou plusieurs ouvertures disposées de façon à créer avec la surface latérale du cône voisin un cheminement en labyrinthe sous la forme d'un écoulement forcé horizontal de la phase liquide le long de la périphérie des cônes. 2. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que-les ouvertures affectent la forme rectangulaire disposées verticalement ou une série d'orifices par exemple circulaires superposées verticalement et en ce qu'elles présentent une surface suffisante pour éviter une accélération locale sensible de l'écoulement. 3. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que les cônes sont disposés en opposition, les ouvertures de deux cônes successifs se plaçant diamétralement opposées. 4. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que les cônes présentent une surface latérale à trois ouvertures ou séries d'ouvertures décalées angulairement de façon à obtenir une équidistance entre les ouvertures- correspondantes de deux cônes voisins. 5. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour augmenter les surfaces de sédimentation, sans allonger les parcours, on intercale des séparations concentriques inter médiaires pourvues d'ouvertures placées de façon alternées en regard des ouvertures des cônes intérieur et extérieur. 6. Ensemble selon là revendication 1 caractérisé en ce que la surface latérale des cônes est polie et en ce que lten- velospe extérieure possède sur pratiquement toute sa hauteur une fenêtre verticale pour l'observation et la détection de la oosition de l'interface. 7. Ensemble selon les revendications 1 et 6 caractérisé en ce qu'il comPorte un dispositif de détection du niveau de l'interface ou un dispositif suiveur dudit niveau sous la forme d'un dispositif de détection lumineuse comprenant une source lumineuse émettant un rayon incident traversant la fenêtre de la surface conique extérieure se réflechissant sur la surface polie du premier cône intérieur pour venir imPressionner un élément photosensible et commander le fonctionnement de l'ensemble selon la hauteur de l'interface boues-clair. 8. Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on prévoit en remplacement des cônes des chicanes inclinées de surface croissante du centre vers l'extérieur, ré gulièrement espacées, disposées sur Plusieurs rangs selon des cercles concentriques et laissant entre eux des intervalles en quinconce d'un rang tar rapport au rang suivant. 9. Ensemble selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'on Prévoit en remplacement des chicanes des dièdres présentant par exemple un angle d'ouverture formé par les tangentes aux cercles enveloppes aux points où les Plans de la réalisation antérieure coupent ces cercles. 10. Ensemble de décantation selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque cône est pourvu d'une ou plusieurs ouvertures horizontales munies d'un déflecteur côté intérieur, formant avec la paroi intérieure un réceptacle convergeant vers l'ouverture, le cône extérieur Présentant une évacuation sous forme de surverse périphérique en communication avec un conduit de sortie. 11. Application du décanteur selon la revendication 1 à une décantation en continu de suspensions industrielles et d'effluents urbains ou industriels. 12. Application particulière du décanteur selon la revendication 1 en brasserie à l'élimination quantitative et rapide du trouble dans le moût au stade de la séparation des drèches de la matche, ou après l'étape de cuisson.