Brevet FR2401692A1 — publié le 19790330

La présente invention a pour but la séparation des particules de poids spécifique différents sous l'effet de la force centrifuge principalement en phase gazeuse en utilisant le procédé de fractionnement d'un module gazeux les contenant,mis en mouvement et amené à une vitesse de séparation permettant la création de deux couches concentriques,une à l'intérieur plus riche en particules légeres et l'autre à l'extérieur riche en particules lourdes. En obligeant l'anneau gazeux de traverser une serie de diaphragme mes qui scinde successivement le module en évacuant du circuit la partie contenant les particules lourdes,on obtient un enrichissement en particules légeres. l'appareil qu'on imagine est formé par 1) - Une enveloppe cylindrique fixe,fermée aux deux extremités de façon étanche afin de pouvoir contrôler la pression intéri eure, 2) - Un rotor tournant à des grandes vitesses est placé dans l'axe de l'enveloppe cylindrique et est formé par des structures radiales pouvant prendre les formes les plus diverses,tambour, nid d'abeille,brosses,lattes en double éscalier, cor des et dont le profil peut être modelé, 3) - Une paroi intermédiaire fixe,posée concentriquement au rotor ,fixée sur la face intérieure de 11 enveloppe cylindrique, formée par une succession d'éléments pouvant préndre les formes les plus diverses : cylindres,tuyères,profils Venturi droits ou renversés,c3nes,s'embo#tant l'un dans l'autre pour former une succession de diaphragmes,à double enveloppe, 4) - Une structure radiale formant compresseur rotatif posée à l'extrémité du rotor,sur le même arbre moteur, 5) - Un système d'hélices fixes ou a pas variable posé à l'autre extrémité du rotor ,sur le meme arbre moteur, 6) - Un système de collecteurs posés sur la face intérieure de l'enveloppe cylindrique pourvus d'un système de chauffage et de refroidissement,ainsi que sur ou autour de la structure radiale formant compresseur et posée à l'extrémité du rotor, 7) - Des segments de double enveloppe posés à l'intérieur ou à l'extérieur de l'enveloppe cylindrique, 8) - Un dispositif d'admission du melange gazeux posé entre le rotor et la paroi intermédiaire fixe,à l'un des bouts de l'enve loppe cylindrique fixe, 9) - Un système d'injection des gaz en amont des diaphragmes, On réalise ainsi à l'intérieur d'une enveloppe cylindrique fixe et étanche un système de mise en rotation des particules,introduites lsns 11 appareil entre le rotor et la paroi intermédiaire, sous pression c;#rolée. Les gaz,une fois la vitesse de séparation atteinte sous les impulsions du rotor,descendent ou montent, suivant le processus de séparation utilisé,soit par leur propre poids,SOit poussés par le système d'lices prevu,et forme un module dont le profil est déterminé par la paroi intermédiaire. tans ce module on a une zone cylindrique proche du rotor plus riche en particules légeres et une zone périphérique riche en particules lourdes. te module est,dans son avance,découpé par le diaphragme en deux parties,la zone cylindrique proche du rotor plus riche en composant léger et qui reste soumise aux impulsions du rotor,et une zone d'un profil différent qui échappe aux impulsions du rotor et qui longe le profil extérieur de la paroi intermédiairp,Itespace compris entre celle-ci et l'enveloppe cylindrique devenant une chambre d'extraction grace aux segments de double enveloppe et aux dispositifs thermiques prevus pour les collecteurs,l'extrac- tion pouvant se faire soit en phase gazeuse,soit en changement de phase. te module cylindrique séparé qui reste soumis aux impulsions du rotor continu son avance et son profil est à nouveau modélé par le profil de la paroi intermédiaire suivante,et est à son tour scindé par le diaphragme qu'il rencontre dans un module cylindrique riche en composant léger, et dans une zone d'un profil différent riche en composant lourd qui longe la paroi extérieure formant comme précédemment chambre d'extraction,dtou la nasse gazeuse est évacuée. Ainsi étage après étage jusqu'en fin de course ou le mélange enrichi est pris sous les impulsions de la structure radiale formant compresseur et obligé de passer dans la chambre d'extraction d'ou il quitte llap- > areil soit sous forme gazeuse soit en changement de phase. Eventuellement la pression entre les étages peut être changée par l'injection soit du même gaz, soit d'un gaz différent et peut recevoir de ltenergie extérieure pour faciliter sa séparation. tes éléments de la paroi intermédiaire sont en double enveloppe pour pouvoir maintenir la température necessiare au processus de séparation,refroidissants s'il s'agit de compression et chauf fants s'il s'agit de détente,et dans le cas des parois formant profils extérieur pour maintenir en forme gazeuse ou pour chan gement de phase. Dans le cas du contre-courant ou de l'ondulatoire,les collecteurs peuvent changer de place surtout en cas d'extraction en changement de phase. l'invention sera mieux comprise grâce au dessin et description ci-après couvrant des réalisations particulières et préférenti elles données à titre indicatif et non limitatif. La figure représente un tronçon de séparateur conforme à l'inven tion et les différents repères de cette figure permettent de situer les éléments suivants 1) Moteur 2) Arbre moteur 3) Arrivée du mélange gazeux à séparer 4) Paliers 5) Enveloppe cylindrique fixe 6) Structures radiales 7) Parois intermédiaires; 7 bis) Diaphragmes 8) Segments de double enveloppe 9 Sortie centrifuge produit lourd 10) Structure radiale formant compresseur rotatif 11) Segment de double enveloppe et extracteur produit léger 12) Dispositif de sortie du produit leger 13) Sortie produit leger L'invention ne se limite pas à ceux de ce mode d'application et de réalisation,elle embrasse au contraire toutes les variantes comme il résulte d'ailleur déjà de ce qui précède, L'invention correspond aux unes ou aux autres de ces dispositions et vise plus particulièrement et à ce titre de produits industriels nouveaux,les systèmes du genre en question comportant application de ces mêmes dispositions,ainsi que les éléments spéciaux propres à leur établissement et les ensembles pouva#nt comprendre l'application de ce procédé de fractionnement en module gazeux ou utiliser de semblables systèmes. REVENDICATIONS le~ Procédé de séparation des particules de poids moléculaire différents caractérisé en ce que le mélange gazeux introduit dans une enveloppe cylindrique fixe,fermée aux deux extrêmités pour permettre le contrôle de la pression,est-soumis pendant toute la durée du processus de séparation aux impulsions constantes d'un rotor,situé dans l'axe du cylindre,formé par des structures radiales formant une succession de profils,structures radiales pouvant prendre les formes les plus diverses,tambour,nid d1abeilles,brosse lattes en double escalier,tournant à grande vitesse pour les mettre en mouvement,les former en un module gazeux tournant et leur imprimer la vitesse nécessaire à leur séparation en deux couches une plus proche du rotor riche en particules légeres,l'autre plus éloignée ou le composant lourd prédomine,le profil--et la forme du module gazeux étant déterminé par l'espace compris entre la structure radiale et une paroi intermédiaire fixe posée concentriquement au rotor,fixée sur la face intérieure de l'enveloppe cylindrique et formée par une succession d'éléments pouvant prendre les formes les plus diverses::cylindres,tuyères,profils Venturi droits ou renversés,cônes, s'emboîtant l'un d#s#i#a#tre#ae-- leçon de former une serie de diaphragmes,afin d'obtenir en co,contre-courant et en ondulatoire,un fractionnement successif du dit module gazeux à un diamètre ou le composant léger est prédominant,la partie riche en composant lourd étant extraite de l'appareil soit en état de gaz,ou en changement de phase par des capteurs centrifuges situessur la face intérieure de l'enveloppe cylindrique,chaque fractionnement du module par un diaphragme represente un étage et après chaque étage. la partie restante du module avance et soumise sans discontinuité aux impulsions du rotor,épouse le profil limité par celui-ci et la paroi intermédiaire suivante et est à nouveau fractionné par.un diaphragme en une couche de plus en plus riche en composant léger située près du rotor et dans une couche riche en composant lourd qui est évacuée comme auparavant, et ainsi étage après étage jusqu'au bas de l'enveloppe cylindrique,ou la partie enrichie est extraite en fin de course,la dernière structure radiale faisant office de compresseur et poussant le flux gazeux dans un extracteur muni d'un dispositif thermique permettant le changement de phase ou en phase gazeuse à l'aide de pompes à vide. 2.-Procédé de séparation suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le fractionnement par des diaphragmes et le changement de profil du module gazeux se fait soit par compression soit par la détente des gaz et de ce fait la paroi intermédiaire est à double enveloppe,réfrigerée pour garder la même température pendant la compression ou réchauffée pour éviter tout changement de phase pendant la détente. 3.- Procédé de séparation suivant les revendications 1 et 2 carac térisé en ce que l'enveloppe cylindrique peut recevoir des segments de refroidissement extèrieurs posés à l'endroit ou le composant lourd séparé par les diaphragmes doit être évacué pour augmenter l'éfficacité du système thermique de changement de phase,ou des doubles enveloppes chauffantes à l'intérieur du cylindre pour faciliter le maintien en phase gazeuse 4.- Procédé de séparation suivant l'une quelconque des revendica tions 1 à 3 caractérisé en ce que un gaz support peut être mé langé aux particules à séparer afin de facilite 2 Weasf8@ & tc8eches à l'intérieur du module gazeux ou d'accentuer leur discordance. 5.- Procédé de séparation suivant les revendications 1 à 4 carac térisé en ce que le flux gazeux à séparer se trouve dès son intro duction et jusqu'à la fin du processus de séparation soumis à une succession états d'équilibre, conditionnés par la vitesse périphérique,par le rapport de séparation de chaque étage,par l'évacuation du composant lourd, par l'évacuation du composant léger,élénients déterminant la vitesse d'écoulement et la pression admissible à l'intérieur du séparateur, ainsi que l'échange d'énergie thermique pour obtenir en continu, avec ou sans changement de phase,c'est à dire comme cetrifugeuse à condensation,le meilleur rendement possible. 6.- Dispositif de séparation,en particulier pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 carac térisé par le fait qu'il comporte - une enveloppe cylindrique fixe,fermée aux deux extrémités com portant des moyens permettant un contrôle rigoureux de la pression, - un rotor situé au centre de l'enveloppe cyiindrique,tournant à grande vitesse,fo#é par des structures radiales pouvant prendre les formes les plus diverses,tambour,nid d'abeille,brosse,lattes en double escalier,formant une succession des profils permettant la mise en mouvement,l'accéiération,la formation d'un module gazeux tournant,l'impression de la vitesse de séparation,le pas sage des diaphragmes et le fractionnement du module gazeux,la reprise du module restant, le remodelage du nouveau profil,ainsi étage après étage,presentant au bout opposé à l'admission des particules une structure radiale formant compresseur pour diriger le flux gazeux riche en particules légeres vers leur sortie du dispositif. -une paroi intermédiaire posée concentriquement au rotor et à des distances variables d'après le profil qu'on lui donne,cylindri ques,tuyères,profils Venturi droits ou renversés, cônes, s' emboî- tant l'un dans l'autre pour: d'un côté modeler le module gazeux afin d'obtenir une zone assez large riche en particules légers, d'autre côté d'obtenir que la partie emboîtéeforme un diaphragme séparant cette zone riche en particules légeres de celle extéri eure ou les particules lourdes prédominent,chaque emboîtement formant un étage,et chaque étage pouvant avoir ou prendre un profil différent du précédent; la paroi intermédiaire est munie soit de doubles enveloppes soit d'un tout autre système de chauffage ou de refroidissement,pour:d'un côté chauffer le mélange des particules pendant la détente,et d'autre côté refroidir, d'une part la partie du module séparé par les diaphragmes pendant la période de compression précédant la formation d'un nouveau profil,et d'autre part le cas ou on utilise le changement de phase centrifuge comme moyen de sortir du dispositif pour, la partie du module gazeux riche en particules lourdes scindée par les diaphragmes. 70- Dispositif de séparation selon l'une quelconque des revendi cations 1 à 6 caractérisé par le fait que l'enveloppe cylindri que fixe peut être placée verticalement ou horizontalement ,dans le premier cas,le rotor comportera un dispositif permettant d'ac célerer l'écoulement de la masse gazeuse en lui imprimant un mouvement ascendant ou descendant suivant l'utilisation du principe du co-ou contre-courant,et que l'enveloppe cylindrique peut recevoir à l'extérieur ou à l'intérieur des segments de double enveloppe chauffants ou refroidissants,placés de façon a faciliter le maintien en phase gazeuse ou le changement de phase pour la sortie des particules séparées,enriohies ou du restant du module gazeux en fin de course,segments accompagnes des capteurs collecteurs. 8.- isositlf de séparation selon l'une quelconque des revendi cations 1 à 7 caractérisé par le fait quton peut donner au sépa rateur la longueur et le diamètre voulu,en prévoyant pour la lon gueur des paliers posés à des distances adéquates pour guider le rotor,le di metre étant conditionné par la résistance des matéri aux utilisés pour la construction de l'ensemble rotor-structure radiale. 9.- Dispositif de séparation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé par le fait que le processus de séparation peut être facilité par l'apport d'une energie extérieure produisant un niveau vibrationnel, infra-rouge ,ultra-violet,visi- ble,ou par l'utilisation d'un gaz support ,ou par l'utilisation concomitante de gaz support et energie extérieure. 10.- Dispositif de séparation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caråctérisé par le fait que l'introduction du mélange gazeux à séparer se fait entre le rotor et la paroi intermédiaire fixe,mais que des arrivées de gaz à cycler et recycler pourront être prevues à certains étages et que des series du même profil pourront être empilés pour former la paroi intermédiaire fixe d'un ou des étages.