Brevet FR2460720A1 — publié le 19810130

La présente invention est relative à un piège à sable, ou séparateur pour des liquides utilisés dans la fabrication de la pâte cellulosique, en particulier pour les liqueurs de cuisson, de lavage et de blanchiment, du type fonctionnant d'une façon analogue aux appareils d'épu- ration centrifuge et comprenant une cuve verticale compor- tant à son extrémité supérieure un orifice d'entrée pour la lessive à épurer, un orifice supérieur central de sortie pour la lessive épurée et un orifice de sortie inférieur pour le sable séparé du liquide. Dans cette cuve la lessive est soumise à fort mouvement tourbillonnaire, et les par- ticules plus lourdes telles que le sable sont entraînées par la force centrifuge vers la paroi de la cuve et descen- dent ensuite vers l'ouverture de sortie inférieure sous l'action de la gravité, tandis que la lessive épurée s'é- chappe vers le haut dans un vortex central ascendant. Habi- tuellement la partie inférieure de la cuve présente une forme conique convergente, le vortex étant resserré de sorte que la lessive prend une vitesse angulaire progressivement croissante et que les particules de sable sont soumises à l'action d'une force centrifuge croissante. Dans une cer- taine zone de la paroi de la cuve la résultante des forces agissant sur les particules de sable: la force centrifuge et la gravité, sont dirigées perpendiculairement à la paroi et il en résulte que les particules restent en ce point au lieu de se déplacer vers l'orifice de sortie inférieur. Ceci provoque un accroissement de l'abrasion qui, dans des con- ditions défavorables, peut avoir pour conséquence que la paroi de la cuve est affaiblie à un certain niveau et peut se rompre après un temps de service relativement court. Des tentatives ont été faites pour remédier à cet inconvénient en modifiant l'angle de conicité jusqu'à une valeur de sé- curité, ou encore en introduisant des plateaux verticaux mais bien entendu ces mesures entraînent un amortissement du mouvement tourbillonnaire et diminue l'effet de sépara- tion du sable. Le but de l'invention est de supprimer cet incon- vénient et de permettre d'entretenir un mouvement forte- ment tourbillonnaire de lalessive sans risque notable d'abrasion de la paroi de la cuve par le sable qui ne se- rait pas évacué assez rapidement. Suivant l'invention ce but est atteint grâce au fait qu'aux emplacements o il y a un risque d'accumulation du sable dans une circula- tion horizontale, la paroi comporte des trous, de sorte que le sable ou au moins une grande partie de celui-ci se trouve emporté hors du tourbillon. Le sable franchissant les trous passe alors dans un volume dans lequel il ne se produit pas de circulation de la lessive ou seulement une très faible circulation de cette lessive et peut alors tom- ber vers l'orifice inférieur de sortie. La vitesse du tour- billon de liqueur à l'intérieur par rapport à la paroi n'est que très légèrement réduite par les trous. L'invention assure également une séparation améliorée du sable en raison du risque réduit que du sa- ble soit emporté avec la lessive dans le tourbillon cen- tral ascendant. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples, dans lesquels: la Fig. 1 est une coupe verticale d'un appareil de séparation de sable suivant l'invention; la Fig. 2 est une vue en élévation latérale et en coupe partielle d'un appareil classique de séparation de sable, transformé et complété pour recevoir le fonc- tionnement suivant l'invention. L'appareil de séparation de sable représenté à la Fig. 1 consiste essentiellement en une cuve verticale fermée comportant une paroi supérieure 11, une partie su- périeure cylindrique 13, une partie conique adjacente 15 et une partie inférieure 17 en forme de godet. La lessive à épurer est amenée par un orifice d'entrée 19 qui est relié tangentiellement à la partie supérieure de la paroi cylindrique 13 et est par conséquent amenée à circuler en décrivant un mouvement hélicoïdal descendant tout d'abord le long de la paroi cylindrique 13 et ensuite-le long de la paroi conique 15, du sable et éventuellement d'autres parti- cules particulièrement lourdes étant chassés par la force centrifuge vers l'extérieur, vers la paroi de la cuve. La lessive débarassée du sable est astreinte à s'élever en for- mant un vortex vertical et s'échappe par un orifice 21 de sortie de lessive ménagé dans laparoi supérieure 11. Il peut être prévu un manchon 23 en forme d'entonnoir relié à cet orifice de sortie 21 afin de réduire les pertes de charge et de gui- der et de maintenir séparés les vortex montant et descendant. La partie inférieure 17 de la cuve comporte un orifice infé- rieur 25 de sortie pour le sable séparé, qui peut être ou- vert périodiquement au moyen de vannes 27, 28 pour évacuer le sable par l'intermédiaire d'une conduite 29. La lessive sous pression peut être distribuée par un conduit 31 bran- ché tangentiellement pour propulser le sable pendant les périodes d'évacuation. Les détails ci-dessus sont présents dans les ap- pareils de conception classique. La caractéristique essentiel- le de l'invention est constituée par un élémént 33 qui peut être considéré comme fond auxiliaire partiellement perforé ou une paroi intermédiaire intercalée entre les parties su- périeure et inférieure de la cuve. D'une façon plus précise cet élément constitue une pièce rapportée ou analogue à un entonnoir présentant la forme d'une jupe tronconique en tô- le d'épaisseur uniforme. Son bord supérieur comporte une col- lerette annulaire 35 dirigée vers l'extérieur. Suivant l'in- vention les parties supérieure et inférieure de la cuve sont assemblées par des brides 37, 39 entre lesquelles est serrée la collerette 35 de l'entonnoir. En démontant les brides d' assemblage, l'entonnoir 33-peut être inspecté et, si nécessai- re, retiré et remplacé par un nouveau. L'entonnoir est disposé au centre de la cuve avec sa grande ouverture dirigée vers le haut, le bord de cette ouverture rejoignant la surface intérieure de la pa- roi conique 15 de la cuve de façon aussi régulière que pos- sible. De préférence-l'entonnoir présente la même conicité que la paroi conique, l'angle au sommet du cône étant de l'or- dre de 15 à 300. La petite extrémité de l'entonnoir fait sail- lie dans la partie inférieure 17 de la cuve, son ouverture étant située un peu au-dessus de l'orifice inférieur de sor- tie 25. De préférence la section de l'ouverture est d'environ à 20% de la section maximale de la cuve. Une caractéristique essentielle de l'invention consiste en ce que l'entonnoir est perforé. De préférence les perforations sont constituées par des trous circulaires ayant un diamètre de 4 à 10 mm, qui sont disposés en rangées et ré- partis sur à peu près la totalité dela surface de l'entonnoir située au dessous de la collerette 35. - Une autre caractéristique essentielle de l'in- vention est qu'il est prévu, radialement a l'extérieur de l'entonnoir et autour de celui-ci une chambre collectrice de sable 41 qui est partiellement séparée du reste-de la cuve mais qui communique toujours avec celle-ci, de sorte que la même pres- sion statique règne partout dans la cuve. Cependant du fait que l'entonnoir présente une ouverture étroite, le mouvement tourbillonnaire de la lessive ne peut se propager dans ladite chambre que dans une mesure très limitée. Le sable entraîné par le vortex de lessive est non seulement soumis à l'action de la force centrifuge mais également à celle de la gravité et descend par conséquent le long de la paroi. En conséquence, du fait que le vortex de lessive est confiné par la surface conique, la vitesse angu- laire des particules de sable augmente, et finalement la for- ce centrituge agissant sur elles devient si grande que sa com- posante tendant à faire monter le sable le long de la paroi conique inclinée vers le haut, équilibre la gravité agissant en sens opposé, et il en résulte que le sable est entraîné à circuler de façon répétée à peu près à la même hauteur. Cependant l'a- brasion exceptionnellement forte qui serait ainsi provoquée est empêchée par la présence des trous qui laissent passer les grains de sable avant qu'une quantité accrue de sable ait eu la temps de s'accumuler. Dans l'espace situé à l'ex- térieur de l'entonnoir le mouvement tourbillonnaire est sup- primée dans une mesure importante et les particules de sa- ble descendent calmement vers le fond de la chambre col- lectrice 41. Des particules plus légères, telles que des particules de bois, sont poussées vers l'intérieur, vers l'axe longitudinal de la cuve et accompagnent le vortex ascendant de lessive vers l'orifice supérieur de sortie 21. La Fig. 2 montre un appareil de séparation de -- sable de type classique modifié après coupde manière à bénéficier de l'invention de la façon la plus simple. Les références de la Fig. 2 désignent les mêmes organes qu'à la Fig. 1. A l'origine la paroi cylindrique 13 et la paroi'conique 15 étaient solidaires l'une de 1' autre, mais ces parties ont ensuite été séparées et une zone comportant un assemblage par brides 37, 39 a été in- tercalée entre elles afin de permettre d'accéder à l'in- térieur de la cuve. Dans la mise en oeuvre de l'invention, on in- troduit un entonnoir conique perforé 33 de façon concentri- que à la paroi de la cuve, dans la partie inférieure de cette dernière. Le bord supérieur de l'entonnoir présente le même diamètre que la paroi 13 et est fixé, de préférence par soudage, la face intérieure de cette paroi à une dis- tance notable au-dessous des brides d'assemblage. L'extré- mité inférieure de l'entonnoir s'étend vers le bas dans la partie conique sur une distance qui correspond à la moitié de la hauteur de cette partie, ou plus. Toutefois la paroi conique 15 qui dans la construction initiale était soumise à une abrasion importante, est maintenant protégée, les tourbillons de sable érodant l'entonnoir 33 et non pas la paroi elle-même. De préférence l'entonnoir présente une longueur axiale plus grande et un angle au sommet plus petit que ceux de la paroi 15. La tendance à l'accumulation des particules de sable tourbillonnant à un certain niveau est contrecarrée par le fait que l'entonnoir est perforé de fa- çon que le sable puisse le traverser jusqu'à l'espace si- tué radialement à l'extérieur de l'entonnoir o il y a sim- plement un très faible mouvement tourbillonnaire. Bien en- tendu le niveau auquel ce risque existe varie avec les dimensions de l'appareil de séparation de sable et en par- ticulier de l'entonnoir ainsi qu'avec le débit de l'ali- mentation en lessive, mais il est habituellement situé dans la moitié inférieure de l'entonnoir et il n'est par con- séquent pas nécessaire de prévoir les perforations sur la totalité de la hauteur. La dimension et l'écartement des trous peut augmenter vers l'ouverture de l'entonnoir. A son ouverture, l'entonnoir peut comporter une collerette annulaire 43 s'étendant vers l'intérieur qui est de préfé- rence également perforée, et qui sert à guider le mouve- ment tourbillonnaire de façon que celui-ci soit dévié vers le haut et ne se propage pas dans une mesure nota- ble vers le bas dans la chambre collectrice de sable 41. Suivant une variante ladite collerette annualire est agran- die de façon à former un fond plat circulaire qui est soit plein soit perforé sur au moins une partie de sa surface. Le séparateur de sable décrit ci-dessus peut avantageusement être utilisé pour l'épuration de la les- sive de cuisson recyclée avec l'alimentation en copeaux pour les lessiveurs de cellulose en continu et peut par exemple être intercalé en aval de la pompe 47 dans l'ins- tallation décrite dans le brevet suédois No 300.755. Il peut également être utilisé pour la séparation de sable, ou autres particules solides, d'autres liquides utilisés dans la fabrication de la cellulose, tels que ceux utilisés pour le lavage ou le blanchiment de la pâte ou pour le la- vage des copeaux. Lorsqu'on re-conditionne des séparateurs classi- ques à sable, une autre modification possible consiste à perforer la partie inférieure de la paroi conique de la cuve, à entourer cette partie par un récipient extérieur fermé analogue à la partie inférieure 17 en forme de godet représentée à la Fig. 1, et à déplacer l'ouverture de sor- tie 25 vers le haut de cette dernière partie. On comprend bien entendu que parmi d'autres modi- fications l'entonnoir peut avoir un profil non régulier ou incurvé, et que les trous circulaires peuvent être rempla- cés par des fentes. REVENDICATIONS 1. Séparateur à sable destiné à être utilisé avec des lessives employées pour la fabrication de la pate cel- lulosique, du type fonctionnant d'une façon analogue aux séparateurs centrifuges et comprenant un cuve verticale (13, 15) ayant un orifice d'entrée supérieur tangentiel (19) pour le liquide à épurer, un orifice de sortie central supérieur pour le liquide-épuré et un orifice inférieur de sortie (25) pour le sable séparé, caractérisé en ce qu'au moins une zone annulaire d'une paroi située à l'extrémité inférieure de la cuve et ayant la forme d'un entonnoir (33) est perforée, et en ce que le volume extérieur à l'en- tonnoir est en communication permanente avec une chambre fermée collectrice de sable (41) située à l'extrémité infé- rieure de la cuve et reliée à l'orifice de sortie inférieur (25). 2. Séparateur suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que l'extrémité inférieure de l'entonnoir est ouverte sur la chambre collectrice de sable (41). 3. Séparateur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'entonnoir (33) est conique, et en ce que la zone perforée de l'entonnoir est située au voisinage de l'ouverture inférieure étroite de l'entonnoir. 4. Séparateur suivant l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'il est prévu autour de l'ou- verture inférieure de l'entonnoir (33) une collerette (43). dirigée vers l'intérieur, qui peut être perforée. 5. Séparateur suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure, plus grande, de l'entonnoir perforé (33) est fixé à la paroi (13, 15) de la cuve, tandis que son extrémité inférieure est libre vers le bas dans la section inférieure de la cu- ve, servant de chambre collectrice (41) pour le sable. 6. Séparateur suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'entonnoir perforé (33) est intercalé de façon amovible entre la partie supérieure - (15) de la cuve et sa partie inférieure (17), qui sert la 24 602ô de chambre collectrice de sable. 7. Séparateur suivant la revendication 6, carac- térisé en ce que l'entonnoir comporte une collerette ex- térieure (35) serrée dans un assemblage par brides (37, 39) entre les parties supérieure et inférieure de la cu- ve. 8. Séparateur suivant l'une des revendications 1 à 5, la cuve comprend une partie supérieure cylindrique (13) et une partie inférieure conique (15), caractérisé en ce que le bord supérieur de l'entonnoir (33) est fixé à l'intérieur de la partie supérieure cylindrique (13) de la cuve, et en ce que l'entonnoir s'étend concentrique- ment vers le bas dans la partie inférieure (15) de la cu- ve étant espacé de la paroi de cette partie.