Brevet FR2478489A1 — publié le 19810925

- 1 - PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA'SEPARATION DE PARTICULES DANS UN FLUIDE, NOTAMMENT POUR L'EPURATION DE SUSPENSIONS PAPETIERES L'invention, à la réalisation de laquelle a participé l'Ecole Française de Papetérie, concerne un procédé pour la séparation de particules dans un fluide; elle se rapporte également à un dispositif perfectionné pour la séparation de telles particules, solides, liquides ou gazeuses. L'invention est particulièrement, mais non limitative- ment, adaptée à l'industrie papetière, notamment à l'épura- tion de suspensions particulaires, telles que par exemple les suspensions fibreuses formées à partir de papiers de récupération, les pâtes à épurer, les effluents de machine à papier dont on veut récupérer séparément les fibres et/ou les charges, les eaux résiduaires, etc.. Si, dans la suite de la description, l'invention sera plus particulièrement décrite dans son application à l'in- dustrie papetière, il est entendu que cette forme de mise en oeuvre préférée est seulement donnée à titre illustratif. En effet, l'invention peut trouver d'autres applications dans les techniques de classement ou de fractionnement par centri- fugation, dans la récupération de liquides non miscibles de densité différente, à partir de mélanges etc.. De même, si le fluide est le plus généralement liquide, tel que notamment de l'eau, il peut être également gazeux. Les suspensions particulaires traitées en papeterie comprennent principalement, et dans des proportions relatives très variables, les éléments suivants: - un fluide vecteur (généralement aqueux), - des fibres naturelles, artificielles ou synthétiques, plus ou moins individualisées, - des particules solides de dimensions et de densité très variables (charges minérales, impuretés diverses: hot melt, plastiques, encres, adhésifs, goudrons, particules métalliques, sable, etc.) que l'on désigne- ra par le terme de "contaminants", - également, des particules liquides ou gazeuses (air). L'opération d'épuration des suspensions consiste à séparer desdites suspensions une ou plusieurs fractions de - 2 - particules indésirables, puis, notamment en papeterie, de recueillir une suspension de fibres débarrassées des conta- minants nuisibles à leur réutilisation future. Parmi les techniques actuellement connues pour l'épura- tion des suspensions, les plus utilisées reposent sur le principe de la séparation par différence de densités et/ou de dimensions. Elles consistent notamment à introduire la suspension à épurer dans une enceinte de révolution ou elle est animée d'un mouvement tourbillonnaire dit "vortex.", ayant pour effet de soumettre les particules de cette suspension à l'action simultanée de deux forces: - l'une, de sens centrifuge, qui est due à l'action de l'accélération centrifuge sur la masse de chaque parti- dule et qui tend à l'entraîner vers la périphérie de l'appareil; l'autre, de sens centripète, qui est due à l'action du gradient radial de pression sur le volume de la parti- cule et qui tend à l'entraîner vers le centre du vortex. Si la densité de la particule est égale à celle du fluide vecteur, ces deux forces s'équilibrent et il n'y a pas de mouvement radial moyen de la particule par rapport au fluide. Il en résulte que si la particule en suspension est plus légère que le fluide vecteur, l'effet du gradient radial de pression est supérieur- à celui de la force centrifuge et ainsi, la particule légère se dirige vers l'axe longitudinal du vortex. En revanche, si la particule est plus dense que le fluide vecteur, l'effet du gradient radial est inférieur à celui de la force centrifuge et la particule dense vient alors se placer sur la périphérie du vortex. Pour la commodité de la description, on désignera dans ce qui suit, par "particules légères", les.particules dont la densité est inférieure à celle du fluide vecteur et par "particules lourdes", celles dont la densité est supérieure à celle du fluide vecteur. On a aussi proposé des appareils dénommés "hydrocyclones" ou "centricleaners", qui sont constitués par une enceinte donique fixe. Dans ces appareils, on introduit tangentielle- - 3 - ment la suspension à épurer en tête de l'enceinte conique et on retire les particules les plus lourdes à l'extrémité opposée, la suspension ainsi épurée étant alors recueillie en tête de l'enceinte au voisinage de l'axe longitudinal. Ce dispositif se montre généralement efficace pour la séparation des particules lourdes (sable, particules métal- liques, etc.), mais donne de mauvais résultats en ce qui concerne la séparation des particules légères, en particu- lier celles dont la densité est voisine de celle du fluide vecteur. En effet, dans les épurateurs type hydrocyclones à paroi fixe, on ne peut agir que sur la vitesse tangentielle d'en- trée de la suspension. Pour assurer l'élimination des parti- cules lourdes en périphérie, cette vitesse doit être maintenue à une valeur assez élevée, ce qui entraîne une rapidité de passage dans la zone centrale de l'appareil, et ne permet donc pas de dissocier suffisamment les particules légères, que l'on retrouve en quasi totalité dans la suspension "épurée". De plus, les vitesses élevées entretiennent dans la suspension un niveau de turbulence très élevé qui contrarie l'effet de séparation entre les différentes particules. Pour favoriser dans ce type d'appareil l'élimination des particules légères, on a alors proposé de disposer au centre du vortex un tube plongeant de faible diamètre pour y préle- ver les contaminants de faible densité. La proportion de contaminants légers ainsi séparés reste malgré tout très faible, du fait de l'exiguité de cette zone centrale du vortex. Dans les cas o il s'agissait principalement de débar- rasser les suspensions à épurer des contaminants légers, on a aussi proposé d'utiliser des enceintes à paroi également fixe, mais de forme cylindrique, dans lesquelles la suspen- sion entre et sort tangentiellement, lesdits contaminants étant alors extraits axialement, et dans lesquelles on fait circuler la suspension à vitesse beaucoup plus lente. Dans ce type d'appareil, on a alors un faible gradient radial de pression qui ne permet qu'un effet de séparation très réduit, ce qui ne permet d'éliminer que les particules les plus légères. Dans les brevets français publiés sous les n0 2 291 170 et 2 293 983, on a décrit un dispositif d'épuration dans lequel on a cherché à disposer d'une force motrice importante, sans toutefois être gêné par les phénomènes de turbulence. Ce dispositif, qui vise à se rapprocher le plus possible des conditions du vortex forcé théorique, comporte deux parois cylindriques concentriques tournant de manière synchronisée, la suspension étant alors introduite et s'écou- lant dans l'enceinte annulaire ainsi formée, de manière à ce que sa rotation soit totalement solidaire de celle des. parois. Toutefois, l'efficacité de ce dispositif se trouve limitée par l'effet de concentration des suspensions à épurer dé à l'absence totale d'agitation qui favorise -un colmatage rapide de l'appareil. De plus, dans le cas o l'on doit traiter des suspensions fibreuses, l'efficacité de ce dispositif se trouve encore entravée par la morphologie des constituants fibreux de la suspension qui, en l'absence de toute agitation, tendent à se structurer très rapidement en un réseau cohérent qui "piège" les contaminants et leur interdit tout déplacement au sein du fluide. L'invention pallie les inconvénients de ces différents types d'épurateurs connus. Elle concerne un procédé et un dispositif pour l'épuration des suspensions particulaires basés sur l'effet de vortex, mais qui permettent en outre de moduler indépendamment le gradient radial de pression, le degré d'agitation de la suspension, et le temps moyen de séjour dans l'appareil, permettant ainsi de séparer et d'ex- traire en continu différentes fractions de la suspension traitée. En particulier, dans le domaine de la papeterie, ce type d'appareil permet d'obtenir des suspensions fibreuses pratiquement débarrassées de contaminants. Ce procédé pour la séparation de particules dans un fluide dans lequel on amène la suspension à traiter dans une encein- te de révolution tournant autour de son axe longitudinal de manière à former un vottex à l'intérieur de ladite enceinte, puis on recueille séparément différents composants de la suspension,- se caractérise - 2478489 - 5 - - en ce que le vortex est formé, pour partie essentiel- le,de plusieurs couches concentriques de conicité convergente, - en ce que dans l'enceinte, on confère à la suspension une vitesse angulaire supérieure à la vitesse angulai- re de ladite enceinte de révolution, - et en ce que l'on recueille simultanément et si nécessaire en continu différents composants de la suspension dans des zones distinctes concentriques à l'axe de rotation de l'enceinte, réparties en fonction de la vitesse de migration desdits composants. En d'autres termes, on soumet la suspension à épurer - d'une part, à l'action d'un vortex libre à paroi tournante, de manière à former un écoulement constitué pour partie essentielle de couches concentriques convergentes dont les vitesses angulaires augmentent lorsqu'on se rapproche de l'axe longitudinal dudit vortex, - d'autre part, à un état d'agitation minimum. Dans une forme de réalisation préférée, ce procédé consiste: - - à introduire ladite suspension à l'intérieur de l'en- ceinte de révolution suivant une direction légèrement obli- que par rapport à l'axe de manière à conférer à ladite suspension une vitesse angulaire supérieure à celle de l'enceinte, - à régler l'écoulement de ladite suspension de manière à maintenir une légère différence entre la vitesse angulaire de la suspension à l'intérieur de l'enceinte et la vitesse angulaire de la paroi, - et enfin, à recueillir les contaminants lourds en périphérie de l'enceinte, les contaminants légers au voisina- ge de l'axe longitudinal de ladite enceinte, c'est-à-dire dans l'axe du vortex, la suspension épurée étant alors re- cueillie dans une zone intermédiaire, distincte. Ainsi, on conserve les avantages d'un séparateur à paroi tournante tout en bénéficiant également de l'efficacité de l'écoulement tourbillonnaire, dit "vortex libre", tel qu'uti- lisé dans les épurateurs "cyclones" à corps fixe. En d'autres termes, schématiquement, l'invention - 6 - consiste à combiner la mise en oeuvre du vortex libre et du vortex forcé par la réalisation d'un séparateur du type hydrocyclone dont la paroi tourne autour de son axe de révolution. L'écoulement giratoire ainsi obtenu crée radialement un champ de "pesanteur" (force centrifuge liée à la masse) et de pression ("poussée d'Archimède" centripète liée au volume) comparable au champ normal de pression et de pesanteur mais d'intensité considérablement plus élevée. Il en résulte que les particules moins denses que le fluide vecteur se dirigent vers l'axe du vortex, c'est-à-dire l'axe longitudinal de l'appareil d'o elles seront éliminées, alors que les particules plus denses se dirigent vers la paroi. La différence entre les sens et les modules des vites- ses radiales de migration, liés aux dimensions et à la "den- sité apparente" de la particule dans le fluide permet d'assurer la séparation. Ainsi, selon l'invention, on cherche à créer un vortex libre en paroi tournante, tendant à se rapprocher du vortex libre théorique dans lequel le produit de la vitesse tangen- tielle par le rayon est constant, c'est-à-dire un vortex à vitesse angulaire croissante lorsqu'on se rapproche de l'axe, dans lequel les couches concentriques de la suspension sont cisaillées et suffisamment agitées pour désassocier les par- ticules. Comme dit ci-dessus, il est indispensable que le vortex soit formé pour partie prépondérante de plusieurs couches concentriques de conicité convergente. Cette conicité peut être obtenue: - soit par la conicité elle-même de la paroi de l'encein- te rotative, - soit même indépendamment de la géométrie de cette paroi (par exemple enceinte cylindrique), - soit enfin, en jouant sur les vitesses d'entrée et les débits de sortie de la'suspension dans l'enceinte; ainsi, les vitesses d'entrée permettent de régler, pour chaque couche correspondante, la vitesse angulaire de la suspension et, en-particulier, l'excès de cette vitesse par rapport à la paroi, alors que les débits de sortie permettent de régler la convergence de 1'écoule- ment par rapport à-l'axe longitudinal, et donc la coni- cité dudit écoulement. En pratique, la valeur de l'angle oblique d'introduction de la suspension dans l'enceinte est fixée par le rapport des modules de la vitesse axiale, fonction du débit et de la vi- tesse par rapport à la paroi, déterminée en fonction du degré d'agitation désiré. Par ailleurs, la "vitesse radiale de migration des parti- cules" par rapport au fluide est essentiellement fonction de la forme, des dimensions, de la densité desdites particules, et des caractéristiques de-l'écoulement lui-même. Cette vites- se est d'autant plus faible que la différence de densité entre la particule et le fluide vecteur est plus faible, que les dimensions des particules sont plus faibles et que leur forme est plus défavorable à leur migration. Dans une forme perfectionnée, on introduit également le long des parois de l'enceinte un fluide auxiliaire, ce qui permet de diluer la suspension dans cette zone et d'y augmen- ter la mobilité des particules. La présence de cette couronne de fluide auxiliaire réduit la distance que doivent parcourir les particules légères de la suspension entrant dans l'appareil pour atteindre leur zone d'élimination située vers l'axe du vortex. La présence de cette couronne de fluide permet enfin de "laver" la suspension de ses composants les plus fins dont la vitesse de migration est très faible et qui ne sont pas entraî- nés par les composants les plus lourds de la suspension au cours de la traversée de la couronne d'eau par ces derniers. On aura également, dans la pratique, intérêt à mettre à profit le mouvement de retour axial qui se produit naturelle- ment au coeur des vortex libres en favorisant ce mouvement par l'utilisation d'une sortie axiale. L'effet de centrifugation est ainsi très amplifié dans la zone du vortex la plus proche de l'axe. Il est ainsi possible d'extraire à la base du vortex, et notamment avec de faibles débits, la quasi totalité de la frac- tion légère de la suspension et exempte de composants lourds. Si la suspension contient des particules gazeuses, celles-ci - 8 - se rassemblent dans la zone axiale o elles forment un noyau gazeux. Un dispositif approprié pour la mise en oeuvre de ce procédé pour la séparation de particules dans un fluide, du type dans lequel la suspension à épurer est amenée dans une enceinte de révolution tournante, se caractérise en ce qu'il comporte: - - des moyens fixes d'amenée de la suspension à épurer disposés selon l'axe longitudinal de ladite enceinte de révo- lution,prolongés par des moyens mobiles de déviation du courant de suspension vers la périphérie de l'enceinte; - des moyens pour entraîner ladite enceinte en rotation autour de son axe longitudinal; - des moyens fixes de sortie de la suspension épurée et des différentes fractions séparées, disposés selon l'axe longitudinal de ladite enceinte, précédés par des moyens mobiles de déviation du courant sortant vers l'axe longitudi- nal de l'enceinte; - ledits moyens d'amenée et de sortie sont concentriques les uns aux autres, le moyen de sortie de la suspension épurée étant situé à l'opposé des moyens d'amenée, les autres étant situés aux deux extrémités de l'enceinte. Avantageusement, ce dispositif peut comprendre en outre les éléments suivants: - les moyens d'amenée comporte outre le conduit d'amenée de la suspension, un conduit concentrique plus exté- rieur destiné à amener un fluide auxiliaire à la périphérie interne de l'enceinte, - des moyens supplémentaires d'amenée de fluide auxiliai- re, soit continûment le long de la paroi interne de l'encein- te, soit en discontinu en différents points de ladite paroi, - l'un au moins des deux moyens mobiles de déviation d'amenée et de sortie de la suspension comporte des moyens pour moduler la vitesse de rotation de la suspension par rapport à la vitesse de l'enceinte de révolution, par exemple des canaux inclinés par rapport à l'axe longitudinal de l'enceinte, ce qui favorise et accentue le mouvement tourbil- lonnaire de la suspension, - les moyens de sortie les plus proches de l'axe sont 9- reliés à une source de vide, - la paroi de l'enceinte de révolution présente des orifices de sortie destinés à extraire les particules les plus denses, - l'enceinte.a une forme convergente à partir des moyens d'amenée de la suspension, cette partie convergente pouvant même être associée à une courte portion divergente pour favo- riser l'élimination des composants lourds et éviter le colmatage. En bref, schématiquement, l'ensemble situé du côté des moyens d'amenée agit comme une pompe, alors que les moyens situés à l'opposé agissent comme une turbine. Il est entendu que les moyens mobiles de sortie du fluide peuvent être prolongés au niveau des paliers par des moyens, telle une pompe, solidaires desdits moyens mobiles, dans le but notamment d'alimenter le circuit aval. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent donnés à titre indicatif, mais non limitatif, à l'appui des figures annexées. La figure 1 représente une vue schématique générale en coupe longitudinale d'un épurateur conforme à l'invention avec schéma du mouvement du fluide. La figure 2 montre schématiquement le parcours du fluide vecteur dans une enceinte rotative cylindrique. La figure 3 illustre une variante du dispositif de la figure 2 avec injection de fluide auxiliaire. La figure 4 représente une autre variante des dispositifs selon figures 2 et/ou 3, plus particulièrement adaptée au fractionnement de la suspension sortante. La figure 5 représente une variante des dispositifs selon les figures 2,3, et/ou 4, plus particulièrement adaptée à la séparation des particules lourdes. La figure 6 montre une autre forme de réalisation avec sections cylindriques à diamètre croissant et injection de fluide auxiliaire en plusieurs points de la paroi. La figure 7 représente la partie tournante d'un appareil expérimental pour la mise en oeuvre de l'invention. Les figures 8 et 9 représentent deux dispositifs - 10 - perfectionnés pour 1'épuration. de grandes quantités de suspen- sion. En se référant à la figure 1, l'épurateur se compose - d'une enceinte creuse l, ici très].égèrement conique, en matériau approprié (acier inox, plastique), entrai-Ée en rotation autour de son axe longitudinal 2, grâce à un moteur 3 qui entraîne une courroie 4 en prise sur une gorge 5 prévue à cet effet sur la périphérie de l'enceinte de révolution i; - des paliers 6 et 7, associés à des joints d'étanchéité non représentés, permettant à l'enceinte 1 de tourner sur son axe 2 - d'une tubulure 8 formant moyen fixe d'amenée contenant la suspension à épurer et débouchant par l'intermédiaire d'un raccord tournant en tête de l'enceinte 1.dans un conduit d'amenée 10 formant moyen mobile de déviation; - - d'une tubulure 9 formant moyen fixe d'amenée.de de fluide auxiliaire,débouchant par l'intermédiaire d'un raccord tournant également en tête de l'enceinte 1 dans un conduit 11 concentrique, mais extérieur à 10 formant aussi moyen mobile de déviation; - en face des moyens d'amenée (8,9,10,11) des moyens de sortie formés également par deux conduits fixes 14 et 15 formant moyens fixes de sortie, reliés grâce à des raccorde- ments étanches, respectivement à la tubulure 12 de sortie des particules lesplus lourdes et à la tubulure 13 de sortie de la suspension épurée, lesdites tubulures 12 et 13 formant moyens mobiles de déviation; - d'un conduit de sortie 16 placé en tête et dans l'axe longitudinal de l'enceinte de révolution 1, donc à la base du vortex formé, et destiné à récupérer l'essentiel des particu- les légères; - éventuellement, d'une seconde tubulure de sortie 17 placée sur l'axe longitudinal et de l'autre côté de 16, destinée à entraîner le reste des particules légères, ainsi que des particules très fines. - Si le plus-généralement, l'axe de rotation 2 est horizon- tal, il peut être également vertical. De même, les paliers 6 et 7 peuvent être positionnés ailleurs, par exemple, sur l'enceinte elle-même, ou même remplacés par des moyens - il - équivalents, tels que des bandés de roulement éventuellement montées sur pneumatiques. Le fait d'entraîner en rotation l'enceinte 1 autour de son axe 2 permet de régler indépendamment la force motrice du processus de séparation (liée a la vitesse absolue de rotation de la suspension), indépendamment de l'intensité de l'agita- tion de la suspension (liée à sa vitesse relative par rapport à la paroi), ce qui permet d'adapter les conditions de marche de l'appareil au débit à traiter, sans nuire à l'efficacité. Les conduits concentriques mobiles d'amenée 10 et il conportent une pluralité de canaux inclinés par rapport à l'axe, de manière à favoriser la mise en mouvement tourbillonnaire de la suspension entrante et du fluide auxiliaire et à permettre d'en régler la vitesse angulaire à l'aide des seules varia- tions du débit d'entrée respectivement de la suspension et du fluide auxiliaire. Les conduits mobiles de sortie 12 et 13 sont constitués de façon analogue. Cette symétrie de structure entre la section d'en- trée et la section de sortie favorise la récupération à la sortie de. l'enceinte rotative de la plus grande partie de l'énergie de rotation fournie au fluide dans la section d'entrée. Ainsi, l'appareil est comparable à deux pompes placées symétriquement et qui, au rendement près, ne consom- meraient pas d'énergie. A titre d'exemple, illustrant le fonctionnement du dis- positif selon l'invention, on va décrire le parcours des particules, ou des composants à épurer, au sein de différents appareils conformes à l'invention et, sauf indication contrai- re, dans le cas de l'épuration d'une pâte à papier. EXEMPLE 1 (voir figure 2)- Dans cet exemple, l'enceinte de révolution 1 est cylin- drique. Ici, la suspension à épurer contenant en mélange des fibres et des contaminants légers est introduite à l'intérieur de l'appareil, par l'intermédiaire du conduit 10, dans la zone périphérique du vortex. En s'écoulant dans les canaux inclinés, non représentés, ménagés à l'intérieur du conduit d'amenée 10, la suspension est entraînée dans un mouvement tourbillonnaire de rotation - 12 - dont on a fixé la vitesse angulaire à une valeur supérieure à la vitesse angulaire de la paroi par inclinaison desdits canaux par rapport à l'axe de rotation 2. *Les conditions d'écoulement de la suspension sont alors du type "vortex libre", telles qu'elles sont utilisées dans les appareils cyclones à paroi fixe; toutefois, le léger écart de vitesses de rotation a pour effet de réduire les frottements au niveau strictement nécessaire à la libre mobilité des particules dans la suspension. Dans ces conditions, l'action des forces centrifuge et centripète peut s'exercer sans perturbation, donc avec le maximum d'efficacité. Ainsi, la plus grande partie des parti- cules plus légères que le fluide sont entraînées rapidement vers la zone axiale 20, o elles se concentrent progressive- ment en remontant lentement vers la section d'entrée 21. Là elles sont extraites (exemptes de fibres) par le conduit de sortie 16. Lors de la rotation de l'enceinte 1 chargée de suspen- - - sion, les particules gazeuses de cette suspension se rassem- blent dans la zone axiale du vortex o elles forment un noyau gazeux 20, généralement en dépression. Dans les gros appa- reils, on a intérêt à avoir un noyau gazeux central 20 assez important, afin de diminuer le niveau général des pressions dans l'appareil. Les particules plus lourdes que le fluide (fibres) sont entraînées vers la périphérie, d'autant plus efficacement que leur cheminement n'est pas entravé par des turbulences trop importantes. Un tel appareil simple à paroi cylindrique ou convergen- te est particulièrement adapté à l'extraction des contaminants légers des suspensions fibreuses, telles que les pâtes à papier. EXEMPLE 2 (voir figure 3) Dans une variante dé réalisation, on peut accentuer cette dissociation du réseau fibreux en diluant la suspension à épu- rer au contact de la paroi au moyen d'un fluide auxiliaire introduit par le conduit d'amenée extérieur 1.1 avec un débit réglable à-volonté. EXEMPLE 3 (voir figure 4) Ici, l'extrémité de sortie de l'enceinte de révolution - 13 - comporte trois conduits concentriques 12,13 et 17. On introduit en 10 une suspension fibreuse contenant des contaminants légers et en Il le fluide auxiliaire (eau). On extrait en 16 les contaminants légers. On recueille en 12 une fraction de la suspension épurée enrichie en fibres longues, en 17 des "fines" (fragments de fibres et de parti- * cules de petites dimensions) et en 13 la fraction intermé- diaire. Ce mode de réalisation est particulièrement adapté au fractionnement des suspensions fibreuses papetières. EXEMPLE 4 (voir figure 5) Dans une variante particulièrement intéressante de l'invention, on peut réaliser l'épuration en continu d'une suspension fibreuse papetière contenant à la fois des conta- minants légers et des contaminants lourds en dotant l'ap- pareil d'orifices ménagés dans la paroi de l'enceinte 1, connectés à des conduits tangentiels 18 dirigés par exemple vers l'extérieur afin d'éviter leur colmatage. Par ces con- duits 18, on extrait les particules les plus lourdes, qui se sont concentrées près de la paroi. Avantageusement, on dispose, en amont de ces orifices, des moyens (19) d'introduction d'un fluide auxiliaire destiné à effectuer un lavage des contaminants lourds avant leur extraction. On extrait ainsi par les sorties 18 les contaminants lourds pratiquement exempts de fibres. On recueille en 16 les contaminants légers, en 13 une suspensioncomplètement épurée, en 12 une fraction de la suspension contenant encore quelques contaminants lourds et en 17 une fraction de la suspension contenant encore quelques contaminants légers. Les fractions recueillies en 12 et 17 peuvent éventuellement être recyclées pour parfaire l'épura- tion. Bien évidemment, dans le cas o l'on n'aurait pas à effectuer le fractionnement de la suspension fibreuse, on pourrait se contenter des sorties 12,16 et 18. EXEMPLE 5 (voir figures 6) Les figures 6 a et -6 b illustrent un autre mode de réa- lisation dans lequel la forme générale conique divergente de - 14 - l'ensemble est donnée par une succession de sections cylin- driques élémentaires 23 de diamètres croissants avec entrée d'eau ou de fluide auxiliaire en 9. En 6 a, on a schématisé une demi-coupe de l'appareil et le mouvement moyen des particules (Pi - particules lourdes; P2 - particules légères; P3 - particules les plus fines). En 6- b, on a schématisé les circuits de recyclage et l'écoulement du fluide vecteur. Un tel appareil est particulièrement adapté à l'épura- tion d'une suspension contenant des contaminants très fine- ment divisés, dont la vitesse de migration est pratiquement négligeable vis-à-vis de celle des autres composants de la suspension. Dans ce cas, on introduit en 8, de préférence sous forme concentrée, la suspension à épurer et en 9 le fluide auxi- liaire. Comme précédemment, on recueille respectivement en 16 et 17 les particules légères et les particules très fines. On recueille en 14 la suspension épurée. On recueille enfin en 24, 25 et 26 des fractions contenant des contaminants très fins à concentration croissante. Les particules recueillies en 24, 25 et 26 sont ramenées en tête de l'appareil pour être réintroduites à différents niveaux le long des parois des sections 23. Les moyens mobiles correspondant aux sorties 14,24,25 et 26 sont prolongés chacun d'une pompe 22, ce qui permet d'alimenter à la pression voulue le circuit aval et les circuits de recyclage. Le rideau fluide constitué le long de la paroi joue le rôle d'un tamis sélectif qui laisse migrer les particules lourdes (fibres, par exemple) vers la périphérie, alors qu'il fait écran aux particules très fines. Un tel dispositif est particulièrement avantageux pour effectuer l'élimination de l'encre dans les procédés de désencrage des papiers. On peut également envisager des variantes de réalisation dans lesquelles les sections 23 seraient légèrement, soit convergentes, soit divergentes, selon les conditions d'utili- sation envisagées (des sections divergentes favorisant notam- ment l'élimination des particules les plus lourdes, des - 15 - sections convergentes augmentant les vitesses de rotation du fluide). EXEMPLE 6 (voir figure 7) La figure 7 représente la partie tournante d'un appareil expérimental réalisé conformément à l'invention et dans lequel l'enceinte 1 a une longueur d'environ 75 cm et présen- te une paroi légèrement conique. Un tel appareil, un peu plus difficile à usiner qu'un appareil à enceinte cylindrique, est particulièrement adapté pour éviter le colmatage et favoriser l'élimination des com- posants légers. On introduit en 10 une suspension papetière à épurer, contenant des fibres et des contaminants légers, et en 11 de l'eau (éventuellement une eau de recyclage de l'usine). On recueille en 14 la suspension épurée, en 15 une frac- tion incomplètement épurée et plus diluée que l'on pourra recycler en 8. ou en 9, en 16 les contaminants légers exempts de fibres, éventuellement en 17 une suspension contenant les éléments les plus fins. A titre de comparaison, le taux d'élimination d'un épurateur à vortex classique actuel pour un passage est d'environ 30% de particules de 0,5 millimètre de diamètre, de densité 0,98, pour un débit de 150 litres/minute de pâte à papier ayant une concentration de 7,5 g/l. Avec le disposi- tif de l'invention (selon figure 7), et avec la même pâte, contenant les mêmes composants, le taux d'élimination sera en un seul passage de 97% pour un débit de 300 litres/minute. Pour obtenir un taux d'épuration comparable avec un appareil "cyclone" classique, il faudrait au moins dix passa- ges successifs de la suspension dans l'épurateur, ce qui entraînerait une consommation d'énergie beaucoup trop élevée. EXEMPLE 7 (voir figure 8) La figure 8 représente un épurateur à enceinte conique sans bague d'étanchéité destiné à traiter des gros débits (par exemple, de l'ordre de 10 000 m3/heure) de suspension de particules légères solides ou liquides, telles que des mélanges eau-pétrole. Sur cette figure 8, les parties quadril- lées représentent les parties fixes, alors que les parties hachurées représentent les parties tournantes. Ici, toutefois: - 16 - - les paliers 6 et 7 ont été remplacés par des pneus moteurs 30 et 31, - les conduits 16 et 17 sont bien situés sur l'axe lon- gitudinal 2, mais prennent naissance non pas exacte- ment au centre, mais à la périphérie d'un important noyau d'air 20, régulé en dépression, par des moyens connus non représentés. La suspension(eau-pétrole) à épurer est introduite en 9. On recueille en 14 la fraction épurée (eau), en 15 une frac- tion incomplètement épurée, que l'on recycle en 8, et en 16 la fraction légère (pétrole). En 17, on recueille une partie de la fraction légère mélangée à de l'eau en quantité suffisamment faible pour que ce mélange puisse être traité ultérieurement par des moyens connus. Ainsi, on a calculé que, pour une enceinte de 10 mètres de long ayant un volume d'environ 35 m3, on pouvait traiter de manière satisfaisante environ 10 000 m3/heure et ce, pour une vitesse de paroi de l'enceinte 1 d'environ 90 km/heure (300 tours/minute), une accélération centrifuge moyenne de g, une pression intérieure maximum de 8 Kg/cm2 et un excès de vitesse du fluide par rapport à la vitesse de paroi d'environ 2 mètres/seconde. EXEMPLE 8 (voir figure 9) La figure 9 représente un épurateur également à enceinte conique sans bague d'étanchéité pour gros débits, particuliè- rement adapté à l'épuration des suspensions diluées, telle, par exemple, qu'une pâte à papier très peu concentrée et con- tenant des contaminants légers. Ici, le noyau d'air 20 est régulé en dépression par l'in- termédiaire du conduit 32. On a calculé qu'avec un tel appareil, pour une enceinte de 5 mètres de long d'un volume interne de 5,5 m3, on pouvait épurer environ 1000 m3 par heure, pour une vitesse de paroi d'environ 70 Km/heure (700 tours/minute) à une accélération centrifuge moyenne de 300 g, une pression interne maximum de Kg/cm2 et un excès de vitesse du fluide par rapport à la vitesse de la paroi 1 d'environ 3 mètres/seconde. - 17 - EXEMPLE 9 (voir figure 9) Un mode d'utilisation avantageux plus particulièrement adapté à l'épuration de suspensions concentrées consiste à introduire la suspension à épurer du côté du sommet du vortex, ledit vortex étant alors formé principalement par le fluide auxiliaire, notamment dans le cas de recyclage, par la sus- pension recyclée, introduit en 10 et 11. La suspension initialement concentrée est ainsi intro- duite par un conduit 17 dans la zone centrale du vortex, à la naissance du mouvement de retour axial, amplifié par un débit d'extraction du conduit 16 suffisant. Cette disposition, qui ne modifie pratiquement pas la structure de l'écoulement puisque le débit introduit en 17 est faible par rapport au débit total traversant l'appareil, permet d'augmenter la distance radiale à parcourir par les composants lourds et améliorer de ce fait la sélectivité pour ces composants lourds. Ce mode de fonctionnement peut être adppté pour tous les modes de réalisation de l'appareil, comportant une sortie pour les contaminants lourds. Il implique, comme seule modification de construction, l'inversion du sens des canaux obliques en 17. Le dispositif selon l'invention présente de nombreux avantages par rapport aux dispositifs connus à ce jour. On peut citer: - la possibilité d'augmenter la vitesse angulaire du fluide à épurer indépendamment du débit et donc du temps de séjour, qui permet d'augmenter la sélectivité de la sépara- tion des différentes fractions de la suspension à traiter; - la possibilité de diminuer la vitesse tangentielle du fluide par rapport à la paroi, ce qui permet de maîtriser l'ét-at d'agitation de la suspension et donc de réduire les pertes de charge et par conséquent la consommation d'énergie; - la possibilité de maîtriser indépendamment la vitesse angulaire de la suspension et son état d'agitation permet d'utiliser des appareils de grandes dimensions spécifiquement adaptés à certaines utilisations; - la possibilité d'extraire dans le même appareil, simul- tanément et en continu, des particules lourdes, des particules - 18 - légères, et différentes fractions de la suspension épurée, ce qui rend cet appareil très polyvalent; - la possibilité d'introduire au moins un fluide auxi- liaire ce qui permet, si nécessaire, de parfaire l'épuration par "lavage" et/ou par recyclage de certaines fractions de ladite suspension. De la sorte, cet appareil peut être utilisé avec succès dans le traitement de suspensions diverses: - épuration des pâtes à papier, par exemple de récupé- ration; - élimination de l'encre dans les procédés de désencrage des papiers; - fractionnement de pâtes à papier diverses; - épuration des eaux résiduaires ou des eaux polluées; - séparation efficace de particules dont la densité est assez voisine de celle du fluide dans lequel elles sont en suspension. - -- 19 *- - REVENDICAT IONS 1/ Procédé pour la séparation de particules dans un fluide dans lequel on amène la sustension à traiter dans une enceinte de révolution tournant autour de son axe longitudi- nal, de manière à former un vortex à l'intérieur de ladite enceinte, puis on recueille séparément différents composants de la suspension, caractérisé:- - en ce que le vortex est formé pour partie essentielle de plusieurs couches concentriques de conicité convergente, - en en ce que dans l'enceinte, on confère à la suspen- sion une vitesse angulaire supérieure à la vitesse angulaire de ladite enceinte de révolution, - et en ce que l'on recueille, simultanément et si nécessaire en continu, différents composants de la suspension, dans des zones distinctes concentriques à l'axe de rotation de l'enceinte, réparties en fonction de la vitesse de migra- tion desdits composants. 2/ Procédé selon revendication 1, caractérisé - en ce que l'on introduit ladite suspension à l'inté- rieur de ladite enceinte de révolution suivant une direction légèrement oblique par rapport à l'axe longitudinal de l'en- ceinte, de manière à conférer à ladite suspension une vitesse angulaire supérieure à la vitesse angulaire de l'enceinte, - puis, on iègle l'écoulement de la suspension de maniè- re à maintenir une légère différence entre la vitesse angu- laire de la suspension à l'intérieur de l'enceinte et la vitesse angulaire de la paroi, - et enfin, on recueille les composants lourds en péri- phérie de l'enceinte, les composants légers au voisinage de l'axe longitudinal de ladite enceinte, c'est-à-dire dans l'axe du vortex, la suspension épurée étant alors recueillie dans au moins une zone intermédiaire distincte. 3/ Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, carac- térisé en ce que l'on introduit en outre le long des parois de l'enceinte un fluide auxiliaire destiné à augmenter la mobilité des composants situés dans cette zone périphérique et/ou à effectuer un 'lavage" desdits composants. 4/ Dispositif pour la séparation de particules dans - 20 - un fluide, du type dans lequel la suspension à épurer est amenée dans une enceinte de révolution tournant autour de son axes, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens fixes d'amenée de la suspension disposés selon l'axe longitudinal de ladite enceinte de révo- lution, prolongés par des moyens mobiles de déviation du courant de suspension vers la périphérie de l'enceinte; - des moyens pour entraîner ladite enceinte en rotation autour de son axe longitudinal; - des moyens fixes de sortie de la suspension épurée et des différentes fractions séparées, disposés selon l'axe longitudinal de ladite enceinte, précédés par des moyens mobi- les de déviation du courant sortant vers l'axe longitudinal de l'enceinte; - les dits mnyens d'amenée et de sortie étant oonoentriques les uns aux autres, le moyen de sortie de la suspension épurée étant situé à l'opposé des moyens d'amenée, les autres étant situés aux deux extrémités de l'enceinte. / Dispositif selon revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'amenée comportent, outre un conduit d'ame- née de la suspension, un conduit concentrique plus extérieur destiné à amener un fluide auxiliaire en un ou plusieurs points à la périphérie interne de l'enceinte. 6/ Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'un au moins des deux moyens mobiles d'amenée et de sortie de la suspension comporte des moyens pour moduler la vitesse angulaire de la suspension par rapport à la vitesse angulaire de l'enceinte de révolution. 7/ Dispositif selon revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens pour moduler la vitesse angulaire de la suspension par rapport à celle de l'enceinte de révolution sont constitués par des canaux inclinés par rapport à l'axe longitudinal de l'enceinte. 8/ Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que-l'un au moins des moyens mobiles de sortie est associé à une pompe. 9/ Dispositif selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que l'un au moins des moyens de sortie est relié à une source de vide. - 21 - / Dispositif selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que la paroi de -l'enceinte-de révolution présente en outre au moins un orifice de sortie destiné à extraire les composants les plus denses. 11/ Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'enceinte comporte une portion divergente en amont de chacun des orifices de sortie des contaminants lourds. 12/ Dispositif selon l'une des revendications 4 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant de réguler en dépression le noyau d'air central formé lors de la rotation de ladite enceinte autour de son axe longitudinal.