Brevet FR2476504A1 — publié le 19810828

- l - Séparateur destiné à la séparation d'un mélange de suspension et de particules lourdes et grossières L'invention a pour objet un séparateur destiné à séparer un mélange d'entrée, comprenant une suspension de pulpe de cellulose ou un produit similaire et des particules grossières lourdes, en une fraction légère constituée par la suspension de pulpe de cellulose ou le produit similaire et une fraction lourde de particules grossières, comprenant une première chambre de séparation munie d'au moins une première entrée pour le mélange et d'une première sortie pour la fraction légère, séparateur ayant de plus une sortie pour une fraction intermédiaire enrichie en particules grossières. Les dispositifs couramment utilisés pour séparer les impuretés, notamment dans les suspensions de pulpe de cellulose, impuretés constituées par des particules lourdes et grossières comme des grains de sable, des cailloux, des morceaux de ciment, des fragments métalliques, sont consti- tuées par les filtres de séparateurs cyclone. Mais il se pose un problème lorsque l'on veut séparer les impuretés grossières sous forme d'un écoulement de rejet continu. Pour éviter que les sorties de rejet ne soient obturées par les écoulements, il faut leur donner une dimension livrant accès aux particules les plus grosses. En consé- quence, les sorties de rejet doivent avoir des sections de passage de grande taille, ce qui se traduit par la sortie d'une quantité importante de matériaux de valeur (suspension de fibre de cellulose et produits similaires). Cette cir- constance rend nécessaire l'utilisation de filtres ou de séparateurs cyclone placés en série pour constituer plusieurs étages, pratiquement jusqu'à trois ou quatre étages, de façon à extraire de l'écoulement de rejet les substances de valeur jusqu'à un niveau acceptable du point de vue de l'économie ou de la protection de l'environnement. Une autre solution du problème de perte de subs- tances de valeur par l'écoulement de rejet est fournie par l'emploi de sas, c'est-à-dire de compartiments munis d'une. vanne d'entrée et d'une vanne de sortie, sur les échappe- - 2 - ments de rejet. Un tel système de sas présente l'inconvé- nient que le compartiment se remplit aussi de substances de valeur qui empêchent le rejet d'une fraction des impu- retés grossières. Ces particules grossières qui restent dans le filtre ou le séparateur cyclone se traduisent par de l'usure. La présente invention vise notamment à fournir un séparateur du type mentionné ci-dessus, permettant de main- tenir un rejet continu de particules grossières lourdes, sans perte de produits de valeur, suspension de pulpe de cellulose ou produits similaires, et sans qu'il soit besoin de pompes de circulation.L'invention vise par ailleurs à fournir un séparateur de constitution simple, d'exploitation économique et de fonctionnement efficace. Dans ce but, l'invention propose notamment un séparateur du type cidessus défini caractérisé par une seconde chambre de séparation munie au moins d'une seconde entrée et d'une seconde sortie destinée à une fraction légère ramenée, avec une sortie pour la fraction lourde séparée, la sortie de fraction intermédiaire étant reliée à la seconde entrée et provenant d'une première zone dans la première chambre de séparation qui est à une pression plus élevée qu'une seconde zone reliée à la seconde sortie, la seconde zone étant placée dans la première chambre de séparation ou étant reliée à cette dernière de sorte que les première et seconde chambres de séparation communiquent pour constituer un circuit. La seconde chambre de séparation présente avanta- geusement une symétrie de révolution et elle a alors une seconde e'ntrée tangentielle et une seconde entrée axiale de fraction légère ramenée. Dans un mode de réalisation intéressant de l'invention, la première chambre de sépa- ration présente elle aussi une symétrie de révolution et est munie d'une première entrée tangentielle et d'une première sortie centrale pour la fraction légère. Les chambres de séparation, ou au moins l'une d'entre elles, ont avantageusement-une constitution de sépa- rateur cyclone classique, dont l'enveloppe a un tronçon en -3 forme de cylindre circulaire et un tronçon qui est au moins partiellement conique. Dans certains cas, il est avanta- geux de munir la première chambre de séparation de premiers moyens de filtrage, destinés à livrer passage à la fraction légère tandis que les particules grossières sont retenues. De même, on peut munir la seconde chambre de séparation de seconds moyens de filtrage prévus pour livrer passage à la fraction légère de retour, tandis que la fraction lourde, constituée de particules grossières, est retenue. Dans les deux cas, les moyens de filtrage sont généralement placés dans des chambres de séparation en forme de cylindres circulaires, affectent la même forme et sont disposés coaxialement à la chambre de séparation. Les moyens de filtrage peuvent également être montés de façon à tourner dans la chambre de séparation. Dans une variante, on peut prévoir dans la première chambre de séparation des moyens de filtrage ayant une forme d'enveloppe filtrante ayant une symétrie de révolution, dé- limitant une chambre de filtrage qui est directement reliée à la première entrée et à la sortie pour la fraction inter- médiaire, un agitateur étant monté de façon à tourner à l'intérieur de l'enveloppe de filtrage et à donner un mou- vement de rotation au mélange dans la chambre de filtrage. Les forces centrifuges ainsi créées facilitent la sépara- tion en une fraction légère et une fraction lourde. On peut adopter diverses dispositions relatives de la première et de la seconde zone. On peut en particulier disposer dans la première zone la sortie de fraction inter- médiaire de façon à utiliser l'énergie cinétique de l'écou- lement. Pour cela, on dispose la direction axiale de la sortie tangentiellement à la portion externe de la première chambre de séparation, si cette dernière constitue sépara- teur cyclone. Si la seconde zone est placée dans la première chambre de séparation, ce résultat est atteint en dirigeant la seconde sortie à partir de la direction d'écoulement. Si la chambre de séparation présente une symétrie de révo- lution et est munie d'une entrée tangentielle, on obtient une réduction supplémentaire de pression dans la seconde -4- zone en disposant cette seconde zone à distance de la périphérie de la chambre de séparation, plus près du centre. Dans une variante, on place la seconde zone dans l'entrée de la première chambre de séparation, cette entrée étant avantageusement constituée de façon à former éjecteur. Dans ce cas, la seconde sortie centrale est reliée à la partie étroite de la première entrée, là o la pression est minimale. Pour réaliser des conditions d'écoulement avanta- geuses dans le circuit, on pourra donner à la section d'écoulement offerte par la sortie de fraction intermé- diaire une surface plus grande que celle de la section d'écoulement dans la seconde sortie centrale pour la fraction légère ramenée. Lorsque la seconde chambre de séparation présente une constitution de séparateur cyclone, il est avantageux de la disposer avec son axe de symétrie sensiblement verti- cal, tronçon conique dirigé vers le bas; si l'on considère la variation de la section droite transversale de la seconde chambre de séparation avec son développement tangen- tiel, cette chambre est constituée de telle façon que la vitesse débitante vers le haut à travers la chambre de séparation vers la seconde sortie axiale. est inférieure à la vitesse de déplacement descendante des particules lourdes, due à l'écoulement forcé à travers la seconde entrée combiné à l'action des forces de gravité. Ainsi, on-évite que les particules grossières ne soient réaspirées vers la première chambre de séparation avec l'écoulement de retour ascendant. Dans l'intérêt d'une réalisation compacte et d'un bon fonctionnement, on combinera avantageusement les deux chambres de séparation en un ensemble fractionné par une cloison transversale à travers laquelle sont ménagées la sortie de fraction intermédiaire (coïncidant avec la seconde sortie) et la seconde sortie de fraction légère ramenée, en contact direct avec la seconde zone de la première chambre de séparation. - 5 - Étant donné le risque d'adhésion des particules grossières sur leur trajet vers la sortie de fraction lourde, il est avantageux de prévoir un guide, par exemple en forme de barre, dans l'une des chambres de séparation S ou dans les deux. Ce guide est disposé circonférentielle- ment et suit le trajet d'écoulement des particules gros- sières. Ainsi, il guide ces particules vers la sortie de fraction lourde. Dans un mode intéressant de réalisation de l'in- vention, il est prévu un guide placé dans la première chambre de séparation jusqu'à proximité de la sortie de fraction intermédiaire, de largeur radiale croissante. La sortie de fraction intermédiaire hors de la première chambre de séparation peut notamment constituer un conduit tangentiel descendant, muni d'une paroi axiale et d'un guide de largeur radiale telle que la paroi axiale est placée, dans le sens radial, extérieurement à l'arête interne du guide. Pour débarrasser la sortie de fraction intermé- diaire des impuretés, on peut prévoir un pulvérisateur de distribution de liquide de nettoyage. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - les Figures 1 et 2 montrent deux modes de réalisation de séparateur suivant l'invention, en plan; - les Figures 3 et 4 montrent deux modes de réalisation munis de moyens de filtrage, la figure 3 0 étant en plan et la figure 4 en coupe transversale; - la Figure 5 montre une réalisation compacte, partiel- lement en section longitudinale; - les Figures 6 à 8 sont des vues en coupe, res- pectivement suivant les lignes VI-VI, VII-VII et VIII- VIII de la figure 5; - la figure 9 est une vue en coupe développée suivant la ligne IX-IX de la figure 6; et - la figure 10 montre un mode de réalisation comportant des moyens de filtrage et un agitateur. - 6 - Sur toutes les figures, les éléments correspon- dants sont désignés par les mêmes numéros de référence, affectés respectivement des exposants 1, 2, 3, 4 et 10 suivant le mode de réalisation., On a désigné respectivement par 1 une première chambre de séparation, par 2 une seconde chambre de séparation, par 3 une première entrée, par 4 une première sortie, par 5 une sortie de fraction intermé- diaire,.par 6 une seconde entrée, par 7 une seconde sortie, par 8 une sortie de fraction lourde et par 9 un dispositif de sas qui n'existe que dans certains cas. Le séparateur montré en figure 1 comporte une pre- mière chambre de séparation 1l en forme de cylindre circu- laire et une seconde chambre de séparation 21 en forme de séparateur cyclone classique, munie d'un dispositif à sas 1 1 91* La première sortie 3 présente une constitution d'éjec- teur auquel est reliée la seconde sortie centrale 71* On constitue ainsi un circuit, dans lequel une fraction inter- médiaire s'échappe par la sortie 51 vers la seconde chambre de séparation 21, o les particules grossières lourdes sont collectées dans le dispositif de sas 91 tandis qu'une frac- tion légère ramenée est aspirée dans l'éjecteur de l'entrée 3 et revient à la première chambre de séparation 1 Dans le mode de réalisation de la figure 2, une conduite de liaison 102 relie la seconde sortie 52, qui pro- vient de la partie périphérique de la première chambre de 1 2 séparation 1', à la seconde entrée 6 de la seconde chambre de séparation22 La seconde sortie centrale 72 est direc tement reliée au centre de la partie basse de la première chambre de séparation 12. Le mode de réalisation montré en figure 3 com- prend une conduite de liaison 10 et un élément filtrant en forme de cylindre circulaire 113 entraîné en rotation par un moteur 12. Dans le séparateur suivant la figure 4, la sortie 54de fraction intermédiaire est disposée de façon a s'ou- vrir en sens inverse de l'écoulement dans la partie péri- phérique de la première chambre de séparation 1; ainsi on- utilise l'énergie cinétique de l'écoulement. La fraction - 7 intermédiaire passe par une conduite de liaison 104 vers la seconde entrée 64 de la seconde chambre de séparation -. Ainsi, les particules grossières lourdes sont sépa- rées et une fraction légère ramenée s'écoule par la seconde sortie centrale 74 vers la seconde zone de la première chambre de séparation 1 La sortie 74 débouche dans la direction d'écoulement à l'extérieur de moyens de filtrage il, de façon à avoir un effet d'éjection. La fraction légère est entraînée pour être rejetée à partir de la pre- mière chambre de séparation 14 par la première sortie cen- trale 44. Le séparateur montré en figure 10 comporte des moyens de filtrage 11i1 constitués par une enveloppe filtrante à symétrie de révolution, dont l'axe de symétrie est placé à 900 de l'axe de symétrie de la première chambre de séparation 110. L'entrée 310 débouche dans une chambre de filtration délimitée par les moyens de filtrage. Dans cette chambre est placé un agitateur, du type couramment dénommé "foil" en technique papetière. Cet agitateur tourne le long de la face interne de l'enveloppe de filtrage et donne un mouvement de rotation au mélange dans la chambre de filtration. Grâce à ce mouvement de rotation on fait apparaître,à la sortie 510 de fraction intermédiaire, une pression plus élevée qu'à la seconde sortie centrale 7 10 qui débouche dans l'entrée 310, de sorte qu'on réalise un certain effet d'éjection. Les figures 5 à 9 montrent en détail une réali- sation compacte de séparateur cyclone mettant en oeuvre l'invention. La première chambre de séparation 1 comporte un tronçon 13 en forme de cylindre circulaire et deux tronçons en forme de tronc de cône 14 et 15. Le dernier tronçon 15 est limité par une cloison transversale plane 16, qui constitue également un pignon haut pour la seconde chambre de séparation. Cette dernière est constituée de deux tronçons en forme de tronc de cône 17 et 18. La sortie de fraction intermédiaire se prolonge par un conduit qui traverse la cloison transversale 16 et constitue la seconde. entrée 6. La conduite est limitée par une paroi 19 paral- - 8 - lèle à l'axc. La seconde sortie centrale 7 est formée par une ouverture circulaire centrale dans la cloison trans- versale 16. Dans la première chambre de séparation 1 sont prévus des guides 20 et 21 sous forme de barres. De façon similaire, un guide 22 en forme de barre est placé dans la seconde chambre de séparation. Le guide 21 a une largeur radiale qui augmente dans la partie o le guide se rapproche de la sortie 5 de fraction intermédiaire, ce que montre en particulier la figure 6. Ainsi, la paroi axiale 19 se trouve, vue dans le sens radial, en dehors de l'arête interne du guide 21. Un dispositif pulvérisateur 23 est prévu pour débarrasser la sortie 5 des dépôts et des particules grossières. La conduite allant de la sortie 5 à l'entrée 6 est montrée sur la fiQure 9 sous forme d'une vue développée en coupe suivant la ligne IX-IX de la figure 6. Le séparateur cyclone de la figure 5 fonctionne de telle façon qu'un mélange d'admission, constitué par exemple de pulpe de cellulose et de particules grossières lourdes, admis par l'entrée 3, suit un trajet descendant hélicoïdal vers la sortie 5 à travers laquelle une fraction intermédiaire contenant les particules lourdes est évacuée. La majeure partie de l'écoulement, contenant la suspension de pulpe de cellulose ou un produit similaire, s'échappe axialement par la première entrée centrale 4. La fraction intermédiaire traverse la seconde entrée 6 et suit un trajet hélicoïdal descendant vers la sortie 8 de fraction lourde, o les particules grossières sont séparées vers le bas et pénètrent dans le sas 9 qui peut éventuellement être maintenu ouvert en permanence, tandis qu'une fraction légère ramenée pénètre axialement dans la première chambre de séparation par la seconde sortie centrale 7. La vitesse débitante axiale ascendante dans la seconde chambre de séparation est inférieure à la vitesse de descente des particules gros- sières, de sorte qu'il n'y a pas de risque que ces-particules soient aspirées dans la première chambre de séparation. L'axe de symétrie de la seconde chambre de séparation est sensiblement vertical et le tronçon conique converge vers le bas. - 9 - L'invention ne se limite évidemment pas aux modes particuliers de réalisation qui ont été représentés et décrits à titre d'exemples et il doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend à toutes variantes res- tant dans le cadre des équivalences. Revendications 1. Séparateur destiné à séparer un mélange d'entrée,comprenant une suspension de pulpe de cellulose ou un produit similaire et desparticules grossières et lourdes,en une fraction légère constituée par la suspension de pulpe de cellulose ou le produit simi- laire et une fraction lourde de particules grossières, comprenant une première chambre de séparation (1) munie d'au moins une première entrée (3) pour le mélange et d'une première sortie (4) pour la fraction légère, comportant de plus une sortie (5) pour une frac- tion intermédiaire enrichie en particules grossières, caractérisé par une seconde chambre de sépa- ration (2) munie au moins d'une seconde entrée (6) et d'une seconde sortie (7) destinée à une fraction légère ramenée, ainsi qu'une sortie (8) pour la fraction lourde séparée, la sortie (5) de fraction intermédiaire étant reliée à la seconde entrée (6) et provenant d'une pre- mière zone dans la première chambre de séparation (1) qui est à une pression plus élevée qu'une seconde zone reliée à la seconde sortie, la seconde zone étant placée dans la première chambre de séparation ou étant reliée à cette dernière de sorte que les première et seconde chambres de séparation (1, 2) communiquent pour constituer un circuit. 2. Séparateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde chambre de séparation (2) présente une symétrie de révolution et est munie d'une seconde entrée tangentiellc (6) et d'une seconde sortie. (7) centrale pour une fraction légère ramenée. 3. Séparateur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première chambre de séparation (1) présente une symétrie de révolution et est munie d'une première entrée tangentielle (3) et d'une pre- mière sortie centrale (4) pour la fraction légère. 4. Séparateur suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la seconde chambre de sn.-ration (2) est constituée partiellement par un tronçon en forme - il - de cylindre circulaire muni de la seconde entrée tan- gentielle (6) et partiellement un tronçon qui est au moins en partie conique. S. Séparateur suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la première chambre de séparation (1) est constituée partiellement par un tronçon en forme de cylindre circulaire, muni de l'entrée tangentielle (3), et partiellement par un tron- çon qui est au moins en partie conique. 6. Séparateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première chambre de séparation comprend des premiers moyens de filtrage (11) prévus pour être traversés par la fraction légère et pour retenir les particules grossières. 7. Séparateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la seconde chambre de séparation contient des seconds moyens de filtrage prévus pour être traversés par la fraction légère tandis que la fraction lourde, c'est-à-dire les particules grossières, est retenue. 8. Séparateur suivant la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les premiers moyens de filtrage (11 10) sont constitués par une enveloppe filtrante ayant une symétrie de révolution, délimitant une chambre de filtrage qui est directement reliée à la première entrée (310) et à la sortie (510) pour la fraction intermédiaire, un agitateur (24) étant monté de façon à tourner à l'in- térieur de l'enveloppe de filtrage (11 1) et à donner un mouvement de rotation au mélange dans la chambre de filtrage. 9. Séparateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la sortie (5) de-la fraction intermédiaire est disposée de façon à utiliser l'énergie cinétique dans la première zone. 10. Séparateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la seconde zone est pla- cée à l'intérieur de la première chambre de séparation (1)., caractérisé Cei ce que la seconde zone est écartée de la _ 12 '- périphérie de la première chambre de séparation (1). Il. Séparateur suivant la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la seconde sortie (7) est dirigée dans la direction d'écoulement. 12. Séparateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la seconde zone est placée à l'extérieur de la première chambre de séparation'(1), caractérisé en ce que la seconde zone est placée à l'inté- i rieur de la première entrée (3) vers la première chambre de séparation (1), entrée constituant éjecteur. 13. Séparateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la section de passage offerte par la sortie de fraction intermédiaire est plus grande que la section de passage dans la seconde sortie axiale pour la fraction légère ramenée. 14. Séparateur suivant l'une quelconque des revendications 4 à 13, dans lequel la seconde chambre de séparation (2) est placée avec son axe de symétrie sensible- ment vertical, tronçon conique dirigé vers le bas, caractérisé en ce que, si l'on considère la variation de la section droite transversale de-la seconde chambre de sépara- tion (2) avec son développement tangentiel, cette chambre (2) est constituée de telle façon que la vitesse débitante vers le haut à travers la chambre-de séparation vers la seconde sortie axiale (7) est inférieure àla vitesse de déplacement descendante des particules lourdes, due à l'écoulement forcé à travers la seconde entrée combiné à l'action des forces de gravité. 15. Séparateur suivant l'une quelconque des revendications 7 et 9 à 14, caractérisé en ce que les pre- mière et-seconde chambres de séparation (1, 2) sont combinées en un ensemble fractionné par une cloison transversale (16), et en ce que la sortie (5) de fraction intermédiaire coinci- dant avec la seconde sortie (6) et la seconde sortie (7) pour la fraction légère ramenée en contact direct avec la seconde zone de la première chambre de séparation (t) sont disposées à travers la cloison transversale (16). 16. Séparateur suivant l'une quelconque des - 1 3 - revendications 1 à 15, caractérisé par un guide (22) prévu dans la seconde chambre de séparation (2) pour diri- ger l'écoulement de particules grossières et amener ces particules vers la sortie (8) de fraction lourde. 17. Séparateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 et 9 à 16, caractérisé par au moins un guide (20, 21) placé à la périphérie de la première chambre de séparation, suivant le trajet des particules grossières, destiné à guider les particules vers la sortie (5) de fraction intermédiaire. 18. Séparateur suivant la revendication 17, carac- térisé en ce que le guide (21) a une largeur radiale qui augmente graduellement vers la sortie (5) de fraction inter- médiaire. 19. Séparateur suivant la revendication 17 ou 18, caractérisé par une paroi axiale (19) placée radialement à l'extérieur du guide (21), ladite paroi(19)constituant un tronçon de la sortie (5) pour la fraction intermédiaire à travers la cloison transversale (16). 20. Séparateur suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 19, caractérisé par un pulvérisateur (23) prévu pour être alimenté en liquide de pulvérisation destiné à nettoyer la sortie (5) de fraction intermédiaire.