Brevet FR2494183A1 — publié le 19820521

La présente invention concerne un dispositif pour l'extrac- tion mécanique du liquide de mélanges liquide-solide dans une extrudeuse, dont le corps cylindrique comporte un filtre inférieur en regard de l'ouverture d'alimentation et dont l'orifice de sortie est obturable par un cône commandé par une pression. Des filtres des modèles les plus divers, centrifugeuses, tamis vibrants, extrudeuses et filtres-presses sont connus pour 1textrac- tion mécanique du liquide de mélanges liquide-solide. Il existe plusieurs possibilités pour effectuer la séparation, soit par action de la seule gravité sur le mélange, soit par cisaillement et pression. Les effets de déshydratation réalisables par gravité ou cisaillement sont relativement faibles, tandis que l'application d'une pression avec cisaillement simultané permet une déshydratation pratiquement totale. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 3 230 865 décrit un dis- positif du type précité. Le mélange est soumis dans une extrudeuse à un certain cisaillement et à une pression, qui est réglable par un cône obturant l'orifice de sortie de la matière. Des essais ont montré qu'une telle extrudeuse ne permet qu'une séparation insuffisante de mélanges liquide-solide, car l'élément fil- trant cylindrique ne permet d'exercer qu'une pression relativement faible. L'invention a pour objet un dispositif permettant, par des phases opératoires continues, de porter des mélanges liquide-solide à une teneur en matière sèche supérieure à 95 %. Le dispositif selon l'invention doit en outre être utilisable dans divers domaines d'emploi, aussi bien par exemple pour des déchets pompables que pour exprimer des liquides de pâtes à papier, feuilles de betteraves ou cassettes. L'invention vise enfin à permettre d'ajuster à l'aide du dispo- sitif une teneur en matière sèche quelconque, afin de réaliser une machine universelle, utilisable pour diverses teneurs en matière sèche. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, la chemise de la zone d'alimentation présente des rainures; une zone du corps faisant suite à la zone d'alimentation dans le sens de travail est équipée de broches radiales par rapport à l'axe de la vis et traver- sant radialement le corps; les filets hélicoîdaux sur le noyau de la vis présentent des interruptions de largeur égale à celle des bro- ches pénétrant dans le corps de vis; et les crêtes des filets de vis comportent des alésages radiaux, orientés sur l'axe de la vis et reliés à un alésage axial de cette dernière. La réalisation de rainures dans la zone d'alimentation assure une introduction économiquement admissible de la matière dans le dis- positif, en interdisant la rotation de la matière avec la vis. Des conditions de transport optimales et par suite une introduction satis- faisante de la matière sont obtenues uniquement quand la résistance de la chemise d'un corps de vis est rendue très grande par des rainures par exemple. Une première compression de la matière se produit simultanément dans la zone d'alimentation. Le liquide ainsi libéré peut s'écouler par le filtre de base de la zone d'alimentation. Cette dernière élimine ainsi le liquide qui peut être exprimé sans une pression excessive. Les rainures de la zone d'alimentation assument en outre la fonc- tion d'évacuation du liquide exprimé vers les orifices de filtration. La matière à presser atteint ensuite la zone du corps à broches. Une pression très élevée, pouvant dépasser 30 bars, s'établit dans cette zone. La matière est soumise à un mouvement de transport forcé par les tronçons hélicoldaux de filet entre les divers plans de broches. Les broches pénétrant à l'intérieur du corps renforcent notablement le transport en interdisant pratiquement l'entraînement en rotation par la vis de la matière à presser. Le mouvement de transport forcé produit une pression très élevée, qui aboutit à la destruction des cellules du matériau et par suite à l'expression de l'eau cellulaire. La déshydratation résiduelle de la matière s'effectue ainsi dans la zone du corps à broches. Afin que l'eau libérée puisse s'écouler hors du dispositif, et notamment de la zone du corps à broches, les crêtes des tronçons de filet comportent des alésages radiaux, orientés sur l'axe de la vis et reliés à un alésage axial de cette dernière. La pression 2 4 94183 régnant dans le corps à broches étant supérieure à 30 bars, le liquide exprimé est refoulé par les crêtes de filet dans les alésages radiaux, dans l'alésage axial de la vis, puis dans un réservoir col- lecteur. La distance entre les crêtes de filet et la paroi intérieure du corps est dimensionnée de façon que seules de très petites parti- cules solides puissent franchir les crêtes de filet, afin d'éviter un engorgement des alésages radiaux et de l'alésage axial de la vis. Toutes les particules solides arrivant entre les crêtes de filet et la paroi intérieure du corps sont broyées par la rotation de la vis et présentent ainsi une dimension qui évite efficacement un engorge- ment des alésages radiaux et de l'alésage axial. La pression élevée refoule hors des alésages, par l'intermédiaire du liquide exprimé, toutes les particules solides plus petites que le jeu entre les crêtes de filet et la paroi intérieure du corps. Le diamètre des alésages radiaux et de l'alésage axial doivent augmenter avec le jeu entre les crêtes de filet et la paroi du corps, afin d'assurer l'évacuation du liquide. Le résultat avantageux du dispositif selon l'invention est garanti uniquement par la combinaison judicieuse des caractéristiques rainures dans la zone d'alimentation, afin d'assurer un débit d'ali- mentation économique; zone du corps à broches afin de créer une pres- sion très élevée et de broyer mécaniquement le matériau pressé; alésages radiaux et alésage axial dans la vis, afin d'évacuer direc- tement le liquide à son point d'expression. Il est par exemple possible de presser en une seule opération une pâte à papier humide de façon à obtenir une teneur en matière sèche de 90%. Les filtres-presse classiques ne permettent pas d'obte- nir un tel résultat, même approximativement, pour les raisons sui- vantes: Lorsqu'un filtre-presse est utilisé sous forme d'extrudeuse avec les ouvertures de filtration connues, réparties sur l'ensemble de la chemise, la pression maximale ainsi réalisable est de 3 bars, car une pression supérieure refoulerait presque totalement le mélange liquidesolide à travers les ouvertures de filtration, sans aucune expression de l'eau cellulaire. Il est évident que de telles presses ne permettent d'obtenir qu'une faible pression, de loin insuffisante pour exprimer l'eau cellulaire. Le seul montage de zones du corps à broches n'assure toutefois également aucune déshydratation efficace, car une pression élevée peut certes être établie en principe, mais s'échappe par les ouver- tures de filtration connues de la chemise du corps, sans détruire la structure cellulaire des composantes solides ni libérer l'eau. Seul l'établissement d'une pression très élevée, avec créa- tion simultanée d'une possibilité d'écoulement du liquide libéré et sans réduction sensible de la pression par l'évacuation du liquide exprimé, permet d'effectuer une déshydratation assurant continûment et en une seule opération des teneurs en matière sèche aussi élevées. Les rainures réalisées dans la zone d'alimentation sont avanta- geusement axiales, hélicoïdales et de même sens que le pas de la vis ou de sens opposé, afin d'assurer un débit économique d'alimentation en feuilles de betteraves par exemple. La section des rainures peut être triangulaire, carrée ou rectangulaire, selon la dimension des particules de la matière à presser. Afin de pouvoir alimenter le débit et par suite l'établissement d'une pression dans la zone du corps à broches, les broches indivi- duelles, toujours groupées dans des plans de broches, sont réalisées avec une profondeur de pénétration ajustable, par vissage dans le corps par exemple. Les broches pénétrant à l'intérieur du corps sont habituellement rondes, mais peuvent aussi être rectangulaires ou polygonales afin d'augmenter le défibrage. Les arêtes vives ainsi produites favorisent le découpage des composantes solides. Dans le cas de matières à forte teneur en liquide, il convient de disposer une zone de tamisage, comportant des ouvertures de fil- tration sur son pourtour, entre la zone d'alimentation munie d'ouver- tures de filtration et la zone du cylindre à broches. Il est ainsi possible d'évacuer directement le liquide facilement exprimable, dont de grandes quantités sont produites dans un tel cas après le fran- chissement de la zone d'alimentation. Le liquide difficilement expri- mable est ensuite refoulé dans la zone du corps à broches, dans les alésages radiaux et axial de la vis. Les bagues de tamis peuvent être démontables axialement et vissables pour faciliter leur nettoyage. Pour le pressage continu et en une seule opération de mélanges liquide-solide difficiles à presser, il convient de monter succes- sivement et alternativement plusieurs bagues de tamis et zone de corps à broches, afin de permettre une élévation de pression et une déshydratation par paliers. Les ouvertures de filtration des bagues de tamis sont rondes et s'évasent coniquement vers l'extérieur, avec quintuplement de leur diamètre, afin de s'opposer à leur engorgement. Afin que le liquide exprimé dans un pas hélicoïdal de la vis puisse s'écouler en retour sur le côté non transporteur du filet, il convient de réaliser la vis avec un ou plusieurs pas continus sur toute sa longueur. Des rainures longitudinales sur les crêtes des filets de la vis améliorent encore la déshydratation par les alésages radiaux et axial, car le liquide passant sur les crêtes de filet peut atteindre plus rapidement les alésages radiaux, de sorte que le débit de liquide augmente. Une quantité supérieure de liquide est en outre affectée par le mouvement de brossage des filets de vis sur la paroi intérieure du corps, puis dirigée par les rainures vers les alésages radiaux de la vis. Le cône sous pression obturant l'orifice de sortie du disposi- tif peut être relié à un entraînement et muni des rainures axiales ou hélicoïdales de la chemise afin de permettre le broyage de la matière pressée, pour permettre par exemple son écoulement libre. Pour le pressage d'une matière très volumineuse, telle que des feuilles de betteraves, il est avantageux de réaliser la zone d'ali- mentation et la zone de la vis qu'elle contient avec un rétrécisse- ment conique dans le sens de travail, afin d'augmenter fortement le volume disponible. L'alimentation en matière à presser est améliorée par le montage vertical des éléments suivants, de haut en bas: une zone 24 94 183 d'alimentation à fort rétrécissement conique, simultanément utili- sable alors en trémie d'alimentation; une zone de tamis pour l'évacuation du liquide facilement exprimable; une zone du corps à broches, puis une zone de vis de reflux, qui assume dans ce cas la fonction du cône commandé par pression pour l'établissement d'une contre-pression à partir de l'orifice de sortie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'exemples de réalisation et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est la coupe longitudinale schématisée de la forme de réalisation la plus simple et la meilleure de l'invention; la figure 2 est la coupe longitudinale schématisée d'un dispositif comportant successivement plusieurs bagues de tamis et corps à bro- ches; la figure 3 est la coupe suivant l'axe III-III illustrant les ouver- tures de filtration de la bague de tamis; la figure 4 est la coupe longitudinale d'un corps de vis de la zone d'alimentation avec des rainures rectangulaires hélicoïdales; la figure 5 est la coupe suivant l'axe V-V de la figure 4, illustrant diverses sections des rainures du corps; la figure 6 est la coupe longitudinale d'une vis à diamètre de noyau progressif et rainures longitudinales sur les crêtes de filet; la figure 7 est la coupe longitudinale d'un dispositif avec zone d'alimentation conique et cône d'obturation entraîné; et la figure 8 est la coupe longitudinale d'un dispositif vertical, avec l'unité d'entraînement. La zone d'alimentation 1 est constituée par la trémie d'ali- mentation 5 et le corps 6 de vis comportant les rainures axiales 7 et les ouvertures de filtration 8. La vis 9 logée dans le corps 6 est mise en rotation par une unité d'entraînement non représentée et transporte ainsi la matière introduite vers l'orifice de sortie 10. La vis 9 porte des filets Il et 12 délimitant un pas 13. Dans la zone 2 du corps à broches, les filets 11 et 12 de la vis sont interrompus avec un écartement égal au diamètre des broches cylindriques 17. La figure représente trois plans de broches 14, 15 2494 183 et 16, dont chacun est constitué par plusieurs broches 17 orientées sur l'axe de la vis et équidistantes sur le pourtour du corps 6. L'extrémité des broches pénétrant dans le corps peut être cylindrique, rectangulaire ou biseautée, afin de produire un effet de coupe. Les broches sont vissées dans le corps 6, puis bloquées par des écrous 18. Le desserrage des écrous 18 permet de visser ou de dévisser les broches dans le corps 6, selon la nature de la matière à presser. Lorsque toutes les broches 17 sont par exemple vissées très profon- dément dans le corps, l'entraînement en rotation de la matière à presser par la vis 9 est interdit dans une très large mesure, ce qui augmente très fortement le débit de la vis. La pression établie dans la zone 2 du corps à broches et par suite la puissance de pressage augmentent avec le débit. Des alésages radiaux 19, reliés à l'alésage axial 20 de la vis, sont usinés sur les crêtes des filets Il et 12, dans la zone 2 du corps à broches, afin d'assurer l'évacuation du liquide exprimé par la pression très élevée, de 30 bars et plus, établie dans ladite zone 2, sans réduction de la pression requise par les ouvertures d'éva- cuation du liquide. Le liquide exprimé passe sur les crêtes des filets 11 et 12 de la vis, trouve très rapidement son chemin dans les alésages 19 et 20 par suite de la pression élevée dans la zone 2 du corps à broches, puis est évacué par d'autres canalisations non représentées. Afin d'augmenter encore ou d'obtenir la pression, l'orifice de sortie 10 peut être obturé par un cône 21 qui, commandé par pres- sion, ouvre l'orifice 10 en formant une fente quand une pression prédéterminée est atteinte. La pression du cône est ajustable en fonction de la matière à presser. La figure 2 représente une autre forme de réalisation de l'in- vention, avec des zones de tamis 3, disposées chacune entre une zone d'alimentation 1 et une zone 2 de corps à broches. Les brides 22 et 23 de la zone de tamis 3 sont boulonnées sur les brides correspon- dantes de la zone d'alimentation 1 et de la zone 2 du corps à broches. L'enveloppe de la zone de tamis comporte des ouvertures de filtration 24, sous forme de perçages cylindriques pour l'évacuation du liquide exprimé. Les ouvertures de filtration peuvent également être coniques et s'évaser vers l'extérieur avec quintuplement du diamètre. L'évasement conique 25 des ouvertures de filtration s'op- pose à leur engorgement. La bague de tamis est séparable suivant le plan de joint 26. La moitié supérieure 26a et la moitié inférieure 26b sont réunies par vissage latéral, ce qui permet un nettoyage facile sans nécessiter de démontage de l'ensemble du dispositif. La figure 4 représente une zone d'alimentation avec un corps 6 comportant des rainures 27 rectangulaires, hélicoïdales dans le sens des filets de la vis et indispensables pour assurer un débit écono- mique d'alimentation en matière à presser. La figure 5, qui est la coupe du corps 6 suivant l'axe V-V de la figure 4, représente la section de rainures 27. Elle représente aussi des rainures intérieures de forme différente, telles que des rainures triangulaires 28 et des rainures rectangulaires 29 de grande largeur. Les rainures 27, 28 et 29 peuvent être disposées axialement sur la paroi intérieure du corps 6 ou hélicoidalement, dans le sens opposé à celui des filets Il et 12 de vis. La disposition des rai- nures en sens opposé favorise l'action de pressage et de transport. La figure 6 représente une vis 9 dont les filets il et 12 com- portent sur les crêtes des rainures longitudinales 30, qui facilitent considérablement la transmission du liquide passant sur les crêtes vers les alésages radiaux 19. De très grandes quantités de liquide peuvent être évacuées en un temps très court, sans réduction sensible de la pression, car les crêtes de filet brossent l'ensemble de l'en- veloppe intérieure du corps 6 à chaque tour de la vis et favorisent ainsi le passage du liquide exprimé sur toute la circonférence, et les rainures longitudinales 30 recueillent le liquide franchissant les crêtes et l'évacuent par les alésages 19 et 20. La figure 7 représente un dispositif avec une zone d'alimentation 1, la zone 41 du corps et la zone 42 de la vis en rotation dans la précédente étant coniques. Ce dispositif se prête particulièrement bien à la déshydratation d'une matière à presser très volumineuse, telle que feuilles de betteravees ou cassettes, car le volume diminue dans ce cas notablement après le premier pressage. Un cône obturateur 21 entraîné est en outre représenté avec des rainures 31 sur l'enveloppe extérieure. Le moteur 32 entraîne le cône 21 par l'intermédiaire du réducteur 33 et des roues dentées 34 et 35. La rotation du cône brise les joncs produits par les rainures 31, de sorte qu'on obtient une matière séchée sous forme de granules, fluide et par suite très facile à transporter. La figure 8 représente le montage vertical du dispositif, qui est également très avantageux car l'alimentation en matière à presser est ainsi notablement facilitée. Le liquide facilement exprimable ne pouvant pas être évacué par un filtre de base dans ce cas, une zone de tamis 3 est montée en aval de la zone d'alimentation 1 et entourée par un réservoir cylindrique 34 collecteur de liquide. Le liquide pénétrant dans les alésages radiaux 19 et axial 20 s'écoule très bien, car il est évacué vers le bas par une canalisa- tion 35. La vis 9 est entraînée dans ce cas de l'autre côté par des roues dentées 36 et 37, un réducteur 38 et un moteur 39. La matière pressée est recueillie dans le réservoir 40. Afin de pouvoir dans cette forme de réalisation établir une pression suffisante dans le corps 6, le noyau 44 de la vis est forte- ment élargi au voisinage de l'ouverture de sortie, de façon à ne lais- ser qu'un très petit espace annulaire 42. La contre-pression s'établit quand cet espace est rempli par la matière pressée. Un dimensionne- ment approprié de la longueur de la partie élargie du noyau 42 et de la distance entre ce dernier et la paroi intérieure du corps permet de prédéterminer une contre-pression appropriée. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Dispositif pour 1'extraction mécanique du liquide de mélanges liquidesolide dans une extrudeuse, dont le corps cylindrique comporte un filtre inférieur en regard de l'ouverture d'alimentation et dont l'orifice de sortie est obturable par un cône commandé par une pres- sion, ledit dispositif étant caractérisé en ce que l'enveloppe inté- rieure de la zone d'alimentation (1) présente des rainures (7); une zone (2) du corps faisant suite à la zone d'alimentation (1) dans le sens de travail est équipée de broches (17) radiales par rapport à l'axe de la vis et traversant radialement le corps (6); les filets hélicoidaux (11, 12) sur le noyau de la vis présentent des interrup- tions de largeur égale à celle des broches (17) pénétrant dans le corps (6); et les crêtes des filets (11, 12) de vis comportent des alé- sages (19) radiaux, orientés sur l'axe de la vis (9) et reliés à un alésage (20) axial de cette dernière. 2. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que les rainures (7) de l'enveloppe intérieure de la zone d'alimentation (1) sont axiales, hélicoidales (27) et de même sens que le pas de la vis ou de sens opposé; et leur section est carrée, triangulaire (28) ou rectangulaire (29). 3. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que les broches (17) orientées sur l'axe de la vis sont équidistantes sur le pourtour du corps (6) et présentent une profondeur de pénétration ajustable; et la section de la partie des broches (17) pénétrant dans le corps (6) est ronde, rectangulaire ou polygonale. 4. Dispositif selon revendication 1, caractérisé par le montage entre la zone d'alimentation (1) et la zone (2) du corps à broches d'une zone de tamis (3) vissée, divisée axialement (26), fixée par brides et comportant des ouvertures de filtration (24, 25) équidis- tantes. 5. Dispositif selon revendications 1 et 4, caractérisé par le mon- tage successif et alterné de plusieurs zones de tamis (3) interchan- geables, comportant des ouvertures de filtration (24) et de zones du corps (6) ne comportant pas de telles ouvertures. 6. Dispositif selon revendications 1, 4 et 5, caractérisé en ce 2494 183 que les ouvertures de filtration de la zone de tamis (3) sont rondes et s'évasent coniquement vers l'extérieur, jusqu'au quintuplement du diamètre. 7. Dispositif selon revendication 1, caractérisé par la réalisa- tion de la vis (9) dans les diverses zones du corps sous forme d'une vis continue à un ou plusieurs filets. 8. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que les crêtes des filets (11, 12) comportent, dans la zone (2) du corps à broches, des alésages (19) orientés sur l'axe de la vis (9) et reliés à un alésage axial (20 de cette dernière. 9. Dispositif selon revendications 1 et 8, caractérisé en ce que les crêtes des filets (11, 12) de la vis présentent des rainures longitudinales (30); et lesdites rainures (30) comportent des alé- sages (19) radiaux, orientés sur l'axe de la vis et reliés à l'alé- sage axial (20) de cette dernière. 10. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que le cône (21) d'obturation de l'orifice de sortie et commandé par pression est relié à un entraînement; et son enveloppe extérieure conique porte des rainures (31) axiales ou hélicoidales. 11. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que l'en- veloppe (41) et la zone (42) de la vis dans la zone d'alimentation 1 présentent un fort rétrécissement conique suivant le sens de travail. 12. Dispositif selon revendications 1 et 11, caractérisé par le montage vertical des éléments suivants du dispositif, de haut en bas: une zone d'alimentation (1) présentant un rétrécissement conique vers le bas (41, 42); une zone de tamis (3); une zone (2) du corps à broches et une zone (43) de reflux de la vis.