Brevet FR2486824A1 — publié le 19820122

La présente invention concerne une centrifugeuse à bol plein pour l'échange de matière entre des liquides dont l'un au moins contient une phase solide, du genre comprenant un tambour qui est mobile en rotation, des dispositifs pour y introduire les liquides, ainsi que des dispositifs pour l'évacuation des liquides et des phases solides. Dans les centrifugeuses de ce type qui fonctionnent généralement à contrecourant, c'est par exemple un liquide à extraire, de poids spécifique élevé et chargé de solides, qui est mis en contact avec un liquide de faible poids spécifique apte à servir d'agent d'extraction. Ce contact a lieu dans une zone d'échange de matière présente dans le tambour de la centrifugeuse, et chaque liquide, avant son évacuation, est encore soumis à une clarification. Dans le produit de départ, on rencontre ainsi trois constituants, à savoir un liquide de faible poids spécifique chargé d'extractant, un liquide extrait de poids spécifique élevé et des solides. De telles centrifugeuses à contre-courant sont connues dans leur principe par le brevet allemand n0 1.037.417. Selon ce brevet, le liquide lourd est introduit à l'intérieur d'un tambour cylindrique au voisinage immédiat de son axe de rotation, et il est conduit par des canaux en forme de spi- rales à contre-courant par rapport à un liquide léger qui est introduit sous pression dans la zone périphérique du tambour. Le processus d'échange de matière a lieu ici dans les canaux en forme de spirales et des zones de clarification respec- tives pour les liquides lourd et léger se trouvent dans la zone périphérique et dans une région voisine de l'axe de rotation. Dans ce dispositif, les solides sont évacués avec le liquide lourd par un canal qui commence dans la zone périphérique la plus extérieure. L'inconvénient de cette centrifugeuse est que, pour l'essentiel, on ne peut évacuer de manière continue, avec le liquide lourd, que les solides qui restent suspendus dans le liquide et qui peuvent être évacués sous forme de suspension. Il n'est donc pas possible d'évacuer en continu les solides dont le poids spécifique est plus élevé que celui du liquide à poids spécifique élevé et qui interviennent en quantités importantes. En outre, le brevet allemand n0 2.701.763 décrit une centrifugeuse dans laquelle un liquide lourd et chargé 2 2486824 de solides est amené, à contre-courant par rapport à un liquide de faible poids spécifique, dans la zone d'échange de matière d'un tambour qui se rétrécit en cône en direction de ses deux extrémitéslatérales. Dans ce dispositif, le liquide lourd est introduit dans une région qui est plus proche de l'axe de rotation du tambour que celle o est introduit le liquide de faible poids spécifique, de sorte que ce dernier doit être amené sous pression. Des deux côtés de la zone d'échange de matière se trouvent des zones de clarification respectives pour les liquides lourd et léger. L'évacuation des solides a lieu avec l'aide d'une vis sans fin de transport, et les solides sont évacués avec le liquide lourd, ou encore séparés de ce liquide, ainsi que cela est décrit de-manière plus détaillée dans un exemple de réali- sation particulier. Selon cet exemple, une zone de séchage est reliée à la zone de clarification pour le liquide lourd et elle se rétrécit en cône dans la direction de l'évacuation des solides. Dans ce cas, l'évacuation du liquide lourd a lieu à travers un tube échangeur qui pénètre dans le tambour. L'inconvénient de cette forme de réalisation réside dans le fait que le liquide lourd collé aux solides s'écoule, à l'intérieur de la zone de séchage, à contre-courant par rapport à la direction du déplacement des solides vers le tube échangeur, Les solides dont la consistance est molle et pâteuse et dont la densité correspond presque à celle du liquide lourd sont alors soulevés et évacués avec le liquide lourd. Un tel mélange des solides avec le liquide à poids spécifique élevé est particulièrement désavantageux lorsque ce liquide à poids spécifique élevé est ensuite soumis à une distillation destinée à récupérer un agent d'extraction qui est dissous dans ce liquide. Un autre inconvénient des formes de réalisation connues et décrites cidessus des centrifugeuses à bol plein réside en particulier dans le fait que l'amenée du liquide léger qui a lieu dans une région éloignée de l'axe de rotation du tambour, doit être réalisée sous pression. Ceci oblige à monter un organe d'élévation de pression sur le trajet de la conduite qui transporte le liquide léger, et il en résulte une consommation supplémentaire d'énergie. Aussi, le but de l'invention est-il de concevoir une centrifugeuse à bol plein du type décrit ci-dessus qui rende possible un échange de matière efficace, une séparation et une évacuation parfaites des constituants concernés, ainsi S qu'un fonctionnement économique. Selon l'invention, ce but est atteint grâce au fait que le tambour est élargi dans la région du dispositif pour l'évacuation des solides. La partie élargie du tambour peut ici être utilisée avantageusement comme zone de déshydratation des solides. Dans ce cas, cette zone de déshydratation peut être conformée par exemple de telle manière qu'un transport de la phase solide ait lieu à l'aide d'une vis sans fin de transport, mais il est aussi possible d'envisager une forme de réalisation dans laquelle le transport de la phase solide ait lieu, grâce à la géométrie de la zone de déshydratation, à l'aide des forces centrifuges qui s'exercent sur les particules solides dans la direction de l'évacuation. L'élargissement du tambour dans la région du dispositif pour l'évacuation des solides évite également, de manière avantageuse, tout soulèvement inutile de la couche de solides qui est transportée par la vis sans fin et qui se dépose au bord extérieur du tambour. Dans une forme de réalisation avantageuse de l'in- vention, le dispositif pour l'évacuation des solides présente une direction d'écoulement qui est sensiblement radiale. Ceci présente l'avantage que la force centrifuge peut être utilisée comme forc.e motrice pour l'évacuation, de sorte que l'on peut se passer d'organes d'évacuation particuliers. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le tambour est réalisé pour l'essentiel sous forme cylindrique et il s'élargit en cône dans la région du dispositif pour l'évacuation des solides. Dans ce cas, le processus d'échange de matière mentionné ci-dessus a lieu dans la partie cylindri- que, et la fraction solide est ensuite amenée par une vis sans fin de transport dans la région élargie en forme de cône pour y subir une déshydratation résiduelle et, ensuite, pour être évacuée. Dans une autre forme de réalisation avantageuse de l'invention, le dispositif d'évacuation des solides comprend une pluralité de buses réparties sur sa périphérie, ainsi qu'au moins un organe pour le réglage du débit de solides. - 4 2486824 Cet organe de réglage est constitué par un disque muni d'évidements qui est monté, de préférence, sur l'arbre d'une vis sans fin de transport à l'intérieur du tambour. Cette disposition fournit la possibilité de régler de manière continue le débit de solides entre une valeur maximale et une obturation totale au moyen du réglage de la différence entre les vitesses de rotation de la vis sans fin de transport et du tambour, ainsi que du réglage en position de la phase de leurs angles de rotation respectifs. De cette façon, il est possible d'agir de manière optimale sur l'épaisseur de la couche de solides qui se trouve dans le tambour. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, des tubes destinés à l'extraction séparée des liquides sont montés dans le tambour à des distances respectivement égales de son axe. Cette disposition entraîne le fait que les liqui- des lourd et léger sont soumis à des accélérations radiales sensiblement égales, ce qui égalise l'évacuation des liquides. - Dans.une autre forme de réalisation de l'invention, les tubes, vus dans la direction de l'écoulement, sont prolon- gés par des conduits qui sont destinés à l'évacuation des liquides et qui sont munis de disques de garde. Ces derniers jouent le rôle de barrages sur le trajet de l'écoulement, de sorte qu'au moyen de leur position radiale, il est possible d'agir de manière très simple sur le niveau dans les tubes spécifiés ci-dessus. Enfin, des chambres d'entrée destinées aux liquides sont montées dans le tambour: elles présentent une symétrie de révolution par rapport à l'axe du tambour, elles sont séparées l'une de l'autre et elles s'étendent de préférence sur la même distance dans le sens radial. Cette disposition fournit la possibilité d'introduire les liquides sensiblement au même niveau dans le sens radial, de sorte que le liquide léger, en particulier, peut également être amené sans pression extérieure et à découvert. Grâce à ces chambres d'entrée qui sont entraînées simultanément en rotation, ces liquides sont soumis à une accélération radiale correspondant à la vitesse de rotation du tambour et, respectivement, de la vis sans fin, et ils arrivent sous cette influence dans la zone d'échange de matière du tambour. Du fait que l'amenée des liquides a lieu à découvert et sans pression extérieure, il est inutile de prévoir un organe externe d'élévation de pression sur le trajet de la conduite destinée au liquide léger, de sorte que la con- sommation d'énergie pour la réalisation du processus-d'échange de matière peut être diminuée. 2486824 La description qui va suivre, et qui ne présente aucun caractère limitatif, fera bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. Elle doit être lue en regard des figures annexées, parmi lesquelles - La figure 1 représente une vue en coupe longitu- dinale d'une forme de réalisation d'une centrifugeuse à bol plein selon l'invention; - La figure 2 est une représentation partielle d'une vue en coupe prise selon la ligne Il-II de la figure 1; - La figure 3 montre en agrandissement la région III de la figure 1; - La figure 4 représente, en vue en coupe longitu- dinale partielle, une autre forme de réalisation de la centrifugeuse à bol plein selon l'invention; - La figure 5 est une représentation partielle d'une vue en coupe prise selon la ligne V-V de la figure 4; - La figure 6 montre en agrandissement la région VI de la figure 4. La figure 1 représente de manière détaillée un tambour 1 qui est cylindrique pour l'essentiel et qui est monté dans des paliers 4 et 5 par l'intermédiaires de joues 2 et 3. Ces dernières sont réalisées sous la forme d'arbres creux 6 et 7 dans leurs zones respectives qui sont reliées aux paliers. L'entrainement du tambour 1 a lieu, par l'inter- médiaire de l'arbre creux 7, au moyen d'un moteur non repré- senté sur la figure. A l'une de ses extrémités, le tambour 1 présente un élargissement conique 8 qui se prolonge en une partie cylindrique plus large 9. A l'intérieur du tambour 1 et sur toute sa longueur s'étend une vis sans fin de transport 10 dont l'axe 11 est en partie creux. Le repère 12 désigne un disque d'étanchéité qui rend étanche l'espace compris entre le tambour 1 et la vis sans fin 10. L'arbre 11 est monté dans des paliers 13 et 14 qui sont à leur tour logés dans les arbres creux 6 et 7 des joues 2 et 3. L'arbre Il forme, dans sa partie creuse et dans sa zone qui est tournée vers l'élargissement conique 8 du tam- bour 1, deux chambres d'entrée 15 et 16 qui sont munies à leur périphérie d'orifices 17 et 18. Ces derniers mettent 4o ainsi ces chambres d'entrée en communication avec l'espace 6 2486824 qui est compris entre la paroi du tambour 1 et l'arbre 11 et dans lequel a lieu le processus d'échange de matière. L'en- traînement de la vis sans fin de transport 10 se fait par l'intermédiaire de l'arbre 11, qui traverse de manière coaxiale l'arbre creux 7, au moyen d'un moteur non représenté, Un tube 19 fermé à celle de ses extrémités qui est tournée vers la joue 3 du tambour 1 et destiné à l'introduc- tion du liquide léger, s'étend à travers l'arbre creux 6 et la chambre d'entrée 15 jusqu'à la chambre d'entrée 16. Il est entouré jusque dans la région de la chambre d'entrée 15 par un autre tube 20 qui est destiné à l'introduction du liquide plus lourd et chargé de solides et qui est fermé à son extrémité, laquelle comprend néanmoins un passage pour le tube 19. La section de passage du tube 20 se prolonge, du côté de l'entrée du dispositif, par un élément tubulaire 21. Les tubes 19 et 20 sont munis d'orifices 22 et 23 au voisi- nage de leurs extrémités qui pénètrent respectivement dans les chambres d'entrée 15 et 16. Les liquides qui sont amenés par les tubes 19 et 20, 21 en sortent par les orifices 22 et 23 et ils arrivent dans les chambres d'entrée 15 et 16 o ils subissent une accélération dans la direction de la périphérie du système du fait de la vitesse de rotation du tambour 1 et, respec- tivement, de la vis sans fin 10. Ils arrivent ensuite, sous l'influence de la force centrifuge et à travers les orifices 17 et 18, dans la zone d'échange de matière 10' de la centri- fugeuse. Lorsque la centrifugeuse fonctionne en régime stationnaire,le liquide lourd et la phase solide se déplacent en direction de la flèche 24 et le liquide léger en direction de la flèche 25. Le mouvement de la phase solide est alors assisté par la différence de vitesse de rotation entre la vis sans fin 10 et le tambour 1, laquelle est réglable. Le liquide lourd arrive, selon les flèches 26, à des canaux 29 et 30 à travers des tubes 27 montés sur l'arbre Il et à travers une chambre de séparation 28. Les conduits 29 et 30 s'étendent à l'intérieur de la joue 2 du tambour 1 et ils débouchent dans un réservoir de réception 31 auquel est reliée une conduite de décharge 32. 7 2486824 Un disque de garde 33 est monté sur l'arbre 1i dans la région voisine de l'élargissement conique du tambour 1, et ce disque évite que le liquide léger ne soit extrait avec le liquide lourd selon les flèches 26. Le liquide léger qui, du fait de sa densité plus faible, se rassemble dans la région la plus proche de l'arbre 11, ne peut donc pas s'écou- ler à travers le disque de garde 33 en direction de l'orifice d'entrée des tubes 27. Lorsque le processus d'échange de matière est achevé, on obtient ainsi une séparation efficace des liquides l'un de l'autre. En conséquence, le liquide léger peut seulement s'écouler à travers les tubes 34 qui sont montés sur l'arbre 11, de sorte que les nouvelles quan- tités de liquide introduites dans la zone d'échange de matière ' sont conduites à contre-courant l'une par rapport à l'autre. Le liquide léger arrive ensuite, à travers l'espace de séparation 28 et des conduits 35 et 36 ménagés dans la joue 2, dans un réservoir de réception 37 auquel est reliée une conduite de décharge 38. Les repères 27' et, respectivement, 34' désignent la direction d'écoulement à l'intérieur des tubes 27 et 34. Les conduits 29, 30, d'une part, et 35, 36, d'autre part, dans l'exemple de réalisation représenté, sont répartis sur la périphérie de la joue 2 et, respectivement, du tambour 1, de sorte que les représentations en coupe au-dessus et au-dessous de la ligne 1' ne correspondent pas au même plan. Des disques de garde 39 et 40 sont montés sur le trajet des conduits 29, 30 et 35, 36 et, du fait de leur effet de barrage, ils assurent une décharge régulière des liquides. Après avoir parcouru la partie cylindrique élargie du tambour 1, la phase solide est évacuée à travers un dispo- sitif d'évacuation des solides 41 qui est représenté de manière plus détaillée sur les figures 2 et 3, et elle arrive ensuite dans un réservoir collecteur 42 auquel est reliée une conduite de décharge des solides 43. Les réservoirs collec- teurs 31, 37 et 42 constituent également une partie d'un carter 44 dans lequel est monté le tambour 1. Dans l'espace de séparation 28 se trouve un disque qui est solidaire de la vis sans fin 10 et qui est traver- sé en direction axiale par les tubes 34. Ce disque a pour but -8 2486824 de permettre un écoulement en couches classées des liquides lourd et léger en direction des canaux 29, 30 et, respecti- vement, 35, 36. Comme on le voit sur l'exemple de réalisation de la figure 1, les filets de la vis sans fin de transport 10 peuvent s'étendre en direction axiale sur toute la longueur du tambour 1, y compris l'élargissement conique 8 et la partie cylindrique élargie 9, pour assurer un transport efficace des solides. Cependant, il est également possible de ne prévoir des filets que dans la partie cylindrique du tambour 1, et cela en particulier dans le cas o, grâce à l'élargissement conique, les particules solides sont amenées vers le dispositif d'évacuation des solides 41 du seul fait de la force centrifuge. Comme on le voit de manière détaillée sur les figures 1, 2 et 3, le dispositif d'évacuation des solides 41 se compose de huit buses 46 qui sont uniformément réparties sur la périphérie de la joue 3 et qui, dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures, présentent une direction d'écoulement sensiblement axiale. A l'intérieur du tambour 1, un disque 47 est monté sur l'arbre 11 avec lequel il est entraîné en rotation. Ce disque 47 est monté sur l'arbre à une faible distance seulement de la joue 3. Dans l'exemple de réalisation représenté, il présente à sa péri- phérie des évidements de forme sensiblement trapézoïdale dont le nombre correspond à celui des buses 46 et dont l'espacement angulaire correspond à celui de ces buses 46. De cette façon, on peut obtenir l'ouverture ou la fermeture de la section de passage des buses 46 en faisant tourner le disque 47 par rapport à la joue 3. Dans cette forme de réalisation selon l'invention du dispositif d'évacuation des solides, il est ainsi possible d'agir de manière simple sur l'écoulement des solides à travers les buses 46 en réglant en position la phase des angles de rotation de la vis sans fin de transport 10 et du tambour-1, ainsi qu-e la différence entre leurs vitesses de rotation. Le disque 47 joue ainsi le rôle d'un organe de réglage. La figure 4 représente une vue partielle d'une autre forme de réalisation d'une centrifugeuse selon l'inven- tion. On reconnait en particulier l'extrémité élargie du 9 2486824 tambour 1, laquelle, dans l'exemple de réalisation représenté ici, se compose de deux parties 49 et 50 qui constituent un entonnoir à deux cônes opposés à l'extrémité duquel est monté un dispositif d'évacuation des solides 41'. Ce dernier présente ici une direction d'écoulement qui est radiale pour l'essentiel. Pour le reste, cette forme de réalisation correspond à celle de la figure 1 en ce qui concerne son mode de fonctionnement, de sorte qu'une représentation et une description plus détaillées sont superflues. Sur les figures 5 et 6, on peut voir de manière plus précise la réalisation du dispositif d'évacuation des solides 41' sur le plan constructif. On reconnait l'extrémité élargie du tambour 1 dans laquelle sont ménagés huit orifices *51 et des buses 52 sont fixées dans ces derniers. A l'inté- rieur du tambour, le flanc d'un disque 47' fixé sur l'arbre il de la vis sans fin de transport 10 se trouve en face des buses 52. A sa périphérie, le disque 47' présente des évide- ments 53 qui sont ici trapézoidaux, dont le nombre correspond à celui des buses 52 et dont l'espacement angulaire corres- pond également à celui de ces buses. D'une manière analogue à celle de l'exemple de réalisation déjà décrit à propos des figures 2 et 3, la section de passage des buses peut ainsi - être soit fermée, soit ouverte, en faisant tourner l'arbre Il par rapport au tambour 1. 248682k - REVENDICATIONS - 1. Centrifugeuse à bol plein pour l'échange de matière entre des liquides dont l'un au moins contient une phase - solide, du genre comprenant un tambour qui est monté mobile en rotation, des dispositifs pour y introduire les liquides, ainsi que des dispositifs pour en évacuer les liquides et les phases solides, caractériséeen ce que le tambour (1) est élargi dans la région du dispositif pour l'évacuation des solides (41, 41'). 2. Centrifugeuse à bol plein selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif (41) pour l'évacuation des solides présente une direction d'écoulement qui est sensiblement axiale. 3. Centrigugeuse à bol plein selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif (41) pour l'évacuation des solides présente une direction d'écoulement qui est sensiblement radiale. 4. Centrifugeuse à bol plein selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le tambour (1) est sensiblement cylindrique et présente un élargissement conique dans la région du dispositif (41, 4i') pour l'évacuation des solides. 5. Centrigugeuse à bol plein selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le tambour (1) est sensiblement cylindrique et en ce que la section de ce tambour, dans sa région élargie, s'élargit en forme de double cône dans la direction du dispositif (41') pour l'évacuation des solides. 6. Centrifugeuse à bol plein selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le dispo- sitif (41, 41') pour l'évacuation des solides comprend une pluralité de buses (46, 52) réparties sur la périphérie du tambour (1), ainsi qu'au moins un organe pour le réglage de l'écoulement des solides. 7. Centrifugeuse à bol plein selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'organe de réglage est constitué par un disque (47, 47') muni d'évidements qui est de préférence monté sur un arbre (11) d'une vis sans fin de transport (10) il 2486824 à l'intérieur du tambour (1). 8. Centrifugeuse à bol plein selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'arbre (1i) de la vis sans fin de transport (10) est équipé d'un disque de garde (33). 9. Centrifugeuse à bol plein selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisée. en ce que la vis sans fin de transport (10) s'étend sur toute la longueur du tambour ('). - 10. Centrifugeuse à bol plein selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que la vis sans fin de transport (10) s'étend seulement le long de la partie cylindrique du tambour ('). 11. Centrifugeuse à bol plein selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractériséeen ce que des tubes (27, 34) destinés à l'évacuation séparée des liquides sont montés à l'intérieur du tambour (1), chacun des tubes du même groupe étant à égale distance de l'axe du tambour. 12. Centrifugeuse à bol plein selon la revendication 11, caractérisée en ce que les tubes (27, 34), vus dans la direc- tion de l'écoulement (27', 34'), débouchent dans des conduits (29, 30, 35, 36) pour l'évacuation des liquides qui sont munis de disques de garde (39, 4o). 13. Centrifugeuse à bol plein selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle comprend des chambres d'entrée (15, 16) pour les liquides à l'intérieur du tambour (1), lesquelles chambres présentent une symétrie de révolution par rapport à l'axe du tambour, sont séparées l'une de l'autre et, de préférence, s'étendent radialement sur la même distance.