Brevet FR2510001A1 — publié le 19830128

I La présente invention est relative à un dispositif pour la séparation de matières dispersées de même phase dans un courant de fluide (par exemple pour la séparation de grains solides dans un fluide gazeux à contre-courant). Dans l'industrie minière, dans l'industrie chimique et dans les branches d'industries voisines, une tâche fré- quente est de séparer une quantité de particules de même phase mais de caractères différents (par exemple une quantité de grains solides) sur la base des propriétés individuelles des particules. Parmi les procédés et dispositifs de séparation connus par la littérature spécialisée et par la pratique, les plus répandus sont les installations de séparation par gravi- tation à contre-courant et à axe principal vertical (dispo- sitifs dans lesquels le fluide qui s'écoule dans le sens contraire à la quantité de matière qui tombe dans le champ de gravitation, entraîne une partie des particules, une autre partie de celles-ci continuant à descendre dans le sens contraire au courant de fluide, pendant qu'une partie des particules est en suspension dans le courant; le comporte- ment des grains est déterminé par la résultante des efforts qui s'exercent sur eux) Actuellement ces dispositifs fonc- tionnant suivant le principe de la gravitation travaillent avec le minimum de dépense énergétique, parce qu'ils ne sont pas obligés de déplacer des masses inutiles (par exemple, châssis de crible, tambour). Mais, en même temps, leur grand encombrement précision, la qualité de la séparation, est basse. Suivant les constatations de la littérature technique (Engel: Etudes sur la portance de l'air dans la séparation pneumatique Diss Université Technique d'Aix- 251000-1. la-Chapelle 1957), quand on utilise par exemple des grains de quartz et de l'air, la charge spécifique maximale est de 3 3 1,5 kg/m, mais la charge spécifique optimale est de 1,0 kg/m Suivant d'autres mesures (Vessel: Bases du criblage et densité, Techn traitem 7 r 196772, p 53; 4, p. 167), la capacité de charge optimale d'un dispositif verti- cal de section quadrangulaire est de 0,5 kg/m De même la capacité de charge spécifique des séparateurs dits en "zig- zag"(considérés comme les plus efficaces parmi les disposi- tifs très répandus à plusieurs étages)est comprise entre 0,5 et 1,5 kg/m 3/Lauer: Séparateurs pneumatiques de laboratoires. Technique de traitement,lè partie 16 ( 1976)5, 224 231; 2 è partie ( 1976)10, 620-625)>. L'augmentation de la charge spécifique est limitée par le fait qu'après un certain seuil de charge, qui est différent suivant la matière et son état, les particules séparées collent entre elles et forment des grumeaux A proxi- mité du seuil de charge, la répartition des grains dans l'espace et dans le temps change donc, en sorte qu'une partie de la phase à séparer quitte le dispositif sans avoir été traitée. La présente invention a pour but de pourvoir à-un dispositif dans lequel le collage réciproque des particules de la quantité de matière en grains à séparer soit empêché, ou dans lequel les particules qui se sont agglomérées au cours du processus de séparation se désagrègent à nouveau, en particules, ce qui peut augmenter nettement la charge spécifique, de sorte que les dimensions du dispositif peuvent être réduites tout en assurant une séparation efficace. Ce but est atteint conformément à l'invention par un dispositif pour la séparation de matières dispersées de même phase dans un courant de fluide, lequel dispositif comprend au moins deux pièces creuses qui s'élargissent et se rétrécissent et qui comportent l'une après l'autre, au moins une ouverture d'introduction du fluide et au moins une ouverture d'évacuation du fluide, l'espace creux compris entre ces ouvertures présentant au moins une section maximale; ces pièces qui s'élargissent et se rétrécissent se raccordent entre elles soit directement par leurs ouvertures d'introduc- tion et d'évacuation au fluide, soit par des pièces intermé- diaires qui relient ces ouvertures entre elles. Dans la pratique, le dispositif conforme à la présente invention est avantageusement réalisé de telle façon que chacune des pièces qui s'élargissent et se rétrécissent comporte respectivement des tubulures pour la récupération, de fractions séparées et des tubulures pour le recyclage de fractions séparées, une connexion des courants de matière étant prévue, le cas échéant, entre ces tubulures. Il est par ailleurs, avantageux que les ouvertures d'introduction et les ouvertures d'évacuation, ainsi que les surfaces des sections maximales qui leur correspondent soient différentes pour une pièce donnée ou à l'intérieur de cette pièce. Il est, en outre, caractéristique du dispositif conforme à l'invention que la paroi des pièces qui s'élar- gissent et se retrécissent comporte des cannelures et/ou des nervures et que chacune des pièces qui s'élargissent et se rétrécissent comporte une paroi commune. Le dispositif conforme à l'invention se compose donc d'unités(de pièces qui s'élargissent et se rétrécissent) formées d'espaces raccordés les uns aux autres, qui s'élar- gissent et se rétrécissent, dans lesquels se créent, dans le fluide de séparation qui pénètre dans l'espace qui s'élargit et qui parcou toute la longueur du dispostif, des tourbil- lons qui empêchent les particules des matières à séparer de se recoller entre elles ou désagrègent en leurs particules, les matières collées entre elles sous l'effet de la force centrifuge provoquée par le mouvement tourbillonnaire ou sous l'action des chocs et des frottements des grains entre eux, provoqués par le mouvement tourbillonnaire. 2510001 ' Le dispositif composé d'une pluralité de pièces (unités) qui s'élargissent et se rétrécissent permet d'une part que la matière qui forme, à son entrée dans le disposi- tif, une masse de grains et qui avance d'unité en unité, se disperse dans le fluide gazeux ascendant, d'autre part que des fractions spéciales de matière soient séparées dans chaque unité et, troisièmement, suivant la forme et le nombre des ỉiités incorporées, lors de la séparation de grains présentant ces paramètres, caractéristiques très étroits, par exemple des grains solides, ce dispositif permet de séparer des fractions de particules aux dimensions géométriques essentiel- lement identiques. Les unités du dispositif conforme à la présente invention, c'est-à-dire les pièces qui s'élargissent et se rétrécissent sont des corps creux qui peuvent avantageusement être constitués par des surfaces de rotation et/ou des sur- faces planes comportant au moins deux ouvertures (pour l'in- troduction et l'évacuation de la matière), le corps creux comportant au moins une section maximale entre ces ouvertures. Les pièces qui s'élargissent et se rétrécissent peuvent être raccordées entre elles le long des ouvertures soit par une pièce intermédiaire soit directement; elles peuvent aussi être réalisées en une pièce avec une surface continue Les pièces peuvent présenter aussi d'autres pièces complémentaires, par exemple des tubulures (ouvertures) secondaires pour l'alimentation et l'évacuation de la matière; elles peuvent aussi être équipés d'une double paroi ou d'une paroi creuse pour l'apport ou l'élimination de chaleur La pièce qui s'élargit et se rétrécit peut aussi être constituéepar des enveloppes ayant la forme d'un cône tronqué ou d'une pyramide tronquée comportant des ouvertures circulaires ou en forme de parallélogramme. Les unités constituées par des pièces qui s'élar- gissent et se rétrécissent peuvent aussi être disposées-les unes à côté des autres; dans l'intérêt d'une meilleure utili- sation, chacune des pièces qui s'élargissent et se rétrécis- sent peut comporter une paroi commune. Au point de vue de sa fonction, le dispositif conforme à la présente invention est comparable à un système de criblage superposé * chaque rétrécissement, o le fluide de séparation s'accélère, correspond en effet, à un crible et la fonction de la fente de criblage est prise en charge essen- tiellement par la vitesse du fluide; les vitesses croissantes peuvent être comparées à des dimensions de fentes de criblage toujours plus étroites Il faut pourtant indiquer que la structure du système de criblage et le maintien de la grandeur exacte des trous réclament un travail difficile et coûteux, que l'entretien du système de criblage est coûteux à cause de l'accélération répétée des masses et que les réparations sont très importantes à cause des mécanismes en mouvement et de la forte usure Contrairement à cela, la fabrication du dis- positif conforme à la présente invention n'exige pas de con- naissances techniques particulières ni de matériaux spéciaux; le dispositif ne contient pas de pièces mobiles et il est bien moins soumis à l'usure; sa fabrication, son entretien et ses réparations sont donc peu coûteux. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complé- ment de description qui va suivre, qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels: la figure l représente une vue en coupe du dis- positif suivant l'invention, qui montre les points d'alimenta- tion et de prélèvement ainsi que le flux de matière et le flux du fluide; la figure 2 représente une pièce qui s'élargit et se rétrécit du dispositif suivant l'invention, avec plusieurs possibilités pour les coupes de profils et les formes; la figure 3 représente une vue en partie en 251000 1, élévation et en partie en coupe du dispositif suivant l'inven- tion, avec des tubulures convenant pour le prélèvement des fractions de matière; la figure 4 représente le schéma de quelques pièces qui s'élargissent et se rétrécissent, du dispositif suivant l'invention, avec des tubulures (conduites) de recy- clage, et la figure 5 représente une vue de côté du dis- positif suivant l'invention, les pièces qui s'élargissent et se rétrécissent étant reliées entre elles par des pièces intermédiaires. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes, sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'in- vention, dont ils ne constituent en aucune manière une limi- tation. Sur la figure 1, les pièces l qui s'élargissent et se rétrécissent sont disposées superposées les unes aux au-dessus des autres La quantité de matière à séparer 6 qui pénètre par l'introduction du mélange 2 tombe par gravité. Le fluide de séparation 9, qui se déplace à contre-courant de la quantité de matière 6, parvient dans le dispositif, par l'intermédiaire de l'introduction du fluide 3 Le fluide de séparation 9 entraîne les grains qui forment la fraction fine 8 du mélange, tandis qu'il laisse tomber les grains formant la fraction grossière 7 La fraction fine 8 sort du dispositif, avec le fluide de séparation 9, par la tubulure de sortie 4. La fraction grossière 7 quitte le dispositif par la tubulure de sortie 5. Le fluide de séparation 9 qui remonte entraîne aussi une partie de la fraction grossière 7, qui se sépare toutefois dans les pièces l qui s'élargissent et se rétrécis- sent et retombe De même, la fraction grossière 7 contient des grains fins 8, qui se séparent dans les pièces 1 qui s'élargis- sent et se rétrécissent et sortent par le haut, avec le 10001. fluide de séparation 9. Les pièces 1 qui se trouvent au-dessous de l'intro- duction du mélange 2 forment la zone d'expulsion du disposi- tif, tandis que celles qui se trouvent au-dessus de ladite introduction 2 forment la zone d'enrichissement On distingue bien les ouvertures d'introduction du fluide a et les ouvertures d'évacuation du fluide b ainsi que la section maximale c de la pièce creuse, sur les pièces 1 qui s'élargis- sent et se rétrécissent. Quand ces pièces sont assemblées et directement raccordées les unes aux autres, les ouvertures a et b sont de même section et de même forme. Sur la figure 2 on voit quelques profils caracté- ristiques d'une pièce 1 qui s'élargit et se rétrécit, à savoir: le profil de l'ouverture d'introduction a, le profil de l'ouverture d'évacuation b et le profil maximal c Ainsi que cela ressort de cette figure, les profils associés peuvent comporter des surfaces délimitées par une ligne droite ou courbe suivant différentes variantes dont quelques-unes sont représentées aux dessins. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 3, des fractions peuvent être séparées par chaque pièce qui s'élargit et se rétrécit C'est ainsi que-la fraction gros- sière 7 ' sort par la tubulure d'évacuation 5 ' mais que la fraction en suspension de la quantité de matière à séparer 6 peut également sortir par cette tubulure. Le mode de réalisation représenté à la figure 4 permet la séparation en fractions toujours plus fines; la fraction fine 8 qui sort de la pièce inférieure 1 qui s'élargit et se rétrécit peut, en effet, contenir des grains que cette pièce aurait dû séparer; grâce au recyclage d'une partie du courant de matière, cette séparation devient possible C'est ainsi que la fraction grossière 7 ' peut, par l'intermédiaire de la tubulure supérieure 5 ', être recyclée dans la pièce 1 par la tubulure 2 ' qui se trouve au-dessous. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 5 et de bas en haut, l'ouverture d'introduction du fluide a ainsi que la section maximale c des pièces qui s'élargissent et se rétrécissent deviennent régulièrement plus grandes, de sorte que la vitesse du fluide de séparation ascendant 9 diminue toujours plus dans les sections corres- pondantes Ainsi, suivant les différents degrés de vitesses, la séparation dans chaque pièce qui s'élargit et se rétrécit 1 donne une qualité chaque fois différente Dans le mode de réalisation représenté à la figure, l'ouverture d'intrôduc- tion du fluide a et l'ouverture d'évacuation du fluide b sont chaque fois bien séparées par la pièce intermédiaire 10 utilisée. Les séries d'essais exécutées avec le dispositif conforme à l'invention ont prouvé que ce dispositif peut être maintenu en marche avec une charge spécifique de l 4 kg/m, qui est nettement supérieure à celle des dispositifs connus jusqu'à maintenant et que sa charge la plus favorable est dans la plage de 2 à 3 kg/m, c est-à-dire au voisinage de l'optimum de séparation le plus précis. En plus de ces avantages, il est très avantageux que le dispositif conforme à l'invention soit d'une construc- tion simple et entraîne donc des frais réduits d'investis- sements, d'entretien et de réparation. Le dispositif conforme à l'invention peut être utilisé avec un succès particulier pour les procédés sui- vants 1 séparation d'une quantité de matière solide à l'aide d'un fluide (gaz ou liquide); 2 extension du procédé suivant le point 1 en ce que la matière à séparer est chauffée ou refroidie par le fluide (calcination, congélation); 3 Extension du procédé suivant le point 1, en ce que les grains solides de matière agissent dans le sens voulu sur la réaction chimique entre les composants du courant du fluide (par exemple, réactions catalytiques). i 000 I Dans le cas o les pièces du dispositif qui s'élargissent et se rétrécissent sont à double enveloppes, les paramètres de ce procédé peuvent également être influencés par transmission de chaleur; 4 Variante du procédé suivant le point 1, suivant laquelle les grains solides se séparent de la phase du fluide (par exemple, cristallisation). Variante du procédé suivant le point 1, sui- vant laquelle il se produit un processus de transmission de matière entre la phase solide et le fluide. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'inven- tion ne se limite nullement à ceux de ses modes de r é a 1 i- s a t i o N et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du techni- cien en la matière, sans s'écarter du cadre, ni de la portée de la présente invention. 251000 1 JEVENDICATIONS 1 Dispositif pour la séparation de matières dispersées de même phase dans un courant de fluide, caracté- risé en ce qu'il comprend: au moins deux pièces creuses ( 1) qui s'élargissent et se rétrécissent, qui comportent, l'une après l'autre, au moins une ouverture d'introduction du fluide (a) et, au moins une ouverture d'évacuation du fluide (b) et en ce qu'en- tre ces ouvertures l'espace creux comporte au moins une section maximale (c), en ce que, par ailleurs, les piè'es ( 1) qui s'élargissent et se rétrécissent se raccordent entre elles directement par leurs ouvertures d'introduction du fluide (a) et leurs ouvertures d'évacuation du fluide (b) ou par des pièces intermédiaires ( 10) qui relient ces ouvertures entre elles. 2 Dispositif suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que les différentes pièces ( 1) qui s'élargissent et se rétrécissent comportent des tubulures ( 5 ') pour la récupération de fractions spéciales de matière et des tubulures ( 2 ') pour le recyclage de fractions spéciales, des conduites de connexion des courants de matière étant prévues, le cas échéant, entre ces tubulures. 3 Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que les ouvertures d'in- troduction (a) et les ouvertures d'évacuation (b) ainsi que les surfaces des sections maximales correspondantes (c) sont différentes pour une pièce ( 1) donnée ou à l'intérieur de celle-ci. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que la paroi des pièces ( 1) qui s'élargissent et se rétrécissent comporte des cannelures et/ou des nervures convenant pour la transmission de chaleur. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce qu'une pièce ( 1) qui s'élargit et se rétrécit comporte chaque fois une paroi commune. LE W T CABINET ORÉ BREVETS D'INVENT 1 N MARQUES-MODÈL 6, AVENUE DE ME 75008 P