Brevet FR2521032A1 — publié le 19830812

La présente invention se rapporte à un appa- reil pour la dissolution d'une poudre dans un solvant liquide Plus précisément, l'invention concerne un ap- pareil dans lequel la poudrele solvant et la solution f formée sont centrifugés afin de permettre l'extrac- tion, éventuellement en continu, d'une solution pra- tiquement exempte de poudre. Les techniques utilisées à ce jour pour dis- soudre une poudre dans un solvant liquide créent géné- ralement une agitation, une ébullition ou un dégage- ment gazeux non contrôlés qui tendent à disperser la poudre dans la solution Le soutirage d'une solution exempte de poudre dans un dissolveur statique fonc- tionnant en continu est difficile. La présente invention a précisément pour objet un appareil pour la dissolution d'une poudre dans un solvant liquide permettant d'extraire une solution pratiquement exempte de poudre. A cet effet et conformément à l'invention il est proposé un appareil pour la dissolution d'une pou- dre dans un solvant liquide, caractérisé en ce qu'il comprend un bol tournant à axe vertical, des moyens pour introduire la poudre et le solvant liquide dans le bol, et une pièce cylindrique fixe disposée coaxia- lement à l'intérieur du bol et présentant sur sa face externe au moins une première vis d'Archimède orientée par rapport au sens de rotation du bol de façon à assurer le relevage de la solution jusqu'à des moyens pour évacuer cette dernière hors du bol. Grâce à l'effet centrifuge obtenu par rota- tion du bol, la poudre non dissoute, plus dense que la solution, se trouve localisée à proximité immédiate de la paroi du bol, de sorte que la solution qui se trou- ve à proximité de la paroi externe de la pièce cylin- drique fixe est pratiquement exempte de poudre De plus, la vis d'Archimède formée sur la surface externe dé la pièce cylindrique permet d'assurer le relevage automatique de la solution jusqu'au moyen d'évacua- tion De façon plus générale, l'énergie transmise par le bol à la poudre, au solvant et à la solution permet de localiser judicieusement des courants liquides pour l'agitation, le mouillage de la poudre, le dégazage et le relevage de la solution. Selon une première variante de réalisation de l'invention, les moyens pour évacuer la solution hors du bol comprennent un déversoir interne à ladite pièce et dans lequel débouche la première vis d'Archi- mède à son extrémité supérieure, et une conduite cen- trale solidaire du bol et prolongeant le déversoir vers le bas à l'intérieur de la pièce cylindrique - Selon une deuxième variante de réalisation de l'invention, les moyens pour évacuer la solution hors du bol comprennent un déversoir solidaire du bol, venant affleurer la première vis d'Archimède, et dé- bouchant dans un collecteur annulaire prolongé par au moins une canalisation de sortie, le collecteur et la canalisation étant formés dans une enceinte externe supportant le bol. Dans un premier mode de réalisation de l'in- vention pouvant utiliser l'une ou l'autre des deux va- riantes précédentes, la poudre est introduite en con- tinu à l'extrémité supérieure ouverte du bol, entre ce dernier et ladite pièce cylindrique, les moyens pour introduire la poudre comprenant une deuxième vis d'Ar- chimède formée sur la face externe de la pièce cylin- drique, principalement au-dessus de la première vis d'Archimède, et orientée par rapport au sens de rota- tion du bol de façon à assurer la descente de la pou- dre. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention pouvant également être utilisé avec l'une ou l'autre des deux variantes mentionnées précédem- ment, des boites solubles contenant la poudre sont in- troduites périodiquement à l'extrémité supérieure ou- verte du bol, les moyens pour introduire la poudre comprenant un évidement vertical formé dans la pièce cylindrique. Lorsque ce dernier mode de réalisation est combiné avec la première variantes l'évidement verti- cal est décalé par rapport à l'axe du bol, de façon à prolonger à c 8 té de ladite conduite centrale, l'évide- ment vertical communiquant avec l'espace annulaire dé- fini entre le bol et la pièce cylindrique par des lu- mières formées dans cette dernière. Au contraire, lorsque le deuxième mode de réalisation de l'invention est combiné avec la deuxiè- me variante, l'évidement vertical est disposé coaxia- lement au bol et communique avec l'espace défini entre le bol et la pièce cylindrique par des lumières de recyclage formées dans cette dernière. Afin d'accroitre la vitesse de dissolution, des moyens de chauffage de la solution peuvent éven- tuellement être logés dans la pièce cylindrique De même, des moyens de refroidissement des gaz libérés lors de la dissolution peuvent aussi être logés dans la pièce cylindrique afin d'éviter que ces gaz n'en- traînent certaines matières corrosives dans le circuit d'évacuation des gaz. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, différents modes de réalisation de l'inven- tion en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale sché- matique d'un appareil de dissolution centrifuge réa- lisé conformément aux enseignements de la présente in- vention et dans lequel l'alimentation en poudre s'ef- fectue de façon continue; la figure 2 est une vue en coupe comparable à la figure 1 montrant un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel l'alimentation en poudre s'effectue périodiquement sous la forme de boites solubles contenant la poudre; et la figure 3 est une vue en coupe schématique compa- rable aux figures 1 et 2 et illustrant une variante de réalisation de l'appareil de la figure 2. Les différents modes de réalisation de l'ap- pareil selon l'invention représentés sur les figures 1 à 3 sont particulièrement adaptés à la dissolution d'une poudre en milieu radioactif A cet effet, et comme l'illustre notamment la figure 1, l'appareil se- lon l'invention comprend une enceinte 10 en plusieurs parties l Oa, 10 b et 10 c, les parties 10 a et 10 b étant réalisées respectivement en carbure de bore et en po- lythène afin d'assurer l'isolement du bol vis-à-vis des particules alpha et des neutrons. La partie interne 10 a de l'enceinte définit un évidement 12 présentant une configuration cylindri- que à axe vertical Un bol tournant 14 est disposé coaxialement à l'intérieur de l'évidement 12 Ce bol 14 comprend une paroi latérale 14 a obturée à sa partie inférieure par un fond 14 b et prolongée vers le haut par une virole de supportage 14 c séparée de la paroi 14 a par une bride 14 d La virole de supportage 14 c est -montée de façon tournante, par l'intermédiaire de deux paliers 16, dans la troisième partie 10 c de l'encein- te, cette partie 10 c étant elle-même fixée dans une partie de plus grand diamètre de l'évidement 12 formée à l'extrémité supérieure ouverte de la partie 10 a de l'enceinte Cette partie 10 c de l'enceinte supporté de plus un moteur 18 dont l'arbre de sortie vertical en- traîne en rotation un pignon 20 qui vient s'engrener sur une couronne dentée 22 solidaire de la virole de supportage 14 c du bol. Une pièce creuse 24, à configuration généra- lement cylindrique, est disposée coaxialement à l'in- térieur du bol 14 et repose, par l'intermédiaire d'une bride 24 a qui surplombe l'extrémité supérieure ouverte du bol 14, sur une plaque 25 fixée par exemple par des vis 27 à la partie l Oc de l'enceinte. L'extrémité supérieure de la pièce creuse 24 est obturée par un bouchon 26 Une canalisation d'ali- mentation en solvant liquide (non représentée) traver- se le bouchon 26 ou la paroi latérale supérieure du corps cylindrique 24, pour déboucher dans une chambre d'alimentation en solvant 28, dont le fond communique par des lumières 30 (par exemple au nombre de trois) avec une chambre annulaire 32 définie entre la surface externe de la pièce 24 et la paroi 14 a du bol De façon plus précise, les lumières 30 débouchent dans la cham- bre 32 au niveau de l'extrémité supérieure de la paroi latérale 14 a# c'est-à-dire juste en dessous de la bri- de 14 d. Comme le montre la figure 1, le diamètre in- terne de la virole 14 c est légèrement inférieur à ce- lui de la paroi 14 a du bol, de telle sorte que la largeur de l'espace annulaire 33 défini entre la viro- le 14 c et la surface externe de la pièce 24 est rédui- te par rapport à celle de la chambre 32 Cet espace 33 de largeur réduite est utilisé pour alimenter l'appa- reil en poudre de façon continue A cet effet, une conduite d'alimentation verticale 34 débouche à l'ex- trémité supérieure de cet espace 33 De plus, la sur- face externe de la pièce cylindrique 24 est pourvue d'une vis d'Archimède 36 remplissant pratiquement tout Vespace 33 et servant à entraîner la poudre depuis la conduite d'alimentation 34 jusque dans le solvant in- troduit par les lumières 30 Pour cette raison, on voit sur la figure 1 que la vis d'Archimède 36 s'étend sur toute la hauteur de l'espace 33 et se prolonge ensuite vers le bas en dessous des lumières 30 Pour. une raison qui apparaîtra par la suite, cette partie de la vis 36 située en dessous des lumières 30 est formée sur une partie 24 b en forme de virole de la pièce 24. On voit sur la figure 1 que la chambre annu- laire 32 communique par un passage 37 ménagé entre l'extrémité inférieure de la pièce 24 et le fond 14 b du bol avec une seconde chambre annulaire 38 définie entre la paroi interne de la pièce creuse 24 et une conduite centrale 40 servant à évacuer la solution formée Cette conduite 40 est disposée coaxialement au bol 14 et traverse le fond 14 b de celui-ci, auquel elle est fixée de façon étanche. Dans toute sa partie inférieure et à l'in- térieur de la partie en forme de virole 24 b, la pièce 24 présente un diamètre réduit De plus, cette partie inférieure de la pièce 24 est pourvue sur sa face ex- terne d'une vis d'Archimède 42 qui assure à la fois l'agitation du mélange et le relevage de la solution. A cet effet, l'espace annulaire 43 défini entre la partie 24 b en forme de virole et la surface externe de diamètre réduit de la pièce 24 débouche à son extrémi- té supérieure dans un déversoir central 44 formé à l'intérieur de la pièce 24 La communication entre l'espace 43 et le déversoir 44 se fait au travers de lumières 45 ( par exemple au nombre de trois) Le dé- versoir-44 est séparé à la fois des lumières 30 et de la chambre d'alimentation en solvant 28 par une cloi- son 46 Le déversoir 44 présente la forme d'une trémie centrée sur l'axe du bol 14 et débouchant au dessus de l'extrémité supérieure de la conduite centrale 40. L'extrémité supérieure du déversoir 44 com- munique par une conduite (non représentée) avec un circuit d'évacuation des gaz libérés lors de la disso- lution Afin de condenser les particules liquides cor- rosives entraînées par ce gaz, on prévoit dans la par- tie supérieure du corps 24 des moyens de refroidisse- ment du gaz sous la forme de circuits réfrigérants 48. Enfin, on accélère de préférence la réaction de dissolution en disposant dans la pièce cylindrique 24, sur pratiquement toute la hauteur de la partie située en dessous de la virole 24 b, des moyens de chauffage sous la forme de réchauffeurs 50. On conçoit que l'appareil qui vient d'être décrit en se référant à la figure 1 permet de réaliser la dissolution d'une poudre en continu, tout en assu- rant l'évacuation d'ue solution pratiquement exempte de poudre En effet, dès qu'ils sont introduits dans le bol respectivement par les lumières 30 et par l'es- pace 33, sous l'effet de la vis d'Archimède 36, le solvant et la poudre sont agités par la vis 42 portée par la pièce fixe 24 De plus, le chauffage effectué à l'aide des réchauffeurs 50 accélère la réaction de dissolution. Compte tenu de l'introduction de la poudre en continu, il subsiste toutefois en permanence dans la solution ainsi obtenue une certaine quantité de poudre non dissoute Par suite de l'effet centrifuge dû à la rotation du bol 14, la poudre est séparée en permanence de la phase liquide De façon plus précise, cet effet centrifuge se caractérise dans la chambre annulaire 32, par le fait que la poudre plus dense tend à s'agglomérer le long des parois du bol tournant 14, alors qu'une solution pratiquement dépourvue de particules solides vient seule au contact de la paroi externe de la pièce cylindrique fixe 24 sur laquelle est formée la vis d'Archimède 42 Le sens de l'enrou- lement de cette vis 42 étant choisi, compte tenu du sens de rotation du bol 14, de telle sorte qu'il tend à faire remonter la solution le long de la paroi ex- terne de la pièce 24, c'est une solution pratiquement exempte de poudre qui parvient jusqu'au déversoir 44 pour être évacuée par la conduite centrale 40 comme l'indiquent les flèches sur la figure 1. Le deuxième mode de réalisation de l'inven- tion représenté sur la figure 2 diffère principalement du premier mode de réalisation qui vient d'être décrit, d'une part, par le fait que l'alimentation en pou- dre s'effectue périodiquement par introduction de bol- tes solubles dans le solvant d'autre part, par le fait que l'évacuation de la solution s'effectue latérale- ment. Ainsi, on retrouve sur'la figure 2, les par- ties 1 Oa, l Ob et l Oc de l'enceinte 10, le bol tournant 14 et la pièce cylindrique fixe et creuse 24. Compte tenu de l'introduction de la poudre de façon périodique à l'intérieur de boîtes telles que 52 solubles dans le solvant, (les boîtes peuvent no- tamment être réalisées en aluminium de 0,5 mm d'épais- seur, le solvant étant de l'acide nitrique), un évide- ment 24 c est formé sur toute la hauteur de la pièce creuse 24 et se prolonge vers le haut sous la forme d'une conduite d'alimentation cylindrique 54 dont le diamètre est légèrement supérieur à celui des bottes 52 Dans ce cas la conduite 54 peut également servir à l'introduction du solvant Dans la variante de réali- sation de la figure 2, la conduite verticale 54 ainsi que l'évidement 24 c sont disposés coaxialement par rapport au bol tournant 14 Compte tenu de cette dis- position qui rend pratiquement impossible une évacua- tion centrale de la solution comme dans le mode de réalisation de la figure 1, cette évacuation se fait ici sur le côté du bol tournant A cet effet, on pré- voit tout d'abord comme dans le premier mode de réali- sation une vis d'Archimède 42 sur la face externe de la pièce cylindrique 24 Le sens d'enroulement de cet- te vis d'Archimède 42 est conçu ici encore de façon à permettre la montée de la solution le long de la paroi externe de la pièce 24, compte tenu du sens de rota- tion du bol 14 A la différence du premier mode de réalisation, on voit toutefois que cette vis 42 peut n'être prévue que sur une faible partie de la hauteur de la pièce 24, dans la partie supérieure de la cham- bre annulaire 32 L'extrémité supérieure de la vis d'Archimède 42 se prolonge légèrement au-dessus de la chambre 32, à l'intérieur de la virole de supportage 14 c du bol tournant Compte tenu du fait que le diamè- tre interne de la virole 14 c est inférieur à celui de la paroi 14 a, un épaulement ou butée annulaire 56 for- me un obstacle à la montée de la solution située vers l'extérieur de la chambre 32 La vis d'Archimède 42 se prolonge au-delà de cet épaulement 56 jusqu'à des dé- versoirs latéraux 58 formés dans une partie de plus forte épaisseur de la virole 14 c du bol Les déver- soirs 58 débouchent dans un collecteur annulaire 60 formé dans la partie l Oa de l'enceinte Au moins une canalisation de sortie 62 achemine ensuite la solution depuis le fond du collecteur 60 jusqu'à l'extérieur de l'enceinte 10. Comme dans le premier mode de réalisation, la pièce 24 est ouverte à son extrémité inférieure, de sorte que son évidement interne 24 c communique avec la chambre annulaire 32 De plus, dans le mode de réali- sation de la figure 2, cette ouverture de l'extrémité inférieure de la pièce 24 est utilisée pour assurer l'agitation du mélange dans le bol tournant A cet effet, le fond 14 b du bol porte des ailettes vertica- les 64 qui pénètrent dans l'évidement 24 c de la pièce 24 Afin que la boite de poudre 52 reste au-dessus des ailettes lors de son introduction, elle peut être sup- portée par une pièce ajourée 24 d fixée sur l'extrémité inférieure de la pièce 24. Zn plus de la communication de la chambre annulaire 32 avec l'espace défini à l'intérieur de l'évidement 24 c par le fond de la pièce 24, on prévoit à proximité du niveau supérieur du mélange, c'est-à- dire à proximité de l'extrémité inférieure de la vis 42, des lumières de recyclage 66. Comme dans le premier mode de réalisation, des moyens de chauffage 50 du mélange et des moyens de refroidissement 48 des gaz libérés lors de la dissolu- tion peuvent être prévus. Comme le montrent les flèches sur la figure 2, le cheminement de la poudre, du solvant et de la solution obtenue s'effectue de façon générale vers le bas depuis les lumières 56 jusqu'à l'extrémité infé- rieure ouverte de la pièce 24 à l'intérieur de l'évi- dement 24 c formé dans cette dernière, et vers le haut dans la chambre annulaire 32 Toutefois, comme dans le premier mode de réalisation, la rotation du bol 14 produit un effet centrifuge qui tend à agglomérer la poudre non dissoute le long des parois du bol tournant à l'intérieur de la chambre annulaire 32 Cet effet centrifuge permet d'évacuer, à l'aide de la vis d'Archimède 42, une solution pratiquement exempte de poudre En effet, la butée annulaire 56 prévue sur le bol tournant juste en-dessous des déversoirs 58 permet d'éviter que la poudre qui se trouve à proximité de la paroi du bol ne parvienne également jusqu'aux déver- soirs 58 sous l'action de la vis 42. Enfin, on a représenté sur la figure 3 une variante du mode de réalisation de la figure 2 combi- nant l'introduction de la poudre à l'intérieur d'une boite soluble 52 avec une évacuation de la solution par le centre comme dans le premier mode de réalisa- tion L'appareil de la figure 3 comporte par ailleurs les mimes éléments principaux que dans les variantes décrites précédemment (enceinte 10, bol 14 et pièce 24). De plus, comme le montre la figure 3, la conduite 54 d'alimentation en boîtes de poudre et l'évidement 24 c qui le prolonge à l'intérieur de la pièce 24 sont décalés par rapport à l'axe du bol tour- nant 14, afin de laisser libre la partie centrale de la pièce 24 dans laquelle on loge alors, comme dans le mode de réalisation de la figure 1, une conduite d'é- vacuation verticale 40 solidarisée au fond 14 b du bol tournant et disposée coaxialement à ce dernier. Comme dans le premier mode de réalisation, l'alimentation en solvant se fait par une chambre d'a- limentation 28 formée en dessous du bouchon 26 de la pièce 24, la chambre 28 communiquant avec l'extrémité supérieure de la chambre annulaire 32 par des lumières 30 On retrouve aussi sur la surface externe de la pièce 24 la vis d'Archimède 42 qui assure à la fois l'agitation du mélange dans sa partie basse et, dans sa partie haute, la remontée de la solution pratique- ment exempte de poudre jusqu'au déversoir 44 qui dé- bouche au-dessus de la conduite 40 et assure simulta- nément l'évacuation des gaz formés lors de la dissolu- tion. Dans cette variante de réalisation de la fi- gure 3, on prévoit de plus dans la paroi de la pièce 24 des lumières transversales 68 faisant communiquer l'é- videment 24 c et la chambre annulaire 32 sur une grande partie de la hauteur de l'évidement Compte tenu de ces lumières 68 qui permettent à la poudre de parvenir dans la chambre annulaire, le fonctionnement de la va- riante qui vient d'être décrite en se référant à la figure 3 est pratiquement identique à celui du premier mode de réalisation de la figure 1. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits à titre d'exemple, mais en couvre toutes les variantes. En particulier, on peut imaginer une variante du mode de réalisation de la figure 1 dans laquelle les moyens d'évacuation de la solution par le centre seraient remplacés par des moyens d'évacuation par le côté, comme dans le mode de réalisation de la figure 2 Dans ce cas, l'alimentation en poudre et en réactif pour- rait aussi être effectuée par le centre et l'agitation du mélange pourrait être réalisée au moyen de pales solidaires du fond du bol tournant. REVENDICATIONS 1 Appareil pour la dissolution d'une poudre dans un solvant liquide, caractérisé en ce qu'il com- prend un bol tournant ( 14) à axe vertical, des moyens ( 28, 34; 54) pour introduire la poudre et le solvant liquide dans le bol, et une pièce cylindrique fixe ( 24) disposée coaxialement à l'intérieur du bol et présentant sur sa face externe au moins une première vis d'Archimède ( 42) orientée par rapport au sens de rotation du bol de façon à assurer le relevage de la solution jusqu'à des moyens ( 44, 40; 58, 60, 62) pour évacuer cette dernière hors du bol. 2 Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les moyens pour évacuer la solution hors du bol comprennent un déversoir ( 44) interne à ladite pièce ( 24) et dans lequel débouche la première vis d'Archimède ( 42) à son extrémité supérieure, et une conduite centrale ( 40) solidaire du bol et prolon- geant le déversoir vers le bas à l'intérieur de la pièce cylindrique 3 Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les moyens pour évacuer la solution hors du bol comprenant un déversoir ( 58) solidaire du bol, venant affleurer la première vis d'Archimède ( 36), et débouchant dans un collecteur annulaire ( 60) prolongé par au moins une canalisation de sortie ( 62), le collecteur et la canalisation étant formés dans une enceinte ( 10) externe supportant le bol. 4 Appareil selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 3, caractérisé en ce que la poudre est introduite en continu à l'extrémité supérieure ou- verte du bol, entre ce dernier et ladite pièce cylin- drique, les moyens pour introduire la poudre compre- nant une deuxième vis d'Archimède ( 36) formée sur la face externe de la pièce cylindrique, au-dessus de la première vis d'Archimède ( 42), et orientée par rapport au sens de rotation du bol ( 14) de façon à assurer la descente de la poudre. 5 Appareil selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 3, caractérisé en ce que des boites solubles riodiquement à l'extrémité supérieure ouverte du bol, les moyens pour introduire la poudre comprenant un é- videment vertical ( 24 c) formé dans la pièce cylindri- que. 6 Appareil selon la revendication 5, prise en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que l'évidement vertical ( 24 c) est décalé par rap- port à l'axe du bol, de façon à se prolonger à côté de ladite conduite centrale ( 40), l'évidement vertical communiquant avec l'espace annulaire défini entre le bol et la pièce cylindrique ( 24) par des lumières ( 68) formées dans cette dernière. 7 Appareil selon la revendication 5, prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce que l'évidement vertical ( 24 c) est disposé coaxia- lement au bol ( 14) et communique avec l'espace ( 32) défini entre le bol et la pièce cylindrique ( 24) par des lumières de recyclage ( 66) formées dans cette der- nière. 8 Appareil selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé en ce qu'il com- prend de plus des moyens de chauffage ( 50) de la solu- tion logés dans la pièce cylindrique ( 24). 9 Appareil selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé en ce qu'il com- prend de plus des moyens d'évacuation des gaz libérés lors de la dissolution, et des moyens de refroidisse- ment ( 48) de ces gaz logés dans la pièce cylindrique.