Brevet FR2525123A1 — publié le 19831021

PROCEDE DE SEPARATION DES CONSTITUANTS D'UN MEULAGE ET APPAREIL METTANT EN OEUVRE CE PROCEDE. L'invention concerne un procédé de séparation des constituants d'un mélange liquide, notamment en vue de résoudre de nombreux problèmes clarification, de concentration et de pollution industrielle l'invention concerne aussi un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. Il est fréquent qu'un processus industriel aboutisse au rejet de mélanges hétérogènes, la plupart du temps formés d'eau extrêmement chargée de particules solides de tous genres, boues, fibres, etc... Le coût des installations d'épuration connues dépasse souvent les moyens des petites industries, de sorte que les rivières et les océans reçoivent des quantités chaque jour de plus en plus importantes de telles eaux résiduaires. On sait utiliser la force centrifuge pour séparer des constituants de densités différentes d'un mélange essentiellement liquide (écrèmage du lait par exemple). Cependant, lorsqu'une séparation de haute qualité est requise, on est obligé d'augmenter considérablement la vitesse de rotation du dispositif centrifugeur. Ce type de processus cesse donc d'être utilisé au-delà de certaines limites, lorsque les inconvénients (difficultés de mise en oeuvre mécanique et consommation d'énergie élevée) l'emportent sur les performances. Par ailleurs, il est connu de nettoyer des structures mécaniques complexes (mouvement d'horlogerie par exemple) en leur appliquant des vibrations ultrasonores. On observe alors une migration des impuretés vers l'extérieur de la structure. Ce procédé n'a pas, jusqu présent, été appliqué avec succès aux mélanges liquides. On observe au contraire la formation d'une émulsion dans le mélange, autrement dit le contraire de l'effet recherché. L'invention permet d'obtenir un degré de séparation extremement élevé dans un mélange hétérogène liquide. Selon l'invention, ce résultat est obtenu par les effets surprenants de la combinaison d'une action de centrifugation et d'un traitement par ultrasons. Plus précisément, 1 invention concerne donc un procédé de séparation des constituants d'un mélange relativement liquide, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre simultanément ledit mélange à l'action d'une centrifugation et à l'action d'une onde ultrasonore pour récupérer un liquide clarifié sensiblement au centre du champ de centrifugation et/ou un produit relativement pâteux à l'extérieur de celui-ci. L'invention vise aussi tout appareil de séparation peur el a ge relativement liquide du type comportant une cuve dans laquelle ca intro-oe duit ledit mélange et une sortie de liquide clarifié caractérisé Ca ce qu'il comporte en combinaison un moyen de centrifugation dudit mélange et un émetteur d'ultrasons. La combinaison de ces deux modes de traitement a permis d'obte- nir les résultats suivants La centrifugation empêche toute émulsion; le traitement par ultrasons reprend donc dans un milieu liquide au moins l'efficacité qus on lui connaissait pour le nettoyage des structures mécaniques. En présence d'ultrasons la vitesse de centrifugation peut etre maintenue dans une plage raisonnable. Pour obtenir une clarification comparable du mélange liquide, en ne faisant appel qu'à la centrifugation, il faudrait concevoir des machines tournant quatre à cinq fois plus vite que dans le cas de 11 invention. La consommation d'énergie supplte- mentaire pour alimenter le générateur d'ultrasons est sans rapport avec celle qui serait nécessaire pour entraîner une centrifugeuse conçue pour fonctionner à de telles vitesses. En outre, la différence d'investissement entre la formule centrifugeuse à grande vitesse et la solution selon 11 invention est également considérable, en faveur de la seconde. Une centrifugeuse à grande vitesse nécessite en effet des paliers et roulements spéciaux et, en général, une infrastructure mécanique renforcée. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celleci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre d'un appareil séparateur conçu selon son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence au dessin annexé, dans lequel - la figure 1 est une vue en élévation et en coupe de l'appareil séparateur; et - la figure 2 est une coupe Il-Il de la figure 1. En se référant au dessin, l'appareil séparateur comporte ure cuve 11 solidaire d'un bâti fixe 12, un conduit d'entrée 13 pour le mélange à traiter qui débouche dans la cuve à la partie supérieure de celle-ci, une sortie de liquide clarifié 14, prolongée par un conduit d'évacuation 15 et une sortie de produit relativement pâteux 16 agencée à la partie inférieure de la cuve 11. L'orifice 13a du conduit 13 qui débou- che dans la cuve sera appelé l'entrée pour le mélange à traiter. La cuve il renferme un moyen de centrifugation 17 et un émetteur d'ultrasons 18. Ils sont agencés sur un trajet d'évacuation vers la sortie 14.En effet, le moyen de centrifugation a la forme d'un disqùe épais solidai- re axialement d'un arbre d'entraînement 20 maintenu mobile en rotation par deux paliers à roulements 21 et 22 alignés axialement et fixes par rapport à la cuve 11. Une partie 20a de cet arbre est creuse pour former un conduit d'évacuation du liquide clarifié, depuis le centre du disque formant le moyen de centrifugation 17 jusqu'à la sortie 14. Ce disque comporte plusieurs évidements radiaux 23 débouchant dans la cuve et communiquant intérieurement avec une cavité centrale 24. La partie creuse 20a, formant conduit, de l'arbre 20 surmonte le moyen de centrifugation et débouche dans cette cavité 24.Cette dernière abrite l'émetteur d'ultrasons 18, lequel est maintenu en position grâce à une perche 25 qui traverse axialement ladite partie creuse 20a et qui renferme les fils électriques d'alimentation de l'émetteur. L'arbre 20 est entraîné en rotation par un moteur (non représenté) par l'intermédiaire d'un système poulie 26 - courroie 27. Un déflecteur 28, en forme de bouclier, est disposé horizontalement entre le moyen de centrifugation et l'entrée 13a pour le mélange. Il définit avec une paroi de guidage 29 interne, galbée, de la cuve 11, un trajet d'écoulement du mélange vers les évidements radiaux 23. Le mélange à traiter est injecté sous pression par l'entrée 13a au moyen d'une pompe 30 débitant dans le conduit 13. La sortie 16 de produit relativement pâteux débouche dans un dispositif extracteur 31 à vis d'Archimède, actionné sur commande par un moteur électrique 32.Un moyen d'obturation manoeuvrable 33 (clapet mobile, restriction réglable, etc...) est placé en un point du trajet d'évacuation dudit produit pa- teux. Dans l'exemple représenté, ce moyen est placé à la sortie du dispositif extracteur 31. Il permet de maintenir une certaine pression à l'intérieur de la cuve, notamment pour permettre le remplissage de celleci au début du fonctionnement. Le fonctionnement est le suivant. Le mélange à traiter est injecté sous une légère pression dans la cuve 11, par l'action de la pompe 30, jusqu'à un remplissage suffisant de la cuve. Le moyen de centrifugation 17 est alors mis en rotation et l'émetteur d'ultrasons 18 est alimenté. En réglant le débit de la pompe et la position du moyen d'obturation 33, on arrive à provoquer un débit contrôlé de liquide par la sortie 14, puisque celui-ci peut remonter par le conduit 20 en traversant les conduits radiaux 23 et la cavité centrale 24 dans lesquels il est soumis simultanément à la force centrifuge et à l'action des ultrasons. Plus le débit est réglé faible, plus le liquide ressort clarifié. Pendant ce temps, un résidus relativement plus pâteux s'accumule au fond de la cuve 11; il est évacué de temps en temps par mise en oeuvre du dispositif extracteur. L'appareil tel qu'il vient d'être décrit permet notamment de résoudre les problèmes industriels suivants - Epuration des eaux blanches des fabriques de papier. On peut ainsi re tenir les fibres (qui forment le résidus pâteux) avant de rejeter l'eau à la rivière. - - Traitement, avant rejet, du sang des animaux dans les abattoirs. On peut extraire l'eau de constitution et récupérer le reste sous forme d'un concentré pâteux. Il est à noter qu'actuellement ce sang est traité dans des évaporateurs dont le coût d'installation est très éle- vé et l'exploitation énergétiquement dispendieuse, En général cette installation apporte une solution satisfaisante à tous les problèmes de traitement d'eaux résiduaires avec des moyens de faible coût et de faible encombrement. Elle convient particulièrement en prétraitement dans les installations de dépollution de grande importance; elle permet alors d'en réduire le cout global. Une autre application particulièrement intéressante concerne les traitements utilisant les floculents. Les floculents sont des composés connus (à base d'alumine, de sulfate d'aluminium, de chaux, etc...) pour favoriser et accélérer la décantation dans certains mélanges liquides. On a constaté qu'une fois introduits dans l'appareil, l'action de tels floculents était considérablement accélérée (devenant presque instantanée) et augmentée, permettant ainsi une réduction substantielle des quantités de floculents nécessaires. Pour l'utilisation de l'appareil avec injection de floculents, il est nécessaire de compléter l'installation par un réservoir de floculents 35 et un circuit comprenant une petite pompe 36 et un conduit d'injection 37 débouchant dans le conduit 13. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit, mais comprend tous les équivalents techniques des moyens mis en jeu si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé de séparation des constituants d'un mélange relativement liquide, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre simultanément ledit mélange à l'action d'une centrifugation (17) et à l'action d'une onde ultrasonore (18) pour récupérer un liquide clarifié sensiblement au centre du champ de centrifugation et/ou un produit relativement pâteux à l'extérieur de celui-ci. 2. Appareil séparateur pour mélange relativement liquide du type comportant une cuve (11) dans laquelle on introduit ledit mélange et une sortie de liquide clarifié (14), caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison un moyen de centrifugation (17) dudit mélange et un émetteur d'ultrasons (18) 3. Appareil séparateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen de centrifugation (17) et/ou ledit émetteur d'ultrasons (18) sont agencés sur un trajet d'évacuation vers ladite sortie (14) de liquide clarifié. 4. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit émetteur d'ultrasons est placé sensiblement au centre dudit moyen de centrifugation. 5. Appareil séparateur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit moyen de centrifugation a la forme d'un disque épais solidaire axialement d'un arbre d'entraînement (20), en ce que ce disque comporte plusieurs évidements radiaux (23) débouchant dans ladite cuve et communiquant intérieurement avec une cavité centrale (24), en ce qu'une partie dudit arbre (20a) est creuse et débouche dans cette cavité centrale et en ce que ladite partie creuse traverse la paroi de la cuve pour matérialiser ladite sortie de liquide clarifié (14). 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit émetteur d'ultrasons est placé dans ladite cavité centrale (24). 7. Appareil selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'une sortie de produit pâteux (16) est agencée à la partie inférieure de ladite cuve et que cette sortie débouche dans un dispositif extracteur à vis d'Archimède (31). 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un moyen d'obturation manoeuvrable (33) ou analogue est placé en un point du trajet d'évacuation dudit produit pâteux, par exemple à la sortie dudit dispositif extracteur. 9. Appareil selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce qu'un déflecteur (28) est disposé entre ledit moyen de centrifugation et une entrée (13a) pour ledit mélange et en ce que ce déflecteur définit avec une paroi de guidage interne (29) de ladite cuve un trajet d'écoulement dudit mélange vers ledit moyen de centrifugation. 10. Appareil selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce qu'une pompe d'injection (30) dudit mélange est placée en amont de ladite cuve. 11. Appareil selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'injection (36, 37) de floculent dans ladite cuve.