Brevet FR2546420A1 — publié le 19841130

-1- INSTALLATION COMPORTANT UN DISPOSITIF FLUIDIQUE A VORTEX DESTINE A SEPARER UN MELANGE D'UNE PHASE LIQUIDE ET D'UNE PHASE SOLIDE RELATIVEMENT LOURDE L'invention a pour objet une installation destinée à sé- parer un mélange entrant d'une phase liquide et d'une pha- se relativement lourde, en général solide, en au moins une fraction liquide et une fraction enrichie en phase lourde qu'on appellera fraction de phase lourde, instal- lation comportant un circuit Ce circulation ayant un sé- parateur centrifuge dont le rotor est muni d'au moins une sortie de la fraction de phase lourde hors du rotor, la- dite fraction ayant été collectée dans la partie radiale- ment externe de la chambre de séparation du rotor; le circuit de circulation comprend, de plus,un dispositif de mise en mouvement; tel qu'une pompe de mise en mouvement ou un dispositif de circulation et un conduit de recy- clage d'au moins une partie de la fraction de phase lour- de rejetée par la sortie du rotor vers le séparateur cen- trifuge, ainsi qu'un conduit de rejet de la fraction de phase lourde qui n'a pas été ramenée au séparateur. On connaît déjà de telles installations qui com- portent des séparateurs centrifuges dont le rotor est mu- ni soit de plusieurs ajutages circonférentiels, soit de canaux d'amenée de la fraction de phase lourde collectée à la partie externe du rotor (c'est-à-dire des boues) vers des chambres d'évacuation centrale d'o les boues sont rejetéesdu rotor par un dispositif d'évacuation. On utilise des installations de ce genre lorsque la concentration de phase liquide dans le mélange d'en- trée varie de façon considérable ou est toujours faible et lorsqu'on désire obtenir une fraction de phase lourde ayant une concentration constante et élevée en phase lourde Pour résoudre ce problème dans une installa- -2- tion du genre mentionné plus haut, on emploie un dis- positif de commande qui détecte la concentration de phase lourde dans la conduitede circulation grâce à un capteur Le dispositif de commande agit sur une vanne de commande, qui ajuste la proportion de phase lourde recyclée On peut placer la vanne de commande, soit dans une fraction du circuit de circulation qui recycle la phase lourde, soit dans le conduit de rejet de la partie de phase lourde qui n'est pas re- cyclée On peut utiliser différents types de capteurs pour mesurer la concentration en phase lourde On peut en particulier utiliser un viscosimètre, un turbidi- mètre ou un instrument du même genre On peut égale- ment utiliser la charge de la pompe de circulation, si on utilise un tel dispositif, dans la mesure o le débit est continu et constant, ou la pression dans la conduite de circulation en tant que signal pour une commande de ce genre L'inconvénient des capteurs de ce type est qu'ils sont coûteux et sensibles aux perturbations Dans ce cas, lorsqu'on capte la charge ou la pression en vue de la commande, il y a un risque que toute réduction du débit (due par exemple au col- matage d'un ajutage du rotor) provoque un accroisse- ment de recyclage, ce qui se traduit par un remplissa- ge du rotor par la phase lourde et la nécessité d'un arrêt pour nettoyage. La présente invention vise à fournir une installa- tion du genre mentionnée dans l'introduction, qui soit tout à la fois économique et de fonctionnement sûr. Une installation suivant l'invention se caractérise par un dispositif fluidiqueà-vortex prévu pour comman- der le débit dans la conduite de rejet, le dispositif fluidique à vortex étant d'un type ne fractionnant pas davantage la fraction de phase lourde entrante et étant d'un genre,en lui-même connu,tel que le débit à travers le dispositif fluidique à vortex augmente lors- -3- que la viscosité de ladite fraction augmente et inver- sement, une surpression étant générée dans ladite con- duite de recyclage d la fraction de phase lourde de façon à provoquer un débit correspondant à travers le dispositif fluidiqueà vortex. Dans un mode de réalisation avantageux de l'ins- tallation suivant l'invention, un élément est placé dans-la conduite de recyclage vers le séparateur cen- trifuge, en aval de la conduite de rejetet cet élé- ment est prévu pour agir, avantageusement de façon a- justable, sur le débit de telle façon que tout ac- croissément de viscosité de l'écoulement réduise cet écoulement et inversement Ainsi on agit sur le débit dans la conduite de circulation en amont du branche- ment de la conduite de rejet et on augmente le domaine de commande pour un dispositif fluidique à vortex donné. Des travaux ont été effectués sur les dispositifs fluidiques à vortex dès les années 20 Ils ont donné naissance, au cours des années 60, à une technique qu'on qualifie de "fluidique" La fluidique: permet de réaliser des éléments ayant une fonction analogue à ceux connus en électronique sous le nom de diode, de triode, etc Dans l'installation suivant l'invention, on utilisera avantageusement des dispositifs fluidi- ques à vortex du type diode, étant donné qu'on recher- che une structure simple et un fonctionnement sûr. La propriété particulière d'admission d'un débit croissant avec la viscosité n'est évidemment vérifiée que jusqu'à ce que la viscosité atteigne une valeur telle que la perte de charge est prépondérante à un point tel que le débit diminue et s'arrête pour ce motif. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, et se réfère aux dessins qui -4- l'accompagnent, dans lesquels les figures 1 et 2 sont des schémas d'installa- tions antérieurement connues, qui ont servi de point de départ à l'invention; la figure 3 est un schéma d'une installation conforme à l'invention; la figure 4 est un schéma montrant un dispositif fluidique à vortex du type diode; la figure 5 est une yue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation d'un dispositif fluidique à vortex pour une installation suivant l'invention; la figure 6 montre un détail du dispositif de la figure 5, vue de dessus; et la figure 7 est un diagramme montrant la rela- tion entre le débit (en m 3/h) et la teneur en solide (en kg /m 3) dans un dispositif fluidique à vortex du type diode. Les figures 1,2 et 3 montrent un séparateur cen- trifuge 1 ayant un rotor muni d'ouvertures circonfé- rentielles permanentes, une pompe de circulation 2,un monduit d'alimentation 3 pour le mélange d'entrée, une conduite de rejet 4 pour la fraction de phase lourde provenant du rotor, une cuve intermédiaire 5 pour la fraction de phase lourde, des conduites 6 et 7 formant un circuit- de circulation, une conduite de rejet 8 pour la fraction de phase lourde qui n'est pas recyclée, et une conduite 9 de liquide clair éva- cué Sur la figure 1, la référence 10 désigne un vis- cosimètre et un appareil de commande qui agit sur une -vanne 11 Sur la figure 2, la référence 12 désigne un capteur de charge, qui décèle la charge de la pompe de circulation 2, et un appareil de commande d'une vanne 11 Les installations des figures 1 et 2 appar- tiennent à l'Art Antérieur. Sur la figure 3, la référence 13 désigne un dis- positif fluidique à vortex du type diode tandis que -5 - 14 est un élément permettant de modifier le débit. La figure 4 montre un exemple de dispositif fluidique à vortex du type diode- Ce dispositif comprend un canal d'entrée tangentiel 15, une chambre à vortex 16 et un canal de sortie 17 à partir d'une sortie cen- trale 18 ménagée dans l'un des flasques 19 de la cham- bre à vortex L'autre flasque 20 est fermé' dans la réalisation représentée Le dispositif fluidique à vortex montré dans la figure 5 comprend de son côté un boitier en forme de cylindre circulaire 21, muni d'un couvercle détachable 22 Dans le flasque inférieur fixe 23 du boitier 21 sont ménagées une entrée 24 et une sortie centrale 25 Le dispositif fluidique à vortex proprement dit est constitué par une pièce rap- portée comportant un plateau 26 et une paroi 27 coo- pérant avec le couvercle 22 qui constitue un second plateau La pièce rapportée est munie d'une entrée tangentielle 28 et d'une sortie centrale 29 Un joint d'étanchéité annulaire 31 assure l'étanchéité entre la pièce rapportée et une pièce de connexion 30 dans le flasque 23 L'avantage d'une disposition du genre montré en figure 5 est qu'on peut choisir les dimen- sions de la pièce rapportée dans une large plage, de sorte qu'une installation du genre mentionné au début est utilisable pour une plage de débit très im- portante et pour des applications impliquant des te- neurs très variées en phase solide. La figure 7 montre la variation du débit en fonc- tion de la teneur en solide sec (c'est-à-dire la te- neur en phase lourde) pour un tel dispositif fluidique à vortex Il est manifeste que, dans un certain domai- ne de teneur en solide sec, le débit est une fonction croissante de la teneur en solide Il y a bien évi- demment une limite supérieure, au delà de laquelle le débit cesse par suite d'une teneur en produit solide trop élevée. -6- Il faut toujours donner au dispositif fluidique à vortex 13 une dimension correspondant au débit sou- haitéetàla plage de variation prévue pour la teneur en phase lourde, en prenant en considération la re- lation qui existe entre la teneur en phase lourde et la viscosité du mélange réel à fractionner L'ins- tallation suivant l'invention est prévue de telle façon qu'on puisse aisément remplacer le dispositif fluidique à vortex ou certaines de ses parties, sui- vant les besoins. Il est cependant avantageux que l'installation soit également munie d'un élément 14, surtout si on lui donne une dimension telle que l'écoulementqui le traverse soit laminaire, c'est-à-dire présente un nombre de Reynolds relativement faible Dans ce cas, la perte de charge à la traversée dé l'élén'entsera en principe proportionnelle à la viscosité de l'écoule- ment, si on tient compte uniquement de la viscosité. En cas d'écoulement turbulent, la perte de charge à la traversée de l'élénent(lorsqu'on prend uniquement en considération la viscosité de l'écoulement) dépendra beaucoup moins de la viscosité Elle variera généra- lement proportionnellement à une puissance comprise entre 0,2 et 0,3 de la viscosité Grâce à cette dis- position, on peut utiliser un seul et même dispositif fluidique à vortex pour une plage relativement étendue de débit et de teneur de l'écoulement en phase lourde. L'installation fonctionne donc de telle façon qu'un mélange entrant de liquide et de phase lourde est fractionné dans un séparateur centrifuge 1, la fraction de phase lourde étant rejetée par une con- duite de rejet 4, refoulée par la pompe de circula- tion 2 dans la conduite 6 qui se divise en deux con- duites 7 et 8 de telle façon qu'une viscosité sensi- blement constante soit conservée dans le circuit de -7- circulation 1, 4,5,6,7,14,1 On obtient ainsi un fonc- tionnement amélioré même si la teneur du mélange d'en- trée en phase lourde varie. -8- REVENDICATIONS 1 Installation comprenant un dispositif fluidique à vortex pour séparer un mélange d'entrée d'une phase liquide et d'une phase relativement lourde en au- moins une fraction liquide et une fraction enrichie en phase lourde, comprenant un circuit de circulation ayant un séparateur centrifuge ( 1) dont le rotor est muni d'au moins une sortie pour une fraction de phase lourde qui s'est rassemblée dans la partie radiale- ment externe de la chambre de séparation du rotor et ayant un dispositif de mise en mouvement, tel qu'une pompe de circulation ou un dispositif d'évacuation, et une conduite de recyclage, vers le séparateur cen- trifuge, d'au moins une partie de la fraction de pha- se lourde rejetée par la sortie du rotor, ainsi qu'une conduite de rejet de la fraction de phase lourde qui n'est pas recyclée dans le circuit de circulation, caractérisé par un dispositif fluidique à vortex ( 13) prévu pour commander le débit dans la conduite de rejet ( 8), le dispositif fluidique à vortex ( 13) é- tant d'un type qui ne fractionne paú davantage la fraction de phase lourde entrante etétart d'un genre, en lui-même connu,tel que le débit à travers le dis- positif fluidique à vortex augmente lorsque la visco- sité de ladite fraction augmente et inversement, une surpression étant générée dans ladite conduite( 6,dere cyclage de la fraction de phase lourde de façon à provoquer un débit correspondant à travers le dispo- sitif fluidique à vortex 2 Installation suivant la revendication 1, caracté- risée en ce qu'un élément ( 14) est placé dans la conduite ( 7) de recyclage vers le séparateur centri- fuge ( 1), en aval du branchemrent de la conduite de rejet ( 8), ledit élément étant prévu pour agir sur -9- l'écoulement de telle façon qu'un accroissement de la viscosité de l'écoulementréduise le débit et inverse- ment. 3 Installation suivant la revendication 2, caractéri- sée en ce que ledit élément est ajustable.