Brevet FR2539772A1 — publié le 19840727

Appareil centrifuge pour I'épuration de suspensions liquides contenant des impuretés solides. L'invention est relative à un appareil centrifuge pour l'épuration de suspensions liquides, c'est-a-dire de liquides auxquels sont mélangées sans y être dissoutes des matières solides finement divisées qui contiennent des impuretés solides dont certaines au moins ont une densité légèrement inférieure à celle des matières solides de la suspension. L'invention est relative plus particulièrement, mais non exclusivement, à un appareil pour l'épuration de la pâte à papier, c'est-à-dire d'une suspension de fibres cellulosiques dans l'eau qui, en tant qu'impuretés solides contient notamment des fragments de matiS-re plastique telle que polystyrène en morceaux ou polyéthylène en film, ou de liège ainsi que des encres ou adhésifs. L'invention a pour but de créer un appareil qui soit capable de faire un tri entre d'une part les matières solides ( & conserver) des suspensions (fibres cellulosiques dans le cas de la pâte à papier, recyclée ou non) et d'autre part les impuretés (à éliminer), même lorsque la densité de ces impuretés est voisine de la densité des matières solides et notamment très légèrement inférieure à celle-ci. Bien que les susdites impuretés soient en fait des matières solides, le terme "matières solides" n'est utilisé ici que pour designer les matières utiles (telles que fibres cellulosiques) des suspensions. Pour atteindre le but défini ci-dessus, l'appareil centrifuge conforme à l'invention, qui comprend une cuvé munie de moyens capables de la faire tourner autour d'un axe vertical de façon à imposer par effet centrifuge à la masse liquide de suspension contenue dans la cuve une forme annulaire de révolution autour du susdit axe vertical, à surface intérieure libre cylindrique, de moyens d'introduction de la suspension épurée et de moyens d'extraction des impuretés so-lides, est essentiellement caractérisé en ce que les moyens d'introduction de la suspension à épurer sont agencés de façon à mélanger intimement à cette suspens ion, avant son admission dans la cuve, un gaz inerte vis-à-vis de la suspension de façon telle qu'il se dégage, à la susdite surface intérieure cylindrique, des bulles de ce gaz entraînant celles des impuretés solides qui manifestent une absence d' affi- nité avec le liquide de la suspension et/ou dont la densité est inférieure à celle des matières solides, et en ce que les moyens d'extraction des impuretés solides sont. au moins en partie agencés de façon à soutirer les bulles à la partie centrale de la cuve avec les impuretés ainsi entraînées Outre le fait que les bulles d'air facilitent la migration des impuretés en leur ouvrant un chemin dans le matelas fibreux formé par les matières solides de la suspens ion, elles attirent aussi certaines particules (lourdes ou légères) qui manifestent une absence d'affinité avec le liquide de la suspension, c'est-a-dire que sont hydrophobes dans le cas le plus général où ce liquide est de l'eau.En raison de la liaison qui s'opère ainsi entre lesdites particules et les bulles, la densité de ces particules (ou plutôt de l'ensemble de celles-ci et des bulles) devient très faible et ces particules migrent donc vers la surface intérieure cylindrique de la masse liquide. I1 se produit ainsi un tri entre les matières solides de la suspension, qui ont par définition de l'affinité avec le liquide, et les impuretés dont la densité est voisine de celle des matières solides et qui sont dépourvues d'une telle affinité, ces impuretés étant ainsi éliminées par un phénomène que l'on peut désigner par "flottation en bol tournant". De préférence, les moyens d'extraction des impuretés solides sont agencés également de façon à extraire les impuretés solides de plus grande densité qui se rassemblent, par effet centrifuge, dans la ou les parties de plus grand diamètre soit de la cuve, soit, de préféren- ce, d'un carter fixe entourant la cuve. I1 est à noter que le US-A-3.213.592 décrit un appareil centrifuge à cuve tournante entourée d'un carter fixe, pour l'épuration de certaines suspensions liquides, mais il s'agit là seulement d'éliminer les bulles de gaz qui sont normalement contenues dans ces suspensions en rassemblant ces bulles a la surface intérieure cylindrique de la masse tournante de la suspension pour pouvoir les y soumettre a l'action destructrice d'un générateur d'ondes élastiques tel qu'une sirène. Dans ce document, il est insisté sur le fait qu'on doit veiller à ce que l'élimination des gaz ne -s'accompagne en aucune façon d'une séparation des composants solides, sans qu'il soit fait de distinction à cet égard entre les matières solides utiles de la suspension et les impuretés solides éventuelles. L'invention va être maintenant exposée plus en détail à l'aide des dessins annexés qui en illustrent divers modes de réalisation. La figure 1 de ces dessins montre, en coupe axiale schématique, un appareil centrifuge conforme à un mode de réalisation particulier de l'invention. La figure 2 est une demi-coupe horizontale selon la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 représente en coupe, à plus- grande échelle, un détail de la figure 1. La figure 4 illustre schématiquement un perfectionnement du mode de réalisation de la figure 1. Selon lé mode de réalisation des figures 1 et 2, l'appareil centrifuge conforme à l'invention comprend une cuve 1, munie de moyens capables de la faire tourner autour d'un axe vertical X-X. Ces moyens ont été schématisés à la figure 1 par un arbre 2 à l'extrémité supérieure duquel est fixé le fond 3 de la cuve 1 et qui est entraîné en rotation, par un moteur (non représenté), comme indiqué par une flèche F. Ces moyens sont agencés de façon à créer -un champ de gravitation élevé, de préférence de l'ordre de 20 à 200 g selon le type des impuretés à éliminer, à la périphérie de la cuve 1, en imposant par effet centrifuge à la masse liquide de suspension 4 contenue dans la cuve 1 une forme annulaire de révolution autour de l'axe X-X, à surface- extérieure définie par la. paroi latérale 5 de la cuve 1 et à surface intérieure libre cylindrique 6. A la figure 1, on a désigné par D, le diamètre de cette surface intérieure 6, en régime permanent. La cuve 1 est en outre munie de moyens d'introduction 9 de la suspens ion à épurer, de moyens d'extraction de la suspension épurée et de moyens d'extraction des impuretés solides. Les moyens d'introduction 9 de la suspension à épurer comprennent-au moins un tube lî qui est - équipé d'une pompe d'alimentation 12 à débit réglable et qui pénètre dans la cuve 1 par la partie supérieure ouverte de celle-ci de façon à déboucher dans le bas de la partie centrale de cette cuve 1. Selon l'invention, ces moyens d'introduction 9 sont agencés de façon à mélanger intimement à la suspension à épurer, avant son introduction dans la cuve 1, un gaz inerte vis-à-vis de la suspension, ce gaz étant généralement de l'air lorsque la nature de la suspension le permet. A cet effet, selon un mode de réalisation préféré, le tube 11 comporte, en aval de la pompe 12 et à peu de distance en amont de la cuve 1, un injecteur statique 13 du type à venturi, constitué d'une chambre cylindrique 14 munie d'une couronne d'orifices 15 qui débouchent au niveau d'un étranglement, ce dernier pouvant être réalisé par la présence d'un corps biconique 16 placé dans l'axe de la chambre 14. Comme montré à la figure 3, les deux troncs de cône 7 du corps biconique 16 peuvent être raccordés l'un à l'autre par une partie cylindrique 8, au niveau ou débouchent les orifices 15.Lorsque le gaz à mêler intimement à la suspension est de l'air, les orifices 15 s'ouvrent à l'atmosphère, le cas échéant par l'intermédiaire d'un système de filtration.- De cette façon, les impuretés nettement plus légères que les matières solides de la suspension se retrouvent, par centrifugationR à la surface libre 6 de la masse liquide. Les bulles d'air ou autre gaz, qui migrent à une vitesse plus grande que les particules d'impuretés un peu plus légères que les matières solides de la suspension, entraînent ces particules avec elles et augmentent donc leur vitesse de migration vers la surface libre 6. De plus, les bulles d'air attirent et entraînent avec elles certaines impuretes hydrophobes de petites dimensions, de densité supérieure ou inférieure à celle des matières solides de la suspension.On peut d'ailleurs mélanger à la suspension à épurer, généralement avant son introduction dans la cuve 1, des agents chimiques propres à conférer aux bulles les forces tensioactives nécessaires à l'attraction de ces dernières impuretés. En définitive, on constate qu'il se rassemble, à la surface intérieure libre 6, aussi bien les impuretés légères que les bulles ayant ouvert un chemin à travers le matelas des matières solides et ayant ou non entraîné avec elles les Impuretés hydrophobes. La cuve 1 venant d'être décrite comprend des moyens d'extraction des impuretés légères (en elles-mêmes ou rendues telles par liaison à des bulles) qui se rassemblent à la surface libre 6 de la masse liquide 4. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 1, ces moyens d'extraction sont du type à débordement par le haut de la cuve 1. Ces moyens comprennent un collecteur annulaire fixe 10, d'axe X-X, qui plonge dans la cuve 1 et dont le bord inférieur îOa a un diamètre légèrement supérieur à D. A sa partie supérieure, ce collecteur 10 se raccorde à une cuvette annulaire fixe 17 qui entoure la cuve 1 à un niveau supérieur à celui du bord supérieur de sa paroi latérale 5 et qui est munie d'un orifice de sortie 18, situé en un point bas. La cuve 1 est de préférence logée à l'intérieur d'un carter statique 19 dont le fond 20 est traversé par l'arbre 2, par l'intermédiaire d'un joint tournant 21, et dont la paroi supérieure 22 est traversée par le tube 11. Dans ce cas, le collecteur 10 est fixé à la paroi latérale 23 de ce carter 19 par l'intermédiaire de la cuvette 17. Selon un perfectionnement (non représenté), 1 'in- térieur du collecteur 10 et la cuvette 17 peuvent être reliés à une source de dépression telle qu'un ventilateur. L'extraction de la suspension épurée se fait par débordement dans le carter 19 et évacuation par une ouverture de sortie 24 ménagée à la partie basse de ce carter 19. En ce qui concerne le tube 11 qui fait partie des moyens d'introduction 9 de la suspension à épurer, on peut le prolonger par au moins deux coudes horizontaux 25 répartis symétriquement autour de l'axe X-X et agencés de façon à tourner selon la flèche f dans le même sens que la cuve 1, ces coudes horizontaux constituant ainsi un distributeur de liquide tournant. Ce distributeur répartit la suspension liquide dans la part.ie de la masse liquide 4 qui est proche de la surface libre 6, à l'intérieur de cette masse 4, ceci afin de limiter le parcours des impuretés légères jusqu'à cette surface libre. Selon une variante, le distributeur tournant peut aussi être constitué par une turbine de pompe. En alimentant le susdit distributeur rotatif, à une pression donnée engendrée par la pompe 12, on fait arriver la suspension à épurer tangentiellement dans la masse liquide 4, a une vitesse différente de la vitesse tangentielle de la cuve 1. Cette différence de vitesse permet d'engendrer dans la masse liquide 4 une microturbulence qui évite à des suspensions fibreuses de s'agglomérer sur la paroi latérale 5 de la cuve 1 en créant un matelas qui emprisonnerait les impuretés. En vue de maintenir cette différence de vitesse dans la cuve 1, on donne avantageusement a celle-ci une forme tronconique a petite base située en bas comme il ressort de la figure 1. Lorsque la suspension à épurer contient en outre des impuretés solides de densité nettement plus grande que celle des matières solides en suspension, on fait comprendre, aux susdits moyens d'extraction des impuretés solides, au moins un orifice d'extraction situé dans une zone de plus grand diamètre de la cuve 1 ou, de préférence, du carter 19. Selon le mode de réalisation des figures 1 et 2, la paroi latérale 23 du carter 19 a une forme biconique en étant constituée de deux troncs de cône accolés par leurs grandes bases et le carter 19 possède donc à mi-hauteur une zone de plus grand diamètre, éventuellement élargie -par une gorge annulaire 26, zone au niveau de laquelle est placé un orifice d'évacuation 27 destiné a l'évacuation des impuretés solides lourdes qui se rassemblent, par effet centrifuge, dans la susdite zone de plus grand diamètre ou dans la gorge 26. Selon un perfectionnement, la cuve 1 porte, sur sa surface extérieure, des aubes 28 qui favorisent l'en traînement en rotation (autour de l'axe X-X et dans le sens de la flèche F) de la masse liquide comprise entre la cuve 1 et le carter 19 et qui, lorsqu'elles sont portées parle fond 3 de la cuve 1 comme montré å la figure 1, empêchent les particules de s'accumuler entre ce fond 3, l'arbre 2 et le joint tournant 21. Quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient un appareil dont le fonctionnement est le suivant. On met la cuve 1 en rotation à une vitesse- propre à y créer un champ de gravitation élevé, puis, à l'aide de la pompe 12 et des moyens -d'introduction 9, on y introduit la suspension à épurer. A l'intérieur de la cuve 1, il se forme ainsi une masse liquide 4 qui est entraînée en rotation par les parois de la cuve 1 et qui prend ainsi une forme annulaire dont le diamètre de la surface libre 6 décroît d'abord jusqu'au diamètre D, puis se stabilise à ce diamètre, le surplus s'évacuant par débordement naturel dans le collecteur 10 dont le diamètre du bord îOa est légèrement supérieur au diamètre D, ce débordement pouvant être facilité par une mise en dépression. Les impuretés légères sont entraînées à la surface libre 6 par effet centripète et sont évacuées par débordement. La suspension ainsi débarrassée de ses impuretés légères est évacuée par débordement dans le carter 19. Les impuretés lourdes centrifugées par action de la paroi extérieure de la cuve tournante 1 se rassemblent dans la zone de plus grand diamètre du carter 19, puis sont éliminées par l'orifice 27. La suspension débarrassée de ses impuretés lourdes et légères est enfin évacuée par l'ouverture de sortie 24. Dans tous les cas, le débit de la pompe 12 est ajusté de façon telle que la suspension épurée sortant de l'appareil ait le degré de pureté voulu. Lorsque la suspension à épurer contient des impuretés particulièrement difficiles à séparer, notamment dans le cas d'une pâte a papier contenant des encres, il y a intérêt à prélever une certaine proportion de la suspen sion qui a subi une première épuration dans l'appareil 1, 19 et qui est évacuée par l'ouverture de sortie 24 afin de la recycler dans l'appareil. On a schématisé un tel recyclage à la figure 4 par une conduite 30 qui part de l'ouverture de sortie 24 et qui aboutit en amont de la pompe 12. Le taux de recyclage peut être réglé par des moyens connus, en fonction du degré du pureté de l'effluent. Bien que l'invention ait été plus particulièrement décrite dans son application à l'épuration de la pâte a papier, elle n'est aucunement limitée à cette application. En particulier, l'appareil décrit ci-dessus peut être utilisé avec avantage dans l'industrie des peintures, dans lBin- dustrie alimentaire et dans l'industrie minière. REVENDICATIONS 1. Appareil centrifuge pour l'épuration de suspensions liquides, c'est-à-dire de liquides auxquels sont mélangées sans y être dissoutes des matières solides finement divisées qui contiennent des impuretés solides dont certaines au moins ont une densité légèrement inférieure à celle des matières solides de la suspension, plus particu lièrement pour l'épuration de la pâte à papier, lequel appareil comprend une cuve (1) munie de moyens (2) capables de la faire tourner d'un axe vertical (X-X) de façon à imposer par effet centrifuge à la masse liquide de suspension (4) contenue dans la cuve (1) une forme annulaire de révolution autour du susdit axe vertical (X-X), à surface intérieure libre cylindrique (6), de moyens d'introduction (9) de la suspension à épurer et de moyens d'extraction des impuretés solides, caractérisé en ce que les moyens d'introduction (9) de la suspension à épurer sont agencés de façon à mélanger intimement à cette suspension, avant son admission dans la cuve (1), un gaz inerte vis-à-vis de la suspension de façon telle qu'il se degage, à la susdite surface intérieure cylindrique (6), des bulles de ce gaz entralnant celles des impuretés solides qui manifestent une absence d'affinité avec le -liquide de la suspension et/ou dont la densité est inférieure à celle des matières solides, et en ce que les moyens d'extraction des impuretés solides sont au moins en partie agencés de façon à soutirer les bulles à la partie centrale de la cuve (1) avec les impuretés ainsi entraînées. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'introduction (9) de la suspension à épurer comprennent un injecteur statique (13) pour melan- ger intimement le gaz, en particulier de l'air,a la suspension à épurer. 3. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour mélanger des agents tensio-actifs à la suspens ion à épurer avant son introduction dans la cuve (1). 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'extraction des impuretés solides comprennent un collecteur fixe (10) plongeant dans la cuve (1) et une cuvette (17) entourant la cuve (1) par l'intermédiaire desquels débordent les bulles avec les impuretés solides légères. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le collecteur (10) est relié a une source de dépression. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caractérisé en ce que la cuve tournante (1) est entourée d'un carter (19) muni d'une ouverture de sortie (24) de la suspension épurée 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le carter fixe (19) comporte une partie de plus grand diamètre munie d'un orifice (27) pour l'évacuation des impuretés solides lourdes. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le carter (19) a une forme biconique dont la partie de plus grand diamètre est située a mi-hauteur, l'ouverture de sortie (24) de la suspension épurée étant située au bas du carter (19). 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 å 8, caractérisé en ce que les moyens d'introduction (9) de la suspension à épurer se terminent par un distributeur tournant (25). 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que la cuve (1) a une forme tronconique dont la petite base est située en bas