Brevet FR2543277A1 — publié le 19840928

Presse à vis de déshydratation. L'invention concerne une presse à vis de déshydratation-& fente de séparation auto-nettoyante pour la séparation des constituants liquides et des constituants solides d'un mélange de matières liquides et solides, comprenant des filets de transport isposés hélicoldalement sur la vis et protégés de l'usure, un fourreau, qui a une ouverture d'alimentation pour le produit à déshydrater et une ouverture de sortie pour la matière pressée et dans lequel la vis tourne, des broches de retenue qui passent radialement à travers le fourreau et auxquelles sont associées des interrup- tions de largeur correspondante des filets hélicoïdaux, des fentes de séparation entre les pointes aplanies des broches de retenue et le fond de filet de la vis, les broches de retenue présentant des perçages axiaux d'évacuation communiquant avec un réseau d'évacuation du liquide exprimé. Par la demande dé brevet publiée en République Fédérale d'Allemagne sous le No 30 46 384, on connaît un dispositif de pressage présentant des fentes de séparation pour séparer les mélanges de matières liqui- des et de matières solides Les fentes de séparation sont formées dans une presse à vis ayant une vis trans- porteuse tournant dans un fourreau creux, et présen- tant des filets de vis hélicoïdaux sur un noyau de forme cylindrique. A travers le fourreau creux passent des broches radiales de retenue dont les pointes sont dirigées sur le noyau de vis de forme cylindrique, en restant à distan- ce de celui-ci, et qui forment les fentes de séparation entre les pointes des broches et le noyau tournant de vis. Les broches présentent, pour l'évacuation du liquide exprimé, des perçages axiaux qui communiquent avec un réseau d'évacuation. Les filets hélicoïdaux de vis sur le noyau de vis sont éloignés radialement du noyau de vis de forme cylindrique, aux emplacements o les broches percées traversent le fourreau creux et vont jusqu'au noyau de vis, les surfaces frontales des broches présentant un arrondi adapté au noyau cylindrique de vis et for- mant ainsi les fentes de séparation Les fentes de séparation ont une étendue maximale de fente de 0,1 à 0,8 mm environ. A l'aide de machines de déshydratation à fen- tes de séparation de ce type, des teneurs en substan- ces sèches allant jusqu'à 90 % sont atteintes,qui ne peuvent pas être obtenues par voie mécanique, par exemple pour la déshydratation de boues de fibres dans l'industrie du papier, ou pour la déshydratation d'écorces d'arbres. Quand on déshydrate des matériaux pollués, il se pose des problèmes d'usure considérables si du sable, ou des matières semblables, sont contenus dans les matériaux à déshydrater En particulier, quand on déshydrate des écorces d'arbres, il se pose,en plus des problèmes considérables d'usure, de graves problè- mes de corrosion dus aux acides libérés dans la déshydratation. Comme des machines de déshydratation à fentes de séparation fonctionnent sous des pressions très élevées, allant jusqu'à 500 bars, et à des températu- res relativement élevées allant jusqu'à 1000 C, l'eau interstitielle des matériaux à déshydrater est égale- ment libérée, ce qui favorise une teneur très élevée en substances sèches. Des machines de déshydratation à fentes de séparation ont, en outre, l'avantage décisif que le liquide, une fois exprimé, est évacué du maté- riau à déshydrater aux endroits o il a été exprimé, à savoir devant les broches fixes faisant saillie dans le fourreau creux, sans qu'un remélange notable avec des parties solides puisse se produire à nouveau En raison de la chute de pression qui règne, le liquide exprimé s'écoule suivant la direction de travail, de devant les broches jusqu'à derrière celles-ci et, de cet endroit, aux pointes des broches et dans les perça- ges des broches dans lesquelles règne la pression atmosphérique. La chute de pression de l'endroit se trou- vant devant les broches de retenue au perçage des broches peut aller de 500 bars jusqu'à la pression atmosphérique, ce qui assure un écoulement très rapide et sans problème du liquide exprimé hors du système, sans qu'un remélange notable avec des parties solides puisse s'effectuer. Un mélange de matières liquides et de matières solides présentant de moins en moins de liquide suivant le sens de travail peut être soumis de plus en plus faci- lement à une pression élevée L'évacuation permanente et immédiate du liquide exprimé de l'installation con- tribue donc aussi à l'obtention des pressions élevées, allant jusqu'à 500 bars, et est ainsi une condition pour avoir des teneurs élevées en substances sèches, dont on ne pouvait s'approcher jusqu'ici avec d'au- tres machines fonctionnant par voie mécanique. Des machines de déshydratation à fentes de séparation sont un peu difficiles à manipuler, compte tenu des fentes de séparation très étroites, parce que les fentes de séparation sont très petites et parce qu'également elles ne peuvent fonctionner d'une manière satisfaisante sans engorgement que si on respecte cer- taines tolérances d'épaisseur de fentes. Les fentes de séparation se nettoient d'elles- mêmes par le mouvement relatif entre les pointes fixes des broches et le noyau tournantde la vis(des particu- les de matières solides qui ont pénétré sont écrasées dans la fente et évacuées avec le liquide par le perçage de la bro- che) Cet effet d'auto-nettoyage et, ainsi, la facili- té de fonctionnement du système, ne subsistent que tant qu'on ne dépasse pas une certaine épaisseur de fente Quand une certaine dimension de fente est dé- passée (en fonction du matériau à déshydrater), trop de particules de matière solide passent par le perçage de la broche et engorgent celui-ci, ce qui nuit beau- coup à l'efficacité de fonctionnement. Il est d'une importance déterminante de respec- ter une certaine dimension de la fente de séparation, en dépit des phénomènes de corrosion et d'usure. Mais, d'autre part, les phénomènes de corro- sion et d'usure sont nettement favorisés par la très haute pression et par la température de la matière. Si, pour ce qui concerne la corrosion ou l'usure, on dépasse certaines tolérances d'épaisseur de fentes de séparation, les teneurs en matière solide que l'on peut obtenir s'abaissent immédiatement ou il n'est plus possible de faire régner dans la machine une telle pression élevée, parce que, en raison du pres- sage qui est moindre, le pourcentage de liquide dans le mélange est trop élevé. L'invention vise une machine de déshydratation à fentes de séparation qui reste apte à fonctionner, même lors du pressage de mélanges provoquant des phéno- mènes importants de corrosion et d'usure, c'est-à-di- re notamment que des phénomènes de corrosion et d'usu- re ne doivent porter atteinte que d'une manière insi- gnifiante à l'épaisseur des fentes de séparation et au revêtement intérieur du fourreau. Suivant l'invention, le fourreau creux est re- vêtu de segments individuels, pouvant être remplacés et disposés l'un par rapport à l'autre sous la forme d'un mur, sur les pointes de broches de retenue percées axialement sont montées, de manière à être remplacées, des parties de surfaces frontales percées axialement, et le fond du filet de la vis est formé dans la région des fentes de séparation, par un anneau pouvant être remplacé, enfilé sur un mandrin et disposé entre des parties de vis à filet hélicoïdal. Comme on l'a expliqué ci-dessus, il règne dans des machines à fentes de séparation, des conditions extrêmes inconnues jusqu'ici, jusqu'à 500 bars pour ce qui concerne la pression, et jusqu'à 95 % de teneur en matière sèche pour ce qui concerne le taux de déshydratation obtenu, mais il se produit aussi, en raison de cela, une corrosion et un comportement à l'usure que l'on ne connaissait pas jusqu'ici des par- ties de la machine qui participent au processus. La machine de déshydratation à fentes de séparation a pu s'imposer grâce au revêtement en forme de mur du fourreau creux à segments in- dividuels pouvant être remplacés, alors que les piè- ces qui forment les fentes de séparation sont consti- tuées en même temps de manière à pouvoir être rem- placées. On peut-remédier à 1 l'usure qui se produit en remplaçant les parties très sollicitées, sans avoir à mettre en oeuvre par exemiple un nouveau fourreau creux ou de nouvelles broches percées de déshydratation La confor- mation,de manière à ce qu'elle puisse être remplacée)de la partie du fond de filet de vis (agencée suivant l'invention en anneau pouvant être remplacé) qui forme avec les pointes des broches les fentes de séparation de déshydratation, s'est avérée particulière importante. On ne peut maintenir les taux élevés de déshydratation allant jusqu'à 90 % que tant que l'épaisseur de la fente de séparation ne dépasse pas, en raison de l'usure, une certaine valeur 1 Le revêtement en forme de mur peut être rem- placé facilement en retirant les barres-métalliques rondes On peut également remplacer facilement les par- ties des facesfrontalesdes broches percées de déshydratation après avoir dévissé les broches indivi- duelles du fourreau creux. En démontant la vis, en retirant les segments de vis individuels, et les anneaux d'un mandrin traver- sant, on peut remplacer facilement aussi tous les anneaux, de sorte que toutes les pièces qui partici- pent au processus peuvent être démontées d'une manière simple et que l'interruption de fonctionnement ne dure que peu de temps. Pour prolonger les durées d'utilisation et les intervalles de temps compris entre les périodes de remplacement, les segments pouvant être remplacés et agencés en forme de mur sont constitués de segments en céramique ou de segments de métal dur, par exemple de segments de carbure de tungstène, ces pièces parti- cipant au processus ayant ainsi une durée de vie pro- longée d'une manière considérable. Les surfaces frontales des broches de déshy- dratation sont constituées d'éléments en carbure de tungstène fabriqués par un procédé de frittage, de sorte que les parties formant les surfaces frontales, qui sont très sollicitées, présentent aussi des durées d'utilisation-très longues Les anneaux qui sont fonda- mentaux et qui forment, avec les surfaces frontales, les fentes de séparation de déshydratation, sont égale- ment fabriqués par un procédé de frittage, par exemple en carbure de tungstène ou également en céramique (céramique à l'oxyde de zinc), de sorte qu'on obtient aussi, à cet égard, des durées d'utilisation très lon- gues en maintenant cependant pendant longtemps les fentes de séparation de déshydratation en état de fonctionner. On a obtenu, pour la première fois, des durées d'utilisation de la machine acceptables du point de vue économique, tout en obtenant un taux de déshydrata- tion élevé allant jusqu'à 90 % de teneur en substance sèche. Quand on déshydratait des écorces d'arbres, les broches avaient par exemple, quand on ne prenait pas des mesures de ce type, seulement une durée de quelques semaines Il en allait de même pour le fond du filet de vis qui formait, avec les pointes des bro- ches, les fentes de séparation Pour une largeur de fente initialede 0,1 mm entre les deux parties, on atteignait en peu de semaines une largeur de fente de 10 mm, de sorte que les perçages axiaux ménagés dans les broches se bouchaient et que du liquide ne pouvait plus être évacué du système de la machine La teneur en substance sèche s'abaissait immédiatement d'une manière considérable, et dans la dernière partie du fourreau creux, on ne pouvait plus obtenir, en rai- son de la proportion relativement élevée de liquide, qu'une pression qui n'était pas du tout satisfaisante. Grâce à l'agencement d'éléments de surfaces frontales qui peuvent être remplacées, avec un perçage axial au milieu dans les pointes des broches de déshydra- tation, on pallie d'une manière efficace de tels incon- vénients graves. Il s'est avéré, d'une manière surprenante, que même dans des conditions extrêmes, comme par exem- ple lors de la déshydratation d'écorces d'arbres très salies par du sable, on ne peut constater aucune corrosion et également aucune usure, même après une durée de fonctionnement de la machine de plusieurs mois. Les très petites largeurs defentes de 0,2 mm qui sont nécessaires sont maintenus, de sorte que les largeurs desfentes restent entièrement aptes à fonctionner s'il s'établit une pression élevée et que l'on peut obtenir des teneurs en substance sèche allant jusqu'à 90 % suivant le matériau. Il faut souligner que, grâce aux revêtements en céramique de la paroi latérale intérieure du four- reau, cette partie de la machine participant au pro- cessus, qui est soumise à une grande usure et à une grande corrosion,est particulièrement protégée. Pour fixer les segments individuels de manière à ce qu'ils ne puissent pas tourner et qu'ils ne puis- sent pas être entraînés sur la paroi intérieure du fourreau, il est bon que les segments soient agencés en segments de céramique ou en segments de métal dur, et présentent une gorge hémi-circulaire sur la partie tournée vers le fourreau, qu'à la gorge de segments hémi-circulaires soit associée une gorge axiale hémi- circulaire ménagée dans l'enveloppe du fourreau creux, et que dans les deux gorges hémi-circulaires soit dis- posée une barre métalliqué ronde, pouvant être rempla- cée Ceci permet d'effectuer un montage et un démonta- ge des segments particulièrement simple. En vue de fixer les segments individuels les uns par rapport aux autres, il est particulièrement avantageux que les segments présentent, sur leur face latérale d'assemblage, s'étendant longitudinalement suivant l'axe, d'un côté une gorge hémi-circulaire et, de l'autre côté, une partie hémicirculaire en saillie pénétrant dans la gorge hémi-circulaire. On obtient les meilleures durées d'utilisation des revêtements en céramique du fourreau quand on utilise, pour les segments, de la céramique à l'oxyde d'aluminium. Au dessin annexé, donné d'exemple la figure 1 est une vue d'une machine de déshydratation séparation, la figure 2 est une vue ligne II-II de la figure 1, la figure 3 est une vue de séparation, et la figure 4 est une vue fourreau revêtu. uniquement à titre en coupe longitudinale - ayant des fentes de en coupe, suivant la en coupe d'une fente en perspective d'un La machine de déshydratation comprend un four- reau creux 1 dans lequel tourne une vis transporteuse 2 qui est mise en rotation par un entraînement 3 Dans la trémie de chargement de matières 4 est chargé un mélange de matière liquide et de matière solide et la matière solide déshydratée sort par des ouvertu- res annulaires 5. Des broches de déshydratation 6 présentent des perçages axiaux 8 (figures 2 et 3) auxquels sont rac- cordés les conduits d'évacuation 9 du liquide exprimé. La vis transporteuse est formée par un mandrin sur lequel sont enfilés, en en étant rendus solidai- res en rotation au moyen de clavettes 12, les segments individuels de vis 11. Entre les segments individuels de vis il sont disposés, sur le mandrin 10, des anneaux 7 qui forment ensemble, avec les parties 13 en carbure de tungstène frittées constituant les surfaces frontales, les fen- tes de séparation 14. A travers le fourreau creux 1 sont guidées des broches de déshydratation 6 allant jusqu'aux anneaux 7 en laissant une fente de séparation 14 de 0,1 à 0,8 mm environ. Tant les anneaux 7 que les parties 13 formant -une -face frontale sont fabriqués en métal dur fritté, comme par exemple en carbure de tungstène ou en céramique à base d'oxyde, comme par exemple d'oxyde d'aluminium ou d'oxyde de zinc, ce qui donne d'une manière extrêmement simple une fente de séparation 14 résistant à la corrosion et à l'usure et destinée à l'évacuation du liquide exprimé. Devant les broches de déshydratation (voir flèche 15), il se crée une pression très élevée allant jusqu'à 500 bars en raison de laquelle du liquide est exprimé et s'écoule autour des broches 6 parce que du côté postérieur des broches 6, considéré suivant le sens de transport de la matière, il règne une pression sensiblement plus petite. De la partie postérieure, le liquide s'écoule alors vers les pointes des broches, conformément à la flèche 16, en passant par les très petites fentes de séparation 14, pour aller dans le perçage axial 8 des broches et être envoyé à un système d'évacuation, non représenté, par des conduits 9. Les broches 6 sont rassemblées en des plans de broches individuels Un plan de brochesdans l'exem- ple représenté est constitué de huit broches réparties sur le pourtour On pourrait monter également davanta- ge de broches 6 sur le pourtour de la vis Le nombre des broches dépend des proportions d'eau dans le pro- duit à déshydrater et de la dimension de la machine. Grâce au fait que la matière roule dans les pas de vis, ainsi qu'en raison de l'effet de freinage exercé par les broches 6, il s'établit une pression qui donne une capacité de transport assez élevée à la vis L'augmentation de la capacité de transport en- traîne nécessairement une augmentation considérable de la pression dans le fourreau 1, par exemple jus- qu'au-delà de 500 bars, notamment entre les plans des broches. La pression la plus grande s'applique donc sur le produit devant subir le pressage dans la zone du fourreau traversée par les broches, de sorte que de l'eau intercellulaire ou interstitielle est libérée et qu'on obtient ainsi, en une seule phase opératoire et en continu, une teneur en substance sèche qui, suivant le produit, peut aller jusqu'à 90 %. Les conditions essentielles à l'obtention d'un taux élevé de déshydratation du mélange de liqui- de et de matière solide résident cependant dans le fait d'avoir placé des perçages axiaux d'évacuation 8 dans les broches 6, les fentes de séparation pour la déshydratation étant formées entre les pointes arrondie des broches 6 et le fond de filet de la vis Par les perçages 8 ménagés dans les broches, on offre une possibilité d'évacuation au liquide exprimé, et cela justement à un endroit o le liquide est exprimé. Il est d'une importance déterminante d'évacuer le liquide une fois qu'il a été exprimé, à l'endroit o il l'a été, sans que puisse se produire, d'une ma- nière notable, un remélange avec la matière solide. Grâce aux fentes de séparation pour la déshy- dratation 14, on arrive notamment à pouvoir évacuer l'eau intercellulaire ou interstitielle exprimée sans que se produise une perte de pression notable dans la zone du fourreau traversé par les broches D'autre part, la pression élevée qui est établie est utilisée pour exprimer l'eau intercellulaire ou interstitielle, afin de pouvoir atteindre des teneurs élevées de ce type en substance sèche. Le fourreau 1 est constitué d'un cylindre métallique extérieur 24 qui est maçonné au moyen de segments de céramique 24 individuels. Entre les segments 25 et le cylindre métalli- que 24, on dépose tout d'abord une couche 26 d'une colle reliant les segments 25 au cylindre métallique. Ensuite, on presse les segments individuels par leur gorge latérale hémicirculaire-27 et par leurs parties en saillie héêni-circulaires 28 dans la couche de colle. Au préalable, on a cependant introduit dans la gorge axiale hémi-circulaire 29 du cylindre métal- lique 24 et dans la gorge hémi-circulaire 31 des seg- ments, des barres rondes 30 qui empêchent les segments collés de tourner avec les filets de la vis 2. On réalise ainsi, d'une manière très simple, un revêtement efficace et pratiquement inusable du fourreau 1. REVENDICATIONS 1 Presse à vis de déshydratation à fentes de séparation auto-nettoyantes pour la déshydratation, comprenant des filets de transport disposés hélicolda- lement sur la vis et protégés de l'usure, un fourreau, qui a une ouverture d'alimentation pour le produit à déshydrater et une ouverture de sortie pour la matière pressée et dans lequel la-vis tourne, des broches de retenue qui passent radialement à travers le fourreau et auxquelles sont associées des interruptions de lar- geur correspondante des filets hélicoïdaux, des fentes de séparation entre les pointes aplanies des broches de retenue et le fond de filet de la vis, les broches de retenue présentant des perçages axiaux d'évacuation communiquant avec un réseau d'évacuation du liquide exprimé, caractérisée en ce que: le fourreau creux ( 1) est revêtu de seg- ments ( 25) individuels, pouvant être remplacés et disposés l'un par rapport à l'autre sous la forme d'un mur, sur les pointes des broches de retenue ( 6) percées axialement sont montées, de manière à être remplacées, des éléments de surfaces frontales ( 13) percées axialement, et le fond du filet de la vis est formé dans la région des fentes de séparation, par un anneau ( 7) pouvant être remplacé, enfilé sur un mandrin ( 10) et disposé entre des parties de vis ( 11) à filet héli- coldal. 2 Presse à vis suivant la revendication 1, caractérisée en ce que: les segments ( 25) sont agencés en segments de céramique ou en segments de métal dur, et présen- tent une gorge hémi-circulaire ( 31) sur la partie tournée vers le fourreau, à la gorge de segments ( 31) hémi-circulaire est associée une gorge axiale ( 29) hémi-circulaire ménagée dans l'enveloppe du fourreau creux ( 1), et dans les deux gorges ( 31, 29) hémi circu- laires est disposée une barre métallique ( 30) ronde, pouvant être remplacée. 3 Presse à vis suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de surface frontale ( 13) et l'anneau ( 7) formant le fond du filet de vis sont agencésen éléments métalliques durs fabriqués par un procédé de frittage, comme des éléments en car- bure de tungstène ou en matériau semblable, ou des éléments en céramique. 4 Presse à vis suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les segments ( 25) présen- tent, sur leur face laterale d'assemblage, s'étendant longitudinalement suivant l'axe, d'un côté une gorge hémi-circulaire ( 27) et, de l'autre côté, une partie hémi-circulaire en saillie ( 28) pénétrant dans la gorge hémi-circulaire ( 27). 5 Presse à vis suivant l'une des revendica- tions 1, 2 ou 4, caractérisée en ce que les segments de céramique ( 25) sont en céramique à l'oxyde d'alu- minium ou en matière semblable.