Brevet FR2576525A1 — publié le 19860801

EXTRACTEUR CENTRIFUGE POUR L'EXTRACTION LIQUIDE LIQUIDE EN PRESENCE DE PARTICULES SOLIDES, ET INSTALLATION FAISANT INTERVENIR PLUSIEURS DE CES EXTRACTEURS La présente invention concerne un extracteur centrifuge pour l'extraction liquide-liquide en présence de particuLes soLides et une installation faisant intervenir plusieurs de ces extracteurs. Elle s'applique à l'extraction centrifuge de composants d'un mélange comprenant des phases liquides et des matières solides en suspension. On sait que le temps de séjour des phases liquides dans des extracteurs centrifuges est faible par rapport au temps de séjour dans Les extracteurs connus, du type mélangeur-décanteur ou du type colonne pulsée. Les extracteurs centrifuges ont donc une effi cacité volumique plus élevée et de ce fait ils peuvent être de plus petite taille que les extracteurs de type mélangeur-décanteur ou colonne pulsée. De plus, la rétention des matières pendant leur fonctionnement est très limitée. Les extracteurs centrifug#es sont, de ce fait, principalement utilisés dans l'industrie nucléaire de retraitement, dans l'industrie pharmaceutique ou en parfumerie. Les extracteurs centrifuges sont constitués, de façon connue, notamment par une partie mobile creuse tournant autour d'un axe central vertical fixe ; cette partie mobile comprend des chambres successives cylindriques étagées verticalement et recevant respectivement deux phases liquides qui arrivent par la partie inférieure de l'axe central vertical fixe, à la base de La partie mobile. La base de cet axe possède des moyens de brassage permettant un mélange homogène des deux phases liquides. A mi-hauteur de l'axe, deux collec teurs de phases situés dans deux des chambres permettent L'extraction des liquides séparés par le champ centrifuge régnant dans la partie mobile. Une tete fixe solidaire de l'axe central fixe coiffe la partie mobile. ELle permet l'introduction des phases liquides et leur évacuation par des canalisations. Ces types d'extracteurs centrifuges connus ont pour inconvénient de n'accepter que des solutions parfaitement cLaires, c'est-à-dire exemptes de toute matière soLide en suspension. En effet, sous l'effet du champ centrifuge, ces matières sont séparées de la soLution -dans laquelle elles sont en suspension et sont plaquées contre La paroi de la partie mobile, provoquant ainsi Le bouchage des collecteurs des phases Liquides. Le bouchage intervient après un temps de fonctionnement variant en fonction de la qualité et de la quantité de matières solides contenue dans Les phases liquides introduites. Le bouchage des extracteurs centrifuges provoque ainsi des arrêts coûteux de la production. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et,- notamment, d'éviter tout arret de L'extracteur pour son débouchage lorsque des matières solides se sont déposées au cours de son fonctionnement. De façon plus précise, l'invention a pour objet un extracteur centrifuge pour l'extraction liquide-Liquide en présence de particules solides comprenant - une partie mobile creuse, en rotation autour d'un axe de symétrie verticale et formant de bas en haut une chambre d'émulsion recevant le méLange, une chambre de décantation et deux chambres de collec tion recevant chacune une des phases liquides, - une partie fixe comportant un axe central vertical traversant la partie mobile et une tête fixe soli daire de l'axe, au-dessus de la partie mobile, cette partie fixe permettant l'introduction du mélange dans la partie mobile et L'évacuation des liquides par des canalisations. Il est caractérisé par le fait qu'une paroi de la chambre de décantation a une forme conique, le plus faible diamètre de cette chambre est situé à la base de la partie mobile, permettant ainsi de faire cheminer Les dépôts solides le long de la paroi de la chambre de décantation jusqu'a une chambre de collection de ces dépôts. Cette chambre de collection de dépôts solides est située au-dessus des chambres de collection des phases liquides et de la paroi conique de la chambre de décantation. L'extracteur centrifuge est caractérisé aussi par -le fait qu'il comprend un collecteur de dépôts solides comportant une pelle en regard de la chambre d-e collection de dépôts solides permettant une évacuation des dépôts solides s'accumulant dans cette chambre. Selon une autre caractéristique, le collecteur de dépôts solides est escamotable permettant une évacuation discontinue des dépôts solides. Selon une autre caractéristique, le collecteur comprend en outre un levier solidaire d'un axe de commande, pour faire pivoter la pelle. Selon une autre caractéristique, l'axe de commande débouche à l'extérieur de la tête. Selon une autre caractéristique, la chambre de collection de dépôts solides a une forme cylindrique, son diamètre étant supérieur au plus grand diamè- tre de la chambre de décantation, permettant ainsi d'éviter le bouchage de l'ouverture faisant communi quer ces chambres par accumulation de dépôts solides. Selon une variante de réalisation, on peut coupler dans une installation unique, plusieurs extracteurs centrifuges par les canalisations d'extraction d'une part et d'introduction d'autre part des phases liquides, permettant ainsi une meilleure purification des solutions introduites dans ces extracteurs, l'évacuation des dépôts solides étant réalisée de façon indépendante. D'autres caractéristiques et avantages de L'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et non limitatif, en référence aux figures annexées dans Lesquelles : - la figure 1 représente schématiquement et en coupe longitudinale un extracteur centrifuge conforme à L'invention, - la figure 2 est une coupe schématique transversale de l'extracteur de la figure 1 dans le plan de la chambre de collection de dépôts solides, - la figure 3 est une coupe transversale simplifiée de la figure 1, dans le plan d'un collecteur de phase liquide. La figure 1 représente une coupe schématique longitudinale d'un extracteur centrifuge, conforme à l'invention. La structure de cet extracteur centrifuge est constituée par une partie mobile et une partie fixe. La partie mobile i3 qui, comme on le verra plus loin en détail, a une forme interne creuse, est entraînée en rotation à une vitesse de l'ordre de 4000 tours/mn par un moteur électrique 3 qui vient s'accoupler à un axe 1 solidaire de la partie mobile 13. Différentes chambres sont définies à L'intérieur de cette partie mobile 13. Une chambre d'émulsion 9 est située à la base de la partie mobile 13. Puis une chambre de décantation 17 est située au-dessus de cette chambre d'émulsion 9. La paroi interne 27 de la chambre de décantation 17 a une forme conique. Le plus petit diamètre de cette paroi est situé. à la base de la chambre 17. La partie mobile 13 comprend aussi une partie centrale 14, solidaire de cette partie mobile 13 et située à l'intérieur de celle-ci. Un espace est ménagé entre la paroi conique 27 de la chambre de décantation 17 et la paroi extérieure de La partie centrale 14. Une chambre de collection 29 de la phase liquide la plus légère est située dans la partie centrale 14. Une chambre de collection 37 de la phase liquide la plus lourde est située au-dessus de la chambre de collection 29, dans la partie centrale 14. Enfin, une chambre de collection 45 des dépôts solides, est située au-dessus de l'ensemble des chambres 9, 17, 29 et 37. Toutes ces chambres 9, 17, 29, 37 et 45 communiquent entre elles par des passages 16, 18, 20, 22, 24 définis par des étranglements séparant ces chambres. La partie fixe est constituée par une tête 15 située au-dessus de la partie mobile 13 et d'un axe central vertical fixe 7, solidaire de la tête 15. Cet axe 7 traverse la partie mobile 13 de l'extracteur centrifuge et notamment l'ensemble des chambres 9, 17, 29, 37 et 45. Cette partie fixe comprend de bas en haut sur l'axe central - un mélangeur 11 comprenant des pales fixées à l'axe 7 et contenues dans la chambre d'émulsion 9, - à mi-hauteur un collecteur 31 de la phase liquide la plus légère, solidaire de l'axe 7 situé dans la chambre de collection 29 de la phase liquide la plus légère, - puis un collecteur 39 de la phase liquide la plus lourde, solidaire de l'axe 7 et situé dans la cham bre de collection 37 de la phase liquide la plus lourde, au-dessus du collecteur 31 de la phase li quide la plus légère, - et enfin, un collecteur de dépôts solides 47 terminé par une pelle 48 escamotable, cette pelle étant située dans la chambre.de collection 45 de dépôts solides et au-dessus du collecteur -39 de la phase Liquide la plus lourde. L'introduction et l'extraction des phases liquides dans l'extracteur centrifuge se font par des canalisations 5, 41, 33 situées dans la partie fixe de celui-ci, c'est-à-dire la tête 15 et l'axe central 7 de L'extracteur. Le collecteur de dépôts solides 47 peut être déplacé au moyen d'un levier 51 situé sur la tête 15 de l'extracteur. Le levier 51 peut occuper deux positions différentes par rotation partielle autour d'un axe central 53 du collecteur 47. Dans une première position du levier, la pelle 48 du collecteur de dépôts 47 est basculée vers l'axe central 7. Dans une deuxième position du levier 51, la pelle 48 est ramenée dans la chambre de collection 45. Les dépôts col lectés par la pelle 48 sont évacués par une canalisation 49. L'ext-racteur qui vient d'être décrit plus haut fonctionne de la façon suivante : la partie mobile de l'extracteur étant en rotation, on introduit deux liquides contenant des matières solides en suspension par les canalisations 5 à l'aide de pompes. Ces deux liquides sont constitués d'une solution aqueuse et d'une solution organique, la solution aqueuse étant plus lourde que la solution organique. Ces liquides traversent l'axe central 7 fixe et arrivent dans la chambre d'émulsion 9. Par brassage des phases entre le mélangeur 11 et les parois de la chambre 9 en rotation, on obtient une émulsion dans la chambre 9. Cette émulsion déborde dans la chambre de décantation 17 par l'ouverture 16. Le champ centrifuge créé par rotation de la partie mobile 13 détermine des zones de décantation concentriques à l'axe 7 dans la chambre 17. Ainsi, une première zone de décantation 19 autour de l'axe central 7 ne contient pratiquement aucune matière liquide ou solide. Une deuxième zone de décantation 21 autour de la première contient essentiellement la solution organique qui est la phase la plus légère. Une troi sième zone de décantation 23 contient surtout La solution aqueuse. Ces solutions n'étant pas pures, les particules solides qu'elles contiennent sont mouillées lors de l'émulsion, préférentiellement par la solution organique la plus légère. Les particules solides qui ont une densité apparente-supérieure aux densités des deux liquides vont sous l'action du champ centrifuge s'accumuler dans les zones où l'accéleration- centrifuge est la plus grande, c'est-à-dire sur la paroi conique 27 de la chambre de décantation 17 contrairement à ce qui se passe dans un appareil fonctionnant avec le simple champ de la pesanteur. Du fait de la pente donnée à la paroi 27 de la chambre de décantation 17, ces particules solides 25 cheminent le long de cette paroi 27- jusqu'à la chambre de collection 45 de dépôts solides dans laquelle elles pénètrent par le passage 20. Ces particules s'accumulent alors sur la paroi de cette chambre 45 sans perturber le passage de la solution aqueuse. En effet, cette chambre 45 a un diamètre supérieur à celui de la paroi conique 27, ce qui évite l'accumula tion des dépôts sur l'ouverture 20. De plus, les particules qui une fois mouillées par la phase organique ou par la phase aqueuse auraient une densité apparente inférieure à celle de la phase lourde, ne s'accumuleront pas dans l'appareil car elles sortiront soit avec la phase lourde soit avec la phase légère. La solution aqueuse passe ainsi dans la chambre de collection 45 de dépôts solides avant de descendre par le passage 22 dans la chambre de coLlection 37 de la phase liquide la plus loùrde, c'est-àdire de la phase aqueuse. Là, le collecteur 39 fixe, évacue la solution aqueuse par une canalisation 41 située dans la partie fixe, vers la sortie 43 située sur la tête 15. La solution organique pass#e de la chambre de decantation 17 à la chambre de collection 29 de la phase liquide la plus légère, par le passage 18 situé dans la partie inférieure de la partie centrale 14. Dans cette chambre 29, la solution est évacuée par un collecteur 31 fixe, puis par une canalisation 33 vers la sortie 35 située sur la-tête 15. Lorsque la chambre de collection 45 de dépôts solides est remp-lie, on effectue un rinçage de l'extracteur centrifuge. Pour cela, la vitesse de rotation est ralentie aux environs de 200 à 300 tours/mn. On injecte une solution de rinçage dans l'extracteur qui peut être une des solutions utilisées dans le procédé. Les particules solides en suspension sont alors évacuées par la pelle 48 du collecteur 47 lorsque celle-ci est déployée dans la chambre de collection 45 de dépôts solides. La vidange de l'extracteur et l'évacuation des dépôts solides se font par le conduit 49. La composition et le débit des solutions de rinçage ainsi que la fréquence des rinçages dépendent des quantités de solides à éliminer. Ainsi, lorsque l'extracteur est alimenté à raison de 3 l/h par une solution aqueuse de HN03. 3 fois molaire et par une solution organique de- tributylphosphate (connu sous l'abréviation de TBP) dilué à 30% dans#un hydrocarbure aliphatique, contenant 3,5 g/l de silice d'une granulométrie de 1 à 22 pm, on obtient, pour une vitesse de rotation de 4000 t/mn, une solution aqueuse contenant 9,3 de la silice introduite et une solution organique en contenant 0,18%. Le rendement de l'élimination de la silice est donc supérieur à 90%. La figure 2 représente une coupe Il Il de l'extracteur représenté sur la figure 1 dan-s le plan de la chambre de collection 45 de dépôts solides. On distingue sur cette figure, l'axe centrai 7 percé par les différentes canalisations d'introduction 5 des liquides et d'évacuation 33, 41 de ces liquides. Les dépôts solides arrivent dans la chambre de collection 45 par les passages 20, définis dans la partie mobile 13 par la partie centrale 14 solidaire de celle-ci. La pelle 48 du collecteur 47 des dépôts solides passe de la position 56 repliée vers l'axe central 7, à la position 55 déployée dans la chambre de collection 45 de dépôts solides, pour recueillir les dépôts. Ce changement de position s'effectue par pivotement de la pelle autour de l'axe 53, grâce au système de commande 51. La figure 3 représente une coupe simplifiée III IIIde l'extracteur représenté sur la figure 1, dans le plan de l'un des collecteurs de phases 31 ou 39 (le collecteur 31 dans l'exemple décrit). Cette figure permet de mieux comprendre la structure et le fonctionnement de ces collecteurs. Lors de la rotation de la partie mobile 13, la solution de la chambre de collection 29 ou 37 pénètre, par une ouverture 62, dans le collecteur 31 ou 39 qui a la forme d'un anneau creux. Cette solution se trouve projetée contre les parois de L'axe central 7. Une ouverture 61 dans cet axe permet à la solution de pénétrer dans la canalisation 33 ou 41 respectivement pour être évacuée. L'extracteur centrifuge conforme à l'invention est efficace pour tous les composés solides qui, après mouillage par une phase organique, se comportent comme la phase la plus lourde du système. La taille de cet extracteur centrifuge varie en fonction de son application. Il peut être d'une capacité de quelques Litres à quelques centaines de litres. Cette description n'est pas limitative, les moyens utilisés auraient pu être remplacés par des moyens équivalents, sans sortir du cadre de L'invention. REVENDICATIONS 1. Extracteur centrifuge pour l'extraction liquide-liquide en présence de particules solides comprenant - une partie mobile (13) creuse, en rotation autour d'un axe (1) de symétrie verticale et formant de bas en haut une chambre d'émulsion (9) recevant le mé lange, une chambre de'décantation (17) et des cham bres de collection (29, 37) recevant chacune une des phases liquides, - une partie fixe comportant un axe central vertical (7) traversant la partie mobile (13) et une tête fixe (15) solidaire de l'axe (7.), au-dessus de la partie mobile (13), cette partie fixe permettant l'introduction du mélange dans la partie mobile et L'évacuation des liquides par des canalisations (5, 33, 41), caractérisé en ce qu'une paroi (27) de la chambre de décantation (17) a une forme conique, le plus faible diamètre de la chambre de décantation (17) étant situé à La base de la partie mobile (13) ; cet extracteur comprenant en outre une chambre de collection (45) de dépôts solides dans la partie mobile (13) située audessus de La chambre de collection (37) et de la paroi (27) conique de la chambre de décantation (17), et un collecteur (47) de dépôts solides comprenant une pelle (48) en regard de la chambre de collection (45) de dépôts solides permettant de récupérer les dépôts solides s'accumulant dans cette chambre (45). 2. Extracteur centrifuge selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur (47) de dépôts solides est escamotable. 3. Extracteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que Le collecteur (47) comprend en outre un levier (51) solidaire d'un axe (53) de commande, pour faire pivoter la pelle (48). 4. Extracteur centrifuge selon L'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'axe (53) de commande débouche à l'extérieur de la tête (15). 5. Extracteur centrifuge selon L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la chambre de collection (45) de dépôts solides a une forme cylindrique, son diamètre étant supérieur au plus grand diamètre de la chambre de décantation (17) 6 Installation d'extraction centrifuge d'un mélange de deux phases liquides et de matières solides, comprenant une pluralité d'extracteurs centrifuges conformes à l'-une quelconque des revendications 1 à 5, ces extracteurs étant- couplés par les canalisations d'extraction (33, 41) d'une part et d'introduction (5) d'autre part des phases liquides.