Brevet FR2573668A1 — publié le 19860530

La présente invention concerne la séparation d'un liquide à partir d'un mélange de liquides non miscibles, au moyen d'un milieu favorisant la coalescence des gouttes du liquide à séparer. Des opérations de ce type sont réalisées par exemple (mais non exclusivement) pour éliminer l'eau qui se trouve en émulsion dans les carburants liquides tels que le kérosène. Les séparateurs utilisés à cette fin ont généralement la forme d'une cartouche cylindrique qui com- prend un milieu coalescent constitué de plusieurs couches concentriques de matériaux fibreux, que le carburant à traiter traverse de l'intérieur vers l'extérieur de la cartouche. Les gouttes d'eau extraites du carburant par coalescence s'accumulent sur la paroi externe de la car- touche, d'o elles sont éliminées par gravité. La présente invention se propose de réaliser un séparateur du genre mentionné plus haut qui soit très performant tout en étant de construction simple et peu coûteuse, cette construction ne faisant appel qu'à des composants facilement disponibles sur le marché. Ce résultat est obtenu, dans le milieu coalescent conforme à l'invention, par la juxtaposition, dans le sens de progression des liquides à traiter, d'une ou de plusieurs première(s) couche(s) d'un mélange homogène de fibres de silice et d'alumine, dont le diamètre des fibres est hétérogène et compris entre 0,5 et 10 micro- mètres, d'une seconde couche de mousse à cellules ouvertes, dont la porosité est comprise entre 0,05 et 0,2 millimètres, d'une troisième couche homogène de fibres de verre dont le diamètre des fibres est hétérogène et compris entre et 200 micromètres et d'une quatrième couche en forme de tricot en matière cellulosique tissée, dont la poro- sité est comprise entre 2 et 10 millimètres. L'expérience a montré que cette structure permet d'obtenir une séparation efficace et rapide des liquides traités. Le pourcentage en poids de silice constituant la (ou les) première(s) couche(s) est avantageusement compris entre 45 et 65 % du poids total. La mousse constituant la seconde couche est avantageusement une mousse de polyester. Au cours de la fabrication du séparateur, il peut être intéressant de comprimer la (ou les) première(s) et seconde couches afin que celles-ci présentent les qualités de densité et de porosité optimales correspondant à la nature des liquides à traiter; dans ce cas il est avantageux de prévoir une armature en polychlorure de vinyle arme apte à maintenir des deux couches à l'état comprimé après fabrication. E amont du milieu coalesceur, il est préférable de prévoir un filtre constitué par une couche de fibres de verre, dont le diamètre des fibres est compris entre 2 et 100 micromètres. Le rôle de ce filtre, qui est avantageusement protégé par un papier imprégné de résine phénolique, est d'arrêter les particules solides véhiculées par les liquides à traiter et de réaliser déjà un début de coalescence des gouttes à éliminer. Selon une forme de réalisation préférentielle de l'invention, le séparateur est une cartouche cylindrique qui comprend une armature en forme de tube perforé sur lequel est enroulé le milieu coalescent et à l'intérieur duquel est logé le filtre. Le tube perforé est alors avantageusement revêtu d'une résine de type époxy, qui lui confère une bonne résistance à la corrosion. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront de la description et du dessin annexé qui en présentent un mode de réalisation préférentiel. La figure unique annexée illustre, de manière schématique, un séparateur conforme à la présente invention. Celui-ci comprend trois parties principales: le milieu coalescent 1, le filtre 2 et l'armature 3. Chacun des éléments qui constitue le séparateur se trouve en contact intime avec le (ou les) élément(s) voisin(s); toutefois, ils ont été séparés les uns des autres sur la figure annexée dans le simple but de faciliter la lecture de celle-ci. Les flèches F1 et F2 indiquent le sens de progres- sion des liquides, FI désignant l'arrivée des liquides à traiter et F2 la sortie du liquide épuré. Le milieu coalescent 1, qui constitue la partie essentielle de l'invention, comprend, d'amont en aval, les couches successives suivantes: - deux couches d'un feutre de fibres fines de silice et d'alumine mélangées, désignées par les références 11a, 11b; - une couche de matériau en mousse à cellules ouvertes, désignée par la référence 12; - une grille de qompression 5;15 - un mat de fibres de verre grossie 13 3 - un tricot en matière cellulosique tissée, dési- gné par la référence 14. Le rôle de ce milieu l est d'accrocher par effet de surface toutes les gouttes du liquide à éliminer, quelles que soient leurs tailles et leur permettre de gros- sir au coure de leur progression à travers le milieu; il s'agit de gouttes d'eau dans le cas du mélange eau/car- burant mentionné plus haut. Les couches 1la, 11b, identiques, sont un mélange fibreux homogène de silice et d'alumine, avec un diamètre de fibres hétérogène, situé dans la gamme de 0,5 à 10 micromètres et, de préférence, de I à 5 micro- mètres. Le pourcentage en poids du silice est compris entre 45 et 65 %, la composition pondérale optimale du mélange étant de 55 % de silice pour 45 % d'alumine. L'épaisseur totale des couches 11a, 11b est de l'ordre de 6 mmin et Ieur densité est de 0,2 kg/l. La juxtaposition de deux couches distinctes 11af 11b permet drévîter le risque que, par suite d'une irrégu- larité locale d'épaisseur de l'une des couches, le phé- nomène de coalescence soit empoché ou perturbé en certaines zones de passage des liquides, la présence de deux couches analogues en vis-à-vis l'une de l'autre constituant un facteur de sécurité sur le plan de l'homogénéité du milieu. La couche 12 est une mousse de polyester dont la porosité est comprise entre 0,05 et 0,2 millimètre et, de préférence de l'ordre de 0,1 mm. Son épaisseur est de 3 mm environ. Il est possible de réaliser les couches ?la, 11b ainsi que la couche 12 à partir de matériaux disponibles dans le commerce, que l'on comprime au cours de la fabrication du séparateur de manière à obtenir pour la première la densité optimale souhaitée et pour la seconde la porosité optimale souhaitée; c'est ainsi que les couches 11a, 11b de densité 0,2 kg/l sont obtenues par compression à 1 kg/cm2 d'une nappe de 12,7 mm d'épais- seur, tandis que la couche 12 de porosité 0,1 mm est obtenue après compression équivalente d'une mousse de polyester de porosité initiale 0,3 mm. Pour maintenir les couches 11a, 11b et 12 à l'état comprimé, on peut utiliser une grille en polychlorure de vinyle qui les applique fortement contre l'armature 3 par tout moyen approprié tel que des tirants. Cette grille est désignée par la référence 15 sur la figure. On notera que le matériau situé en amont du milieu coalescent, en l'occurrence les couches fibreuses 11a, 11b est un matériau très mouillable par la phase dispersée, c'est-à-dire par le liquide à éliminer. Au contraire le matériau de la couche 12 (mousse de polyester) qui lui est adjacent est peu ou non mouillable par la phase dispersée. L'intérêt de cet arrangement sera expliqué plus loin, au cours de la description du fonctionnement du séparateur. La couche suivante 13 est un mat homogène de fibres de verre dont le diamètre est hétérogène et compris entre 20 et 200 micromètres et, de préférence, entre et 100 micromètres. Son épaisseur est de 1 mm environ. Il s'agit d'un matériau mouillable. La dernière couche 14 est un tricot tissé pré- sentant des c6tes (type jersey double) et réalisé dans un matériau cellulosique à porosité élevée et à mouillabilité équilibrée, en l'occurrence des fibres de lin longues (20 à 30 millimètres). La porosité de cette couche est comprise entre 2 et 10 millimètres et est de préférence de l'ordre de 5 à 6 millimètres. Son épaisseur est de l'ordre de 1 à 2 m. Le filtre 2 situé en amont du milieu coalescent 1 comprend une couche 21 en feutre homogène de fibres de verre dont le diamètre est hétérogène et compris entre 2 et 100 micromètres et, de préférence, entre 5 et 50 micromètres. Son épaisseur est de 3 mm. Ce milieu est protégé du côté amont par une feuille 22 en papier imprégné de résine type phénolique, cette dernière étant nécessaire pour désensibiliser le papier en présence d'eau. Entre le filtre 2 et le milieu coalescent 1 est disposée l'armature 3 dont la fonction est simplement de donner au séparateur sa forme et sa rigidité; il s'agit d'une grille 31 en matériau mécaniquement résistant, présentant des perforations 32 destinées à ne pas contrarier la progression des liquides traités dans le séparateur. Cette grille est avantageusement recouverte d'un revêtement en résine de type époxy qui lui confère une bonne résistance ch.migi $s-à-vis des fluides corrosifs. Le fonctionnement du séparateur va maintenant être décrit en considérant que les liquides à traiter sont constitués par un carburant du type kérosène contenant de fines qouttelettes d'eau en suspension de diamètre moyen de 3 à 5 micromètre, ainsi que des parti- cules solides qui présentent des répartitions qranulomé- triaues très variées et dont la nature est essentiellement à base d'oxyde de fer. Le filtre 2 retient les particules solides qui se présentent.Les très fines Particules (de dimen- sions inférieures à 0,5 micromètre), qui seraient dangereuse Pour le milieu coalescent, étant fixées par un phénomène d'absorption dans la fibre de verre. En même temps se réalise un début de coalescence des gouttelettes d'eau véhiculées par le carburant. Lors- que celui-ci traverse les couches suivantes 11a, 11b de fibres de silice et d'alumine, commence véritablement le processus de coalescence, les gouttelettes d'eau étant accrochées et regroupées par le milieu fibreux au cours de leur trajet; le diamètre moyen des gouttelettes d'eau est de l'ordre de 1 mm à la sortie des couches 11a, 11b. La couche 12 de mousse de polyester, que le carburant traverse ensuite, a pour rôle de ralentir les gouttelettes d'eau issues des couches précédentes et de les retenir un certain temps de manière à prolonger le temps de contact des gouttelettes entre elles et de favoriser leur croissance. A la sortie de la couche 12, les gouttes ont un diamètre moyen de 5 mm environ, avec toutefois une proportion élevée de gouttes de diamètre sensiblement inférieur, de l'ordre de 2 à 3 mm. Le rôle principal du mat de fibres de verre 13 qui suit est juste- ment d'accrocher et de fatre grossir ces gouttes plus petites pour que le diamètre moyen de l'ensemble des gouttes soit de l'ordre de 5 mm. Enfin, le tricot de fibres de lin 14 effectue un calibrage des gouttes, les gouttes produites présentant toutes un diamètre correspondant aux côtes du tricot, c'est-à-dire 5 à 6 millimètres pour la porosité qui est choisie préférentiellement pour ce tricot. Ces gouttes s'ac- cumulent sur la face aval du tricot 14, d'ou elles sont eliminées par gravité, tandis que le carburant épuré s'écoule selon F2. Dans un mode de réalisation préférentiel du séparateur les couches successives 1la, 1lb, 12, 13 et 14 sont des couches cylindriques concentriques enroulées sur une armature tubulaire 3. Le filtre a alors la forme d'un tube à paroi plissée, qui est logé à l'intérieur de l'armature 3. Dans cette hypothèse les flèches F1 de la figure sont situées à l'intérieur et les flèches F2 à l'extérieur du séparateur,. Au cours de la fabrication d'un séparateur de ce type, la compression des couches 1la, 1lb et 12 qui a été mentionnée plus haut est réalisée par traction contrôlée sur ces couches durant leur enroulement autour de l'armature 3. Ces couches sont ensuite maintenues à l'état comprimé au moyen d'une grille de polychlorure de vinyle thergosoudée. REVENDICATIONS 1.- Séparateur pour la séparation d'un liquide constituant une phase dispersée à l'état de gouttelettes dans un liquide ou mélange de liquide constituant une phase continue, ce séparateur comportant un milieu apte à favoriser la coalescence des gouttelettes de la phase dispersée, caractérisé en ce que ce milieu (1) est constitué par la juxtaposition, dans le sens de dépla- cement des liquides, - d'une ou plusieurs couche(s) (la, 11L) d'un mélange homogène de fibres de silice et d'alumine, le diamètre de ces fibres étant hétérogène et compris entre 0,5 et 10 micromètres, - d'une couche de mousse à cellules ouvertes (12) dont la porosité est comprise entre 0,05 et 0,2 milli- mètre, - d'une couche homogène de fibres de verre (13), le diamètre de ces fibres étant hétérogène et compris entre 20 et 200 micromètres, - d'un tricot en matière cellulosique tissée (14) dont la porosité est comprise entre 2 et 10 millimètres. 2.- Séparateur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la proportion en poids du silice cons- tituant la (ou les) couche(s) (l1a, 11b) est compris entre 45 et 65 % du poids total. 3.- Séparateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que-la mousse constituant la couche (12) est une mousse de polyester. 4.- Séparateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la (ou les) couche(s) de fibres de silice et d'alumine (1la, 11b) sont à l'état comprimé. 5.- Séparateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche de mousse (12) est à l'état comprimé. 6,- Sépçrateur selon les reyendications 4 et 5 prises en combinaison, caractérisé en ce que les couches (11a, 1.b) et (12) sont maintenues à l'état comprimé au moyen d'une grille en polychlorure de vinyle (15). 7,- Séparateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un filtre (2) qui, dans le sens du déplacement des liquides, est disposé en amont des couches (11a)i (llb), (12), (13), (14) et comprend une couche homogène de fibres de verre (21), le diamètre de ces fibres étant hétérogène et compris entre 2 et 100 micromètres. 8.- Séparateur selon la revendication 7, carac- térisé en ce que la couche fibres de verre (21) est revêtue d'une feuille de papier imprégné de résine phénoli- que (22), 9.- Séparateur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'elle comporte une armature en forme de grille perforée (3) revêtue de résine époxy. 10.- Séparateur selon l'une des revendications 1 à 6 prise en combinaison avec l'une des revendications 7 ou 8 et prise en combinaison avec la revendication 9, caracté- risé en ce qu'il affecte la forme d'une cartouche cylin- drique qui comprend une armature tubulaire (3) sur laquelle sont enroulées concentriquement les couches (11a, 11b), (12), (13), (.14) constituant le milieu coalescent et à l'intérieur de laquelle est logé le filtre (2).