Brevet FR2597370A1 — publié le 19871023

Bol centrifuge fonctionnant de façon continue en vue de la concentration de matières solides en suspension. L'invention concerne un bol centrifuge fonctionnant de façon continue en vue de la concentration de matières solides en suspension, dans lequel les matières solides concentrées sont dirigées depuis une enceinte à matières solides externe du bol et par l'intermédiaire de canaux vers une chambre interne du bol, à partir de laquelle les matières solides concentrées sont évacuées de façon continue. Un bol centrifuge de ce type est connu par exemple par le DE-C27 01 624, la quantité de matières solides qui est évacuée du bol centrifuge étant régulée du fait que la section de passage des canaux 10 est modifiée par des vannes montés dans ceux-ci et munies d'une membrane tubulaire. Les membranes tubulaires de ce type sont sensibles vis-à-vis de matières solides érosives et ne peuvent donc pas être toujours utilisées. Si la concentration des matières solides évacuées est régulée par les vannes, les dépenses nécessitées par la technique 15 de régulation sont relativement importantes du fait que la viscosité des matières solides évacuées doit être d'abord mesurée et qu'indépendamment de ceci une pression proportionnelle du liquide doit être appliquée de l'extérieur sur les membranes tubulaires. Le but de la présente invention est de proposer un bol centrifuge 20 destiné à la concentration de matières solides en suspension dans lequel a lieu une régulation automatique et fonction de la viscosité de 15 20 25 30 35 -2 la quantité de matières solides évacuées par le bol centrifuge. Ce but est atteint du fait que l'on prévoit entre la chambre interne et les canaux au moins une enceinte annulaire non nervurée et comprenant une limite extérieure et une limite intérieure, et aménagée de manière que les matières solides doivent passer d'une limite vers l'autre. Dans les enceintes annulaires non nervurées, ce n'est pas la vitesse périphérique qui règne dans ces enceintes annulaires au niveau de chaque diamètre qui est imposée au liquide qui circule entre une limite et l'autre, mais les liquides acquièrent une vitesse périphérique plus importante tout en augmentant leur énergie cinétique. A cette tendance ne s'oppose que le frottement du liquide dans les enceintes annulaires non nervurées. Ce frottement augmente en proportion de l'augmentation de la viscosité du liquide, ce qui fait que des liquides très visqueux subissent une modification plus prononcée de leur énergie cinétique que des liquides peu visqueux. Cette loi a pour effet que des liquides peu visqueux produisent une résistance plus élevée que des liquides fortement visqueux quand ils circulent dans une enceinte annulaire non nervurée. A mesure qu'augmente la viscosité des matières solides concentrées, la résistance qui est opposée par l'enceinte annulaire non nervurée diminue et il en résulte que le débit augmente pour des mêmes conditions de départ. Hais une augmentation du débit provoque une diminution de la viscosité des matières solides concentrées. L'effet de régulation automatique recherché pour la concentration des matières solides est ainsi obtenu. Le bol centrifuge peut tre constitué de manière que l'enceinte annulaire non nervurée soit en liaison par l'intermédiaire de sa limite interne avec la chambre interne et que les canaux débouchent dans l'enceinte annulaire au niveau de sa limite externe. Dans ce cas, les matières solides concentrées traversent l'enceinte annulaire non nervurée et rotative depuis l'extérieur vers l'intérieur et se déplacent dans le bol centrifuge entre un emplacement o la vitesse périphérique est plus grande vers un emplacement o cette vitesse périphérique est plus petite, et la tendance est que leur vitesse - 3 périphérique augmente. Il en résulte la production d'une pression de liquide plus élevée que dans des enceintes correspondantes munies de nervures, dans lesquelles le liquide se conforme en chaque point à la vitesse périphérique du bol. Grâce à un dimensionnement approprié de l'enceinte annulaire non nervurée, on peut obtenir ce résultat que pour une section totale donnée des canaux, seule une quantité prédéterminée de matières solides les traverse. Si à titre d'exemple la concentration en matières solides monte du fait que la fraction de matières solides dans le produit alimenté a augmenté, la viscosité des matières solides 10 évacuées du bol centrifuge augmente également. Du fait de cette viscosité plus élevée, l'entraînement du concentré de matières solides sur les parois de l'enceinte annulaire non nervurée augmente également, ce qui fait que la vitesse périphérique du concentré de matières solides diminue fortement radialement vers l'intérieur sur son parcours, et que la pression du liquide à la sortie des canaux diminue sensiblement. La différence de pression disponible entre l'entrée des canaux dans l'enceinte à matières solides et les ouvertures de sortie des canaux dans l'enceinte annulaire non nervurée est augmentée de ce fait et la quantité de matières solides évacuées est plus importante. 20 Ceci provoque une diminution simultanée de la concentration et de ce fait également de la viscosité des matières solides, ce qui fait que l'entraînement dans l'enceinte annulaire non nervurée est à nouveau réduite et que la pression du liquide est à nouveau augmentée. Mais le bol centrifuge peut également être réalisé de manière que 25 l'enceinte annulaire non nervurée soit en liaison avec la chambre interne par l'intermédiaire de sa limite externe et que les canaux débouchent dans celle-ci au niveau de sa limite interne. La pression que les matières solides exercent dans ce mode de réalisation sur la limite externe de l'enceinte annulaire non nervurée est d'autant plus 30 importante que la vitesse périphérique des matières solides en cet endroit est plus élevée. Comme un concentré fortement visqueux est plus fortement accéléré sur le parcours allant d'un plus petit diamètre de l'enceinte annulaire non nervurée vers un plus grand diamètre de celle-ci que lorsqu'il s'agit d'un concentré peu visqueux, la pression 35 disponible est également plus importante. Quand la viscosité augmente, -4 le débit par l'enceinte annulaire non nervurée augmente donc également, et de ce fait aussi l'effet de régulation automatique qui a déjà été décrit. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, on peut prévoir de monter au moins une autre enceinte annulaire non nervurée à la suite l'enceinte annulaire non nervurée et de relier les enceintes annulaires l'une à l'autre de manière que les matières solides doivent traverser l'une après l'autre les enceintes annulaires sur leur chemin vers la chambre interne, en parcourant l'une des enceintes annulaires 10 de l'extérieur vers l'intérieur et l'autre des enceintes annulaires de l'intérieur vers l'extérieur. En disposant d'autres enceintes annulaires reliées les unes aux autres, on peut augmenter à volonté l'effet désiré au moyen de diamètres donnés pour les limites internes et externes de ces enceintes annulaires. Pour obtenir un fonctionnement optimal de chaque enceinte annulaire, on prévoit dans les emplacements de liaison des enceintes annulaires non nervurées des nervures qui imposent aux matières solides la vitesse périphérique régnant dans ces emplacements. Pour régler la quantité de base des matières solides évacuées, il 20 est avantageux que la dimension radiale de l'enceinte annulaire non nervurée soit dimensionnée de manière que pour une section totale donnée des canaux, la quantité désirée de matières solides soit évacuée du bol. La quantité de matières solides évacuée peut cependant être 25 influencée par le fait que les canaux débouchent dans l'enceinte non nervurée de manière que les matières solides n'aient besoin de passer que par une partie de l'enceinte annulaire non nervurée. Une autre possibilité de modifier la quantité de matières solides évacuées consiste dans le fait que l'on monte en amont de l'enceinte 30 annulaire non nervurée, radialement vers l'extérieur, une enceinte annulaire munie de nervures et dans laquelle débouchent les canaux. Pour un dimensionnement donné du diamètre interne de la chambre annulaire non nervurée et du cercle primitif sur lequel débouchent les canaux dans l'enceinte munie de nervures, la dimension radiale de 35 l'enceinte annulaire non nervurée est d'autant plus petite que la -- 5 -dimension radiale de l'enceinte munie de nervures est plus importante.La chute de pression provoquée par l'enceinte non nervurée baisse alors et la quantité de matières solides évacuée est plus importante bien que le chemin que les matières solides doivent parcourir entre les canaux et le diamètre interne de l'enceinte non nervurée ne soit pas modifié. Il est possible de régler facilement la quantité de base de matières solides évacuées selon les possibilités mentionnées en constituant l'enceinte annulaire non nervurée de manière qu'on puisse 10 la modifier par changement d'un élément rapporté. La hauteur de l'enceinte non nervurée est avantageusement choisie petite de manière qu'en raison de la vitesse de l'écoulement qu'elle détermine, des matières solides ne se déposent pas dans l'enceinte annulaire non nervurée. Selon un mode de réalisation avantageux, les positions d'étranglement débouchent tangentiellement dans l'enceinte annulaire non nervurée. Grace à l'agencement tangentiel des ouvertures de sortie, on obtient ce résultat que la vitesse de l'écoulement des matières solides 20 qui circulent dans les canaux s'ajoute à la vitesse périphérique du bol centrifuge dans les positions d'alimentation de matières solides dans l'enceinte annulaire non nervurée. On dispose ainsi pour modifier l'énergie cinétique des matières solides, de plus importantes différences entre la vitesse périphérique des matières solides dans la 25 position d'alimentation dans l'enceinte annulaire et la vitesse périphérique de l'enceinte annulaire dans la position de sortie des matières solides. Lorsque les canaux débouchent dans l'enceinte annulaire au niveau de sa limite interne, les ouvertures de sortie des canaux doivent être 30 disposées en sens inverse du sens de rotation du bol centrifuge. Par rapport à la vitesse périphérique de l'enceinte annulaire en cet emplacement, la vitesse périphérique des matières solides est réduite de la valeur de leur vitesse découlement par les ouvertures de sortie. Sur leur chemin vers la limite externe de l'enceinte annulaire, la 35 vitesse périphérique maximale qui y règne peut être imposée aux 15 20 25 30 35 - 6 matières solides. La différence possible entre ces vitesses augmente du fait du type proposé d'alimentation des matières solides et de ce fait également la plage de régulation pour la modification en fonction de la viscosité de la quantité de matières solides traversant l'enceinte annulaire. Si les canaux sont prévus pour déboucher au niveau de la limite externe de l'enceinte annulaire, les ouvertures de sortie des canaux doivent être disposées dans le sens de la rotation du bol centrifuge de manière à pouvoir, en partant d'une vitesse périphérique importante, parvenir à leur limite interne après avoir traversé l'enceinte annulaire. Des modes de réalisation de l'invention sont représentés sur les dessins et vont maintenant être expliqués plus en détail. Sur les dessins: la figure 1 est une vue en coupe partielle du bol centrifuge, la figure 2 représente l'enceinte annulaire non nervurée disposée dans l'élément rapporté, la figure 3 représente un bol centrifuge avec deux enceintes annulaires non nervurées reliées l'une à l'autre, la figure 4 représente un bol centrifuge comprenant des emplacements d'étranglement débouchant tangentiellement dans l'enceinte annulaire non nervurée, la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 4. A la figure 1, la référence 1 désigne le bol centrifuge, dans le couvercle 2 duquel passent les canaux 3 comprenant les positions d'étranglement 4. Les canaux 3 partent de l'enceinte à matières solides 5 et débouchent dans une enceinte annulaire non nervurée 6 au niveau de sa limite extérieure 7. L'enceinte annulaire non nervurée 6 est de son côté en liaison au niveau de sa limite interne 8 et par l'intermédiaire d'un interstice annulaire 9 avec une chambre 10 dans laquelle est disposé un organe de turbinage 11. Un autre organe de turbinage 13 disposé dans une chambre 12 conduit vers une conduite de sortie 14 dans laquelle est montée une vanne de régulation de pression 15. L'amenée de produit 16 débouche dans une enceinte d'entrée 17. Le produit à centrifuger envoyé dans l'amenée de produit 16 est clarifié dans le bol 1 et les matières solides séparées sont rassemblées dans l'enceinte à matières solides 5 et envoyées de là par les canaux 3 et les positions d'étranglement 4 dans l'enceinte annulaire non nervurée 6. Tant que le concentré de matières solides est encore bien fluide, sa vitesse périphérique qui lui est imposée par la position d'étranglement 4 va en augmentant le long de son parcours radial vers l'intérieur passant par l'enceinte annulaire non nervurée 6 et il en résulte une résistance à l'écoulement relativement importante 10 dans l'enceinte annulaire non nervurée 6. La section des positions d'étranglement 4 peut être relativement importante et on peut même complètement éliminer ces positions d'étranglement, le réglage de base des quantités de matières solides évacuées étant alors réalisé par le choix du diamètre interne de l'enceinte annulaire non nervurée 6. Quand 15 la viscosité des matières solides augmente, il leur est imposée une vitesse périphérique qui va en diminuant vers l'intérieur en raison du frottement plus important contre les parois de l'enceinte annulaire non nervurée 6, ce qui fait que la pression du liquide dans les positions d'étranglement 4 diminue et que la quantité de matières solides 20 évacuées augmente. Ceci provoque par ailleurs une diminution de la concentration des matières solides et de ce fait de la viscosité. Quand la viscosité des matières solides augmente, leur quantité évacuée augmente automatiquement, tandis que lorsque la viscosité diminue la quantité évacuée diminue automatiquement. Ceci correspond au comportement de régulation connu de dispositifs de régulation utilisés jusqu'ici et montés à l'extérieur du bol centrifuge. A la figure 2, l'enceinte annulaire non nervurée 6 est disposée dans un élément rapporté interchangeable 18. Ceci permet une adaptation rapide du bol centrifuge aux conditions de son utilisation. Pour des 30 diamètres non modifiés, on peut facilement modifier la dimension radiale de l'enceinte annulaire non nervurée 6 en montant à l'avant une enceinte annulaire 20 munie de nervures 19, par exemple en retournant les nervures 19. Les positions d'étranglement 4 et 4' peuvent être également prévues dans l'élément rapporté 18 sur des cercles primitifs 35 différents 21, 22, dans lesquelles parviennent des canaux respectifs 3, -8- 3', et en retournant de façon appropriée l'élément rapporté i8, on obtient ce résultat que seules les positions d'étranglement 4 situées sur le cercle primitif extérieur 21 ou seules positions d'étranglement 4' situées sur le cercle primitif interne 22 sont en alignement avec les canaux associés 3, 3', en les rendant libres pour l'évacuation des matières solides. La figure 3 représente un bol centrifuge comprenant deux enceintes annulaires non nervurées 6, 6' reliées l'une à l'autre. Dans la position de liaison entre ces enceintes annulaires 6, 6', qui constitue 10 simultanément leur limite interne 8, 8', sont prévues des nervures 23. Grâce aux nervures 23, les matières solides sont d'abord ramenées à la vitesse périphérique régnant dans la position de liaison lors de leur passage entre une enceinte annulaire 6 et l'autre enceinte annulaire 6'. A la figure 4, les positions d'étranglement 4 prévues dans des éléments rapportés 24 débouchent tangentiellement au sens de rotation du bol centrifuge dans l'enceinte annulaire non nervurée 6 (figure 5). Les matières solides séparées sont dirigées par les canaux 3 et les positions d'étranglement 4 vers l'enceinte annulaire non nervurée 6. Du 20 fait de l'agencement tangentiel des positions d'étranglement 4 dans le sens de la rotation du bol centrifuge, la vitesse d'écoulement des matières solides s'ajoute à la vitesse périphérique de l'enceinte annulaire non nervurée 6 en cet endroit. - 9 REVENDICATIONS 1. Bol centrifuge fonctionnant de façon continue en vue de la concentration de matières solides en suspension, dans lequel les matières solides concentrées sont dirigées depuis une enceinte à matières solides externe du bol et par l'intermédiaire de canaux vers une chambre interne du bol, à partir de laquelle les matières solides concentrées sont évacuées de façon continue, caractérisé en ce que l'on prévoit entre la chambre interne et les canaux au moins une enceinte annulaire non nervurée (6) et comprenant une limite extérieure (7) et 10 une limite intérieure (8), prévue entre la chambre interne (10) et les canaux (3, 3') et aménagée de manière que les matières solides doivent passer d'une limite vers l'autre. 2. Bol centrifuge selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte annulaire non nervurée (6) est en liaison par l'intermédiaire de sa limite interne (8) avec la chambre interne (10) et les canaux (3, 3') débouchent dans l'enceinte annulaire (6) au niveau de sa limite externe. 3. Bol centrifuge selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'enceinte annulaire non nervurée (6) est en liaison par l'intermédiaire de sa limite externe (7) avec la chambre interne (10) et les canaux (3, 3') y débouchent au niveau de sa limite interne (8). 4. Bol centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une autre enceinte annulaire non nervurée (6') au moins est montée à la suite de l'enceinte annulaire non nervurée (6) et 25 les enceintes annulaires (6, 6') sont reliées l'une à l'autre de manière que les matières solides doivent traverser l'une après l'autre les enceintes annulaires (6, 6') sur leur chemin vers la chambre interne (10), en parcourant l'une des enceintes annulaires (6, 6') de l'extérieur vers l'intérieur et l'autre des enceintes annulaires (6, 30 6') de l'intérieur vers l'extérieur. 5. Bol centrifuge selon la revendication 4, caractérisé en ce que de nervures (23) sont prévues dans les positions de liaison des enceintes annulaires non nervurées (6, 6'). 6. Bol centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 35 caractérisé en ce que la dimension des enceintes annulaires non - 10 nervurées (6, 6') est dimensionnée de manière que pour une section totale donnée des canaux (3, 3'), la quantité désirée de matières solides soit évacuée du bol. 7. Bol centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les canaux (3') débouchent dans l'enceinte non nervurée (6) de manière que les matières solides n'aient besoin de passer que par une partie de l'enceinte annulaire non nervurée (6). 8. Bol centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une enceinte annulaire (20) munie de nervures (19) 10 et orientée radialement vers l'extérieur est montée en amont de l'enceinte annulaire non nervurée (6), dans laquelle débouchent les canaux (3). 9. Bol centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les enceintes annulaires non nervurées (6, 6') 15 sont constituées de manière à pouvoir être modifiées par remplacement d'un élément rapporté (18). 10. Bol centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on choisit la hauteur "" des enceintes annulaires non nervurées (6, 6') suffisamment petite pour que des 20 matières solides ne se déposent pas dans les enceintes annulaires non nervurées (6, 6') en raison de la vitesse d'écoulement ainsi obtenue. 11. Bol centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que les positions d'étranglement (4, 4') sont associées aux canaux (3, 3'). 12. Bol centrifuge selon la revendication 11, caractérisé en ce que les positions d'étranglement (4, 4') sont disposées dans les canaux (3, 3'). 13. Bol centrifuge selon la revendication Il et 12, caractérisé en ce que les positions d'étranglement (4, 4') sont disposées dans 30 l'élément rapporté (18). 14. Bol centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'une vanne de régulation de pression (15) est prévue dans la conduite de sortie (14) destinée à la phase clarifiée. 15. Bol centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 35 14, caractérisé en ce que les positions d'étranglement (4, 4') - 11 débouchent tangentiellement dans l'enceinte annulaire non nervurée (6). 16. Bol centrifuge selon la revendication 15, caractérisé en ce que les positions d'étranglement (4, 4') sont disposées dans le sens inverse du sens de rotation du bol centrifuge et débouchent dans 5 l'enceinte annulaire non nervurée (6, 6') au niveau de sa limite interne. 17. Bol centrifuge selon la revendication 15, caractérisé en ce que les positions d'étranglement (4, 4') sont disposées dans le sens de rotation du bol centrifuge et débouchent dans l'enceinte annulaire (6) 10 au niveau de sa limite externe.