Brevet FR2630658A1 — publié le 19891103

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour la séparation de produits de densités différentes, notamment des particules en suspension dans un fluide, et plus particulièrement des produits ou particules dont la densité est voisine de celle du fluide. Ceci est le cas par exemple des particules de plastique dans un milieu fibreux tel qu'utilisé dans l'industrie des pates et des papiers. Dans ce domaine, les plastiques viennent, soit du fardelage des bois pour les pâtes, soit des emballages ou des colles dans le cas du recyclage des fibres à partir des papiers de récupération. Ces plastiques encrassent les toiles, bouchent les tamis et occasionnent des casses dans les sécheries en collant sur le sécheur. Cette technique de séparation peut être étendue à de nombreuses industries et peut être effectuée en milieu gazeux par exemple, pour séparer les divers éléments des déchets urbains, ou dans l'industrie pétrolière pour séparer des liquides non miscibles de densités différentes. Il est actuellement connu d'utiliser des cyclones épurateurs coniques tourbillonnaires, qui agissent soit par force centrifuge sur les éléments lourds, soit par force centripète sur les éléments légers, dont la densité est inférieure à celle du fluide. Dans le cône, les parties lourdes sont dirigées vers la paroi, tandis que les parties légères se concentrent au milieu de l'appareil. Malheureusement, le croisement de la spirale descendante avec la spirale remontante crée des turbulences telles qu'il est difficile de rassembler toutes les particules légères au centre de l'appareil. En outre, il se forme souvent une colonne d'air au centre. Pour éviter ces turbulences, on a essayé de faire passer le liquide entre deux cylindres animés d'un mouvement de rotation, comme proposé par le brevet français 2 293 983. L'inconvénient de ce dispositif est que les charges minérales sont centrifugées et ont tendance à colmater l'appareil. Une amélioration de ce procédé est décrite dans le brevet français 2 478 489, qui décrit un appareil composé d'une enceinte légèrement conique tournant à grande vitesse, dans laquelle on fait entrer la suspension avec une vitesse angulaire supérieure à celle de l'enceinte. Les particules légères sont récupérées au centre de l'appareil. La technologie de celui-ci est compliquée, du fait des entrées et des sorties dans une enceinte en rotation, et il n'élimine pas complètement le colmatage. En outre cet appareil nécessite une énergie de fonctionnement importante. L'invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif dans lesquels ces inconvénients sont éliminés. Suivant l'invention, le procédé pour la séparation de produits de densités différentes en suspension dans un fluide, est caractérisé en ce qu'on fait circuler le fluide dans une enceinte en spirale d'axe vertical, dont la section reste constante de l'entrée à la sortie mais dont la hauteur diminue progressivement tandis que sa largeur croit progressivement, la largeur de la section d'entrée étant faible par rapport à sa hauteur et la hauteur de la section de sortie étant faible par rapport -à sa largeur, de telle sorte que l'on soumet la suspension à des forces centrifuges et centripètes dont l'importance est fonction du diamètre de la spirale et de la vitesse du fluide, les produits lourds étant entrainés vers l'extérieur par les forces centrifuges tandis que les produits légers restent du côté intérieur de la section de l'enceinte. Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend une enceinte en spirale d'axe vertical, présentant une'entrée et une sortie pour le fluide, la section de cette enceinte en spirale restant constante de l'entrée à la sortie avec une hauteur qui diminue progressivement et une largeur qui augmente progressivement, la largeur de la section d'entrée étant faible par rapport à sa hauteur et la hauteur de la section de sortie étant faible par rapport à sa largeur. L'élimination ou la sélection des produits légers et lourds est donc effectuée sans création de vortex, dans un appareil statique, sans turbulence, et incolmatable. Un autre avantage de l'invention réside dans le temps de séjour dans l'enceinte beaucoup plus élevé que dans les autres types d'appareils connus. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé qui en illustre un mode de réalisation à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation du dispositif de séparation de produits de densités différentes visé par l'invention; La figure 2 est une vue en coupe verticale et élévation partielle du dispositif de la figure 1. La figure 3 est une vue de dessus du dispositif des figures 1 et 2. Le dispositif représenté aux figures -1 et 2 est destiné à assurer la séparation de particules ou de produits de densités différentes en suspension dans un fluide. Ce dispositif comprend une enceinte en spirale 1 d'axe vertical XX, présentant une entrée 2 et une sortie 3 pour le fluide. Cette enceinte en spirale ou en colimaçon est fixée autour d'un cylindre 4 d'axe XX, sa section d'entrée 2 communiquant avec un divergent 5 d'alimentation en fluide. La section de l'enceinte 1 reste constante de l'entrée 2 à sa sortie 3, avec une hauteur qui diminue progressivement et une largeur qui augmente progressivement. On voit ainsi au dessin que la section d'entrée 2 se présente sous la forme d'une lame mince verticale, dont la largeur (L) est faible par rapport à la hauteur (H). Au fur et à mesure que l'enceinte en colimaçon 1 progresse autour du cylindre 4, la hauteur de sa section diminue régulièrement, mais de telle sorte que la surface de cette section reste constante de l'entrée 2 à la sortie 3. La section passe donc par une section intermédiaire carrée 6, à partir de laquelle la largeur devient supérieure à la hauteur de la section (sections 7 et 8 sur la Fig. 2), jusqu'à la section de sortie 3 qui se présente sous la forme d'une lame mince horizontale. Les spires successives présentent des parois communes 10, 11, 12... La séparation des parties légères et lourdes ainsi que du fluide épuré s'effectue en lame mince, avec une grande précision, et peut être réalisée de différentes manières 1) au moyen d'un ou plusieurs écrans Verticaux 9, perpendiculaires à la lame mince débouchant par la sortie 3, placés juste devant cette dernière. Les écrans 9 peuvent être montés sur une vis sans tin 14 (Fig.3) dont la manoeuvre permet de régler leur position transversale aux emplacements optimaux. Ce mode opératoire est adapté à un déversement du fluide à l'atmosphère. 2) dans le cas d'une sortie du fluide vers un circuit fermé, au moyen par exemple d'un convergent non représenté, la séparation s'effectue, pour les produits légers, par des ouvertures intérieures 15 au niveau des dernières spires,-munies de préférence de déflecteurs 16, Les produits légers peuvent alors être collectés dans le cylindre central 4 par une vanne d'aspiration 13 placée au sommet de ce dernier. Les produits lourds sont de leur côté évacués par des ouvertures périphériques 17, également pourvues de déflecteurs 18. Selon le procédé et le dispositif conformes à l'invention, le fluide entrant dans l'enceinte 1 par le divergent 5 est soumis à des forces centrifuges et centripètes au fur et à mesure de sa progression en spirale coaxialement à l'axe XX. L'importance de ces forces est fonction du diamètre de la spirale et de la vitesse du fluide, et la suspension ne subit aucune turbulence ni pratiquement aucune perte de charge. Sous l'influence de la force centripète, les particules légères restent plaquées contre le cylindre central 4 en subissant simplement un déplacement vertical correspondant à la diminution régulière de la hauteur de la section de l'enceinte 1. Les parties lourdes soumises à la force centrifuge sont dirigées vers la paroi extérieure de l'enceinte 1, comme dans un épurateur conique Le déplacement de ces particules est accéléré par la vitesse radiale du fluide, imposée par le changement de section qui passe progressivement d'une lame mince verticale à une lame mince horizontale. Le ou les -écrans de séparation des produits légers et des produits lourds peuvent être, en variante, équipés de déflecteurs pour dévier le flux des différentes sélections vers des bacs différents. La spirale peut avoir toute autre forme en s'appuyant par exemple sur un noyau conique dont la conicité peut être dirigée soit vers le bas soit vers le haut. La spirale peut etre ascendante ou descendante selon les endroits d'utilisation. Par ailleurs, il est possible de réaliser la spirale de l'enceinte 1 par des boucles sans parois communes. La spirale se présente alors sous la forme de boucles distinctes, séparées par un certain intervalle vertical. La durée du traitement selon l'invention est fonction de la longueur de la spirale 1, et non du volume de l'appareil comme dans le cas des cyclones. La précision est fonction du rapport des dimensions (largeur et hauteur) de la lame mince de fluide à la sortie 3 du dispositif. La vitesse radiale de déplacement des particules est faible pour les particules lourdes, et quasiment nulle . pour les particules légères, en raison de la faible distance du parcours effectué. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la sép#aration de produits de densités différentes, notamment des particules en suspension dans un fluide, caractérisé en ce qu'on fait circuler le fluide dans une enceinte en spirale (1) d'axe vertical (XX), dont la section reste constante de l'entrée (2)-à la sortie (3) mais dont la hauteur (H) diminue progressivement tandis que sa largeur (L) croit progressivement, la largeur (L) de la section d'entrée (2) étant faible par rapport à- sa hauteur (H) et la hauteur de la section de sortie (3) étant faible par rapport à sa largeur, de telle sorte que l'on soumet la suspension à des forces centrifuges et centripètes dont l'importance est fonction du diamètre de la spirale et de la vitesse du fluide, les produits lourds étant entraînés vers l'extérieur par les forces centrifuges tandis que les produits légers restent du côté intérieur de la section de l'enceinte ( 1 ) . 2. Dispositif de séparation de produits de densités différentes, notamment de particules en suspension dans un fluide pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte (i) en spirale d'axe vertical (XX), présentant une entrée (2) et une sortie (3) pour le fluide, et la section de cette enceinte en spirale reste constante de l'entrée à la sortie avec une hauteur (H) qui diminue progressivement et une largeur (L) qui augmente progressivement, la largeur de la section d'entrée (2) étant faible par rapport à sa hauteur et la hauteur de la section de sortie 13J étant faible par rapport à sa largeur. 3. Dispositif selon la revendication 2 r caractérisé en ce que l'enceinte en spirale (1) est fixée autour d'un cylindre vertical (4) et s'étend sur un certain nombre de tours entre une lame mince verticale formant la section d'entrée (3), la section d'entrée communique avec un divergent (5) d'alimentation en fluide, et au moins un écran vertical (9) est prévu dans l'enceinte (1) pour scinder la lame de fluide en deux parties dont l'une contient les produits légers et l'autre les produits lourds. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'aspiration et d'évacuation (13) des produits légers dans le cylindre (4) à partir de l'extrémité de l'enceinte (1).