Brevet FR2634666A1 — publié le 19900202

La présente invention concerne une installation de séparation de constituants solides et Liquides par distiLLation. Pari Les soucis auxquels est confrontée actuellement l'industrie chimique est La distillation de différents solvants utilisés pour Le nettoyage des instruments ou des installations chimiques, d'une part, pour des raisons d'économie, et d'autre part, pour éviter L'accroissement de ta poLLution dé L'environnement qui ne manquera pas de se produire si ces solvants ne sont utiLisés qu'une seule fois. Une installation connue pour le traitement des solvants sales comprend un tube en acier fixe, d'une hauteur d'environ 4 mètres entouré d'une double enveloppe chauffante. Le soLvant sale à traiter est injecté. par Le haut du tube sur un disque central tournant à grande vitesse entratné par un arbre verticaL à L'intérieur du tube-. L'arbre entradne égaLement des racleurs permet tant de nettoyer en permanence La paroi du tube qui s'encrasse par Les constituants solides du solvant qui sont en fait Les impuretés évacuées par Le solvant Lors de son utiLisation.Les déchets racLés tombent au fond du tube et iLs sont récupérés dans un sas tandis que Les vapeurs du solvant s'échappent par te haut du tube et sont dirigées vers une. installation de condensation. Les racleurs sont poussés contre La paroi au moyen de ressorts ou de dispositifs similaires afin d'assurer un bon contact entre Les racleurs et La paroi, La force centrifuge compLète d'ailleurs cette poussée des racleurs contre La paroi du tube fixe. Le tube tourne à une vitesse d'environ 800 tours/minute. Le coût d'une teLLe installation est important, mais à L'heure actueLLe c'est pratiquement Le seul système qui permet d'éviter L'encrassement des parois Lors de La distiLLation de soLvants saLes ou bien sOr des produits simiLaires de l'industrie chimique. D'autres installations de distiLLation pLus conventionneLLes consistant à chauffer Le produit à distiLLer dépose dans une cuve pour faire évaporer Les composants Liquides présentent l'inconvénient que Les différents résidus solides sont cuits par La chaleur nécessaire à L'évaporation des composants Liquides et Leur récupération ultérieure devient difficile. En pLus, certains de ces produits sont isoLants ce qui empêche de chauffer d'une manière correcte par L'extérieur La cuve de distillation. Les éventuels organes d'agitation contenus dans La cuve sont encrassés par Les résidus solides et demandent à Leur tour un nettoyage à L'aide des sot- vants et ainsi de suite. L'instalLation utiLisant des racLeurs présente, à part son coût éLevé, un inconvénient suppLémentaire à savoir, La vitesse relativement éLevée avec laquelle Les racleurs se frottent contre La surface intérieure de La paroi de La cuve peut présenter dans certains cas des risques d'expLosion, Les produits qui se trouvent habituellement dans ces cuves étant, à La température d'évaporation, dangeureux car infLammabLes voire expLosifs par La présente de peroxydes. La présente invention a pour but de proposer une ins taLLation pour La séparation de composants solides et Liquides d'un méLange à distiller évitant Les inconvénients susmentionnés. L'installation seLon L'invention est caractérisée par Le fait qu'elle est constituée d'un tube cyLindrique agencé pour être entratné en rotation autour de son axe de révoLution, d'un arbre rotatif muni des moyens pour etre entrafne en rotation dans Le même sens que le tube à une vitesse supérieure et variabLe, que Ledit arbre s'étend axialement sur toute ta Longueur du tube et porte-des bras s'étendant radialement supportant des dispositifs pour @acter ta face intérieure de La paroi latérale du tubé, que Lesdits bras sont agencés de sor te permettre un contact étroit, Lors de la rotation, entre Les dispositifs pour racler et La face intérieure de ta paroi du tube, que Le tube comprend à proximité de L'une de ses extrémités un dispositif de récuperation de composants soLides et à L'autre extrémité, un dispositif permettant L'évacuation des vapeurs, et que Le tube est tuni de moyens de chauffage. Les avantages de cette instaLLation sont Les suivants Le produit à traiter sous L'infLuence de La force centrifuge, à Laquelle est soumis par La rotation du tube, fait pousser Le produit contre La totaLité de la surface intérieure de la paroi du tube ce qui permet une évaporation pLus facile et ptus rapide de composants Liquides, car on introduit constamment et en continu une quantité de masse reLativement faibLe à L'intérieur du tube formant une couche très mince sur ta paroi du tube. Ainsi, La chaleur qui est appLiquée à la paroi du tube agit sur une relativement petite quantité de ma- tière à La lois, qui s'évapore pLus rapidement avec Le moins possible de pertes énergiques.Le mélange étant soumis à La force centrifuge, due à La rotation du tube, Les éLéments Les plus denses du méLange se placent sur te cercle de plus grand diamètre donc contre La paroi Laissant ainsi Les composants Liquides vers L'intérieur ce qui faciLite déjà la séparation de composants soLides des composants Liquides. Pendant que ces composants soLides se trouvent colles contre La paroi du tube, à cause de la force centrifuge, Les dispositifs pour racLer que L'on désignera plus simpLement racleurs, dont La vitesse par rapport à La vitesse du tube est légèrement supérieure, viennent décoller Les composants solides de La paroi et Les pousser vers Le dispositif de récupération.La vitesse relative des racleurs par rapport au tube est relativement faible ce qui diminue Les risques d'accidents qui pourraient être pro voqués par Le frottement des racLeurs contre La paroi (étinceLle, expLosion, etc...). La quantité du produit injectée par rapport à La température de chauffage permet de régler La concentration des résidus solides ou pateux et par conséquent d'obtenir La séparation des produits désirés. Selon une variante d'exécution pour permettre de pousser et guider pLus efficacement Les constituants Liquides collés contre La paroi du tube, Les racleurs et Les bras radiaux sont disposés de sorte à former une vis d'Archimède dirigeant Les constituants solides, Lors de La rotation de L'arbre, vers te dispositif de récupération. SeLon une autre variante, Le dispositif d'évacuation des constituants solides comprend un extracteur héLicoîdaL disposé à La partie opposée à ceLle permettant L'évacuation de La vapeur du produit distille. Selon une variante d'exécution préférée, chaque racleur est monté sur le bras radial correspondant par une articuLation au moins approximativement paraLLèLe à L'arbre et de sorte qu'iL se trouve, dans Le sens de rota tion, en retrait par rapport à La projection radiale du bras, c'est-à-dire que le racleur lorsqu'il est en contact avec ta paroi du tube forme un angLe avec te bras radial qui Le supporte.Cette disposition est particu Fièrement avantageuse car elle assure en permanence, Lors de la rotation de L'arbre, un contact avec La paroi du tube sous L'action de La force centrifuge; te dispositif est autoajustabLe et permet de compenser L'éventueLLe usure du racLeur, dans ce cas l'angle entre ledit dispositif et Le bras radial diminue; et enfin le dispositif est auto-réctractabLe, c'est-à-dire que Lorsque Le dispositif rencontre une forte résistance due à La présence d'un éLément soLide sur La paroi it se rétracte en tournant autour de L'articuLation d'un angle suffisant et contraire au sens de La rotation te temps de "sauter" L'obstacle. Selon une autre exécution, Les bras radiaux extensibLes sont constitués par des éLéments télescopiques presentant L'avantage d'être auto-rétractabLes, c'est-à-dire que sous L'effet de La force centrifuge Les racleurs viennent frotter contre La paroi du tube en rotation et pousser Le produit vers Le dispositif de récupération et si pour une raison ou une autre un des racleurs rencontre une résistance qui ne peut pas vaincre, par exempLe, un éLément soLide, Le bras télescopique se ré- tracte ce qui évite égaLement un risque d'accident. Selon une autre variante, chaque bras extensible comprend un ressort hélicoïdal maintenant Le racleur correspondant à une certaine distance de La paroi et Le laissant venir se frotter contre La paroi du tube sous L'action de La force centrifuge appliquée sur Le racleur Lors de la rotation de L'arbre. Ce dispositif est égaLement auto-rétractatie. L'invention sera maintenant décrite à L'aide du dessin annexé. La figure 1 est une représentation schématique et en coupe d'une installation de distillation de solvant sa Le. La figure 2 est une vue partieLle en coupe radiale de La figure 1. L'installation est constituée d'un tube cylindrique 1 disposé à L'intérieur d'une jupe 2 supportant et entourant l'installation complète et constituée d'une chambre inférieure 21 formant sas d'évacuation des déchets comme sera décrit ultérieurement, d'une chambre supérieure 22 contenant La partie supérieure du tube 1 munie d'une sortie 23 pour L'évacuation des vapeurs de distillation et abritant égaLement un conduit 3 d'amenée du produit à distiLLer. Entre Les deux chambres 21 et 22 La jupe 2 présente un rétrécissement 24 destiné à abriter, d'une part, un dispositif de chauffage 4 constitué essentieLLement de colliers chauffants munis de dispositifs de réguLation de La température et à L'ex- térieur desdits coLLiers, une isoLation 5 Le tout étant protégé par une enveLoppe de protection 6.La partie inférieure du tube 1 est fermée par une pièce 7 en forme de cuvette munie d'ouvertures radiales 71 pour L'évacuation des résidus soLides de La distiLLation reposant par son fond 72 sur un arbre d'entratnement 8, des goussets 81 assurant L'assembLage entre L'arbre 8 et Le fond 72 de La cuvette. A L'intérieur de La cuvette 7 est disposé un paLier 9 en bronze supportant un arbre rotatif 10 coaxiaL au tube 1, s'étendant au-dela de La chambre 22 et muni de moyens pour être entratné en rotation dans te même sens que Le tube 1 mais à une vitesse supérieure à celle du tube. Un roulement de répartition Il qui est de préférence un roulement à rouleaux coniques est disposé à proximité de La partie supérieure du tube 1.La partie supérieure du tube 1 est fermée partieLLement, d'une part, par un bouchon tronconique 13 et un deuxième bouchon 12 vissé exté rieurement Laissant Le passage pour L'arbre 10 et L'entrée du conduit avec le produit 3. Le dispositif d'entra+nement de L'arbre 8 se trouve en principe au-dessus de La chambre 22 et peut être tout moyen connu, par exempLe un moteur éLectrique couplé audit arbre par une courroie ou par un système d'engrenage etc. Sur La partie de L'arbre se trouvant à L'intérieur du tube 1 et notamment au-dessous du roulement 11 sont disposés des éLéments pour racler ta surface in?ér.ieure du tube 1. Ces dispositifs comprennent d'abord un dispositif de serrage entourant L'arbre 10 qui peut avantageusement être constitué des colliers ou des brides de serrage 14 dont L'une est munie de deux projections radiaLes 14a et 14b superposées et espacées entre eLLes Laissant Le passage à un bras 15.Le bras 15 est assemblé aux deux projections 14a, 14b par une goupiLLe ou moyen équivalent 16 et Laissant au bras 15 La Liberté d'osciLLer autour de La goupille 16 qui traverse Les trois éLéments (tes deux projections 14a, 14b et Les bras 15), L'extrémité du bras 15 étant munie d'une tete 16 dont L'extrémité vient frotter contre la paroi intérieure du tube. En se référant à La figure 2, on voit Les rbnes éLéments et on voit que le bras 15 forme un angte x avec La projection radiale des bras 14a, 14b. Cet angte est en retrait par rapport au sens F de La rotation aussi bien du tube 1 que de L'arbre 10. IL est à relever que L'évacuation des résidus du sas 21 peuvent être obtenus soit au moyen d'une vis hélicoïda- Le, soit tout autre moyen tel qu'un piston d'extraction etc. Les dispositifs pour racLer La paroi 14 à 17 sont régu Fièrement répartis sur toute La Longueur de L'arbre 10 à L'intérieur du tube 1 et Leur nombre et dispositionspeuvent varier en fonction du produit à distiLLer. Afin de faciLiter La poussée du produit et notamment de constituants solides vers La partie inférieure du tube, Les dispositifs pour racler 17 forment une vis d'Archimède poussant justement Les constituants solides vers te bas dans La cuvette 7. A cause de La force centrifuge, Les constituants soLides passent à travers Les passages radiaux 71 et tombent dans Le sas 21 d'où iLs sont évacués par un dispositif prévu à cet effet. Les racLeurs seLon La figure 2 permettent, d'une part d'assurer un autoajustage de La position correcte contre la paroi intérieure du tube car sous L'effet de La force centrifuge Les racLeurs 17 viennent frotter contre La paroi du tube en permanence et ceci même si une usure diminue Leur Longueur, un contact étroit entre Le dispositif pour racLer et La paroi est assuré puisqu'à ce moment Là c'est L'angLe a qui diminue tout en permettant d'avoir un bon fonctionnement du racLeur. Un autre avantage de ce dispositif est qu'iL est autorétractabLe, c'est-à-dire que si Le racLeur 17 Lors de La rotation rencontre une résistance importante, due par exempLe à La présence d'un fLément soLide sur La paroi, Le racLeur tourne autour de L'axe 16 dans Le sens contraire de La rotation afin de dépasser L'obstacLe qui L'empêche de continuer sa route.Ce dernier point permet d'éviter une charge importante sur L'arbre ou de provoquer ta cassure du racleur ou même de compromettre La bon fonctionnement de L'instaLLation. Le fonctionnement de L'instaLLation est te suivant : On met en rotatìon le tube 1 à environ 800 tours/minute et L'arbre 10 est entraîné à une vitesse supérieure de queLques dizaines de tours, on chauffe te tube au moyen da dispositif de chauffage 4 et on fait rentrer Le produit å travers te conduit 3, le produit tombant sur Le roRleuent Il assure, d'une part, sa Lubrification et, d'autre part, il est réparti à L'intérieur du tube. Sous L'action de la force centrifuge, Le produit vient contre La paroi du tube 1 qui est en rotation. Le produit s'étale sur ta surface intérieure du tube en une mince couche et Le chauffage facilite L'évaporation rapide des constituants Liquides ou de certains constituants Liquides puisqu'une régulation de La température permet de choisir Le constitutant à évaporer. Pendant ce temps Les racleurs 17 poussent Les constituants se trouvant contre La paroi du tubè vers Le bas. La rotation du tube 1 de L'arbre 10 et des racleurs 17 se faisant dans Le seme sens mais à des vitesses légèrement différentes a pour effet de faire décoller te constituant solide de La paroi et Le pousser vers Le bas à cause de ta disposition des racleurs en vis d' Archimède. La vitesse de L'arbre 10 et par conséquent des racleurs relativement å La paroi étant Lente ceci éLimine et en tout ças réduit fortement Le risque d'accidents et diminue galeFent L'usure des racleurs provoquée par Leur frottement contre La paroi interne du tube ainsi que de tous Les éléments tournants de L'installation. Le fait que le tube est en rotation a pour effet de permettre une première séparation entre Les constituants soLides et Liquides du mélange à distiller, puisque Lés constituants solides donc Les éLéments de plus grande densité ont tendance, sous L'effet de la force centrifuge, de venir se coller contre la paroi interne de La cuve, c'est-à-dire de se situer sur Le cercLe du pLus grand diamètre. Ainsi, Les dispositifs pour racLer n'ont pLus qu'à pousser cette matière compacte formant une couche extrêmenent fine contre la paroi du tube et L'évacuer vers Le dispositif d'extraction. Une autre possibiLité de L'alimentation du tube par le produit à distiller peut être faite par une pompedoseuse å travers un orifice se trouvant au milieu de La chambre supérieure 22. Dans ce cas ttentratnement de L'arbre 10 peut être obtenu par un autre dispositif se trouvant à la partie intérieure du tube par exempLe on pourrait pro Longer L'arbre 10 et Lui faire traverser le fond 72 de la cuve 7 et le rendre coaxial à L'arbre 8 qui serait dans ce cas creux pour permettre Le passage de L'arbre 10 vers un dispositif d'entradnement adéquat. L'alimentation avec le produit à distiLLer pourrait également être réalisée en prévoyant un passage axial dans le tube 10 débouchant radialement à L'extrémité du tube 1. Le produit sous L'effet de La force centrifuge se projettera et se répartira contre la paroi du tube 1. Selon une variante Les racLeurs peuvent être montés sur des bras extensibles qui sont formés par des éLéments télescopiques permettant, Lors de La rotation de L'arbre, aux racleurs de venir frotter contre La face interne de La paroi du tube 1 avec une poussée qui est d'autant pLus grande que La vitesse de rotation de L'arbre est grande, et pousser Les constituants soLides vers La partie inférieure du tube. Selon une autre variante, chaque bras peut être constitué d'une tige suivie d'un ressort héLico~daL portant à son extrémité Le racleur. En position de repos Les racteurs ne sont pas en contact avec La face interne de ta paroi du tube 1 tandis qu'en rotation et sous la poussée de La force centrifuge Les racleurs viennent frotter contre La paroi interne. L'installation peut présenter différentes variantes, par exempLe, Les bras extensibLes peuvent avoir des formes différentes que celles décrites précédemment, Les racleurs peuvent etre faciLement démontés pour être remplaces. IL est à reLever que l'instaLlation permet un nettoyage facile étant donné que L'arbre rotatif et Les racleurs ne sont pratiquement pas salis puisque par La force centrifuge Les éLéments qui pourraient prendre place sur eux sont projetés contre La paroi de la cuve. REVENDICATIONS 1. InstaLLation pour La séparation des composants solides et Liquides d'un produit par distillation, caractérisée par Le fait qu'elle est constituée d'un tube cy Lindrique (1) agencé pour être entratné en rotation autour de son axe de révolution, d'un arbre rotatif (10) muni des moyens pour être entradné en rotation dans le même sens que Le tube (1) à une vitesse supérieure et variable, que Ledit arbre (10) s'étend axiaLement sur toute La Longueur du tube (1) et porte des bras (14a, 14b) s'étendant radialement supportant des dispositifs pour racLer (17) la face intérieure de La paroi Latérate du tube (1);; que Lesdits bras sont agencés de sorte à permettre un contact étroit, Lors de La rotation, entre Les dispositifs pour racLer (17) et La face intérieure de La paroi du tube (1), que Le tube (1) comprend à proximité de L'une de ses extrémités un dispositif (21) de récupération des composants soLides et à L'autre extrémité, un dispositif (22) permettant L'éva- cuation des vapeurs, et que le tube est muni de moyens de chauffage (4). 2. InstaLLation seLon La revendication 1, caractérisée par Le fait que Les moyens de chauffage (4) du tube (1) sont disposés à L'extérieur du tube (1). 3. Installation seLon L'une quetconque des revendications 1 ou 2, caractérisée par Le fait que L'arbre (10) comprend un passage axial pour L'aLimentation du tube avec te produit à distiLLer, débouchant radialement à L'intérieur du tube (1). 4. Installation selon L'une queLconque des revendications 1 à 2, caractérisée par le fait que Les bras ra diaux (14a, 14b) et Les dispositifs pour racLer (17) sont disposés de sorte à former une vis d'Archimède poussant, Lors de La rotation de L'arbre (10), Les constituants solides vers Le dispositif de récupération 5. InstaLLation seLon t'une quelconque des revendica tions 1 à 4, caractérisée par Le fait que Le dispositif d'évacuation (21) des constituants soLides comprend un extracteur helicofdal. 6 InstaLLation seLon L'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par te fait que chaque dispositif pour racler (17) est monté osciLLant sur Le bras radial (14a, 14b) correspondant autour d'un axe au moins approximativement paraLLèLe à L'arbre (10) et de sorte que Ledit dispositif pour racler (17) se trouve par rapport au sens de rotation en retrait relativement à ta projection radiale du bras (14a, 14b) sur La paroi du tube (1). 7. InstaLLation seLon L'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par Le fait que Les bras ra diatix sont télescopiques. 8. Installation seLon L'une queLconque des revendications 1 à 5, caractérisée par Le fait que Les bras radiaux comprennent un ressort hélicoïdal dimensionné de sorte à maintenir tes dispositifs pour racLer éloignés de La paroi en position de repos et de Leur permettre d'etre en contact avec La face intérieure de La paroi du tube (1),-lorsque L'arbre (10) est entratné en rotation, pousses par La force centrifuge.