Brevet FR2703602A1 — publié le 19941014

PROCEDE DE SEPARATION DE PRODUITS PARTICULAIRES DE DENSITES DIFFERENTES EN SUSPENSION DANS UN FLUIDE ET DISPOSITIF POUR SA NISE EN OEUVRE La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour la séparation de produits particulaires de densités différentes en suspension dans un fluide et, plus particulièrement, des particules dont la densité est voisine de celle du fluide. Ceci est le cas par exemple des particules de matière plastique dans un milieu fibreux tel qu'utilisé dans l'industrie des pâtes et des papiers. Dans ce domaine, les plastiques proviennent, 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, par exemple pour séparer des produits de densités identiques mais de surfaces différentes, ou dans l'industrie pétrolière pour séparer des liquides non miscibles de densités différentes. Il est actuellement connu d'utiliser des cyclones épurateurs coniques tourbillonaires, 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 dans FR-A-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 FR-A- 2 478 489, qui propose un appareil composé d'une enceinte légèrement conique tournant à grande vitesse, dans laquelle on fait entrer la suspens ion 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 et n'élimine par complètement le colmatage. En outre, cet appareil nécessite une énergie de fonctionnement importante et n'est pas exempt de turbulences, donc d'efficacité. L'invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif dans lesquels ces inconvénients sont éliminés. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de séparation de produits particulaires de densités différentes en suspension dans un fluide, caractérisé en ce qu'il consiste à faire s'écouler le fluide suivant une veine de forme hélicoïdale et de section constante, dans une enceinte appropriée et à recueillir à la sortie de ladite enceinte, du côté extérieur, les particules les;plus lourdes entraînées par les forces centrifuges et, du côté intérieur, les particules les plus légères entraînées par les forces centripètes. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend - une enceinte de forme hélicoïdale et de section constante, - des moyens pour acheminer le fluide à traiter à l'entrée de ladite enceinte, et - des moyens de collecte à la sortie de ladite enceinte, d'une part, desdites particules les plus lourdes et, d'autre part, desdites particules les plus légères. Suivant un mode de mise en oeuvre, ladite enceinte de forme hélicoïdale est constituée par deux cylindres coaxiaux, de même longueur, dans l'intervalle desquels est agencée une cloison en hélice de pas constant. De préférence, la section de ladite enceinte, prise dans un plan contenant l'axe desdits cylindres, est un rectangle dont la longueur, prise selon une génératrice des cylindres, est plusieurs fois supérieure à la largeur. Avec une enceinte hélicoïdale ayant une telle section, on soumet la suspens ion à des forces centrifuges et centripètes dont l'importance est fonction du diamètre de l'hélice, de la vitesse du fluide et éventuellement de la vitesse de rotation de l'appareil, dans le cas où l'enceinte hélicoïdale est soumise à une rotation autour de son axe, 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 soumise aux forces centripètes. L'élimination ou la sélection des produits légers et lourds est donc effectuée sans création de vortex, dans un appareil sans turbulence et incolmatable. Un autre avantage de l'invention réside dans le temps de séjour dans 1 l'enceinte beaucoup plus élevé que dans tous les autres types d'appareils connus. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard de la figure unique annexée qui représente en coupe axiale schématique un dispositif conforme à l'invention. Sur cette figure unique, on a représenté en 1 une enceinte ou conduit de forme hélicoïdale délimitée entre deux cylindres coaxiaux de même longueur 2 et 3 et une cloison en hélice 4 interposée entre le cylindre interne 2 et le cylindre externe 3. Côté amont de l'enceinte hélicoïdale 1, les cylindres 2, 3 sont reliés à un dispositif d'acheminement du fluide à traiter, constitué de doubles cônes coaxiaux divergents 5 et 6 et agencé en sorte que la zone 7 délimitée entre les cônes intérieur 5 et extérieur 6 conserve une section constante depuis le sommet du cône intérieur 5 jusqu'à l'entrée de l'enceinte hélicoïdale 1. Le cône extérieur 6 est relié à un conduit tubulaire 8 supporté de manière rotative par un palier 9 et communique, via une boîte rotative 9', avec un conduit 10 d'entrée de fluide à traiter F. Côté aval de l'enceinte hélicoïdale 1, les cylindres 2,3 sont reliés à un dispositif de collecte des particules lourdes et légères, constitué de doubles cônes coaxiaux convergents 11 et 12, symétriques des doubles cônes 5,6, ctest-à-dire ménageant entre le cône interne 11 et le cône externe 12 une zone 13 à section constante. Le cône interne 11 est muni à son sommet d'un orifice 14 de collecte des particules les plus légères 15 acheminées le long du cône 11. Ces particules légères 15 traversent le cône 11, le cylindre 2, le cône 5 et sont évacuées en 16 par un conduit 17 disposé à l'intérieur du conduit 8. Les particules lourdes 18 sont acheminées le long du cône 12 en direction d'un passage annulaire ménagé entre un conduit tubulaire 19 relié au cône extérieur 12 et un conduit interne coaxial 20. Ledit passage annulaire communique, via une boite rotative 9', avec un conduit 21 d'évacuation des produits lourds 18. Le conduit 19 est supporté par un palier rotatif 9 et délivre à son extrémité externe le fluide avec les particules acceptées (22). Dans le mode de réalisation: décrit et représenté, le dispositif est entraîné en rotation par l'intermédiaire d'une poulie 23 calée sur le conduit 8 et mue par un moyen moteur approprié (non représenté). L'enceinte hélicoïdale 1 présente une section, prise le long d'une génératrice des cylindres 2 et 3, rectangulaire dont la largeur 1 (intervalle entre les deux cylindres 2,3) est de préférence plusieurs fois inférieure à la longueur L. La vitesse du fluide, environ 2 m/s, vient s'ajouter à la vitesse de rotation de l'appareil. A la sortie de l'enceinte hélicoïdale 1, les particules lourdes et/ou les particules volumineuse sont à l'extérieur et celles dont la densité est inférieure à celle du fluide sont à 1' intérieur. La séparation s'accentue entre les deux cônes 11 et 12 du fait de la divergence effectuée à section constante, donc sans turbulence. Les particules lourdes 18 sont évacuées par le conduit 21, les légères 15 par le conduit 16 et les acceptées (22) par le conduit 20. A titre d'exemple, pour un diamètre extérieur (cylindre 3) de 250 mm et un diamètre intérieur (cylindre 2) de 200 mm, une hélice 1 de pas 150 mm, avec un fluide à 2 m/s, on peut traiter 27 m3/H sous une accélération de 180 g à 1000 t/min. I1 est admis que les particules lourdes et légères présentes dans les rejets d'épuration classique ont une vitesse de migration radiale de l'ordre de 5 mm/s, ce qui nécessitera un séjour de 5 s correspondant à une longueur d'hélice 1 de 10 mètres, soit'une longueur de corps d'appareil (cylindres 2, 3) de 2 mètres. En maintenant la section d'origine (zone 13) constante par rapport au cône extérieur 12 pour éviter toute turbulence, on obtient théoriquement au centre un volume de révolution de section hyperbolique que l'on peut assimiler à un cône. Le cône intérieur 11 conduit les éléments légers vers le centre aidé en celà par la force centripète. La différence de surface des sections à l'origine de ces deux cônes (11,12) est un élément extrêmement favorable, car la section du cône intérieur 11 décroit plus vite que celle de l'extérieur (12), ce qui tend à concentrer les impuretés légères vers le sommet du cône intérieur 11. Les avantages principaux du dispositif de l'invention par rapport aux appareils existants sont 1) Absence de turbulence, 2) Pertes de charges très faible, 3) Pas de colmatage, 4) Coût de réalisation moins élevé. Au lieu ou en complément de l'orifice de passage 14, le cône interne 11 peut être muni d'orifices ménagés le long de génératrices dudit cône 11. De même, au lieu ou en complément du passage annulaire d'évacuation des particules lourdes entre les conduits 19 et 20, le cône externe 12 peut être muni d'orifices ménagés le long de génératrices dudit cône 12. Un moyen d'évacuation par aspiration des particules légères 15 peut être installé à l'extrémité du conduit 16. On peut par ailleurs utiliser le dispositif décrit et représenté en statique, c'est-à-dire sans entraînement en rotation, ou concevoir un dispositif essentiellement fixe. L'invention s'applique à l'épuration de fluides aussi bien liquides que gazeux. REVENDICATIONS ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ . ~ ~ ~ . ~ ~ . ~ 1. Procédé de séparation de produits particulaires de densités différentes en suspension dans un fluide, caractérisé en ce qu'il consiste à faire s'écouler le fluide suivant une veine de forme hélicoïdale et de section constante, dans une enceinte appropriée (1) et à recueillir à la sortie de ladite enceinte (1), du côté extérieur, les particules les plus lourdes (18) entraînées par les forces centrifuges et, du côté intérieur, les particules les plus légères (15) entraînées par les forces centripètes. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend - une enceinte (1) de forme hélicoïdale et de section constante, - des moyens (5,6) pour acheminer le fluide à traiter à l'entrée de ladite enceinte (1), et - des moyens (11,12) de collecte, à la sortie de ladite enceinte (1), d'une part, desdites particules les plus lourdes (18) et, d'autre part, desdites particules les plus légères (15). 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ladite enceinte de forme hélicoïdale (1) est constituée par deux cylindres coaxiaux (2,3), de même longueur, dans l'intervalle desquels est agencée une cloison (4) en hélice de pas constant. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la section de ladite enceinte (1), prise dans un plan contenant l'axe desdits cylindres (2,3) est un rectangle dont la longueur (L), prise selon une génératrice des cylindres, est plusieurs fois supérieure à la largeur (1). 5. Dispositif suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les moyens pour acheminer le fluide à traiter à l'entrée de l'enceinte (1) sont constitués par un dispositif à doubles cônes coaxiaux divergents dont l'intervalle présente une section constante (5,6). 6. Dispositif suivant l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les moyens de collecte à la sortie de l'enceinte (1) sont constitués par un dispositif à doubles cônes coaxiaux convergents dont l'intervalle présente une section constante (11,12). 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le cône intérieur (11) est muni, à son sommet et/ou le long de ses génératrices, d'au moins un orifice (14) d'évacuation des particules légères (15). 8. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le cône extérieur (12) est muni, à son sommet et/ou le long de ses génératrices, d'au moins un orifice d'évacuation des particules les plus lourdes (18). 9. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens d'évacuation des particules légères (15) par aspiration, par l'intermédiaire d'un conduit (16) coaxial à l'enceinte (1), relié audit cône intérieur (11) et au cylindre interne (2) de ladite enceinte. 10. Dispositif suivant l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (23) d'entraînement en rotation de ladite enceinte (1) autour de son axe.