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Perfectionnements aux procédés et dispositifs pour épurer, en continu, des suspensions et des schlamms, notamment dans 1'industrie du papier.
La présente invention est relative à un procédé et à des dispositifs pour épurer, d'une manière continue, des suspensions et des schlamms, plus spécialement les matières fibreuses de l'industrie du papier, dans un appareil centri- . fuge dont la paroi extérieure est fixe et dirige les matières à épurer, et elle a pour but de rendre le centrifugeage tel qu'il ne doive pas être interrompu pour permettre la vidange temporaire des parties lourdes accumulées dans les chambres de la centrifuge.
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Dans les centrifuges connues, il se forme le long de la paroi pleine du tambour rotatif un matelas solide et dense de fibres dans et sur lequel les impuretés lourdes s'ac- cumulent. Ceci présente l'inconvénient que le tambour rotatif se remplit, après une certaine durée de fonctionnement, avec les particules d'impuretés, ainsi retenues et que l'on doit alors arrêter la centrifuge pour permettre son nettoyage.
On connait également des centrifuges, qui agissent comme des séparateurs ou trieurs par effet centrifuge et dans lesquelles la suspension de matières est chassée au travers d'un tambour perforé tournant à grande vitesse. Dans ces dis- positifs la séparation des impuretés se fait seulement en con- cordance avec les dimensions des orifices ménagés dans le tam- bour perforé. Dans ce cas les impuretés, considérées dans le sens de l'écoulement, sont retenues devant le tamis alors que les fibres fines le traversent. L'inconvénient de ces dispo- sitifs connus réside dans le fait que les tamis risquent sou- vent d'être bouchés.
On connaît également des centrifuges agissant comme séparateurs ou trieurs et dans lesquelles les matières ainsi que les impuretés spécifiquement plus lourdes traversent un tambour perforé, tournant à grande vitesse, pour aboutir dans une chambre se trouvant en dehors du tambour. Dans ce cas la séparation des impuretés se fait principalement par l'effet de la pesanteur le long d'une enveloppe qui va en s'élargissant coniquement vers une sortie. Dans la chambre extérieure de la centrifuge se trouvent par conséquent les impuretés et les matières à épurer et il n'existe aucune séparation spatiale entre elles. La paroi perforée a uniquement pour fonction de retenir les impuretés de plus grandes dimensions.
Comme les impuretés et les matières à épurer se trouvent les unes à côté des autres, on ne peut empêcher que des impuretés parviennent à atteindre la sortie pour les matières à épurer.
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Pour écarter ces inconvénients on propose, confor- mément à l'invention, de produire dans une enveloppe fixe et à l'aide d'un tambour rotatif perforé, un champ de centrifu- geage avec des zones intérieures et extérieures qui sont déli- mitées par la paroi du tambour et qui permet à la suspension contenant les impuretés spécifiquement plus légères et les impuretés lourdes de s'écouler axialement à l'intérieur du tambour alors que les impuretés spécifiquement plus lourdes passent au travers.des perforations du tambour vers l'exté- rieur. Il.est alors avantageux de maintenir la suspension contenant les impuretés lourdes sous forme d'un courant axial.
Comme, pour le procédé selon l'invention et contrai- rement aux méthodes connues, les chambres pour les matières à épurer et pour les impuretés à écarter sont nettement sé- parées les unes des autres, on obtient, avec un traitement continu, une séparation particulièrement efficace entre les matières à épurer et les impuretés.
Les matières épurées peuvent, sans devoir subir une épuration ultérieure, être utilisées directement pour le but envisagé. Dans le cas de l'épuration d' une suspension de pâte à papier, les matières épurées peuvent par exemple être introduites directement dans la machine à papier.
Pour le dispositif, qui sert à la mise en oeuvre du procédé faisant l'objet de l'invention, la suspension ou les schlamms à épurer sont introduits à proximité de l'axe dans l'enveloppe fixe et complètement fermée d'une centrifuge.
Dans l'enveloppe de la centrifuge on fait tourner à grande vitesse un tambour dont la paroi est perforée ou interrompue en plusieurs endroits. Le tambour entraîne les matières en rotation et subdivise la chambre de la centrifuge en deux zones de centrifugeagë séparées. La suspension à ,épurer pé- nètre, par une ouverture ménagée dans une paroi terminale de
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l'enveloppe, dans la zone interne de centrifugeage et s'écoule par l'autre extrémité lors de celle-ci en étant épurée.
Les impuretés traversent les orifices du tambour et s'accumulent sur la paroi externe de l'enveloppe sous forme d'une suspension de matières qui est également exposée à la force centrifuge et devient de plus en plus dense vers l'extérieur. Les impuretés sont évacuées directement, d'une manière continue ou inter- mittente, hors de la zone extérieure de centrifugeage.
Pour le dispositif selon l'invention, la sédimenta- tion dans la zone intérieure de centrifugeage le long du tam- bour peut être interrompue plusieurs fois par des surfaces substantiellement radiales et qui font dévier le courant de matières vers l'intérieur ou vers l'extérieur ce qui favorise la séparation des impuretés. Celles-ci sont retenues par les surfaces devant lesquelles on a prévu spécialement les perfora- tions du tambour au travers desquelles les impuretés aboutis- sent dans la zone extérieure. La sédimentation peut également se faire séparément et par section dans la zone extérieure, les matières lourdes étant par exemple recueillies par des nervures ou gradins prévus sur la paroi de la centrifuge pour être évacuées séparément à partir de ceux-ci.
Pour l'épuration on exploite la longueur des deux zones de centrifugeage pour la raison que les matières de la zone intérieure sont rapidement amenées, par une pompe, à la vitesse de rotation du tambour et sont évacuées hors de la centrifuge aussitôt après leur épuration. Pour un autre mode de réalisation de la centrifuge suivant lequel on donne une forme particulière, par exemple conique, à la paroi exté- rieure de la centrifuge, on peut augmenter la teneur en impure- tés dans la suspension contenant les impuretés lourdes et sor- tantdel'appareil.
De même, en établissant un circuit fermé dans la chambre interne de la centrifuge entre la zone inté- rieure et la zone extérieure et à nouveau vers l'entrée, on
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peut obtenir une marche bien déterminée, pour le centrifu- geage et la sédimentation ainsi que pour l'évacuation des im- puretés.
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemple et schématiquement, plusieurs modes de réalisation de l'inven-. tion.
La Fig. 1 montre, en coupe axiale verticale, une centrifuge établie selon l'invention.
Les Figs. 2 et 3 montrent, en vue de côté, des cen- trifuges avec des enveloppes ayant des formes différentes.
Les Figs. 4 et 5 montrent, en coupe axiale verticale, des centrifuges avec des moyens différents pour diriger les matières.
La Fig. 6 montre, en coupe axiale verticale, une centrifuge établie selon un autre mode de réalisation.
La Fig. 7 montre, en coupe transversale, un tambour de centrifuge.
La Fig. 8 montre, en élévation, un tambour de cen- trifuge.
L'appareil centrifuge est constitué, par exemple, par une enveloppe cylindrique 1 dans laquelle la suspension est introduite par une paroi terminale,,2 à l'aide d'un coude tubu- laire 3. La sortie des matières a lieu par la paroi terminale opposée 4 et par le coude 5. Dans l'enveloppe est loge un arbre rotatif 6 qui repose dans des paliers extérieurs et qui est entraîné rapidement par une force motrice appropriée. A l'intérieur de l'enveloppe fixe l'arbre 6 porte l'élément re- fouleur 7 et, à l'aide des bras radiaux 8, le tambour perforé 9 pour le centrifugeage. Pour accélérer le mouvement de ro- tation des matières, admises par le coude 3, on constitue les bras qui se trouvent du côté de la tête de l'élément 7 sous forme d'ailettes 10.
Il est avantageux de prévoir, à l'extrémité arrière du tambour rotatif 9, ou bien sur le tambour lui-même ou sur
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l'enveloppe 1, un rebord dirigé vers l'intérieur ou d'agencer la sortie des matières de manière que l'espace libre de l'ou- verture de sortie de l'enveloppe soit plus petit que le diamé- tre intérieur du tambour rotatif. De cette manière, il se forme, à l'intérieur du tambour et à proximité de sa paroi, une zone dans laquelle la vitesse d'écoulement, dans le sens axial, est plus petite et dans laquelle les impuretés à séparer vien- nent au repos et peuvent être projetées radialement vers l'ex- térieur.
L'ouverture d'admission dans l'enveloppe a une section transversale plus petite que celle de l'ouverture de sortie afin de pouvoir utiliser ainsi la surpression des matières évacuées et la force vive transmise à ces matières pour obte- nir la propulsion de la suspension.
Dans la partie extérieure de l'enveloppe débouche un tube 11 pour permettre la vidage de la suspension accumulée dans celle-ci et contenant les impuretés lourdes. La vidange peut se faire, ou bien, par petites quantités et d'une manière continue, ou bien, en ouvrant de temps en temps le robinet quand des grandes quantités d'impuretés se sont accumulées dans ladite partie extérieure.
L'élément refouleur rotatif ou fixe 7 oblige les matières entrant dans l'appareil à s'écarter vers l'extérieur pendant qu'elles s'écoulent axialement de sorte que ces ma- tières arrivent dans la zone d'influence du tambour rotatif 9 pour être entrainées en rotation dans cette zone. Par le cou- rant de matières, qui suit, celles-ci avancent le long du tam- bour avec paroi perforée et remplit l'espace interne de toute l'enveloppe fermée 1 de l'appareil centrifuge. En passant dans la zone de centrifugeage le long de la paroi du tambour, qui est perforée par exemple, il se produit un épaississement de la suspension vers la paroi extérieure mais qui ne se poursuit que jusqu'au moment où tout épaississement plus important est
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empêché par les tourbillons qui se produisent à proximité de la paroi fixe.
Les impuretés lourdes, que contient le courant de matières, sont évacuées par les orifices ou perforations de la paroi du tambour et elles s'accumulent dans la suspen- sion qui se trouve entre la paroi fixe et la paroi rotative du tambour. Les matières épurées s'écoulent, par contre, le long de la paroi interne du tambour perforé jusqu'à l'autre extré- mité de l'enveloppe fermée et elles s'écoulent par une ouver- ture ménagée dans la paroi terminale correspondante.
Il est avantageux de soumettre d'abord les matières introduites à l'aide d'un dispositif à aubes sensiblement ra- diales 10 à une vitesse angulaire égale ou, pour ainsi dire égale, à.celle du tambour perforé rotatif. De cette manière on donne déjà la vitesse nécessaire aux.matières à l'entrée du tambour rotatif cette vitesse étant transmise à la suspension à épurer de sorte que l'on peut utiliser toute la longueur du tambour pour obtenir la séparation des parties lourdes. L'en- veloppe fixe peut également être constituée de manière que les impuretés séparées s'accumulent .autant que possible au voisi- nage du raccord du tube.11. Sur la fig. 2 la paroi extérieure de l'enveloppe 31 a une forme conique.
Le tube 11 débouche à l'endroit où la section du cône est la plus grande et où. les impuretés s'accumulent principalement. Le tambour perforé 39 peut également avoir une forme conique. -
Il est avantageux de donner à la paroi extérieure de l'enveloppe une forme évasée non pas vers la sortie, mais bien vers l'entrée, afin que l'endroit où s'accumulent les impuretés se trouve aussi éloigné que possible de la sortie des matières épurées.
La fig. 3, montre une centrifuge de ce genre dont la paroi extérieure 32 forme des gradins. A l'extrémité de chaque ,gradin est raccordé un tube 11. La paroi extérieure cylindrique ,
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peut être remplacée par une paroi conique à gradins ou de toute autre forme appropriée, (fi g.5). Un autre perfectionne- ment du traitement d'épuration est obtenu en établissant des bagues ou nervures 12 à l'intérieur du tambour rotatif 38 ou également des nervures annulaires 14 à l'intérieur de la paroi extérieure fixe 1, (fig.4). Dans ce cas, l'élément de refou- lement 37 porte des bagues 13 et le tambour rotatif 38 des bagues ou nervures 12 faisant saillie vers l'intérieur et dont les bords dirigent les matières alternativement vers l'intérieur et vers l'extérieur.
Les matières en écoulement sont retenues par ces bagues de sorte que la vitesse d'écoulement est dimi- nuée et que des tourbillons se produisent suivant les faces latérales de ces bagues ce qui favorise le dépôt des impuretés devant celles-ci et leur passage au travers des perforations du tambour.
Avantageusement on élargit les bagues 12 coniquement dans le sens de l'écoulement axial afin que des particules lourdes puissent se séparer des matières passant par dessus les bords des bagues, derrière celles-ci.
La subdivision de la zone extérieure de centrifugeage par des nervures annulaires 14 est également avantageuse pour empêcher un glissement des impuretés le long de la paroi exté- rieure vers la sortie des matières épurées. La plus grande partie des impuretés se séparent dans la première section de la zone extérieure, alors que des quantités plus petites d'im- puretés sont évacuées par les tubes 11 des sections qui se trouvent plus près de la sortie. Par la présence des bagues 12 et 14, la quantité d'impuretés est ramenée dans la section qui se trouve en avant de chacune de celles-ci et dans laquelle elles avaient été séparées de sorte que les impuretés, une fois qu'elles ont été séparées, ne peuvent plus atteindre l'extrémité
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de sortie de la centrifuge.
Selon la fig. 5 on subdivise l'enveloppe fixe en plusieurs parties coniques. Pour obtenir les avantages sus- dits, les parties coniques de l'enveloppe vont en s'élargis- sant vers la sortie des matières épurées et elles sont raccor- dées entre elles par des surfaces radiales. Les tubes 11 dé- bouchent au fond de la centrifuge respectivement en amont des surfaces radiales. ;Avantageusement, on établit également sur la face externe du tambour 36 des nervures radiales 15 par lesquelles les particules lourdes séparées dans la zone extérieure sont dirigées vers la paroi externe.
Pour faciliter le passage des particules lourdes au travers du tambour on peut monter l'axe de rotation de celui-ci dans l'enveloppe d'une manière faiblement excentrée afin que l'on obtienne ainsi, alternativement, une diminution et une augmentation de la pression à la périphérie du tambour.
Selon la fig. 5, on constitue Isolément de refou- lement 35 du côté de l'entrée sous forme d'un rotor de pompe 34. Un autre mode de réalisation, pour diriger les matières dans la zone intérieure du tambour 36, consiste à établir .alternativement des chicanes radiales 16 entre le tambour 36 et l'élément de refoulement 35. Dans ces chicanes sont prévus des orifices 17 qui, alternativement, se¯trouvent à proximité du tambour 36 et de Isolément 35 ou au milieu entre ces deux pièces de manière à former des passages pour la ma- tière qui se trouvent à des distances différentes de l'axe de rotation de sorte que l'on obtient la séparation des impuretés même les plus fines ou dont le poids spécifique est voisin de celui des matières fibreuses.
La fig. 6 montre un mode de réalisation de l'enve- loppe 31 avec une entrée spiraloïde 18 et une sortie spiraloïde
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19 pour les matières. Ceci permet d'utiliser la vitesse des matières admises pour donner aux matières ayant pénétré dans l'appareil, un mouvement circulaire ce qui permet une écono- mie d'énergie. En donnant à la sortie une forme spiralolde on peut obtenir une pression d'évacuation plus élevée. Pour ce mode de réalisation on donne, par exemple, à l'enveloppe 3 une forme qui est d'abord faiblement et ensuite fortement éva- sée vers l'entrée de manière à former ainsi un élargissement annulaire 20 hors de laquelle les impuretés sont évacuées par le tube 11.
Pour retenir les particules légères on entoure l'axe d'un tube conique 21 qui recueille les impuretés légères lesquelles ont une tendance à se rapprocher de l'axe par suite de l'effet centrifuge, de sorte que, ces impuretés peuvent être évacuées par le tube 22.
Le tambour perforé et rotatif 9 peut également être constitué de différentes manières suivant la nature de la suspension à épurer. Quand il s'agit de séparer des impuretés très fines, il suffit d'utiliser une paroi percée de petits trous. Par contre pour épurer des matières contenant des im- puretés grossières on doit prévoir des perforations plus gran- des.
Pour épurer des matières contenant de faibles quan- tités d'impuretés il suffit de ménager, dans le tambour per- foré, une série périphérique de trous ayant un diamètre ap- proprié, un peu en avant des nervures 23 faisant saillie vers l'intérieur. On obtient également de bons résultats en éta- blissan:t sur la face interne ou externe du tambour des ner- vures axiales et en ménageant dans sa paroi des rainures péri- phériques ou des fentes obtenues par fraisage.
Un mode de réalisation avantageux d'un tambour de centrifuge est montré sur la fig. 7. Des bagues 24, qui ser- vent à retenir les impuretés de la suspension, portent des
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lattes 25 établies axialement et laissant entre elles des fentes au travers desquelles les parties lourdes peuvent passer.
On évite une circulation indésirable des matières depuis la zone extérieure de centrifugeage vers la zone in- térieure, plus spécialement à l'extrémité de sortie du tam- bour rotatif 29, en munissant le tambour rotatif 29 à ses extrémités de rebords annulaires 26 qui se trouvent en regard de rebords rabattus vers l'intérieur de l'enveloppe 33.
La fig. 8 montre que les faces externes des bagues 26 comportent des rainures 27 ou des nervures correspondantes, qui sont orientées, en substance, radialement, En donnant à ces bagues une largeur appropriée, il est possible de provo- quer un écoulement entre le rebord de l'enveloppe 33 et le rebord rotatif 26 pour refouler les matières épurées hors de la zone interne dans la zone externe, de sorte qu'il devient impossible que des impuretés séparées puissent passer depuis l'extérieur vers l'intérieur dans les matières épurées.
Le passage des impuretés :au travers du'tambour et une amélioration de l'épuration des matières triées c'est-à- dire un accroissement du rendement peuvent être obtenus en établissant une liaison par un tube 28 entre la zone extérieure et l'entrée des matières (fig.6) passage au travers duquel une certaine quantité de matières partiellement épurées est souti- rée constamment hors de la face externe de l'enveloppe et est ramenée vers l'entrée. Dans ce cas, il est avantageux que cette quantité de matières ne soit pas prise à la face externe de l'enveloppe, où se produit l'accumulation de la plus grande partie des impuretés, mais bien en une partie de l'enveloppe qui se trouve plus prèsde l'axe de rotation.
D'autre part, il est également possible de soutirer constamment un courant de matières en un point de la face exter- ne de l'enveloppe de la centrifuge et d'épurer ce courant dans'
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un deuxième appareil, les matières épurées étant ou bien ra- menées à l'entrée de la première centrifuge ou bien étant uti- lisées directement pour le traitement ultérieur. Dans les gran- des installations on peut également établir plusieurs centri- fuges en parallèle, lesquelles alimentent, le cas échéant, une centrifuge finale commune ou tout autre dispositif d'épuration.
Un autre traitement consiste à introduire de l'eau sous pression dans la zone d'épuration extérieure de la centri- fuge. Cette eau peut alors entraîner les matières lourdes sé- parées hors des matières fibreuses épurées, ce qui permet de diminuer la quantité de matières fibreuses évacuées hors de la centrifuge, en même temps que les impuretés lourdes. Le traitement de centrifugeage selon l'invention convient non seulement à l'épuration de matières fibreuses, mais également à celle d'autres suspensions ou schlamms de toute nature, par exemple à l'épuration du kaolin.