"Appareil pour l'extraction au moyen d'un liquide
de produits faisant partie de matières solides" <EMI ID=1.1>
La présente invention est relative à un tambour rotatif permettant le lessivage en contre-courant de matières solides par un liquide dans le but d'en extraire un ou plusieurs composants, spécialement le saccharose des betteraves ou des cannes à sucre.
On connaît divers appareils constitués par un tambour rotatif dont l'axe est horizontal ou légèrement incliné et dans lequel les matières solides et le liquide circulent en sens opposés grâce à une construction appropriées par exemple celle décrite dans les brevets belges n[deg.] 367.630 et 371.926. Cet appareil consiste en un tambour rotatif horizontal de grand diamètre, séparé en compartiments successifs par une cloison intérieure en forme d'hélicolde et par un ensemble de grilles et/ou de tôles perforées se trouvant dans un plan diamétral. La rotation du tambour autour de son axe provoque la translation axiale du liquide, lequel en occupe la partie inférieure et suit l'hélicoïde en passant
au travers des grilles, mais à chaque demi-tour du tambour, les grilles arrêtent les matières solides, les élèvent jusqu'à la partie supérieure du tambour et les font glisser dans la spire précédente au travers des couloirs aménagés sur le plan diamétral et dirigés à contresens de 1 'hélicoïde. A chaque révolution complète, les matières solides
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extrémité amont, c'est à dire à la même vitesse que le liquide, mais
en sens inverse. Une caractéristique de cet appareil est que la position des grilles dans un plan diamétral - que les matières solides ne peuvent traverser - a pour effet de diviser le tambour en deux parties qui doivent être alimentées alternativement en matières solides à chaque demi-tour du tambour. Dans une réalisation ultérieure décrite dans
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est à double entrée, ce qui a pour effet de doubler la vitesse de translation du liquide par rapport à celle des matières solides. Le temps de séjour du liquide dans le tambour est réduit de moitié, ce qui est utile lorsque le liquide se corrompt rapidement, comme c'est le cas pour les jus sucrés. Dans cet appareil, en plus des deux circuits partiels de matières solides, le liquide est donc séparé en deux flux parallèles qui ne se mélangent jamais.
Ces appareils présentent plusieurs inconvénients:
a) les couloirs dans lesquels les matières solides doivent glisser à contresens de l'hélicoïde s'engorgent facilement; pour l'éviter il faut que leur pente soit suffisante, ce qui nécessite un tambour de grand diamètre, et que la vitesse de rotation soit modérée, ce qui limite la capacité de l'appareil; b) il n'est pas possible de réaliser parfaitement le principe du contre-courant parce que la présence de deux circuits distincts de matières solides, lesquelles sont immergées alternativement dans chacun des deux flux de liquide, fait que les matières solides d'un même circuit n'entrent en contact avec le même flux de liquide qu'une fois tous les deux tours du tambour;
o) la séparation du liquide et des matières solides est incomplète
parce que ces dernières sont arrêtées par les grilles et/ou tôles perforées diamétrales comme par une herse verticale contre laquelle elles s'entassent en une masse compacte qui s'oppose au passage du liquide; d) la position des grilles et/ou tôles perforées dans un plan diamétral et la présence des couloirs qui encombrent la partie axiale de l'appareil limitent géométriquement la surface qu'il est possible de leur donner; e) lorsque le plan diamétral a dépassé l'horizontale, le liquide qui continue à s'écouler des matières solides émergées ne s'en sépare plus mais, attiré par la pente du plan diamétral, il les précède dans la direction où elles vont glisser.
Pour remédier au défaut de séparation des matières solides et du liquide, certaines réalisations de cet appareil ont été pourvues de tôles perforées se prolongeant le long de la paroi du tambour et des
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face et constituant des "épis" perpendiculaires à l'axe du tambour, qui divisent les compartiments dans le sens de la largeur. Pour remédier à l'engorgement des couloirs, dana une modification de ces appareils décrite dans les brevets belges n[deg.] 711.219 et 728.417, ce sont les
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à contresens de celui-ci dans des couloirs radiaux, tandis que le plan diamétral séparant les deux circuits de matières solides et la présence de deux flux parallèles de liquide sont maintenus. Il faut cependant remarquer que des tambours rotatifs présentant la caractéristique, revendiquée dans lesdits brevets, que l'entrée des matières solides
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côté aval étaient déjà connus antérieurement, par exemple dans le certificat d'auteur soviétique n[deg.] 76.594. L'appareil décrit dans les brevets belges n[deg.] 711.219 et 728.417 présente l'inconvénient supplémentaire que les matières solides soulevées à la partie supérieure du tambour par le plan diamétral précité ne sont plus freinées par le passage dans les couloirs et glissent brusquement en une masse compacte qui se disperse mal dans le liquide et forme même souvent un "dôme" qui n'est pas immergé.
Une tentative pour remédier aux inconvénients du plan diamétral est décrite dans le brevet italien n[deg.] 478.054* Les grilles sont disposées non plus diamétralement mais suivant une corde; elles sont doublées par une tôle pleine qui leur est presque parallèle et sont décalées de 45[deg.] les unes par rapport aux autres de telle sorte que la vitesse de déplacement des matières solides par rapport au tambour soit les 7/9 de celle du liquide. Ce système présente le grave inconvénient de compliquer inutilement le transfert du liquide d'un compartiment
à l'autre, lequel doit se faire au travers de multiples tuyauteries extérieures à l'enveloppe du tambour, lesquelles risquent de s'obstruer si des matières solides viennent s'y accumuler.
Dans le certificat d'auteur soviétique n[deg.] 76.594 déjà cité, est décrit un tambour rotatif dont les grilles sont diamétralement opposées mais ont la forme de tremplins sur lesquels les matières solides sont soulevées tandis que le liquide traverse la grille, tombe dans la chambre qui se trouve sous la tremplin, est arrêté par une paroi pleine et refoulé dans la spire précédente au travers d'une éohanorure ménagée dans la paroi de l'hélicoïde. Sous l'effet de la rotation du tambour, les matières solides franchissent alors le tremplin en glissant sur les grilles et retombent au-delà de la paroi pleine dans la partie inférieure du tambour, dans une autre fraction du liquide.
Cet appareil présente le défaut que la hauteur du tremplin - qui détermine le niveau maximum du liquide - est insuffisante parce que les rubans en hélice qui sont fixés sur la face interne du tambour laissent ouverte sa partie axiale. De plus, aucun dispositif n'est prévu pour éviter que le liquide entraîné par son inertie ne franchisse lui-même le tremplin en même temps que les matières solides. Un tel tambour ne peut donc tourner
que très lentement avec un faible coefficient de remplissage et sa productivité est très insuffisante.
Dans le certificat d'auteur soviétique n[deg.] 135.425 est décrit un appareil présentant de grandes similitudes avec le précédent dans son principe, mais qui utilise un hélicoïde à double entrée. Les matières solides sont soulevées par des tamis plans, dont la section perpendiculairement à l'axe du tambour occupe la position d'une corde, glissent sur ceux-ci sous l'effet de la rotation du tambour, tandis que le liquide qui les a traversés est arrêté par une paroi pleine et traverse deux fois la paroi de 1 'hélicoïde grâce à des canaux radiaux. Par rapport à celui décrit dans le certificat d'auteur soviétique n[deg.] 76.594, cet appareil présente l'avantage d'une meilleure utilisation du volume de l'appareil. Cependant, l'adoption d'un hélicoïde à double entrée
.
complique beaucoup la construction et le fait que les tamis plans occupent une position en retrait ne remédie pas aux défauts déjà cités des surfaces perforées diamétrales. De plus, le glissement des matières solides sur les surfaces perforées doit être évité à cause de l'érosion qu'il provoque et, spécialement s'il s'agit de oossettes de betteraves, parce qu'il a pour effet de les briser et de diminuer leur perméabilité.
La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients énumérés plus haut, c'est à dire essentiellement d'améliorer la séparation du liquide et des matières solides, de provoquer la chute des matières solides d'une manière progressive en évitant qu'elles ne glissent sur les surfaces perforées et de permettre une vitesse de rotation plus élevée, ce qui réduit leur durée de séjour et augmente
la oapacité de production de l'appareil. Un autre but de l'invention est de simplifier la construction et de réduire le prix de l'appareil.
L'appareil selon l'invention comprend un tambour cylindrique rotatif dont l'axe est horizontal ou légèrement incliné, muni d'une cloison intérieure sensiblement en forme d'hélicoïde, constituant une vis transporteuse et ci-après dénommée cloison hélicoïdale, définissant un certain nombre de spires et contenant une succession d'éléments de construction servant soit à relever les matières solides hors du liquide, soit à les immerger dans une fraction du liquide moins riche en produits extraits, soit à assurer la progression du liquide en sens inverse des matières solides. Ces éléments de construction sont décalés d'un angle approprié les uns par rapport aux autres dans la partie médiane de l'appareil et sont précédés du côté amont de la cloison hélicoïdale
par une spire d'entrée des matières solides et de sortie du liquide
et suivis du côté aval par une spire de sortie des matières solides
et d'entrée du liquide, ces deux spires contenant des éléments de construction modifiés. La description qui suit fait référence aux <EMI ID=7.1>
- les figures 1 à 4 représentent les projections sur un plan perpendiculaire à l'axe du tambour de diverses formes des éléments de construction servant à relever les matières solides hors du liquide;
- les figures 5 et 6 représentent les projections sur un plan perpendiculaire à l'axe du tambour de deux formes des éléments de construction servant à immerger les matières solides dans une fraction du liquide moins riche en produits extraits;
- les figures 7 et 8 représentent les projections sur un plan perpendiculaire à l'axe du tambour de deux éléments de construction consécutifs servant à relever les matières solides hors du liquide et l'angle qu'ils font entre eux;
- les figures 9 à 11 représentent, sous une forme déroulée, une portion de la surface cylindrique du tambour pour diverses valeurs préférées de l'angle que font entre eux les éléments de construction consécutifs servant à relever les matières solides hors du liquide, respectivement
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- la figure 12 correspond à la figure 11 avec une cloison hélicoïdale modifiée;
- les figures 13 et 14 représentent les vues, respectivement en élévation et en coupe, du tambour pour un angle de 180[deg.] entre les éléments de construction consécutifs servant à relever les matières solides hors du liquide;
- la figure 15 correspond à la figure 14 pour un angle de 186[deg.];
- la figure 16 représente la vue en coupe du tambour pour un angle de 244[deg.]
- les figures 17 et 18 représentent les vues, respectivement en coupe et en élévation, du tambour pour un angle de 360[deg.];
- la figure 19 représente la vue en coupe du tambour pour un angle de 3720;
- les figures 20 et 21 représentent les vues en coupe des éléments de construction modifiés respectivement dans la spire d'entrée des matières solides et de sortie du liquide et dans la spire de sortie des matières solides et d'entrée du liquide;
- les figures 22 et 23 représentent les vues en perspective et en élévation d'une partie des éléments de construction qui assurent la progression du liquide en sens inverse des matières solides.
Dans les différentes figures, les mêmes chiffres de référence désignent des éléments identiques ou homologues.
On décrira d'abord les éléments de construction qui se trouvent dans la partie médiane de l'appareil. Entre les spires de la cloison hélicoïdale se trouvent des éléments de relevage des matières solides dont la section suivant un plan perpendiculaire à l'axe du tambour est courbe, par exemple celui représenté en 1 dans la figure 1, suivis chacun par une paroi transversale 4 en forme de digue qui arrête le liquide. L'élément de relevage est fixé au tambour au point 2 et se rapproche progressivement du centre jusqu'au point 3, en soulevant pendant la rotation du tambour les matières solides hors du liquide, lequel se rassemble dans la chambre 7 et est arrêté par la digue 4,
qui est fixée de façon étanche au tambour au point 5. Sous l'effet
de la rotation du tambour, la digue refoule le liquide dans une spire précédente au travers d'un couloir qui traverse la cloison hélicoïdale. Au moins un des éléments de relevage présente une courbure telle qu'au cours de la rotation du tambour les matières solides soulevées hors du liquide s'éboulent progressivement par fractions successives au-delà
de la digue sans glissement sur l'élément de relevage, au point 6.
Au moins un des éléments de relevage possède au moins un point d'attache avec la digue.
La projection sur un plan perpendiculaire à l'axe du tambour d'au moins un des éléments de relevage correspond à une portion de courbe telle qu'une droite tangente à ladite courbe balaie un angle d'au moins 90[deg.] en glissant d'une extrémité à l'autre de l'élément de relevage, c'est à dire que l'extrémité 2 est verticale ou a déjà dépassé la verticale lorsque l'extrémité 3 atteint l'horizontale, de telle sorte que le poids des matières solides se trouvant à proximité du point 3 empêche les matières solides se trouvant à proximité du point 2 de glisser sur l'élément de relevage. Lesdites matières solides sont donc obligées de s'ébouler au fur et à mesure que chaque section de la courbe atteint leur angle de talus
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plan perpendiculaire à l'axe du tambour d'au moins un des éléments de relevage correspond sensiblement à une portion de spirale, de préférence concentrique au tambour, s'inscrivant dans un angle au centre compris
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et dont l'autre se situe à une distance de l'axe du tambour comprise entre le tiers et les trois quarts du rayon. La spirale peut bien entendu être une spirale d'Arohimède ou une spirale logarithmique.
Au moins une des digues peut être prolongée au-delà de son point d'attache avec l'élément de relevage jusqu'à une distance de l'axe du tambour inférieure au tiers du rayon, de manière à arrêter également tout ou partie des matières solides, ainsi que cela est montré en 8 dans la figure 2, ce qui augmente la quantité de matières solides susceptible d'être retenue par l'élément de relevage. Afin de faciliter la séparation du liquide, le prolongement de la digue au-delà du point d'attache avec l'élément de relevage peut être double, c'est à dire formé d'une face intérieure 9 susceptible d'être traversée par le liquide, laquelle est reliée à l'élément de relevage 13 et d'une face extérieure pleine
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ainsi que cela est représenté dans la figure 3, ce qui revient à dire que l'élément de relevage est également prolongé jusqu'à une distance de l'axe du tambour égale à celle atteinte par la digue.
Les faces 9 et 11 ne doivent pas nécessairement être parallèles et radiales comme elles sont représentées dans la figure 3, mais peuvent être d'inclinaison et/ou de forme différente. En effet, le renversement des matières solides se termine lorsque la position du tambour est telle que la face 9 fait avec l'horizontale un angle qui correspond à l'angle de talus naturel des matières solides et l'égouttage desdites matières solides cesse d'être utile lorsque la faoe 11 dépasse l'horizontale parce que le liquide s'écoule alors en direction du point 12 et rejoint les matières solides dont il vient de se séparer. Il en résulte que l'inclinaison des faces 9 et 11 doit être choisie selon le fonctionnement désiré et les caractéristiques des matières solides et du liquide.
Enfin, il peut être nécessaire de donner à ces faces une forme courbe pour éviter des angles morts nuisibles à un bon égouttage ou susceptibles de laisser stagner à certains endroits des matières solides si celles-ci peuvent se corrompre. En particulier, la courbure de la face 9 peut
se relier à celle de l'élément de relevage de manière à ne former
qu'un seul élément de construction 14, comme cela est montré dans la figure 4.
Il s'ensuit que, dans une forme de réalisation intéressante de l'invention, la projection sur un plan perpendiculaire à l'axe du tambour d'au moins un des éléments de relevage correspond sensiblement
à une portion d'ellipse, le cas échéant à une portion de cercle,
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préférence entre 90[deg.] et 180[deg.], dont une extrémité est fixée à la paroi du tambour et dont l'autre se situe à une distance de l'axe du tambour inférieure aux trois quarts du rayon, de préférence comprise entre
le dizième et le tiers du rayon.
La courbure des éléments de relevage peut aussi combiner une spirale et une ellipse, c'est à dire que la projection sur un plan perpendiculaire à l'axe du tambour d'au moins un des éléments de relevage correspond sensiblement à une portion; de spirale, de préférence concentrique au tambour, s'inscrivant dans un angle au centre compris
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et dont l'autre se prolonge par une portion d'ellipse; le cas échéant par une portion de cercle, s'inscrivant dans un angle au centre compris
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se situe à une distance de l'axe du tambour inférieure aux trois quarts du rayon, de préférence comprise entre le dizième et le tiers du rayon.
Comme il est montré dans les figures 3 et 4, l'élément de relevage et la digue ne sont pas réunis aux points 12 et 16, à l'exception des points d'attache qui seraient nécessaires pour assurer leur rigidité mécanique, mais au moins une ouverture formant avaloir pour le liquide est prévue entre la digue et l'extrémité de l'élément de relevage
la plus proche de l'axe du tambour. Ces ouvertures sont destinées à éviter que le liquide, entraîné par son inertie, ne franchisse la digue. La forme de la digue peut être choisie parmi une surface plane radiale, une surface plane oblique, une surface courbe, par exemple une surface dont la section suivant un plan perpendiculaire à l'axe du tambour est une portion de parabole, comme celle représentée en 15 dans la figure 4' Comme de telles surfaces courbes sont difficiles à réaliser en chaudronnerie industrielle, il suffit de s'en approcher en combinant des surfaces planes et des surfaces cylindriques assemblées par soudure. D'autres surfaces courbes analogues pourraient bien entendu être adoptées sans sortir du cadre de l'invention.
Au moins un des éléments de relevage est choisi parmi des grilles et des tôles perforées, de préférence en acier doux ou en acier inoxydable. Le côté concave d'au moins un des éléments de relevage peut comporter au moins un arrêt en forme d'éperon. Cet arrêt peut être constitué par un fer plat, en té ou cornière soudé sur l'élément
<EMI ID=16.1> peut aussi être constitué par un repli de la tôle perforée parallèle à l'axe du tambour dont le but est triple: éviter tout glissement des matières solides sur l'élément de relevage, augmenter la surface perforée et servir de raidisseur. Pour accélérer la séparation du liquide et
des matières solides, chaque surface de séparation peut encore comporter
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En provoquant l'éboulement progressif des matières solides par fractions successives, le risque de former un dôme de matières solides qui ne sont pas immergées est minime, mais pour l'éliminer entièrement, la structure interne du tambour comporte au moins un élément de construction fixe, situé entre deux éléments de relevage consécutifs à une distance de la surface du tambour sensiblement égale à la hauteur maximum du mélange des matières solides immergées et du liquide.
Cet élément de construction constitue un obstacle passant pendant la rotation du tambour au-dessus de la surface du liquide et/ou dans la couche supérieure de celui-ci, dans le but de balayer le dôme éventuel de matières solides émergées ou d'en disloquer la base. La forme de cet élément de construction dépend de la distance séparant les deux éléments de relevage consécutifs et peut être choisie parmi une surface
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du tambour, une surface courbe dont la courbure est de préférence concentrique au tambour (18, fig.6) et un ensemble de surfaces planes constituant un angle polyèdre, dont le côté concave est tourné vers l'élément de relevage, par exemple l'angle tétraèdre dont une description précise est donnée plus loin. Cet élément de construction est constitué par au moins un élément choisi parmi des tôles pleines, des tôles perforées, des grilles et des barreaux.
On décrira à présent les éléments de construction modifiés qui
se trouvent aux deux extrémités du tambour. Du côté amont, la cloison hélicoïdale forme une spire d'entrée des matières solides, s'inscrivant dans un angle au centre compris entre 360[deg.] et 540[deg.] , de préférence entre
430[deg.] et 470[deg.], dont la largeur croit pendant la première révolution, qui contient un élément de relevage s'inscrivant dans un angle au centre d'au moins 240[deg.], de préférence entre 270[deg.] et 450[deg.], dont la largeur correspond à celle de la spire. La digue qui suit ledit élément de relevage est semblable à celles de la partie médiane du tambour.
Le tambour est clos à son extrémité par un disque perpendiculaire à son axe, percé d'une ouverture centrale par laquelle les matières solides sont introduites, de préférence de façon continue, par exemple en suspension dans un liquide de transport. Entre son point de contact avec le disque qui clôt le tambour et son premier point de contact avec la digue, la cloison hélicoïdale est perforée dans sa partie périphérique pour permettre l'écoulement du liquide séparé vers la chambre située sous l'élément de relevage. Le liquide de transport quitte le tambour par plusieurs ouvertures percées dans la paroi cylindrique, de préférence situées dans un même plan perpendiculaire
à l'axe du tambour, et est recueilli dans un collecteur semi-circulaire situé sous le tambour (69, fig.20). Aucun transfert de liquide n'est prévu entre la spire d'entrée et la suivante. Le liquide d'extraction arrivant de la partie médiane du tambour dans cette spire quitte le tambour par une ouverture (88, fig.23) dans la paroi cylindrique du tambour située à proximité de la spire d'entrée, sensiblement au droit de la digue, et est recueilli séparément dans un collectéur semicirculaire situé sous le tambour et accolé au précédent.
Du côté aval, la digue de la spire de sortie des matières solides est prolongée par une tôle recourbée qui entoure partiellement une
vis transporteuse concentrique au tambour et se raccorde à la cloison hélicoïdale de manière à refermer la spire de sortie sur elle-même
(73, fig.2l), de telle sorte qu'au cours de la rotation du tambour, les matières solides qui n'auraient pas été évacuées latéralement par la vis transporteuse sur laquelle elles s'éboulent, retombent sur le dernier élément de relevage. Le liquide est introduit, de préférence en continu, par l'axe creux de la vis transporteuse auquel correspond dans le tambour le conduit d'alimentation du liquide qui se termine sur la face aval de la digue précédant celle de la spire de sortie des matières solides (81, fig.23), d'où le liquide s'écoule par gravité alternativement en amont et en aval de ladite digue selon la position du tambour.
Si deux liquides de composition différente sont utilisés, un jeu de vannes extérieures commandé par la rotation du tambour peut les envoyer en alternance dans l'appareil, par exemple, dans le cas de l'extraction du saccharose des betteraves à sucre,
de l'eau fraîche en aval et de l'eau des presses en amont.
Les projections de deux éléments de relevage consécutifs sur un plan perpendiculaire à l'axe du tambour font entre elles un angle
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où se déplacent les matières solides. L'appareil selon l'invention peut être construit pour n'importe quelle valeur de l'angle alpha
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certaines valeurs sont beaucoup plus favorables que d'autres, tant
en ce qui concerne le prix de la construction que l'efficacité de l'extraction et la productivité de l'appareil. Le choix de l'&ngle alpha est donc très important et est déterminé par un certain nombre de conditions qui sont énoncées ci-dessous.
Pour équilibrer le couple de rotation, il est préférable que les éléments de relevage soient répartis uniformément autour de la circonférence du tambour, c'est à dire que le produit de l'angle alpha par le nombre des éléments de relevage soit proche d'un multiple de 3600 premier avec le nombre des éléments de relevage. Le choix est facilité si le nombre des éléments de relevage est lui-même premier.
Ainsi pour 31 éléments de relevage conviennent par exemple les angles
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solides se déplacent de l'élément de relevage dessiné en trait plein qui se trouve devant le plan de la figure, à l'élément de relevage dessiné en trait interrompu qui se trouve derrière le plan do la figure, est celui qu'il faut au tambour pour tourner d'un angle alpha. Mais le temps nécessaire au liquide pour effectuer le même trajet en <EMI ID=23.1>
liquide suit un chemin plus court qui traverse la cloison hélicoïdale par une échancrure située au point 20. Le temps de séjour du liquide et le temps de séjour des matières solides dans le tambour sont donc dans le rapport 360[deg.]- et Si l'angle alpha est 360[deg.], les échancrures dans la cloison hélicoïdale sont alignées le long d'une même génératrice du tambour et créent un court-circuit entre l'entrée et la sortie du liquide, dont la durée de séjour tend vers zéro, ce qu'il faut bien
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représenté dans la figure 8, le liquide traverse la cloison hélicoïdale au point 21 et parvient à la digue dessinée en trait plein après une
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mais pour compenser la translation axiale supplémentaire d'un pas dans le sens de l'hélicoïde subie par le liquide au cours de la rotation, il faut que celui-ci traverse en sens opposé deux fois la cloison hélicoïdale au point 21 au lieu d'une seule fois, ce qui nécessite un couloir au lieu d'une simple échancrure dans la cloison
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devrait traverser trois fois la cloison hélicoïdale et ainsi de suite.
Dans l'appareil selon l'invention, le rapport entre le temps de séjour du liquide et le temps de séjour des matières solides peut donc
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du liquide et celui des matières solides dans le tambour et n le nombre de fois que le liquide traverse la cloison hélicoïdale lorsqu'il est
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temps de séjour du liquide est (360-244)/244 - 0,475 fois celui des matières solides. Cette réduction du temps de séjour du liquide peut être utile lorsque celui-ci se corrompt rapidement, comme c'est le cas pour les jus sucrés.
Pour augmenter l'efficacité de l'appareil, il faut que le liquide séparé soit mis en contact avec une autre partie des matières solides sans délai d'attente, c'est à dire qu'il est préférable que l'angle alpha soit tel que l'éboulement progressif des matières solides sous l'effet de la rotation du tambour soit plus avancé dans la spire dans laquelle le liquide est refoulé que celui des matières solides dont il se sépare dans la spire qu'il quitte. Les valeurs de l'angle alpha qui réalisent le mieux cette condition dépendent de la nature des
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ou entre 3600 et 4500. Beaucoup d'autres éléments peuvent également influencer le choix de l'angle alpha, par exemple: des caractéristiques physiques, telles que la perméabilité des matières solides et le coefficient de diffusion du produit extrait; des caractéristiques mécaniques, telles que la géométrie de l'appareil, la facilité de construction ou d'accès pour les opérations d'entretien; des caractéristiques d'exploitation, telles que la vitesse de rotation du tambour, la durée optimum d'immersion unitaire des matières solides,
le degré d'extraction souhaité, etc.
De plus, les conditions d'extraction, qui varient sensiblement
le long du tambour en raison de la modification des propriétés physiques des matières solides et de l'augmentation suivant une loi exponentielle de la concentration du liquide en produit extrait, justifient dans certains cas une augmentation progressive de la durée unitaire des immersions vers l'aval de l'appareil d'extraotion, oe qui n'est pas réalisable dans les appareils connus. Dans l'appareil selon l'invention, il suffit pour cela que l'angle alpha augmente progressivement, le cas échéant par paliers, dans le sens de la progression des matières solides.
La valeur de l'angle alpha retenue en définitive résulte d'un compromis entre ces différente facteurs. Voici quelques exemples
non limitatifs d'angle alpha appliqués au cas de l'extraction du saccharose des betteraves à sucre:
1) si l'espace disponible est limité par un bâtiment existant, un
angle alpha de 186[deg.] présente l'avantage de permettre la construction d'un appareil très court;
2) si les conditions climatiques rendent difficile la conservation des betteraves, qu'il s'ensuit que l'état bactériologique du jus produit
est mauvais et qu'il se corrompt rapidement, un angle alpha de 244[deg.] ou de 279[deg.] est avantageux parce qu'il réduit la durée de séjour du jus
dans l'appareil à la moitié ou au tiers de celui des oossettes de betteraves;
3) si le but recherché est la productivité maximum, un angle alpha
de 372[deg.] ou plus est avantageux parce qu'il permet d'augmenter la hauteur de la digue et d'améliorer le coefficient d'utilisation du volume de l'appareil.
Un fragment de la surface développée du tambour sectionné suivant une génératrice est représenté dans la figure 9 pour le cas d'un angle alpha de 186[deg.], dans la figure 10 pour le cas d'un angle alpha de 372[deg.]
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pointillées correspondent à la génératrice sectionnée, les traits pleins indiquent les lignes de contact de la cloison hélicoïdale et des digues avec la surface du tambour; les traits interrompus courts
et longs indiquent les chemins suivis respectivement par le liquide et les matières solides, auxquels correspondent pour une révolution complète des déplacements axiaux représentés par les vecteurs a pour le liquide et b pour les matières solides. Les zones hachurées correspondent aux projections des éléments de relevage sur la surface du tambour. Pour certaines valeurs de l'angle alpha et spécialement dans le cas de
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relevage se trouvant dans deux spires adjacentes ne se correspondent pas de part et d'autre de la cloison hélicoïdale. Ceci permet de donner à l'échancrure qui se trouve sous l'élément de relevage une longueur égale à celui-ci et de construire la cloison hélicoïdale
en tôle perforée au-dessus de l'élément de relevage afin que le liquide puisse la traverser dès sa séparation des matières solides.
De plus, la cloison hélicoïdale séparant deux spires peut être déplacée dans le sens axial à l'endroit d'au moins un élément de relevage afin d'en augmenter la largeur, sans que les éléments de relevage se gênent mutuellement et sans augmenter la longueur du tambour à condition de réduire d'autant le couloir d'immersion situé entre les éléments de relevage. La figure 12 représente un exemple parmi d'autres d'un tel
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se termine par un plan oblique 23 pour diriger les matières solides vers le couloir d'immersion 22 en raison du rétrécissement de celui-ci.
Pour tenir compte de la réduction conjuguée du volume des matières solides et du volume du liquide à l'aval, laquelle peut atteindre 30% dans le cas de l'extraction du saccharose des betteraves à sucre, l'appareil selon l'invention peut aussi être construit avec une cloison hélicoïdale qui comporte un pas variable, la largeur des spires diminuant progressivement, le cas échéant par paliers, dans le sens
de la progression du solide.
Tout ce qui est énoncé plus haut pour un tambour contenant une seule cloison hélicoïdale peut bien entendu être appliqué à un tambour contenant deux ou plusieurs cloisons hélicoïdales enlacées.
On décrira à présent une forme de réalisation pratique de l'appareil selon l'invention, qui peut être réalisée au moyen de tôles planes par les méthodes ordinaires de la chaudronnerie industrielle) avec diverses variantes selon la valeur de l'angle alpha, et qui évite la construction d'une cloison hélicoïdale parfaite. La cloison intérieure sensiblement en forme d'hélicoïde est constituée par une suite de segments de cercle concentriques, de préférence perpendiculaires à l'axe du tambour, chacun d'eux étant relié au suivant par au moins un pan oblique. Dans une forme d'exécution avantageuse, les segments de cercle sont décalés de l'angle alpha l'un par rapport à l'autre autour de l'axe du tambour.
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reliés les uns aux autres par des pans obliques en sens opposés 25 et
26, ainsi que cela est représenté en élévation dans la figure 13 et en coupe dans la figure 14. Le tambour est ainsi divisé en un certain
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relevage et une digue, tels que décrits précédemment, entre les segments de cercle parallèles 24. Ces chambres communiquent l'une avec l'autre grâce à une ouverture dans les pans obliques, qui ne rejoignent la surface du tambour qu'à une seule extrémité et sont interrompus vers
le haut pour les pans obliques 25 et vers le bas pour les pans obliques
26 (fig.14) à une distance de la surface du tambour sensiblement égale
à la hauteur maximum du mélange des matières solides immergées et du liquide, de manière à immerger complètement au passage les matières solides qui ne le seraient pas.
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il faut faire tourner chaque segment de cercle 24 autour de l'axe du tambour d'un angle de 6[deg.] par rapport au précédent, comme cela est représenté dans la figure 15. Ceci a pour conséquence de déformer
les pans obliques 25 et 26 et de les rendre gauches; il peut être nécessaire de les décomposer en deux ou même en trois parties assemblées par soudure pour permettre leur réalisation au moyen des tôles planes du commerce. La rotation des segments de cercle 24 a pour autre effet de rompre l'alignement des digues et de faire correspondre de part et d'autre des segments de cercle 24, la chambre qui se trouve sous l'élément de relevage, derrière le plan de la figure, avec le couloir d'immersion au-delà de la digue, où le liquide doit précisément se rendre, dans la spire qui se trouve devant le plan de la figure. Il suffit donc de prévoir une échancrure à cet endroit dans le segment
de cercle 24 pour permettre le passage du liquide d'une spire à l'autre.
Pour éviter le gauchissement des pans obliques, ce qui est spécia-
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de segments de cercle, la cloison intérieure sensiblement en forme d'hélicoïde est constituée par une suite de portions de cercle délimitées par deux segments de droite, de préférence inégaux dans le rapport
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se trouve à une distance de l'axe du tambour comprise entre le dizième et la moitié du rayon, de préférence le tiers. Ces portions de cercle étant décalées l'une par rapport à l'autre de l'angle alpha, les segments de droite qui les délimitent sont parallèles deux à deux et reliés par des pans obliques de forme plane, de manière à constituer un hélicoïde déformé. Une surface plane auxiliaire de forme sensiblement trapézoïdale, destinée à immerger les matières solides qui ne le seraient pas, est prévue entre deux portions de cercle consécutives et limitée par la droite qui joint les points d'intersection des segments de droite qui délimitent lesdites portions de cercle, par
le plus court des deux segments de droite délimitant la portion de cercle aval, par l'intersection du plan ainsi défini avec la portion de cercle amont et par le segment de droite qui joint les points d'intersection dudit plan et des deux portions de cercle, points qui se trouvent à une distance de la surface du tambour sensiblement égale à la hauteur maximum du mélange des matières solides immergées et du liquide. Les éléments de relevage et les digues, tels que décrits précédemment, s'inscrivent dans un angle au centre proche de 3600-a et sont situés entre deux portions de cercle d'ordre pair ou impair et les pans obliques qui les joignent à la portion de cercle comprise entre elles. Pour faciliter l'écoulement du liquide, la digue est de préférence oblique par rapport à l'axe du tambour.
Ces pièces sont représentées dans la figure 16 pour le cas d'un angle alpha de 244[deg.]. La portion de cercle amont 27 est délimitée par les segments de droite 28 et 29 (moins l'échancrure 39) et se trouve
en avant du plan de la figure. La portion de cercle aval 30 est délimitée par les segments de droite 31 et 32 (moins l'échancrure 42)
et se trouve dans le plan de la figure. Les deux portions de cercle
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et reliés par un pan oblique 33 qui se termine d'une part à l'échancrure qui se trouve sous l'élément de relevage 41 et d'autre part
au segment de droite 34 qui joint les deux points d'intersection des segmenta de droite 28-29 et 31-32. Les zones hachurées du pan oblique
33 et des portions de cercle 27 et 30 sont perforées. Une surface
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les matières solides pendant une révolution: elles sont soulevées
par l'élément de relevage 38, franchissent la digue légèrement inclinée
39, qui se trouve en avant du plan de la figure entre les portions de cercle 27 et 30, sont immergées dans le liquide qui arrive d'un autre élément de relevage situé derrière la portion de cercle 30, c'est à dire
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derrière le plan de la figure, soit par l'échancrure 40 soit par les perforations qui correspondent à la zone hachurée en pointillé, passent sous la surface 35 qui balaie un dôme éventuel, sont soulevées par l'élément de relevage 41, qui les sépare du liquide, lequel s'écoule aussi en partie par la zône hachurée, s'éboulent par-dessus la digue
42 et poursuivent leur chemin derrière la portion de cercle 30.
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le long d'une même génératrice et sont reliés par deux pans obliques
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reliés entre eux par un triangle 47 dont la base enjambe l'espace compris entre deux segments de cercle 43 successifs, espace dans lequel se trouve un élément de relevage et une digue tels que décrits précédemment, ainsi que cela est représenté en coupe dans la figure
17 et en élévation dans la figure 18.
La figure 19 représente en coupe le tambour pour un angle alpha de 372[deg.]. Un élément de construction supplémentaire en forme d'angle tétraèdre est nécessaire pour éviter la chute des matières solides <EMI ID=42.1>
maintenir indéfiniment dans la même spire. Le sommet de l'angle tétraèdre se trouve au point 48 sur la corde 49 qui sous-tend le
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face est perpendiculaire au plan de la figure 19 et touche au point
50 le segment de cercle précédent (non représenté), lequel se trouve en avant du plan de la figure. Cette face a la forme d'un triangle rectangle dont le segment de droite 48-50 est l'hypothénuse et a
pour fonction principale d'immerger les matières solides qui ne le seraient pas avant d'atteindre l'élément de relevage 51. Enfin, les deux autres faces de l'angle tétraèdre sont déterminées par l'arète
48-52 qui est la base du triangle 47, dont le sommet 52 est légèrement déplacé vers la paroi du tambour pour augmenter la section de passage des matières solides au-dessus de la digue 56, ce qui entraîne une extension du pan oblique 45, lequel se trouve en avant du plan de la figure, jusqu'au point 53 en direction du point 50. La face de l'angle tétraèdre comprise entre les points 48, 52, 53 et 50 se raccorde d'une manière étanche au pan oblique 45 et au segment de cercle précédent
(non représenté) dans lequel s trouvent les points 50 et 53.
La face de l'angle tétraèdre comprise entre la corde 49 sous-tendant le segment de cercle 43 et l'arète 48-52 est nécessaire pour éviter le mélange des fractions du liquide se trouvant de part et d'autre du segment de cercle 43 lorsque le mouvement de rotation amène le point 48 à son point le plus bas. Cette face a la forme d'un triangle dont le côté
54 opposé au sommet 48 est suffisamment proche de l'axe du tambour pour n'être jamais immergé, sans pour autant gêner l'éboulement des matières solides. Sa présence permet de relever le niveau du mélange des matières solides immergées et du liquide jusqu'à 0,8 ou 0,9 fois le rayon, c'est à dire d'augmenter le coefficient d'utilisation du volume de l'appareil et donc d'améliorer sa productivité. Suivons à présent les matières solides pendant une révolution.
Passant sous la surface représentée par le segment de droite 48-50, ce qui a pour effet de les immerger dans le liquide au cas où elles ne le seraient pas, les matières solides sont soulevées par l'élément de relevage
51 au travers duquel le liquide s'écoule dans la chambre 55, puis elles s'éboulent par-dessus la digue 56 et passent derrière le pan oblique 45. Elles reçoivent une autre fraction du liquide moins riche en produit extrait, qui provient de l'arrière du plan de la figure 19 par le couloir 57 et passent successivement derrière le <EMI ID=44.1>
lequel revient par le couloir 58 vers la spire qui se trouve en avant de celle représentée dans la figure 19.
<EMI ID=45.1> le tambour a été enlevé; le cercle 59 indique l'emplacement de son ouverture d'entrée. Un pan oblique 60 est en contact d'une part par son arête 61 avec le disque précité et d'autre part par son arête 62 avec une surface 63 ayant la forme d'un demi-segment de cercle, perpendiculaire à l'axe du tambour, dont la partie périphérique hachurée est perforée. Au point 64 commence l'élément de relevage par une section
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portion d'ellipse s'inscrivant dans un angle au centre de 90[deg.]. Les
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43 (en partie caché par les surfaces 60 et 63) constituent le départ
de la cloison hélicoïdale telle que représentée dans la figure 19 et l'élément de relevage compris entre lesdites surfaces et le disque
qui clôt le tambour s'élargit progressivement jusque environ les quatre tiers de sa largeur normale; en passant derrière le pan oblique 60
il se réduit à sa largeur normale qu'il conserve derrière la surface
63. Au moins quatre ouvertures d'évacuation périphériques du liquide sont prévues aux pointa 65, 66, 67 et 68, qui débitent à tour de rôle dans le collecteur semi-circulaire 69. Suivons à présent les matières solides pendant une révolution. Elles entrent en oontinu, en suspension dans un liquide de transport, par l'ouverture 59 et tombent dans l'espace compris entre le disque qui clôt le tambour et la surface 63. Le liquide de transport traverse la zone hachurée et s'écoule dans le collecteur 69 par les ouvertures 68 ou 65. Lorsque la digue 71
atteint ou dépasse la verticale, le liquide de transport traverse l'élément de relevage et s'évacue successivement par les ouvertures
66, 67 et 68 vers le collecteur 69, tandis que les matières solides, dont la'quantité augmente progressivement, s'éboulent sur l'élément
de relevage dont la largeur s'accroit à cet effet, jusqu'au moment <EMI ID=48.1>
nouveau cycle d'accumulation commence. Les matières solides accumulées
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décrit précédemment. Afin d'éviter le glissement des matières solides sur l'élément de relevage, oelui-ci est muni d'arrêts en forme d'éperons
(non représentés) tels que décrits plus haut.
La figure 21 représente en coupe la spire de sortie vue par l'autre extrémité du tambour. Le segment de cercle 43 (en grande partie caché), le pan oblique 45, le triangle 47 et le pan oblique 44 constituent la fin de la cloison hélicoïdale, laquelle débouche dans une chambre <EMI ID=50.1>
à l'axe du tambour, par la surface cylindrique du tambour et par la digue 73 qui se prolonge autour d'une vis transporteuse concentrique au tambour et se raccorde à la cloison hélicoïdale de manière à refermer la spire sur elle-même. Cette chambre contient le dernier élément de relevage 74 et un couloir de sortie du jus 75 qui traverse le segment de cercle 43.
Les canaux de transfert du jus sont légèrement obliques par rapport à l'axe du tambour pour faciliter l'écoulement du liquide.
La figure 22 représente en perspective une forme de construction très <EMI ID=51.1>
Les surfaces 78 et 79 délimitent le couloir qui traverse la spire devant la digue, tandis que le couloir 80 débouche dans la spire elle-même. L'enchaînement des couloirs aux deux extrémités du tambour est représenté dans la figure 23 tel qu'il est vu de l'extérieur du tambour (et non plus de l'intérieur comme dans la figure 10). Le liquide d'alimentation entre par le conduit 81, parcourt la spire 82, est refoulé par la digue 83, s'écoule vers la spire 84 où il reçoit <EMI ID=52.1> la digue 85 et ainsi de suite jusqu'à l'autre extrémité du tambour où,
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conduit,88 qui traverse la paroi du tambour. Le liquide de transport arrivant avec les matières solides dans la spire d'entrée 89 traverse la cloison perforée 63 et sort de l'appareil par le conduit 65. La zone hachurée représente le début de l'élément de relevage dont la digue 71 marque la fin (fig.20).
L'appareil décrit présente de nombreux avantages par rapport aux appareils utilisés actuellement. Les flux partiels qui se croisent sont supprimés et le principe du contre-courant, selon lequel chaque fraction du liquide rencontre successivement chaque fraction des matières solides, est strictement respecté. Grâce à la courbure des éléments de relevage, le temps disponible pour la séparation du liquide et des matières solides est augmenté et celle-ci est plus complète parce que l'égouttage des couches profondes des matières solides peut se poursuivre pendant l'éboulement progressif des couches supérieures, et cela de façon utile, c'est à dire sans que le liquide séparé ne se remélange aux mêmes matières solides par la suite.
La plus grande efficacité des séparations permet d'en réduire le nombre ou d'augmenter la vitesse de rotation pour un même degré d'extraction. L'absence de glissement des matières solides sur les surfaces perforées réduit l'abrasion et, dans le cas des cossettes de betteraves, évite de les briser, ce qui nuit à leur perméabilité. La hauteur à laquelle les matières solides sont soulevées est plus faible, ce qui diminue
le couple de rotation. Enfin la construction est moins coûteuse
parce que l'appareil est plus léger en raison de la suppression du plan diamétral et de la moindre longueur des canaux de transfert du liquide ou même de leur suppression complète si l'angle alpha est inférieur à 3600. Quant à la plus grande longueur des éléments de relevage, elle est plus que compensée par la réduction de moitié de leur nombre. Le poids moindre de l'appareil permet aussi de réduire les fondations nécessaires à sori installation.
Outre l'extraction du saccharose des betteraves ou des cannes à sucre, l'appareil selon l'invention peut servir à extraire le jus des pommes, les tannins des noix de galle, le suc des racines de réglisse
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quelconque, contenue dans une matière solide ou enrobant sa surface.
Il doit être entendu que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS
1. Appareil pour l'extraction par progression, en contre-courant, de produits faisant partie de matières solides au moyen d'un liquide, consistant en un tambour rotatif dont l'axe est horizontal ou légèrement inclinée muni d'une cloison intérieure sensiblement en forme d'hélicoïde, comportant entre les spires de ladite cloison
des éléments de relevage qui soulèvent les matières solides hors du liquide et les font passer au-dessus d'une paroi transversale en forme de digue qui arrête et refoule le liquide dans une autre spire sous l'effet de la rotation du tambour, caractérisé en ce qu'au moins un des éléments de relevage présente une courbure telle qu'au cours de la rotation du tambour, les matières solides soulevées hors du liquide s'éboulent progressivement par fractions successives au-delà de la digue, sans glissement sur l'élément de relevage.