CA1153989A - Procede et dispositif pour la separation des particules dans un fluide, notamment pour l'epuration des suspensions papetieres - Google Patents
Procede et dispositif pour la separation des particules dans un fluide, notamment pour l'epuration des suspensions papetieresInfo
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Abstract
Procédé pour la séparation d'une suspension de particules dans lequel on amène la suspension dans une enceinte de révolution dont on règle l'écoulement de manière à maintenir un léger excès entre sa vitesse angulaire et la vitesse angulaire de la paroi de l'enceinte, on recueille la plus grande partie du débit de la suspension traitée dans une zone périphérique du vortex forme, et enfin, on recueille simultanément, et si nécessaire, en continu les composants lourds en périphérie de l'enceinte, les composants légers au voisinage de l'axe longitudinal de l'enceinte, c'est-à-dire dans l'axe du vortex, et la fraction intermédiaire dans au moins une zone intermédiaire distincte.
Description
~ 3~3 L'invention concerne un procédé pour la separation de particules dans un fluide; elle se rapporte également a un dispositif perEectionné pour la séparation de telles par-ticules, solides, liquides ou gazeuses.
L'invention est particulièrement, mais non limitati-vement, adaptée a l'industrie papetiere, notamrnent a l'épuration de suspensions particulaires, telles que par exemple les sus-pensions fibreuses formees a partir de papiers de récuperation, les pâtes à epurer, les effluents de machine a papier dont on veut récupérer séparément les fibres et/ou les charges, les eaux résiduaires, etc~.
Si, dans la suite de la description, l'invention sera plus particulierement décrite dans son application à l'in-dustrie papetiere, il est entendu que cet-te forme de mise en oeuvre préferee est seulement donnee a titre illustratif. En effet, l'invention peut trouver d'autres applications dans les techniques de classement ou de fractionnement par centri-fugation, dans la récupération de liquides non miscibles de densité différente, a partir de mélanges etc.. De meme, si le fluide est le plus généralement Iiquide, tel que notamrnent de l'eau, il peut ~tre également gazeux.
Les suspensions particulaires traitées en papeterie comprennent principalement, et dans des proportions relatives tres variables, les élements suivants:
- un fluide vecteur tgénéralement aqueux), - des fibres naturelles, artificielles ou synthéti-ques, plus ou moins individualisées, - des particules solides de dimensions et de densité
tres variables (charges minérales, impuretes diver-ses: hot melt, plastiques, encres, adhésifs, goudrons, particules métalliques, sables, etc..~ que l'on désignera par le terme de " contaminants" , ~5~
- egalement, des particules liquides ou gazeuses (air)~
L'operation d'epuration des suspensions consiste à
separer desdites suspensions une ou plusieurs fractions de particules indesirables, puis, notamment en papeterie, de recueillir une suspension de fibres clé~arrassees des conta-minants nuisibles a leur réutilisation future.
Parmi les techniques actuellement connues pour l'épu-ration des suspensions, les plus utllisées reposent sur le principe de la separation par différence de densités et/ou de dimensions. Elles consistent notamment a introduire la suspension a épurer dans une enceinte de révolution o~ elle est animëe d'un mouvement tourbillonnaire dit " vortex" , ayant pour effet de soumettre les particules de cette suspension a l'action simultanée de deux forces:
- l'une, de sens centrifuge, qui est due a l'action de l'accélération centrifuge sur la masse de chaque particule et qui tend a l'entrainer vers la péri-phérie de l'appareil;
- l'autre, de sens centripete, qui est due à l'action du gradient radial de pression sur le volume de la particule et qui tend à l'entralner vers le centre du vortex.
Si la densité de la particule est égale à celle du fluide vecteur, ces deux forces s'équilibrent et il n'y a pas de mouvement radial moyen de la particule par rapport au fluideO
Il en résulte que si la particule en suspension est plus légere que le fluide vecteur, l'effet du gradient radial de pression est supérieur a celui de la force centrifuge et ainsi, la particule légere se dirige vers l'axe longitudinal du vortex. En revanche, si la particule est plus dense que le fluide vecteur, l'effet du gradient radial est inférieur '-' JL~S3~
a celui de la force centrifuge et la particule dense vient alors se placer sur la périphérie du vortex.
Pour la commodité de l.a description~ on designera dans ce qui suit, par " particules legères" ou " composants legers" , les particules dont la densite est inferieure à
celle du fluide vec-teur et par " particules lourdes" ou " composants lourds" , ceux dont la densite est superieure à
celle du fluide vecteur.
On a ainsi proposé des appareils denommés " hydrocy-clones" ou " centricleaners" , qui sont constitués par une enceinte conique fixe. Dans ces appareils, on introduit tangentiellement la suspension a épurer en tête de l'enceinte conique et on retire les particules les plus lourdes a l'ex-trémite opposee, la suspension ainsi epuree etant alors recueillie en tête de l'enceinte au voisinage de l'axe lon-gitudinal.
Ce dispositif se montre genéralement efficace pour la séparation des particules lourdes (sable, particules métal-liques, etc.), mais donne de mauvais résultats en ce qui concerne la séparation des particules lé~res, en particulier celles dont la densite est voisine de celle du fluide vecteur.
En efEet, dans les épurateurs t~pe hydrocyclones à
paroi fixe, on ne peut agir que sur la vitesse tangentielle d'entrée de la suspension. Pour assurer l'élimination des particules lourdes en périphérie, cette vitesse doit atre : maintenue à une valeur assez élevee, ce qui entraîne une rapidite de passage dans la zone centrale de l'appareil, et ne permet donc pas de dissocier suffisamment les particules légeres, que l'on retrouve en quasi totalite dans la suspension " epurée" .
De plus, les vitesses élevees entretiennent dans la suspension un niveau de turbulence très élevé qui contrarie ~53~9 l'effet de séparation entre les différentes particules.
Pour favoriser, dans ce type d'appareil l'elimination des particules legeres r on a alors propose de disposer au ~, centre du vortex un tube plongeant de faible diamètre pour y prelever les contaminants de faible densite. La proportion de contaminan~s leyers ainsi. separes reste malgre tout très faible, du fait de l'exiguite de cette zone centrale du vortex.
Dans les cas où il s'agissait principalement de r debarrasser les suspensions à épurer des contaminants légers, ', 10on a aussi proposé d'utiliser des enceintes à paroi egalement fixe, mais de forme cylindrique, dans lesquelles la suspension entre et sort tangentiellement, lesdits contaminants etant alors extraits axialement, et dans lesquelles on fait circuler la suspension a vitesse beaucoup plus lentet Dans ce type d'appareil, on a alors un faibIe gradient radial de pression qui ne permet d'éliminer que les particules les plus legexes.
Dans les brevets ~rançais publies sous les n~ 2 091 170 et 2 293 983, on a decrit un dispositif d'epuration dans lequel on a cherche à disposer d'une force motrice impor~
20tante, sans toutefois être gêne par les phenomènes de tux-bulence. Ce dispositif, qui vise à rapprocher le plus possible des conditions du vortex force theorique, comporte deux parois cylindriques concentriques tournant de manière synchronisée, la suspension etant alors introduite et s'ecoulant dans l'enceinte annulaire ainsi formee, de mani~re à ce que sa rotation soit totalement solidaixe de celle des parois. Toutefois, l'ef-ficacite de ce dispositif se trouve limitee par l'effet de concentration des suspensions à epurer du à l'absence totale d'agitation qui favorise un colmatage rapide de l'appareil.
30De plus, dans le cas o~ l'on doit traiter des suspensions fi-breuses, l'efficacité de ce dispositif se trouve encore entravée par la morphologie des constituants fibreux de la suspension i -4- L~
~ * publies les 14.1.1972 et 9.12.1974, respectivement ~1S3~ 3 qui, en llabsence cle toute agl-tatiorl, tendent à se structurer très rapidement en un rëseau coherent qui " piège" les con--taminants et leur in-terdit tout deplacement au sein du fluide~
Dans le brevet americain 1,712,184, on a decrit un syst~me à vortex force à paroi divergente tournante, dans lequel toutefois, la suspension amenee par le bas, est aspiree par la depression creee par la rotation de la paroi. Ainsi, du fait de la divergence de la paroi, la vitesse de la suspension est toujours inferieure à celle de la paroi. Cela limite considerablement l'efficacité de la separation et ne permet pas de regler le temps de sejour independamment de la vitesse.
En pratique, ce dispositif manque de versatilité, dans la mesure o~ il ne permet pas d'agir sur la vitesse de rotation.
Dans le brevet australien 465,775, on a décrit un hydrocyclone classique dont la paroi est mise en rotation afin de superposer un vortex forcé au vortex libre cree dans l'hydrocyclone~ La suspension est introduite ici tangentiel- @
lement avec un excès de vitesse angulaire par rapport à celle de la paroi. Ici, toutefois, les particules lourdes sont $
recueillies sensiblement dans l'axe longitudinal de l'hydro- i cyclone et les particules légeres également dans le meme axe.
Cela se traduit par la perte de l'énergie cinetique de rotation de la suspensi~n, car la plus grande partie de la suspension à recuperer etant captee axialement, toute l'energie cinetique du fluide est dissipee dans le vortex. De plus, le dispositif tournant de sortie agissant comme une pompe, son fonctionnement entraine une importante consommation d'énergie supplementaire.
Par ailleurs, la version décrite ne permet pas d'amenager au centre du vortex une importante zone de centrifugation des particules, puisque toute la suspension epuree est recueillie pres de l'axe longitudinal.
Dans l'hypothèse prevue, mais toutefois non décrite, * publies les 7.5~1929 et 21.6.1973, respectivement ~5~
où la paroi ser~it cylindrique et l~on plus conique, les com-posants lourds scraient recueil3is en peripherie, l'essentiel de la suspension etant alors recupere au cen-tre.
Cela se traduit par les memes inconvenients que la version decrite ci-dessus, c'est-~dire l'impossibilité de récuperer l'energie cinétique de ro-tation et de bénéficier des effets favorables pour l'elimination des composants legers d'une importante 70ne de centrifugation dans la partie cen-trale du vortex.
L'invention pallie les inconvenients de ces differents types d'epurateurs connus. Elle concerne un procéde et un disp~s'tif pour l'epuration des suspensions particulaires bases sur l'effet de vortex libre en paroi tournante, mais dans lequel on entretient un etat d'agitation minimum dans la totalite de la ~one périphérique du vortex, ce qui permet de séparer efficacement et d'extraire en continu différentes frac~
tions de la suspension traitee. En particulier dans le domaine de la papeterie, ce type d'appareil permet d'obtenir des sus-pensions fibreuses pratiquement debarrassees de contaminants.
Ce procede pour la separation de particules dans un fluide, dans lequel de manière connue:
- on amene la suspension a traiter dans une enceinte de revolution tournant autour de son axe longitudinal de manière a former un vortex libre ~ l'interieur de ladite en-ceinte, - on introduit ladite suspension à l'interieur de la-dite enceinte de revolution suivant une direction legerement oblique par rapport à l'axe longitudinal de l'enceinte~ de maniere à conferer a la suspension une vitesse angulaire initiale superieure a la vitesse angulaire de l'enceinte, - et on recueille separement les differents composants de la suspension, ~3~8 se caracterise en ce que:
- on règle l'écoulement de la suspension dans l'en-ceinte de manière à maintenir un leger excès de la vitesse angulaire de la suspension à l'interieur de l'enceinte par rapport a la vitesse angulaire de la paroi de l'enceinte, - en ce que l'on recueille la plus grande partie du débit de la suspension traitée dans une zone périphérique du vortex, - et en ce que l'on recueille simultanément, et si necessaire en continu:
. les composants lourds en peripherie de l'enceinte, . les composants legers au voisinage de l'axe lon-gitudinal de l'enceinte, c'est-à-dire dans l'axe du vortex, . et la fraction intermédiaire dans au moins une zone intermediaire distincte.
Ainsi, la plus grande partie du débit de la sus-pension étant recueillie dan~ une zone périphérique, à la sortie du vortex, on peut récupérer à cet endroit la plus grande partie de l'énergie communiquée à la suspension a l'entrée.
Par ailleurs, la soxtie des composants légers dans l'axe du vortex permet de disposer d'une importante zone centrale de centrifugation~ La réalisation selon brevet australien 465,775, ne permet pas une telle disposition.
A~in de conserver le degre d'agitation minimum neces-saire pour individualiser le mouvement des composants, il est indispensable que le vortex libre a paroi tournante soit formé
pour partie préponderante de plusieurs couches concentriques de conicite convergente, dont les vitesses angulaires croissent lorsque l'on se rapproche de l'axe longitudinal dudit vortex, afin de maintenir un certain cisaillement des couches. Cette conicite peut être obtenue:
1~3~
- soit par la conicite elle-meme de la paroi de l'enceinte rotative, - soit même indépendamment de la geométrie de cette paroi (par exemple encein~e cylindrique), - soit enfin, en jouant sur les vitesses d'entrée et les débi-ts de sortie de la suspension dans l'enceinte; ainsi, les vitesses d'entrée permettent de régler, pour chaque couche correspondante, la vitesse angulaire de la suspension et~ en particulier, l'excès de cette vitesse par rapport à la paroi, alors que les débits de sortie permettent de regler la convergence de l'écoulement par rapport a l'axe longitudinal, et donc la conicité dudit écoulement.
En pratique, la valeur de l'angle oblique d'intro-duction de la suspension dans l'enceinte est ~ixée par le r~pport des modules de la vitesse axiale, fonctlon du débit ~; et de la vitesse par rapport à la paroi, déterminée en fonction du degre d'agitation désire.
Par ailleurs, la " vitesse radiale de migration des particules" par rapport au fluide est essentiellement fonctlon de la forme, des dimensions, de la densite desdites particules, et des caracteristiques de l'ecoulement lui-même. Cette vitesse est d'autant plus ~aible que la difference de densite entre la particule et le ~luide vecteur est plus ~aible, que les dimensions des particules sont plus faibles et que leur ~orme est plus defavorable à leur migration.
Dans une forme perfectionnee/ on introduit également le long des parois de l'enceinte un ~luide auxiliaire, ce qui~
permet de diluer la suspension dans cette ~one et d'y augmenter la mobilité des particules.
La presence de cette couronne de fluide auxiliaire réduit la distance que doivent parcourir les particules 38~
légeres de la suspension en~rant dans l'appareil pour atteindre leur zone d'élimination si~uée vers l'axe du vortex.
La présence de cette couronne de fluide permet enfin de " laver" la suspension de ses composants les plus fins dontla vitesse de migration est très faible et qui ne sont pas entrainés par les composants les plus lourds de la sus-pension au cours de la traversée de la couronne d'eau par ces derniers.
On aura également, dans la pratique t intérêt à mettre à profit le mouvement de retour axial qui se produit naturel-lement au coeur des vortex libres en favorisant ce mouvement par l'utilisation d'une sortie axiale. L'effet de centrifugation est ainsi très amplifié dans la zone du vortex la plus proche de l'axe.
Il est ainsi possible d'extraire à la base du vortex, et no-tamment avec de faibles débits, la quasi-totalité de la fraction légere de la suspension et exempte de composants lourds. Si la suspension contient des particules gazeuses, celles-ci se rassemblent dans la zone axiale où elles forment ~o un noyau gazeux.
Un dispositif approprié pour la mise en oeuvre de ce procéde pour la separation de particules dans un fluide, dans lequel la suspension a epurer est amenee dans une enceinte de revolution tournante, du type comportant:
- des moyens pour entrainer ladite enceinte en rotation autour de son axe longitudinal, - des moyens fixes d'amenee de la suspension à epu-rer disposes selon l'axe longitudinal de ladite enceinte de révolution, prolonges par des moyens mobiles de deviation du courant de suspension vers la périphérie de l'enceinte, - des moyens fixes de sortie de la suspension epuree et des differentes fractions separees, disposes selon l'axe 398~
lonyitudinal de ladite enceinte, précedes par des moyens mobiles de déviation, se caracte.rise:
- en ce que les moyens mobiles de deviation précédant les moyens fixes de sortie captent la plus grande partie du debit de la suspension au niveau de la përipherie de l'enceinte, puis la devient vers l'axe longitudinal de rotation, de maniere a recuperer la majeure partie de l'energie cinetique de rota-tion du fluide, - en ce que les moyens principaux de sortie sont situes a l'extremi-te opposee de celle de l'enceinte comportant.
les moyens d'amenee et sont disposes à la periphérie de cette enceinte, de maniere à disposer d'une importante ~one centrale de centrifugation, - et en ce quele moyen de sortie des composants les plus légers est disposé sur l'axe longitudinal de rotation du meme côté que lesmoyens d1amenee, afin d'augmenter l'effet de centrifu~ation de ladite zone centrale.
Avantageusement, ce dispositif comprend en outre les dispositions suivantes:
- les moyens de sortie de la fraction la plus lourde de la suspension sont situes en peripherie de l'enceinte et les moyens de sortie de la fraction intermediaire de la sus-pension sont situes concentriquement les uns aux autres, mais plus au centre que lesdits moyens de sortie de la fraction .
lourde;
- un moyen de sortie additionnel de la fraction lé-gère est dispose sur l'axe longitudinal de rotation du même côté que les autres moyens principaux de sortie;
- les moyens d'amenée comportent en plus du conduit d'amenee proprement dit de la suspension, un conduit concen~
trique plus exterieur, c'est-à-dire vers la peripherie de l'enceinte, destine a amener un fluide auxiliaire à la peri-. ~53~9 pherie interne de llenceinte;
- des moyens supplémen-taires d'amenée de ~luide auxiliaire, soit continûment le long de la paroi interne de l'enceinte, soit en discontinu en différents points de ladite paroi;
- l'un au moins des moyens mobiles de déviation d'amenée et de sortie de la suspension comporte des moyens pour modul.er la vitesse de rotation de la suspension par rapport a la vitesse de l'enceinte de révolution, par exemple des canaux inclinés par rapport à l'axe longitudinal de l'enceinte, ce qui ~avorise et accentue le mouvemen-t tourbillonnaire de la suspension;
- les moyens de sortie les plus proches de l'axe sont reliés à une source de vide, afin d'augmenter le débit de sor-tie des composants légers et de favoriser la centrifuga-tion des composants lourds dans la zone centrale du vortex, sans qu'il soit nécessaire d'augmenter le niveau general des pressions;
- l'un des moyens mobiles de sortie est associe a une pompe d'alimentation du circuit aval ou de recyclage;
la paroi de l'enceinte de revolution presente des orifices de sortie destines a extraire les particules les plus denses;
- l'enceinte a une forme generale convergente a partir des moyens d'amenee de la suspension, cette partie convergente pouvant meMé être associee a une courte portion divergente pour favoriser l'elimination des composants lourds et eviter le colmatage~
En bref, schematiquement, l'ensemble situe du côte des moyens d'amenee agit comme une pompe, alors que les moyens situes a l'oppose agissent comme une turbine.
Il est entendu que les moyens mobiles de sortie ~53c~
du fluide peuvent être prolonges au niveau des paliers par des moyens, telle une pompe, solidaires desdits moyens mobiles, dans le but notamment d'alimenter le circuit aval.
La maniere dont l'invention peut etre realisee et les avantages qui en dëcoulent ressortiront mieux des exemples de realisation qui suivent donnes a titre indica-tif, mais non limitatif, à l'appui des figures annexees.
La figure 1 represente une vue schematique generale en coupe longitudinale d'un epura-teur conforme a ]'invention avec schema du mouvement du fluide.
La figure 2 montre schematiquement le parcours du fluide vecteur dans une enceinte rotative cylindrique.
La figure 3 illustre une variante du dispositif de la figure 2 avec injection de fluide auxiliaire.
La figure 4 représente une autre variante des dispo-sitifs selon les figures 2 et/ou 3, plus particulièrement adaptée au fractionnement de la suspension sortante.
La Eigure 5 represente une variante des dispositifs selon les figures 2, 3 et/ou 4, plus particulièrement adaptee à la separation des particules lourdes.
La figure 6 montre une autre forme de réalisation avec sections cylindriques à diamètre croissant et injection de fluide auxilialre en plusieurs points de la paroi.
La figure 7 represente la partie tournante d'un ap-pareil experimental pour la mise en oeuvre de l'invention.
Les figures 8 et 9 representent deux dispositifs per fectionnes pour l'épuration de grandes quantités de suspension.
En se referant à la figure 1, l'epurateur se compose:
- d'une enceinte creuse 1, ici tres legerement conique, en materiau approprie tacier inox, plastique), entrainée en rotation autour de son axe longitudinal 2, grâce a un moteur 3 qui entraine une courroie 4 en prise sur une gorge 5 prevue ~3~.?~
à cet effet sur la peripherie exteri.eure de l'enceinte de révolution l;
- de paliers 6 et 7, associes à des joints d'étan-chcitc classiqucs non rcp~sentes~ permettallt à l'cnccinte 1 de tourner su~ son axe 2;
- d~lnc tu~ulure 8 formant moyen fixc d'amence dc la suspension à epurer et debouchant par l'intermediaire d'un raccord tournant en tete de l'encelnte 1 dans un conduit d'amenee 10 formant moyen mobile de deviation;
- d'une tubulure 9 formant moyen ~ixe d'amenee de ~1uide auxiliaire, debouchant, par l'intermediaire d'un raccord tournant, egalement en tête de l'enceinte 1 dans un conduit 11 concentrique, mais plus exterieur par rapport a 10, formant aussi moyen mobile de deviation;
en face des moyens d'amenee (8, 9, 10, ].1), des moyens de sortie formes egalement par deux conduits fixes 14 et 15 formant moyens fixes de sortie, relies grace ~ des rac-cordements etanches, respectivement au conduit 12 le plus pres de la peripherie de sortie des particules les pl.us lourdes et au conduit concentrique 13 de sortie de la fraction inter-mediaire; ces conduits 12 et 13 forment moyens mobiles de deviation et sont disposes de maniere a recuperer ou a capter la plus grande partie du débit de la suspension en peripherie de l'enceinte 1, puis a la devier vers l'axe de rotation 2 de maniere a recupërer la majeure partie de l'energie cinétique de rotation du fluide;
d'un conduit de sortie 16 place en tete et dans l'axe longitudinal 2 de l'enceinte de revolution 1, donc a la base du vortex forme, et destine a recuperer l'essentiel des composants les plus le~ers, afin d'au~menter l'effet de cen-trifu~ation de la zone centrale;
eventuellement, d'un second conduit de sortie 17 ~153~ 3 ", place sur l'axe lollgitudinal et sur l'extremite opposee celle comportant le conduit 1~, destine a entraîner le reste des particules le~ères, ainsi que des particules tres fines.
Si le plus généralement, l'axe de rotation 2 est horizontal, il peut être également vertical. De même, les paliers 6 et 7 peuvent être positionnés ailleurs, par exemple, sur l'enceinte elle-même, ou même remplacés par des moyens equivalents, tels que des bandes de roulement eventuellement montees sur pneumatiques.
Le fait d'entralner en rotation l'enceinte 1 autour de son axe 2 permet de regler independamment la force motrice du processus de séparation (liee a la vitesse absolue de rotation de la suspension), indépendamment de l'intensite de l'agitation de la suspension (li.ée à sa vitesse rela-tive par rapport à la paroi qui est maintenue a un niveau minimum), ce qul permet dladapter les conditionsde marche de l'appareil au débit a traiter, sans nuire à llefficacité.
Les conduits concentriques mobiles d'amenee 10 et 11 devient le courant de suspension entrant de l'axe 2 vers la periphérie et comportent une pluralité de canaux inclinés par rapport à l'axe, de manière à favoriser la mise en mouvement tourbillonnaire de la suspension entrante et du fluide auxiliaire et à permettre d'en régler la vitesse angulaire à l'aide des seules variations du débit d'entrée respectivement de la sus-pensivn et du fluide auxiliaire.
Les conduits mobiles de sortie 12 et 13 sont consti-tués de facon analogue aux conduits 10 e~ll, mais ramènent la suspension sortante de la péripherie vers l'axe 2. Cette symetrie de structure entre la section d'entree et la section de sortie ~avorise la recuperation a la sortie de l'enceinte rotative de la plus grande partie de l'energie cinétique de ~3~3~
rotation ~ournie au fluide dans la section d'entrée.
A titre d'exemple, illustran-t le fonctionnement du dispositif selon l'invention, on va décrire le parcours des particules, ou des composan-ts a épurer, au sein de différents appareils conformes à l'invention e~, sauf indication con--traire, dans le cas de l1epuration d'une pâte à papier.
EXA~PLE l (voir figure 2) Dans cet exemple, l'enceinte de revolution l est cylindrique.
Ici, la suspension papetière a épurer contenant en mélange des fibres et des contaminants légers est introduite à l'intérieur de l'appareil, par l'intermédiaire du conduit lO, dans la zone périphérique du vortex.
En s'écoulant dans des canaux inclinés, non repré-sentés, ménagés à l'intérieur du conduit d'amenée lO, la suspension est entrainée dans un mouvement tourbill~nnaire de rotation dont on a fixé la vitesse angulaire à une valeur supérieure à la vitesse angulaire de la paroi par inclinaison desdits canaux par rapport à l'axe de rotation 2.
Les conditions d'écoulement de la suspension sont alors du type " vortex libre" , telles qu'elles sont utilisées dans les appareils cyclones; toutefois, le maintien d'un degré
d'agitation minimum en périphérie sur toute la longueur du vortex permet de réduire les frottements au niveau strictement nécessaire à la libre mobilité des particules dans la sus-pension.
Dans ces conditions, l'action des forces centrifuge et centripete peut s'exercer sans perturbation dans la totalité
du vortex, donc avec le maximum d'ef~icacité. Ainsi, la plus grande partie des particules plus légeres que le ~luide sont entrainées rapidement vers la zone axiale 20, où elles se concentrent progressivement en remontant lentement vers la ~ ~s~t~8~
section d'entree 21. La elles sont extrai-tes (exemptes de Eibres) par le conduit de sortle 16~
Lors de la rotation de l'encein-te 1 chargee de sus-pension, les p~rticules gazeuses de cette suspension se ras-semblent dans ].a ~one axiale du vortex o~ elles formen-t un noyau gazeux 20, géneralement en de~ressioll. Dans les yros appareils, on a interet à avoir un noyau gazeux central 20 assez important, afin de diminuer le niveau general des pres-sions dans l'appareil.
Les particules plus iourdes que le fluide (fibres) sont entrainees vers la périphérie~ d'autant plus efficacement . que leur cheminement n'est pas entrave par des turbulences trop improtantes.
Un tel appareil simple a paroi cylindrique ou legere-ment convergente est parti.culierement adapte a 1 ~ extraction des composan~s legers des suspensions fibreuses r telles que les pâtes à papier.
EXEJMPLE 2 (voir figure 3) Dans une variante de realisation, on peut accentuer cette dissociation du reseau fibreux en diluant la suspension à epurer au contact de la paroi au moyen d'un fluide auxiliaire introduit par le conduit d'amenee exterieur 11 avec un debit reglable à volonte.
: EXEMPLE 3 (voir figure 4) .
Icir 1~ extremite de sortie de l'enceinte de revolution comporte trois conduits concentriques 12 r 13 et 17.
On introduit en 10 une suspension fibreuse contenant des composants legers et en 11 le fluide auxiliaire (eau).
On extrait en 16 les composants legers. On recueille en 12 une fraction de la suspension epuree enrichie en fibres longues, en 17 des " fines" (fragments de fibres et de parti-cules de petites dimensions) et en 13 la fraction intermediaire.
Ce mode de réalisation est particulierement adapté
au ~ractionnement des suspensions fibreuses papetieres.
EXEMPLE ~ (voir figure 5~
Dans une variante partlculierement intéressante de l'lnvention, on peut realiser l'epuratlon en continu d'une suspension fibreuse papetière contenan-t a la fois des com~
posants legers et des composants lourds en dotant l'appareil d'orifices menages dans la paroi de l'enceinte 1, connectes a des conduits tangentiels 18 diriges ~ar exemple vers l'e~-terieur afin dleviter leur colma-tage. Par ces conduits 18, on extrait les particules les plus lourdes, qui se sont con-centrees près de la paroi.
Avantageusement, on dispose, en amont de ces orifices, des moyens 19 d'introduction d'un fluide auxiliaire destine à effectuer un lavage des contaminants lourds avant leur extraction.
On extrait ainsi par les sorties 18 les contaminants lourds pratiquement exempts de Eibres.
On recueille en 16 les contaminants legers, en 13 une suspension completement epuree, en 12 une fraction de la suspension contenant encore quelques contaminants lourds et en 17 une fraction de la suspension contenant encore quelques contaminants legers. Les fractions recueillies en 12 et 17 peuvent eventuellement être recyclees pour parfaire l'epuration.
sien evidemment, dans le cas ou llon n'aurait pas à effectuer le fractionnement de la suspension fibreuse, on pourrait se contenter des sorties 12, 16 et 18.
EXEMPLE 5 (voir figure 6) Les figures 6a et 6b illustrent un autre mode de realisation dans lequel la forme générale conique divergente de l'ensemble est donnee par une succession de sections cylin-driques elementaires 23 de diamètres croissants avec entree 3~
d'eau ou de fluide auxiliaire en 9.
En 6a, on a schematise une demi-coupe de l'appareil et le mouvement moyen des particules ~Pl - par-ticules lourdes;
P2 - particules ]egères; P3 - particules les plus fines).
En 6b, on a sc~éma-tisé les circuits de recyclage et l'ecoulement du flulde vec-teur.
~ n tel appareil es-t particulièrement adapte a l'epu-ration d'une suspension contenant des contaminants tres fine-ment divises, dont la vitesse de migra~ion est pratiquement négligeable vis-à~vis de celle des autres composallts de la suspension.
Dans ce cas, on introduit en 8, de préférence sous forme concentr~e, la suspension à épurer et en 9 le fluide auxiliaire.
~omme precedemment, on recùeille respectivement en 16 et 17 les particules legères et les particules très fines.
On recueille en 14 la suspension épurée. On recueille enfin en 24, 25 et 26 des frac-tions con-tenant des contaminants très fins à concentration croissante. Les particules recueil-lies en 24, 25 et 26 sont ramenées en tete de l'appareil pour être réintroduites à différents niveaux le long des parois des sections 23.
Les moyens mobiles correspondant aux sorties 14, 24, 25 et 26 sont prolongés chacun d'une pompe 22, ce qui permet d'alimenter à la pression voulue le circuit aval et les circuits de recyclage.
Le rideau fluide constitue le long de la paroi joue le rôle d'un tamis selectif qui laisse migrer les particules lourdes (fibres, par exemple) vers la péripherie, alors qu'il fait écran aux particules tres fines.
Un tel dispositif est particulierement avantageux pour effectuer l'élimination de l'encre dans les procédes ~53 de desencr:age des vleux papiers.
On peut egalement envisager des variantes de réalisa- L
tion dans lesquelles les sections 23 seraient légère~lent, soit convergentes, soit divergentes, selon les conditions d'utilisation envisagées (des sections diveryentes favorisant notamment l'élimination des particules les plus lourdes, des sections convergentes augmentant les vitesses de rotation du fluide~.
EXEMPLE 6 (voir figure 7) La figure 7 représente la partie tournante d'un appareil (vitesse de rotation 1650 tours par minute) experimen-tal realise conformement a l'invention et dans le~uel l'en-ceinte 1 a une longueur d'environ 75 cm et un diametre inter:ieur de 24,5 cm. Cette enceinte présente une paroi legèrement coni~ue (conicite de 3,5 ~).
Un tel appareil, un peu plus difficile à usiner qu'un appareil à enceinte cylindrique, est particulièrement adapté
pour éviter le colmatage et favoriser l'élimination des com-posants legers.
On introduit en 10 une suspension papetière a épurer, contenant des fibres et des contaminants legers, et en 11 de l'eau (é~entuellement une eau de recyclage de l'usine).' On recueille en 14 la suspension epuree, en 15 une fraction incomplètement epuree et plus diluee que l'on pourra recycler en 8 ou en 9, en 16 les contaminants legers exempts de fibres, éventuellement en 17 une suspension contenant les éléments les plus fins.
A titre de comparaison, le taux d'elimination d'un hydrocyclone classique du commerce a paroi fixe, denomme " Triclean" de 4 pouces de diamètre construit par la Societe '~
BIRD Machine Co Inc., pour un passage est d'environ 30~ de particuIes de 0,5 millimètres de diamètre, de densite 0,98, * --lg-- , marque de commerce ~, 3~8~
pour un debi-t de 150 li-tres/minute de pâte à papier ayant une concentration de 7,5 g/l.
Avec le dispositif de l'i.nvention selon figure 7, et avec la meme pâte contenant les memes composants, le taux d'elimination sera en un seul passage de 97 ~ pour un débit de 300 litres/minute, et les pertes en fibrcs seront dix Eois plus faibl.es (pertes en fibres ramenees d'environ 1,5 ~ à environ 0,15 %).
Pour obtenir un tau~ d'epu.ration comparable avec cet " hydrocyclone" TRICLEAN mentionne ci-dessus, il faudrait au moins di.x passages successifs de la suspension dans l'épu-ra-teur, ce qui entrainerait une consommation d'énergie beaucoup trop élevee.
Toujours à titre de comparaison, si on construisait un hydrocyclone -tournant selon les enseignements du brevet australien 465,775 de 50 cm de diametre, tournant à 1500 tours/minute, il faudrait l'alimenter a une pression supérieure à 10 kg pour pouvoir créer un vortex libre dans l'enceinte et ce à un debit signi~lcati~ A defaut, le debit traite serait ~ 20 tres insuffisant et la qualité de la séparation en serait diminuee par sui-te d'une turbulence excessive due ~ des exces de vitesses tangentielles par rapport à la paroi de plusieurs dizaines de metres/seconde au bas du cane. En ou-tre, la zone de séparation centrale serait trop reduite pour permettre une bonne séparation entre les différents composants.
EXEMPLE 7 (voir figure 8) La figure 8 représente un épurateur à enceinte coni-que sans bague d'étanchéité destiné a traiter des gros débits (par exemple, de l'ordre de 10 000 m3/heure) de suspension de particules légeres solides ou liquides, telles que des mélanges eau-pétrole. Sur cette figure 8, les parties qua-drillées representent les parties fixes, alors que les parties ~Cj3~
hachurees représentellt les parties tournantes. Ici, toutefois:
-- les paliers 6 et 7 ont eté remplacés par des che-mins de roulement mo-teurs 30 e-t 31, - les conduits 16 et 17 sont bien situés sur l'axe longitudinal 2, mais prennent naissance non pas - exactement au centre du vortex, mais à la periphe-rie d'un important noyau d'air 20r regule en de-pression, par des moyens connus non representes, tels qu'une pompe 3 vide, afin d'obtenir l'effet de centrifugation necessaire sans augmenter le niveau general des pressions.
La suspension (eau-petrole) à epurer est introduite en 9. On recueille en 14 la fraction epuree (eau), en 15 une fract1on incompletement epuree que l'on recycle en 8, et en 16 la fraction legère (pétrole).
En 17, on recueille une partie de la fractlon legere melangée à de l'eau en quantité suffisamment faible pour que ce melange puisse être traité ultérieurement par des moyens connus.
Ainsi, on a calcule que, pour une enceinte de 10 mètres de long, ayant un volume d'environ 35 m3, on pouvait -~ traiter de maniere satisfalsante environ lO 000 m3/heure et ce, pour une vitesse de paroi de l'enceinte l d'environ 90 km/heure (300 tours/minute), une acceleration centrifuge moyenne de 160 g, une pression intérieure maximum de 8 kg/cm2 et un excès de vitesse du fluide par rapport à la vitesse de paroi d'environ 2 metres/seconde.
EXEMPLE 8 (voir figure 9) La figure 9 représente un épurateur également à
enceinte conique sans bague d'étanchéite pour gros débits, particulièrement adapte à l'épuration des suspensions diluées, telle par exemple, qu'une pâte à papier très peu concentrée :~5i3 et contenarlt des contaminan-ts légers.
Ici, le no~au d'air 20 est ré~ule en dépression de la même façon que précédemrnent par l'intermediaire du conduit 32.
On a calcule qu'avec un tel appareil, pour une enceinte de 5 mètres de long, d'un volume interne de 5,5 m3, on pouvait épurer environ l.000 m3 par heure, pour une vitesse cle paroi d'environ 70 Km/heure (700 tours/minute) a une ac-célération centrifuge moyenne de 300 ~, une pression interne maxi.mum de 15 Kg/cm2 et un exces de vitesse du fluide par rapport à la vitesse de la paroi 1 d'environ 3 mètres/seconde.
EXEMPLE 9 (voir figure 5) Un mode d'utilisation avantageux plus particulière-ment adapté à l'épuration de suspensions concentrées consiste à introduire la suspension a épurer du coté du sommet du vortex, ledit vortex étant alors formé principalement par le fluide auxiliaire; notamment dans le cas de recyclage, par la suspension recyclee, introduit en 10 et 11.
La suspension initialement concentrée est ainsi in-troduite par un conduit 17 dans la zone centrale du vortex,à la naissance du mouvement de retour axial, amplifie par un débit d'extraction du conduit 16 suffisant.
Cet-te disposition, qui ne modifie pratiquement pas la structure de l'ecoulement puisque le debit introduit en ~ 17 es-t faiblc par rapport au debi.t total traversant l'appareil, permet d'augmenter la distance radiale à parcourir par les composants lourds et ameliorer de ce fait la selectivite pour ces cornposants lourds.
Ce mode de ~onctionnement peut etre adopte pour tous les modes de réalisation de l'appareil, comportant une sortie pour les contaminants lourds. Il implique, comrne seule modification de cons-truction, l'inversion du sens des canaux ~53{.
obliques en 17.
Le dispositif selon l'invention présente de nombreux avantages par rapport aux dispositifs connus à ce jour. On peut citer:
- la possibilité de maintenir en péripherie sur toute la longueur du vortex et quelle que soit cette longueur, un leger excès de la suspension par rapport à la vitesse de la paroi, ce qui permet d'augmenter la selectivite de la sepa-ration des differentes fractions de la suspension a traiter et reduire les pertes de char~e et par consequent, la con-sommation d'energie; ceci permet egalement d'utiliser des appareils de très grandes dimensions specifiquement adaptes à certaines utilisations, avec une très bonne efficacite;
- la possibilite de recuperer la plus grande partie de l'energie cineti~ue de rotation communiquée à la suspension, ce qui permet la réalisation d'appareils de grandes dimensions à faible depense energetique;
- la possibilite de disposer, au coeur du vortex, d'une importante zone de centrifuc3ation, ce qui permet de parfaire la separation des di~ferents composants de la suspension dans cette ~one;
- la possibilite d'extraire dans le m8me appareil, simultanement et en continu, des particules lourdes, des particules le~eres, et differentes fractions de la suspension epuree, ce qui rend cet appareil tres polyvalent;
- la possibilite d'introduire au moins un fluide ~ auxiliaire, ce qui permet, si necessaire, de parfaire llepu-ration par " lavage" et/ou par recyclage de certaines frac tions de ladite suspension.
De la sorte, cet appareil peut être utilise avec succès dans le traitement de suspensions diverses:
- epuration des pâtes à papier, par exemple de -23~
~3~ 9 recuperation;
- élimi.nation de l'encre dans les procédés de desencrage des papiers;
- frac-tionnement de pates à papier diverses;
- épuration des eaux résiduaires ou des eaux polluées;
- séparation efficace de particules dont la densité
est assez voisine de celle du fluide dans lequel elles sont en 6U spension.
L'invention est particulièrement, mais non limitati-vement, adaptée a l'industrie papetiere, notamrnent a l'épuration de suspensions particulaires, telles que par exemple les sus-pensions fibreuses formees a partir de papiers de récuperation, les pâtes à epurer, les effluents de machine a papier dont on veut récupérer séparément les fibres et/ou les charges, les eaux résiduaires, etc~.
Si, dans la suite de la description, l'invention sera plus particulierement décrite dans son application à l'in-dustrie papetiere, il est entendu que cet-te forme de mise en oeuvre préferee est seulement donnee a titre illustratif. En effet, l'invention peut trouver d'autres applications dans les techniques de classement ou de fractionnement par centri-fugation, dans la récupération de liquides non miscibles de densité différente, a partir de mélanges etc.. De meme, si le fluide est le plus généralement Iiquide, tel que notamrnent de l'eau, il peut ~tre également gazeux.
Les suspensions particulaires traitées en papeterie comprennent principalement, et dans des proportions relatives tres variables, les élements suivants:
- un fluide vecteur tgénéralement aqueux), - des fibres naturelles, artificielles ou synthéti-ques, plus ou moins individualisées, - des particules solides de dimensions et de densité
tres variables (charges minérales, impuretes diver-ses: hot melt, plastiques, encres, adhésifs, goudrons, particules métalliques, sables, etc..~ que l'on désignera par le terme de " contaminants" , ~5~
- egalement, des particules liquides ou gazeuses (air)~
L'operation d'epuration des suspensions consiste à
separer desdites suspensions une ou plusieurs fractions de particules indesirables, puis, notamment en papeterie, de recueillir une suspension de fibres clé~arrassees des conta-minants nuisibles a leur réutilisation future.
Parmi les techniques actuellement connues pour l'épu-ration des suspensions, les plus utllisées reposent sur le principe de la separation par différence de densités et/ou de dimensions. Elles consistent notamment a introduire la suspension a épurer dans une enceinte de révolution o~ elle est animëe d'un mouvement tourbillonnaire dit " vortex" , ayant pour effet de soumettre les particules de cette suspension a l'action simultanée de deux forces:
- l'une, de sens centrifuge, qui est due a l'action de l'accélération centrifuge sur la masse de chaque particule et qui tend a l'entrainer vers la péri-phérie de l'appareil;
- l'autre, de sens centripete, qui est due à l'action du gradient radial de pression sur le volume de la particule et qui tend à l'entralner vers le centre du vortex.
Si la densité de la particule est égale à celle du fluide vecteur, ces deux forces s'équilibrent et il n'y a pas de mouvement radial moyen de la particule par rapport au fluideO
Il en résulte que si la particule en suspension est plus légere que le fluide vecteur, l'effet du gradient radial de pression est supérieur a celui de la force centrifuge et ainsi, la particule légere se dirige vers l'axe longitudinal du vortex. En revanche, si la particule est plus dense que le fluide vecteur, l'effet du gradient radial est inférieur '-' JL~S3~
a celui de la force centrifuge et la particule dense vient alors se placer sur la périphérie du vortex.
Pour la commodité de l.a description~ on designera dans ce qui suit, par " particules legères" ou " composants legers" , les particules dont la densite est inferieure à
celle du fluide vec-teur et par " particules lourdes" ou " composants lourds" , ceux dont la densite est superieure à
celle du fluide vecteur.
On a ainsi proposé des appareils denommés " hydrocy-clones" ou " centricleaners" , qui sont constitués par une enceinte conique fixe. Dans ces appareils, on introduit tangentiellement la suspension a épurer en tête de l'enceinte conique et on retire les particules les plus lourdes a l'ex-trémite opposee, la suspension ainsi epuree etant alors recueillie en tête de l'enceinte au voisinage de l'axe lon-gitudinal.
Ce dispositif se montre genéralement efficace pour la séparation des particules lourdes (sable, particules métal-liques, etc.), mais donne de mauvais résultats en ce qui concerne la séparation des particules lé~res, en particulier celles dont la densite est voisine de celle du fluide vecteur.
En efEet, dans les épurateurs t~pe hydrocyclones à
paroi fixe, on ne peut agir que sur la vitesse tangentielle d'entrée de la suspension. Pour assurer l'élimination des particules lourdes en périphérie, cette vitesse doit atre : maintenue à une valeur assez élevee, ce qui entraîne une rapidite de passage dans la zone centrale de l'appareil, et ne permet donc pas de dissocier suffisamment les particules légeres, que l'on retrouve en quasi totalite dans la suspension " epurée" .
De plus, les vitesses élevees entretiennent dans la suspension un niveau de turbulence très élevé qui contrarie ~53~9 l'effet de séparation entre les différentes particules.
Pour favoriser, dans ce type d'appareil l'elimination des particules legeres r on a alors propose de disposer au ~, centre du vortex un tube plongeant de faible diamètre pour y prelever les contaminants de faible densite. La proportion de contaminan~s leyers ainsi. separes reste malgre tout très faible, du fait de l'exiguite de cette zone centrale du vortex.
Dans les cas où il s'agissait principalement de r debarrasser les suspensions à épurer des contaminants légers, ', 10on a aussi proposé d'utiliser des enceintes à paroi egalement fixe, mais de forme cylindrique, dans lesquelles la suspension entre et sort tangentiellement, lesdits contaminants etant alors extraits axialement, et dans lesquelles on fait circuler la suspension a vitesse beaucoup plus lentet Dans ce type d'appareil, on a alors un faibIe gradient radial de pression qui ne permet d'éliminer que les particules les plus legexes.
Dans les brevets ~rançais publies sous les n~ 2 091 170 et 2 293 983, on a decrit un dispositif d'epuration dans lequel on a cherche à disposer d'une force motrice impor~
20tante, sans toutefois être gêne par les phenomènes de tux-bulence. Ce dispositif, qui vise à rapprocher le plus possible des conditions du vortex force theorique, comporte deux parois cylindriques concentriques tournant de manière synchronisée, la suspension etant alors introduite et s'ecoulant dans l'enceinte annulaire ainsi formee, de mani~re à ce que sa rotation soit totalement solidaixe de celle des parois. Toutefois, l'ef-ficacite de ce dispositif se trouve limitee par l'effet de concentration des suspensions à epurer du à l'absence totale d'agitation qui favorise un colmatage rapide de l'appareil.
30De plus, dans le cas o~ l'on doit traiter des suspensions fi-breuses, l'efficacité de ce dispositif se trouve encore entravée par la morphologie des constituants fibreux de la suspension i -4- L~
~ * publies les 14.1.1972 et 9.12.1974, respectivement ~1S3~ 3 qui, en llabsence cle toute agl-tatiorl, tendent à se structurer très rapidement en un rëseau coherent qui " piège" les con--taminants et leur in-terdit tout deplacement au sein du fluide~
Dans le brevet americain 1,712,184, on a decrit un syst~me à vortex force à paroi divergente tournante, dans lequel toutefois, la suspension amenee par le bas, est aspiree par la depression creee par la rotation de la paroi. Ainsi, du fait de la divergence de la paroi, la vitesse de la suspension est toujours inferieure à celle de la paroi. Cela limite considerablement l'efficacité de la separation et ne permet pas de regler le temps de sejour independamment de la vitesse.
En pratique, ce dispositif manque de versatilité, dans la mesure o~ il ne permet pas d'agir sur la vitesse de rotation.
Dans le brevet australien 465,775, on a décrit un hydrocyclone classique dont la paroi est mise en rotation afin de superposer un vortex forcé au vortex libre cree dans l'hydrocyclone~ La suspension est introduite ici tangentiel- @
lement avec un excès de vitesse angulaire par rapport à celle de la paroi. Ici, toutefois, les particules lourdes sont $
recueillies sensiblement dans l'axe longitudinal de l'hydro- i cyclone et les particules légeres également dans le meme axe.
Cela se traduit par la perte de l'énergie cinetique de rotation de la suspensi~n, car la plus grande partie de la suspension à recuperer etant captee axialement, toute l'energie cinetique du fluide est dissipee dans le vortex. De plus, le dispositif tournant de sortie agissant comme une pompe, son fonctionnement entraine une importante consommation d'énergie supplementaire.
Par ailleurs, la version décrite ne permet pas d'amenager au centre du vortex une importante zone de centrifugation des particules, puisque toute la suspension epuree est recueillie pres de l'axe longitudinal.
Dans l'hypothèse prevue, mais toutefois non décrite, * publies les 7.5~1929 et 21.6.1973, respectivement ~5~
où la paroi ser~it cylindrique et l~on plus conique, les com-posants lourds scraient recueil3is en peripherie, l'essentiel de la suspension etant alors recupere au cen-tre.
Cela se traduit par les memes inconvenients que la version decrite ci-dessus, c'est-~dire l'impossibilité de récuperer l'energie cinétique de ro-tation et de bénéficier des effets favorables pour l'elimination des composants legers d'une importante 70ne de centrifugation dans la partie cen-trale du vortex.
L'invention pallie les inconvenients de ces differents types d'epurateurs connus. Elle concerne un procéde et un disp~s'tif pour l'epuration des suspensions particulaires bases sur l'effet de vortex libre en paroi tournante, mais dans lequel on entretient un etat d'agitation minimum dans la totalite de la ~one périphérique du vortex, ce qui permet de séparer efficacement et d'extraire en continu différentes frac~
tions de la suspension traitee. En particulier dans le domaine de la papeterie, ce type d'appareil permet d'obtenir des sus-pensions fibreuses pratiquement debarrassees de contaminants.
Ce procede pour la separation de particules dans un fluide, dans lequel de manière connue:
- on amene la suspension a traiter dans une enceinte de revolution tournant autour de son axe longitudinal de manière a former un vortex libre ~ l'interieur de ladite en-ceinte, - on introduit ladite suspension à l'interieur de la-dite enceinte de revolution suivant une direction legerement oblique par rapport à l'axe longitudinal de l'enceinte~ de maniere à conferer a la suspension une vitesse angulaire initiale superieure a la vitesse angulaire de l'enceinte, - et on recueille separement les differents composants de la suspension, ~3~8 se caracterise en ce que:
- on règle l'écoulement de la suspension dans l'en-ceinte de manière à maintenir un leger excès de la vitesse angulaire de la suspension à l'interieur de l'enceinte par rapport a la vitesse angulaire de la paroi de l'enceinte, - en ce que l'on recueille la plus grande partie du débit de la suspension traitée dans une zone périphérique du vortex, - et en ce que l'on recueille simultanément, et si necessaire en continu:
. les composants lourds en peripherie de l'enceinte, . les composants legers au voisinage de l'axe lon-gitudinal de l'enceinte, c'est-à-dire dans l'axe du vortex, . et la fraction intermédiaire dans au moins une zone intermediaire distincte.
Ainsi, la plus grande partie du débit de la sus-pension étant recueillie dan~ une zone périphérique, à la sortie du vortex, on peut récupérer à cet endroit la plus grande partie de l'énergie communiquée à la suspension a l'entrée.
Par ailleurs, la soxtie des composants légers dans l'axe du vortex permet de disposer d'une importante zone centrale de centrifugation~ La réalisation selon brevet australien 465,775, ne permet pas une telle disposition.
A~in de conserver le degre d'agitation minimum neces-saire pour individualiser le mouvement des composants, il est indispensable que le vortex libre a paroi tournante soit formé
pour partie préponderante de plusieurs couches concentriques de conicite convergente, dont les vitesses angulaires croissent lorsque l'on se rapproche de l'axe longitudinal dudit vortex, afin de maintenir un certain cisaillement des couches. Cette conicite peut être obtenue:
1~3~
- soit par la conicite elle-meme de la paroi de l'enceinte rotative, - soit même indépendamment de la geométrie de cette paroi (par exemple encein~e cylindrique), - soit enfin, en jouant sur les vitesses d'entrée et les débi-ts de sortie de la suspension dans l'enceinte; ainsi, les vitesses d'entrée permettent de régler, pour chaque couche correspondante, la vitesse angulaire de la suspension et~ en particulier, l'excès de cette vitesse par rapport à la paroi, alors que les débits de sortie permettent de regler la convergence de l'écoulement par rapport a l'axe longitudinal, et donc la conicité dudit écoulement.
En pratique, la valeur de l'angle oblique d'intro-duction de la suspension dans l'enceinte est ~ixée par le r~pport des modules de la vitesse axiale, fonctlon du débit ~; et de la vitesse par rapport à la paroi, déterminée en fonction du degre d'agitation désire.
Par ailleurs, la " vitesse radiale de migration des particules" par rapport au fluide est essentiellement fonctlon de la forme, des dimensions, de la densite desdites particules, et des caracteristiques de l'ecoulement lui-même. Cette vitesse est d'autant plus ~aible que la difference de densite entre la particule et le ~luide vecteur est plus ~aible, que les dimensions des particules sont plus faibles et que leur ~orme est plus defavorable à leur migration.
Dans une forme perfectionnee/ on introduit également le long des parois de l'enceinte un ~luide auxiliaire, ce qui~
permet de diluer la suspension dans cette ~one et d'y augmenter la mobilité des particules.
La presence de cette couronne de fluide auxiliaire réduit la distance que doivent parcourir les particules 38~
légeres de la suspension en~rant dans l'appareil pour atteindre leur zone d'élimination si~uée vers l'axe du vortex.
La présence de cette couronne de fluide permet enfin de " laver" la suspension de ses composants les plus fins dontla vitesse de migration est très faible et qui ne sont pas entrainés par les composants les plus lourds de la sus-pension au cours de la traversée de la couronne d'eau par ces derniers.
On aura également, dans la pratique t intérêt à mettre à profit le mouvement de retour axial qui se produit naturel-lement au coeur des vortex libres en favorisant ce mouvement par l'utilisation d'une sortie axiale. L'effet de centrifugation est ainsi très amplifié dans la zone du vortex la plus proche de l'axe.
Il est ainsi possible d'extraire à la base du vortex, et no-tamment avec de faibles débits, la quasi-totalité de la fraction légere de la suspension et exempte de composants lourds. Si la suspension contient des particules gazeuses, celles-ci se rassemblent dans la zone axiale où elles forment ~o un noyau gazeux.
Un dispositif approprié pour la mise en oeuvre de ce procéde pour la separation de particules dans un fluide, dans lequel la suspension a epurer est amenee dans une enceinte de revolution tournante, du type comportant:
- des moyens pour entrainer ladite enceinte en rotation autour de son axe longitudinal, - des moyens fixes d'amenee de la suspension à epu-rer disposes selon l'axe longitudinal de ladite enceinte de révolution, prolonges par des moyens mobiles de deviation du courant de suspension vers la périphérie de l'enceinte, - des moyens fixes de sortie de la suspension epuree et des differentes fractions separees, disposes selon l'axe 398~
lonyitudinal de ladite enceinte, précedes par des moyens mobiles de déviation, se caracte.rise:
- en ce que les moyens mobiles de deviation précédant les moyens fixes de sortie captent la plus grande partie du debit de la suspension au niveau de la përipherie de l'enceinte, puis la devient vers l'axe longitudinal de rotation, de maniere a recuperer la majeure partie de l'energie cinetique de rota-tion du fluide, - en ce que les moyens principaux de sortie sont situes a l'extremi-te opposee de celle de l'enceinte comportant.
les moyens d'amenee et sont disposes à la periphérie de cette enceinte, de maniere à disposer d'une importante ~one centrale de centrifugation, - et en ce quele moyen de sortie des composants les plus légers est disposé sur l'axe longitudinal de rotation du meme côté que lesmoyens d1amenee, afin d'augmenter l'effet de centrifu~ation de ladite zone centrale.
Avantageusement, ce dispositif comprend en outre les dispositions suivantes:
- les moyens de sortie de la fraction la plus lourde de la suspension sont situes en peripherie de l'enceinte et les moyens de sortie de la fraction intermediaire de la sus-pension sont situes concentriquement les uns aux autres, mais plus au centre que lesdits moyens de sortie de la fraction .
lourde;
- un moyen de sortie additionnel de la fraction lé-gère est dispose sur l'axe longitudinal de rotation du même côté que les autres moyens principaux de sortie;
- les moyens d'amenée comportent en plus du conduit d'amenee proprement dit de la suspension, un conduit concen~
trique plus exterieur, c'est-à-dire vers la peripherie de l'enceinte, destine a amener un fluide auxiliaire à la peri-. ~53~9 pherie interne de llenceinte;
- des moyens supplémen-taires d'amenée de ~luide auxiliaire, soit continûment le long de la paroi interne de l'enceinte, soit en discontinu en différents points de ladite paroi;
- l'un au moins des moyens mobiles de déviation d'amenée et de sortie de la suspension comporte des moyens pour modul.er la vitesse de rotation de la suspension par rapport a la vitesse de l'enceinte de révolution, par exemple des canaux inclinés par rapport à l'axe longitudinal de l'enceinte, ce qui ~avorise et accentue le mouvemen-t tourbillonnaire de la suspension;
- les moyens de sortie les plus proches de l'axe sont reliés à une source de vide, afin d'augmenter le débit de sor-tie des composants légers et de favoriser la centrifuga-tion des composants lourds dans la zone centrale du vortex, sans qu'il soit nécessaire d'augmenter le niveau general des pressions;
- l'un des moyens mobiles de sortie est associe a une pompe d'alimentation du circuit aval ou de recyclage;
la paroi de l'enceinte de revolution presente des orifices de sortie destines a extraire les particules les plus denses;
- l'enceinte a une forme generale convergente a partir des moyens d'amenee de la suspension, cette partie convergente pouvant meMé être associee a une courte portion divergente pour favoriser l'elimination des composants lourds et eviter le colmatage~
En bref, schematiquement, l'ensemble situe du côte des moyens d'amenee agit comme une pompe, alors que les moyens situes a l'oppose agissent comme une turbine.
Il est entendu que les moyens mobiles de sortie ~53c~
du fluide peuvent être prolonges au niveau des paliers par des moyens, telle une pompe, solidaires desdits moyens mobiles, dans le but notamment d'alimenter le circuit aval.
La maniere dont l'invention peut etre realisee et les avantages qui en dëcoulent ressortiront mieux des exemples de realisation qui suivent donnes a titre indica-tif, mais non limitatif, à l'appui des figures annexees.
La figure 1 represente une vue schematique generale en coupe longitudinale d'un epura-teur conforme a ]'invention avec schema du mouvement du fluide.
La figure 2 montre schematiquement le parcours du fluide vecteur dans une enceinte rotative cylindrique.
La figure 3 illustre une variante du dispositif de la figure 2 avec injection de fluide auxiliaire.
La figure 4 représente une autre variante des dispo-sitifs selon les figures 2 et/ou 3, plus particulièrement adaptée au fractionnement de la suspension sortante.
La Eigure 5 represente une variante des dispositifs selon les figures 2, 3 et/ou 4, plus particulièrement adaptee à la separation des particules lourdes.
La figure 6 montre une autre forme de réalisation avec sections cylindriques à diamètre croissant et injection de fluide auxilialre en plusieurs points de la paroi.
La figure 7 represente la partie tournante d'un ap-pareil experimental pour la mise en oeuvre de l'invention.
Les figures 8 et 9 representent deux dispositifs per fectionnes pour l'épuration de grandes quantités de suspension.
En se referant à la figure 1, l'epurateur se compose:
- d'une enceinte creuse 1, ici tres legerement conique, en materiau approprie tacier inox, plastique), entrainée en rotation autour de son axe longitudinal 2, grâce a un moteur 3 qui entraine une courroie 4 en prise sur une gorge 5 prevue ~3~.?~
à cet effet sur la peripherie exteri.eure de l'enceinte de révolution l;
- de paliers 6 et 7, associes à des joints d'étan-chcitc classiqucs non rcp~sentes~ permettallt à l'cnccinte 1 de tourner su~ son axe 2;
- d~lnc tu~ulure 8 formant moyen fixc d'amence dc la suspension à epurer et debouchant par l'intermediaire d'un raccord tournant en tete de l'encelnte 1 dans un conduit d'amenee 10 formant moyen mobile de deviation;
- d'une tubulure 9 formant moyen ~ixe d'amenee de ~1uide auxiliaire, debouchant, par l'intermediaire d'un raccord tournant, egalement en tête de l'enceinte 1 dans un conduit 11 concentrique, mais plus exterieur par rapport a 10, formant aussi moyen mobile de deviation;
en face des moyens d'amenee (8, 9, 10, ].1), des moyens de sortie formes egalement par deux conduits fixes 14 et 15 formant moyens fixes de sortie, relies grace ~ des rac-cordements etanches, respectivement au conduit 12 le plus pres de la peripherie de sortie des particules les pl.us lourdes et au conduit concentrique 13 de sortie de la fraction inter-mediaire; ces conduits 12 et 13 forment moyens mobiles de deviation et sont disposes de maniere a recuperer ou a capter la plus grande partie du débit de la suspension en peripherie de l'enceinte 1, puis a la devier vers l'axe de rotation 2 de maniere a recupërer la majeure partie de l'energie cinétique de rotation du fluide;
d'un conduit de sortie 16 place en tete et dans l'axe longitudinal 2 de l'enceinte de revolution 1, donc a la base du vortex forme, et destine a recuperer l'essentiel des composants les plus le~ers, afin d'au~menter l'effet de cen-trifu~ation de la zone centrale;
eventuellement, d'un second conduit de sortie 17 ~153~ 3 ", place sur l'axe lollgitudinal et sur l'extremite opposee celle comportant le conduit 1~, destine a entraîner le reste des particules le~ères, ainsi que des particules tres fines.
Si le plus généralement, l'axe de rotation 2 est horizontal, il peut être également vertical. De même, les paliers 6 et 7 peuvent être positionnés ailleurs, par exemple, sur l'enceinte elle-même, ou même remplacés par des moyens equivalents, tels que des bandes de roulement eventuellement montees sur pneumatiques.
Le fait d'entralner en rotation l'enceinte 1 autour de son axe 2 permet de regler independamment la force motrice du processus de séparation (liee a la vitesse absolue de rotation de la suspension), indépendamment de l'intensite de l'agitation de la suspension (li.ée à sa vitesse rela-tive par rapport à la paroi qui est maintenue a un niveau minimum), ce qul permet dladapter les conditionsde marche de l'appareil au débit a traiter, sans nuire à llefficacité.
Les conduits concentriques mobiles d'amenee 10 et 11 devient le courant de suspension entrant de l'axe 2 vers la periphérie et comportent une pluralité de canaux inclinés par rapport à l'axe, de manière à favoriser la mise en mouvement tourbillonnaire de la suspension entrante et du fluide auxiliaire et à permettre d'en régler la vitesse angulaire à l'aide des seules variations du débit d'entrée respectivement de la sus-pensivn et du fluide auxiliaire.
Les conduits mobiles de sortie 12 et 13 sont consti-tués de facon analogue aux conduits 10 e~ll, mais ramènent la suspension sortante de la péripherie vers l'axe 2. Cette symetrie de structure entre la section d'entree et la section de sortie ~avorise la recuperation a la sortie de l'enceinte rotative de la plus grande partie de l'energie cinétique de ~3~3~
rotation ~ournie au fluide dans la section d'entrée.
A titre d'exemple, illustran-t le fonctionnement du dispositif selon l'invention, on va décrire le parcours des particules, ou des composan-ts a épurer, au sein de différents appareils conformes à l'invention e~, sauf indication con--traire, dans le cas de l1epuration d'une pâte à papier.
EXA~PLE l (voir figure 2) Dans cet exemple, l'enceinte de revolution l est cylindrique.
Ici, la suspension papetière a épurer contenant en mélange des fibres et des contaminants légers est introduite à l'intérieur de l'appareil, par l'intermédiaire du conduit lO, dans la zone périphérique du vortex.
En s'écoulant dans des canaux inclinés, non repré-sentés, ménagés à l'intérieur du conduit d'amenée lO, la suspension est entrainée dans un mouvement tourbill~nnaire de rotation dont on a fixé la vitesse angulaire à une valeur supérieure à la vitesse angulaire de la paroi par inclinaison desdits canaux par rapport à l'axe de rotation 2.
Les conditions d'écoulement de la suspension sont alors du type " vortex libre" , telles qu'elles sont utilisées dans les appareils cyclones; toutefois, le maintien d'un degré
d'agitation minimum en périphérie sur toute la longueur du vortex permet de réduire les frottements au niveau strictement nécessaire à la libre mobilité des particules dans la sus-pension.
Dans ces conditions, l'action des forces centrifuge et centripete peut s'exercer sans perturbation dans la totalité
du vortex, donc avec le maximum d'ef~icacité. Ainsi, la plus grande partie des particules plus légeres que le ~luide sont entrainées rapidement vers la zone axiale 20, où elles se concentrent progressivement en remontant lentement vers la ~ ~s~t~8~
section d'entree 21. La elles sont extrai-tes (exemptes de Eibres) par le conduit de sortle 16~
Lors de la rotation de l'encein-te 1 chargee de sus-pension, les p~rticules gazeuses de cette suspension se ras-semblent dans ].a ~one axiale du vortex o~ elles formen-t un noyau gazeux 20, géneralement en de~ressioll. Dans les yros appareils, on a interet à avoir un noyau gazeux central 20 assez important, afin de diminuer le niveau general des pres-sions dans l'appareil.
Les particules plus iourdes que le fluide (fibres) sont entrainees vers la périphérie~ d'autant plus efficacement . que leur cheminement n'est pas entrave par des turbulences trop improtantes.
Un tel appareil simple a paroi cylindrique ou legere-ment convergente est parti.culierement adapte a 1 ~ extraction des composan~s legers des suspensions fibreuses r telles que les pâtes à papier.
EXEJMPLE 2 (voir figure 3) Dans une variante de realisation, on peut accentuer cette dissociation du reseau fibreux en diluant la suspension à epurer au contact de la paroi au moyen d'un fluide auxiliaire introduit par le conduit d'amenee exterieur 11 avec un debit reglable à volonte.
: EXEMPLE 3 (voir figure 4) .
Icir 1~ extremite de sortie de l'enceinte de revolution comporte trois conduits concentriques 12 r 13 et 17.
On introduit en 10 une suspension fibreuse contenant des composants legers et en 11 le fluide auxiliaire (eau).
On extrait en 16 les composants legers. On recueille en 12 une fraction de la suspension epuree enrichie en fibres longues, en 17 des " fines" (fragments de fibres et de parti-cules de petites dimensions) et en 13 la fraction intermediaire.
Ce mode de réalisation est particulierement adapté
au ~ractionnement des suspensions fibreuses papetieres.
EXEMPLE ~ (voir figure 5~
Dans une variante partlculierement intéressante de l'lnvention, on peut realiser l'epuratlon en continu d'une suspension fibreuse papetière contenan-t a la fois des com~
posants legers et des composants lourds en dotant l'appareil d'orifices menages dans la paroi de l'enceinte 1, connectes a des conduits tangentiels 18 diriges ~ar exemple vers l'e~-terieur afin dleviter leur colma-tage. Par ces conduits 18, on extrait les particules les plus lourdes, qui se sont con-centrees près de la paroi.
Avantageusement, on dispose, en amont de ces orifices, des moyens 19 d'introduction d'un fluide auxiliaire destine à effectuer un lavage des contaminants lourds avant leur extraction.
On extrait ainsi par les sorties 18 les contaminants lourds pratiquement exempts de Eibres.
On recueille en 16 les contaminants legers, en 13 une suspension completement epuree, en 12 une fraction de la suspension contenant encore quelques contaminants lourds et en 17 une fraction de la suspension contenant encore quelques contaminants legers. Les fractions recueillies en 12 et 17 peuvent eventuellement être recyclees pour parfaire l'epuration.
sien evidemment, dans le cas ou llon n'aurait pas à effectuer le fractionnement de la suspension fibreuse, on pourrait se contenter des sorties 12, 16 et 18.
EXEMPLE 5 (voir figure 6) Les figures 6a et 6b illustrent un autre mode de realisation dans lequel la forme générale conique divergente de l'ensemble est donnee par une succession de sections cylin-driques elementaires 23 de diamètres croissants avec entree 3~
d'eau ou de fluide auxiliaire en 9.
En 6a, on a schematise une demi-coupe de l'appareil et le mouvement moyen des particules ~Pl - par-ticules lourdes;
P2 - particules ]egères; P3 - particules les plus fines).
En 6b, on a sc~éma-tisé les circuits de recyclage et l'ecoulement du flulde vec-teur.
~ n tel appareil es-t particulièrement adapte a l'epu-ration d'une suspension contenant des contaminants tres fine-ment divises, dont la vitesse de migra~ion est pratiquement négligeable vis-à~vis de celle des autres composallts de la suspension.
Dans ce cas, on introduit en 8, de préférence sous forme concentr~e, la suspension à épurer et en 9 le fluide auxiliaire.
~omme precedemment, on recùeille respectivement en 16 et 17 les particules legères et les particules très fines.
On recueille en 14 la suspension épurée. On recueille enfin en 24, 25 et 26 des frac-tions con-tenant des contaminants très fins à concentration croissante. Les particules recueil-lies en 24, 25 et 26 sont ramenées en tete de l'appareil pour être réintroduites à différents niveaux le long des parois des sections 23.
Les moyens mobiles correspondant aux sorties 14, 24, 25 et 26 sont prolongés chacun d'une pompe 22, ce qui permet d'alimenter à la pression voulue le circuit aval et les circuits de recyclage.
Le rideau fluide constitue le long de la paroi joue le rôle d'un tamis selectif qui laisse migrer les particules lourdes (fibres, par exemple) vers la péripherie, alors qu'il fait écran aux particules tres fines.
Un tel dispositif est particulierement avantageux pour effectuer l'élimination de l'encre dans les procédes ~53 de desencr:age des vleux papiers.
On peut egalement envisager des variantes de réalisa- L
tion dans lesquelles les sections 23 seraient légère~lent, soit convergentes, soit divergentes, selon les conditions d'utilisation envisagées (des sections diveryentes favorisant notamment l'élimination des particules les plus lourdes, des sections convergentes augmentant les vitesses de rotation du fluide~.
EXEMPLE 6 (voir figure 7) La figure 7 représente la partie tournante d'un appareil (vitesse de rotation 1650 tours par minute) experimen-tal realise conformement a l'invention et dans le~uel l'en-ceinte 1 a une longueur d'environ 75 cm et un diametre inter:ieur de 24,5 cm. Cette enceinte présente une paroi legèrement coni~ue (conicite de 3,5 ~).
Un tel appareil, un peu plus difficile à usiner qu'un appareil à enceinte cylindrique, est particulièrement adapté
pour éviter le colmatage et favoriser l'élimination des com-posants legers.
On introduit en 10 une suspension papetière a épurer, contenant des fibres et des contaminants legers, et en 11 de l'eau (é~entuellement une eau de recyclage de l'usine).' On recueille en 14 la suspension epuree, en 15 une fraction incomplètement epuree et plus diluee que l'on pourra recycler en 8 ou en 9, en 16 les contaminants legers exempts de fibres, éventuellement en 17 une suspension contenant les éléments les plus fins.
A titre de comparaison, le taux d'elimination d'un hydrocyclone classique du commerce a paroi fixe, denomme " Triclean" de 4 pouces de diamètre construit par la Societe '~
BIRD Machine Co Inc., pour un passage est d'environ 30~ de particuIes de 0,5 millimètres de diamètre, de densite 0,98, * --lg-- , marque de commerce ~, 3~8~
pour un debi-t de 150 li-tres/minute de pâte à papier ayant une concentration de 7,5 g/l.
Avec le dispositif de l'i.nvention selon figure 7, et avec la meme pâte contenant les memes composants, le taux d'elimination sera en un seul passage de 97 ~ pour un débit de 300 litres/minute, et les pertes en fibrcs seront dix Eois plus faibl.es (pertes en fibres ramenees d'environ 1,5 ~ à environ 0,15 %).
Pour obtenir un tau~ d'epu.ration comparable avec cet " hydrocyclone" TRICLEAN mentionne ci-dessus, il faudrait au moins di.x passages successifs de la suspension dans l'épu-ra-teur, ce qui entrainerait une consommation d'énergie beaucoup trop élevee.
Toujours à titre de comparaison, si on construisait un hydrocyclone -tournant selon les enseignements du brevet australien 465,775 de 50 cm de diametre, tournant à 1500 tours/minute, il faudrait l'alimenter a une pression supérieure à 10 kg pour pouvoir créer un vortex libre dans l'enceinte et ce à un debit signi~lcati~ A defaut, le debit traite serait ~ 20 tres insuffisant et la qualité de la séparation en serait diminuee par sui-te d'une turbulence excessive due ~ des exces de vitesses tangentielles par rapport à la paroi de plusieurs dizaines de metres/seconde au bas du cane. En ou-tre, la zone de séparation centrale serait trop reduite pour permettre une bonne séparation entre les différents composants.
EXEMPLE 7 (voir figure 8) La figure 8 représente un épurateur à enceinte coni-que sans bague d'étanchéité destiné a traiter des gros débits (par exemple, de l'ordre de 10 000 m3/heure) de suspension de particules légeres solides ou liquides, telles que des mélanges eau-pétrole. Sur cette figure 8, les parties qua-drillées representent les parties fixes, alors que les parties ~Cj3~
hachurees représentellt les parties tournantes. Ici, toutefois:
-- les paliers 6 et 7 ont eté remplacés par des che-mins de roulement mo-teurs 30 e-t 31, - les conduits 16 et 17 sont bien situés sur l'axe longitudinal 2, mais prennent naissance non pas - exactement au centre du vortex, mais à la periphe-rie d'un important noyau d'air 20r regule en de-pression, par des moyens connus non representes, tels qu'une pompe 3 vide, afin d'obtenir l'effet de centrifugation necessaire sans augmenter le niveau general des pressions.
La suspension (eau-petrole) à epurer est introduite en 9. On recueille en 14 la fraction epuree (eau), en 15 une fract1on incompletement epuree que l'on recycle en 8, et en 16 la fraction legère (pétrole).
En 17, on recueille une partie de la fractlon legere melangée à de l'eau en quantité suffisamment faible pour que ce melange puisse être traité ultérieurement par des moyens connus.
Ainsi, on a calcule que, pour une enceinte de 10 mètres de long, ayant un volume d'environ 35 m3, on pouvait -~ traiter de maniere satisfalsante environ lO 000 m3/heure et ce, pour une vitesse de paroi de l'enceinte l d'environ 90 km/heure (300 tours/minute), une acceleration centrifuge moyenne de 160 g, une pression intérieure maximum de 8 kg/cm2 et un excès de vitesse du fluide par rapport à la vitesse de paroi d'environ 2 metres/seconde.
EXEMPLE 8 (voir figure 9) La figure 9 représente un épurateur également à
enceinte conique sans bague d'étanchéite pour gros débits, particulièrement adapte à l'épuration des suspensions diluées, telle par exemple, qu'une pâte à papier très peu concentrée :~5i3 et contenarlt des contaminan-ts légers.
Ici, le no~au d'air 20 est ré~ule en dépression de la même façon que précédemrnent par l'intermediaire du conduit 32.
On a calcule qu'avec un tel appareil, pour une enceinte de 5 mètres de long, d'un volume interne de 5,5 m3, on pouvait épurer environ l.000 m3 par heure, pour une vitesse cle paroi d'environ 70 Km/heure (700 tours/minute) a une ac-célération centrifuge moyenne de 300 ~, une pression interne maxi.mum de 15 Kg/cm2 et un exces de vitesse du fluide par rapport à la vitesse de la paroi 1 d'environ 3 mètres/seconde.
EXEMPLE 9 (voir figure 5) Un mode d'utilisation avantageux plus particulière-ment adapté à l'épuration de suspensions concentrées consiste à introduire la suspension a épurer du coté du sommet du vortex, ledit vortex étant alors formé principalement par le fluide auxiliaire; notamment dans le cas de recyclage, par la suspension recyclee, introduit en 10 et 11.
La suspension initialement concentrée est ainsi in-troduite par un conduit 17 dans la zone centrale du vortex,à la naissance du mouvement de retour axial, amplifie par un débit d'extraction du conduit 16 suffisant.
Cet-te disposition, qui ne modifie pratiquement pas la structure de l'ecoulement puisque le debit introduit en ~ 17 es-t faiblc par rapport au debi.t total traversant l'appareil, permet d'augmenter la distance radiale à parcourir par les composants lourds et ameliorer de ce fait la selectivite pour ces cornposants lourds.
Ce mode de ~onctionnement peut etre adopte pour tous les modes de réalisation de l'appareil, comportant une sortie pour les contaminants lourds. Il implique, comrne seule modification de cons-truction, l'inversion du sens des canaux ~53{.
obliques en 17.
Le dispositif selon l'invention présente de nombreux avantages par rapport aux dispositifs connus à ce jour. On peut citer:
- la possibilité de maintenir en péripherie sur toute la longueur du vortex et quelle que soit cette longueur, un leger excès de la suspension par rapport à la vitesse de la paroi, ce qui permet d'augmenter la selectivite de la sepa-ration des differentes fractions de la suspension a traiter et reduire les pertes de char~e et par consequent, la con-sommation d'energie; ceci permet egalement d'utiliser des appareils de très grandes dimensions specifiquement adaptes à certaines utilisations, avec une très bonne efficacite;
- la possibilite de recuperer la plus grande partie de l'energie cineti~ue de rotation communiquée à la suspension, ce qui permet la réalisation d'appareils de grandes dimensions à faible depense energetique;
- la possibilite de disposer, au coeur du vortex, d'une importante zone de centrifuc3ation, ce qui permet de parfaire la separation des di~ferents composants de la suspension dans cette ~one;
- la possibilite d'extraire dans le m8me appareil, simultanement et en continu, des particules lourdes, des particules le~eres, et differentes fractions de la suspension epuree, ce qui rend cet appareil tres polyvalent;
- la possibilite d'introduire au moins un fluide ~ auxiliaire, ce qui permet, si necessaire, de parfaire llepu-ration par " lavage" et/ou par recyclage de certaines frac tions de ladite suspension.
De la sorte, cet appareil peut être utilise avec succès dans le traitement de suspensions diverses:
- epuration des pâtes à papier, par exemple de -23~
~3~ 9 recuperation;
- élimi.nation de l'encre dans les procédés de desencrage des papiers;
- frac-tionnement de pates à papier diverses;
- épuration des eaux résiduaires ou des eaux polluées;
- séparation efficace de particules dont la densité
est assez voisine de celle du fluide dans lequel elles sont en 6U spension.
Claims (13)
1. Procédé pour la séparation de particules dans un fluide dans lequel de manière connue:
- on amène la suspension à traiter dans une enceinte de révolution tournant autour de son axe longitudinal, de matière à former un vortex à l'intérieur de ladite enceinte, - on introduit ladite suspension à l'intérieur de ladite enceinte de révolution suivant une direction légère-ment oblique par rapport à l'axe longitudinal de l'enceinte, de manière à conférer à la suspension une vitesse angulaire initiale supérieure à la vitesse angulaire de l'enceinte, - et on recueille séparément les différents com-posants de la suspension, caractérisé en ce que:
- on règle l'écoulement de la suspension dans l'enceinte de manière à maintenir un léger excès de la vitesse angulaire de la suspension à l'intérieur de l'enceinte par rapport à la vitesse angulaire de la paroi de l'enceinte;
- en ce que on recueille la plus grande partie du débit de la suspension traitée dans une zone périphérique du vortex.
- et enfin, en ce que on recueille simultanément, et si nécessaire en continu:
. les composants lourds en périphérie de l'enceinte, . les composants légers au voisinage de l'axe longi-tudinal de l'enceinte, c'est-à-dire dans l'axe du vortex, . et la fraction intermédiaire dans au moins une zone intermédiaire distincte.
- on amène la suspension à traiter dans une enceinte de révolution tournant autour de son axe longitudinal, de matière à former un vortex à l'intérieur de ladite enceinte, - on introduit ladite suspension à l'intérieur de ladite enceinte de révolution suivant une direction légère-ment oblique par rapport à l'axe longitudinal de l'enceinte, de manière à conférer à la suspension une vitesse angulaire initiale supérieure à la vitesse angulaire de l'enceinte, - et on recueille séparément les différents com-posants de la suspension, caractérisé en ce que:
- on règle l'écoulement de la suspension dans l'enceinte de manière à maintenir un léger excès de la vitesse angulaire de la suspension à l'intérieur de l'enceinte par rapport à la vitesse angulaire de la paroi de l'enceinte;
- en ce que on recueille la plus grande partie du débit de la suspension traitée dans une zone périphérique du vortex.
- et enfin, en ce que on recueille simultanément, et si nécessaire en continu:
. les composants lourds en périphérie de l'enceinte, . les composants légers au voisinage de l'axe longi-tudinal de l'enceinte, c'est-à-dire dans l'axe du vortex, . et la fraction intermédiaire dans au moins une zone intermédiaire distincte.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que on introduit le long des parois de l'enceinte un fluide auxiliaire destiné à augmenter la mobilité des composants situés dans cette zone périphérique et/ou à ef-fectuer un "lavage" desdits composants.
en ce que on introduit le long des parois de l'enceinte un fluide auxiliaire destiné à augmenter la mobilité des composants situés dans cette zone périphérique et/ou à ef-fectuer un "lavage" desdits composants.
3. Dispositif pour la séparation de particules dans un fluide, dans lequel la suspension à épurer est amenée dans une enceinte de révolution tournant autour de son axe, du type comportant:
- des moyens fixes d'amenée de la suspension, dis-posés selon l'axe longitudinal de ladite enceinte de révolution, prolongés par des moyens mobiles de déviation du courant de suspension vers la périphérie de l'enceinte, - des moyens pour entraîner ladite enceinte en rotation autour de son axe longitudinal, - des moyens fixes de sortie de la suspension à
épurer et des différentes fractions séparées, disposés selon l'axe longitudinal de ladite enceinte, précédés par des moyens mobiles de déviation, caractérisé:
- en ce que les moyens mobiles de déviation pré-cédant les moyens fixes de sortie captent la plus grande partie du débit de la suspension au niveau de la périphérie de l'enceinte, puis la devient vers l'axe longitudinal de rotation, de manière à récupérer la majeure partie de l'énergie cinétique de rotation, - en ce que les moyens principaux de sortie sont situés à l'extrémité opposée de celle de l'enceinte comportant les moyens d'amenée, et sont disposés à la périphérie de cette enceinte, de manière à disposer d'une importante zone centrale de centrifugation, - et en ce que le moyen de sortie des composants plus légers est disposé sur l'axe longitudinal de rotation du même côté que les moyens d'amenée afin d'augmenter l'effet de centrifugation de ladite zone centrale.
- des moyens fixes d'amenée de la suspension, dis-posés selon l'axe longitudinal de ladite enceinte de révolution, prolongés par des moyens mobiles de déviation du courant de suspension vers la périphérie de l'enceinte, - des moyens pour entraîner ladite enceinte en rotation autour de son axe longitudinal, - des moyens fixes de sortie de la suspension à
épurer et des différentes fractions séparées, disposés selon l'axe longitudinal de ladite enceinte, précédés par des moyens mobiles de déviation, caractérisé:
- en ce que les moyens mobiles de déviation pré-cédant les moyens fixes de sortie captent la plus grande partie du débit de la suspension au niveau de la périphérie de l'enceinte, puis la devient vers l'axe longitudinal de rotation, de manière à récupérer la majeure partie de l'énergie cinétique de rotation, - en ce que les moyens principaux de sortie sont situés à l'extrémité opposée de celle de l'enceinte comportant les moyens d'amenée, et sont disposés à la périphérie de cette enceinte, de manière à disposer d'une importante zone centrale de centrifugation, - et en ce que le moyen de sortie des composants plus légers est disposé sur l'axe longitudinal de rotation du même côté que les moyens d'amenée afin d'augmenter l'effet de centrifugation de ladite zone centrale.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé
ce que les moyens de sortie de la fraction la plus lourde de la suspension sont situés en périphérie de l'enceinte, et les moyens de sortie de la fraction intermédiaire de la suspension sont situés concentriquement mais plus au centre que lesdits moyens de sortie de la fraction lourde.
ce que les moyens de sortie de la fraction la plus lourde de la suspension sont situés en périphérie de l'enceinte, et les moyens de sortie de la fraction intermédiaire de la suspension sont situés concentriquement mais plus au centre que lesdits moyens de sortie de la fraction lourde.
5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte également un moyen de sortie additionnel de la fraction légère disposé sur l'axe longitudinal de rotation du même côté que les moyens principaux de sortie.
6. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que il présente un conduit concentrique aux moyens d'amenée mais disposé plus à l'extérieur par rapport à la périphérie interne de l'enceinte, destiné à amener un fluide auxiliaire en un ou plusieurs points de la périphérie interne de cette enceinte.
7. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens d'amenée et de sortie de la supension comportent des moyens permettant de moduler la vitesse angulaire de la suspension par rapport à la vitesse angulaire de l'enceinte de révolution, lesdits moyens de modulation étant constitués par une pluralité de canaux inclinés par rapport à
l'axe longitudinal de l'enceinte.
l'axe longitudinal de l'enceinte.
8. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'un au moins des moyens mobiles de sortie est associé à une pompe d'alimentation du circuit aval.
9. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'un au moins des moyens de sortie est relié à une source de vide.
10. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la paroi de l'enceinte de révolution présente au moins un orifice de sortie destiné à extraire les composants les plus denses.
11. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'enceinte comporte une portion divergente située juste en amont de chacun des orifices de sortie des composants lourds.
12. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant de réguler en dépression le noyau central d'air formé lors de la rotation de ladite enceinte autour de son axe longitudinal.
13. Dispositif perfectionné pour la séparation de particules dans un fluide, dans lequel la suspension à épurer est amenée dans une enceinte de révolution, entraînée en rotation autour de son axe longitudinal par des moyens appro-pries, caractérisé en ce qu'il comporte:
- un conduit fixe d'amenée de la suspension à traiter, disposé selon l'axe longitudinal de l'enceinte de révolution, prolongé par un conduit tournant incliné par rapport à l'axe et débouchant dans l'enceinte, destiné à dévier le courant de la suspension vers la périphérie de l'enceinte, placé en tête de l'enceinte, - un conduit de sortie place du même côté que le conduit et dans l'axe longitudinal de l'enceinte, destiné
à récupérer l'essentiel des composants légers, - un second conduit fixe raccorde également à un conduit tournant incline par rapport à l'axe longitudinal et débouchant dans l'enceinte, concentrique au conduit, mais disposé en périphérie de l'entrée de l'enceinte, destiné à
amener un fluide auxiliaire à la périphérie interne de l'en-ceinte, - un conduit fixe de sortie de la fraction intermé-diaire relié à un conduit tournant incliné par rapport à
l'axe et placé en périphérie de l'enceinte, situé à l'extrémité
de l'enceinte opposée à celle comportant les conduits d'amenée, - un conduit fixe concentrique, mais plus extérieur à, relié également à un conduit tournant incliné, fixé direc-tement à la périphérie de la pointe de l'enceinte, destiné
à récupérer les composants lourds, - enfin, un conduit placé sur l'axe de rotation, à
l'extrémité de l'enceinte opposée à celle comportant le conduit, destiné également à récupérer les composants légers.
- un conduit fixe d'amenée de la suspension à traiter, disposé selon l'axe longitudinal de l'enceinte de révolution, prolongé par un conduit tournant incliné par rapport à l'axe et débouchant dans l'enceinte, destiné à dévier le courant de la suspension vers la périphérie de l'enceinte, placé en tête de l'enceinte, - un conduit de sortie place du même côté que le conduit et dans l'axe longitudinal de l'enceinte, destiné
à récupérer l'essentiel des composants légers, - un second conduit fixe raccorde également à un conduit tournant incline par rapport à l'axe longitudinal et débouchant dans l'enceinte, concentrique au conduit, mais disposé en périphérie de l'entrée de l'enceinte, destiné à
amener un fluide auxiliaire à la périphérie interne de l'en-ceinte, - un conduit fixe de sortie de la fraction intermé-diaire relié à un conduit tournant incliné par rapport à
l'axe et placé en périphérie de l'enceinte, situé à l'extrémité
de l'enceinte opposée à celle comportant les conduits d'amenée, - un conduit fixe concentrique, mais plus extérieur à, relié également à un conduit tournant incliné, fixé direc-tement à la périphérie de la pointe de l'enceinte, destiné
à récupérer les composants lourds, - enfin, un conduit placé sur l'axe de rotation, à
l'extrémité de l'enceinte opposée à celle comportant le conduit, destiné également à récupérer les composants légers.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8007244A FR2478489B1 (fr) | 1980-03-21 | 1980-03-21 | Procede et dispositif pour la separation de particules dans un fluide, notamment pour l'epuration de suspensions papetieres |
| FR80/07244 | 1980-03-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1153989A true CA1153989A (fr) | 1983-09-20 |
Family
ID=9240352
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