EP0340087B1 - Appareil de séparation centrifuge équipé d'un dispositif permettant de piéger la phase lourde - Google Patents

Appareil de séparation centrifuge équipé d'un dispositif permettant de piéger la phase lourde Download PDF

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EP0340087B1
EP0340087B1 EP89401132A EP89401132A EP0340087B1 EP 0340087 B1 EP0340087 B1 EP 0340087B1 EP 89401132 A EP89401132 A EP 89401132A EP 89401132 A EP89401132 A EP 89401132A EP 0340087 B1 EP0340087 B1 EP 0340087B1
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sheath
phase
heavy phase
mixture
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B5/00—Other centrifuges
    • B04B5/12—Centrifuges in which rotors other than bowls generate centrifugal effects in stationary containers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B5/00—Other centrifuges
    • B04B5/12—Centrifuges in which rotors other than bowls generate centrifugal effects in stationary containers
    • B04B2005/125—Centrifuges in which rotors other than bowls generate centrifugal effects in stationary containers the rotors comprising separating walls

Definitions

  • the present invention relates to a centrifugal separation device equipped with a device making it possible to trap the heavy phase as it reaches the periphery without opposing the fact that the light phase at this point returns to the center.
  • the treatment rotor may comprise, downstream, a rotary rectifier and, alternatively, upstream, a rotary distributor.
  • the centrifugal separation device of the aforementioned counter-current type is described in the French patent. n ° 2.576.526.
  • an inner wall is provided under the rotor channeling the mixture to be treated towards it.
  • the inner wall is spaced from the outer wall of the enclosure to define a chimney channeling the leakage flow of the light phase.
  • the heavy phase separated by the rotor is trapped at the periphery of the rotor by a stack of frustoconical deflectors. The heavy phase thus trapped travels towards the periphery and precipitates against the wall of the enclosure along which it descends by borrowing a narrowing of the chimney in which the leakage of light phase flows.
  • the leakage flow of the light phase is not similar to the flow of the mixture in the rotor and practically does not force the heavy phase to descend faster than by gravity. Consequently, the heavy phase is well trapped, but it does not escape easily and tends to re-mix.
  • the object of the invention is always as in the prior art, to achieve an optimal flow rate of separated light phase with the lowest possible rate of residual heavy phase entrained.
  • the object of the invention is to trap the heavy phase at the periphery during centrifugation and to keep it trapped until it is removed; it aims concomitantly for certain cases to recycle the light phase of the concentrated mixture in order to integrate into the centrifugal separation apparatus of the initial mixture to be treated, the separation of the heavy phase from the concentrated mixture.
  • the selective transfer barrier (s) are arranged, if the flow direction of the leak is considered, downstream of the rotor on one of the walls of the sheath and connected, if we consider the direction of flow of the mixture, upstream of the rotor on the inner wall of said sheath so that the light phase of the leakage flow can be recycled in the flow of the mixture and is thus constantly renewed without the heavy phase being able to return to the mixture.
  • the or each selective barrier or transfer grid is formed by a plurality of fixed longitudinal flaps whose inner and outer edges define fictitious cylindrical envelopes concentric with the rotor, each flap extending , if we consider in a plane perpendicular to said rotor the direction of rotation thereof, from the rear interior to the front exterior.
  • the selective transfer barrier can cooperate with a device for coalescing the liquid mist constituting the separate heavy phase, this coalescing device can be constituted by descending elements located between the two walls of the sheath.
  • the invention provides different embodiments of the means of forced circulation of the peripheral leak.
  • the means of forced circulation comprises fixed blades integral with the head of the fixed enclosure in order to form a marginal centrifugal fan, these blades being inclined, if we consider the direction of rotation of the rotor, from the rear center to the front periphery, the fan then forcing said light phase flow charged with the separated heavy phase, downstream of this leakage flow.
  • the means of forced circulation comprises at least one nozzle connected to a light phase source, such as the discharge of the means causing in this apparatus the pressure drop, opening in upstream of the above-mentioned fixed blades if we consider the peripheral leakage flow and extending substantially in the direction of the neighboring blade or blades.
  • the means of forced circulation comprises at least one nozzle connected to a light phase source, such as the discharge of the means causing in this apparatus the pressure drop, opening at the head of the sheath and extending tangentially in the direction of rotation of the rotor.
  • the means of forced circulation comprises at least one nozzle connected to a light phase source, such as the discharge of the means generating in this device the pressure drop, emerging between the rotor and the sheath substantially at the level of the first disc of the rotor disposed upstream of the peripheral leakage flow and extending obliquely substantially in the direction of the flap or flaps neighboring the collection grid.
  • a light phase source such as the discharge of the means generating in this device the pressure drop, emerging between the rotor and the sheath substantially at the level of the first disc of the rotor disposed upstream of the peripheral leakage flow and extending obliquely substantially in the direction of the flap or flaps neighboring the collection grid.
  • centrifugal apparatus applying the device for trapping the heavy phase according to the invention can be envisaged.
  • the improved device according to the invention is applicable in particular to one or the other of the centrifugal apparatuses described in what follows with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the counter-current separating device illustrated in FIG. 1 is the subject of French patent 2 468 410. It comprises a fixed enclosure 1 in which is rotatably mounted a centrifugation rotor 2 constituted by discs 3 wedged on a driving shaft 4, these discs can be flat or conical.
  • the enclosure 1 surrounds, under the rotor 2, a coaxial supply sleeve 5, through which the mixture to be treated flows in the direction of the arrow F. It is surmounted, above said rotor 2, by the casing 6 of a fan 7 fixed on the shaft 4, casing in the form of a scroll, the tangential tubing of output 8 is intended to be connected with the purified light phase circuit.
  • the discs 3 of the rotor 2 delimit openings 11 separated by solid parts 12 having protruding edges 13, called upstream rear edges if we consider the direction T of rotation and the direction F of axial flow, as well as flanges 14 (FIG. 5), called flanges before downstream relative to the same directions.
  • the discs are spaced apart and generally angularly offset from one another, so as to determine the slope of the helical flow of live veins of the mixture through the openings.
  • This helical flow of the live veins at a tangential speed greater than that of the rotor is due to the upstream pressure drop generated by the fan 7 and to the transformation of this by the distributor 10 or at least the first disc 3 which fills it the function, in a helical speed.
  • These living veins flow faster than dead blades of the mixture which separate them and which are trapped in the rotor by the solid parts 12 and their edges 13, 14.
  • the heavy phase migrates under the action of the centrifugal field towards the periphery and precipitates against the wall of the enclosure 1 of where it travels against the current along it (i.e. upstream) while being supported by a light phase leakage current in the direction of arrow G.
  • the cross-current separating apparatus illustrated in FIG. 2 is the subject of French patent 2,575,676. It comprises, like the previous one, a fixed enclosure 1 in which is mounted rotating a centrifugation rotor 2 with perforated discs 3, planar or conical .
  • the mixture to be treated flows through the rotor 2 ( Figure 2) from top to bottom along the same helical path as in the device described with reference to Figure 1.
  • the axial component of this flow is directed in the direction of arrow F ′ which is the same as that of arrow G defining the axial component of the helical flow of the light phase leak loaded with the heavy phase which is located in a peripheral chamber 25 formed in the enclosure 1 around said rotor to a cyclonic convergent 26.
  • the flows of the mixture, of the purified light phase and of the separated and fluidized heavy phase are therefore equicurrent, which limits the risks of remixing.
  • the purified light phase flows through the barrel 17 and the transit chamber 21 in the axial direction F opposite to that of the arrow F ′ to be evacuated by the pipe 8 of the fan, the return of the helical flow in the direction reverse axial being channeled by pants 27 fixed in the enclosure under the rotor.
  • the centrifugation apparatus - whether that of FIG. 1 or that of FIG. 2 - comprises under the rotor 2 a sheath with concentric walls 28 and 29.
  • the outer wall 28 is surmounted by the enclosure 1 and the inner wall 29 by a collecting grid 30 located opposite the rotor 2.
  • This grid is constituted by a plurality of fixed flaps 31 (FIG. 4) whose edges interior 32 define a fictitious cylindrical envelope 33 very close (apart from operating clearance) to the discs 3 of the rotor 2 and whose outer edges 34 define a fictitious cylindrical envelope 35 concentric with the previous one and relatively distant from the enclosure 1.
  • the flaps 31 have an angle of incidence "a" relative to the tangent and this incidence is oriented so that the outer edge 34 of each blade is located in front from the inner edge 32 of said blade if one refers to the direction of rotation T of the rotor 2 and consequently of the helical flow of the light phase leak loaded with heavy phase through the corresponding slot 36.
  • the flaps 11 are curved so that their concavity is oriented towards the center. Indeed, this curvature allows the trailing threads to be brought back on circular trajectories in a chimney 37 delimited, opposite the rotor 2, by the enclosure 1 and the grid 30, chimney which extends below between the walls 28 and 29 of the sheath.
  • the light leaking phase flows downwards because the chimney 37 is closed at the top.
  • a forced circulation means 100 is provided at the top of the chimney 37.
  • the forced circulation means 100 is a fan centrifugal constituted by fixed inclined blades 101 projecting downwards on a crown 102, arranged in the enclosure 1 opposite the solid peripheral part 103 of the head disc of the rotor; this head disc is, if we consider the direction of flow of the mixture according to arrow F in the rotor 2, the last downstream disc 3 a in the counter-current separating apparatus of FIG. 1 or the first disc upstream 3 b in the equal current separating device of figure 2.
  • the blades 101 are inclined from the rear center to the front periphery. Furthermore, the lower edge of these blades extending at more closely, that is to say with minimal operating play, of the solid portion 103 that extends outside the cut-outs 11 of the disc 3 has or 3 b of head. Finally, sloping notches 104 are formed in the enclosure 1 between the crown 102 and the grid 30 to divert the stream of purified light phase, coming from the rotor and blown by the centrifugal fan 101-103, towards the slots 36 of this grid 30 and possibly the chimney 37 so that the axial component G of the leakage flow is directed downwards.
  • the spacing of the flaps 31 depends, under the conditions of use provided, on their width and their incidence so that the slots 36 behave well with respect to the phases as indicated above.
  • the flaps 31 of the grid 30 can, instead of being rectilinear and parallel to the axis of the rotor, be shaped as helicoid defining cylindrical envelopes 33 and 35. In addition, whatever the shape of the flaps, these can be arranged in frustoconical envelopes.
  • each disc 3 of the rotor 2 may behave at its periphery like a centrifugal fan to better force-feed in the heavy phase and, in the alternative, in the light phase, the slots 36 of the collection grid 30.
  • the rear rear radial rim 13 of each solid part 12 of each disc 3 is extended beyond the openings 11 by curved or simply inclined parts 38 extending to the periphery.
  • the angle of incidence "b" of these edge portions 38 relative to the tangent is opposite to that "a" of the flaps 31 of the collection grid 30.
  • the tubular enclosure 1 extends between two flanges 39 and 40 to which it is welded and which hold the flaps 31 of the grid 30.
  • This cassette 10 30, 39, 40 surrounds the rotor 2 and is interposed with sealing between two fixed flanges 41 and 42 of the device, the flanges being fitted into grooves and pressing O-rings 43.
  • the crown 102 is fixed on the flange 41 so that the crest of its blades 101 is located as close as possible to the disc 3 a (or 3 b ).
  • the sloping notches 104 which connect the interpale spaces to the slots 36 of the grid 30 and possibly to the chimney 37, are cut in the flange 39 whose teeth separating the notches hold the flaps 31 of the grid 30.
  • the flange 42 is fixed to a counter-flange 44 on which the walls 28 and 29 of the sheath are welded.
  • Passages 45 are provided opposite in the lower flange 40 of the cassette as well as in the flange 42 and the counter-flange 44 in order to establish permanent communication between the sections of the chimney 37 of said cassette and said sheath.
  • the forced circulation means 100 comprises, in combination with the centrifugal fan 101-103, one or more nozzles 105 hollowed out in the flange 41 or attached therein.
  • This or these nozzles are connected to a light phase source which can be the discharge 8 of the fan 7 or else an independent light phase circuit, such as a compressed air circuit.
  • the nozzle (s) 105 extend substantially in the direction of the neighboring blades 101. It or they open facing the free spaces which separate these blades and are located upstream of said blades if we consider the direction G of the flow of leak, i.e. on the inside of the blades and above the rotor.
  • the means of forced circulation comprises, in combination or not with the centrifugal fan 101-103, one or more nozzles 106 connected to the light phase source under pressure, extending tangentially to the rotor 2 and opening into the chimney 37 at the head and downstream of the helical flow leakage coinciding with the front of the rotor rotation (arrow T).
  • centrifugal fan 101-103 constitutes, when it exists, a blown seal preventing the make-up flow coming from the nozzle (s) 106 from pushing upstream of the leak.
  • a minimum clearance must be provided between the full peripheral part 103 of the head disc 3 a or 3 b and the flange 41.
  • the nozzle or nozzles 106 can be inclined along the slope of the downward helical leakage flow.
  • the forced circulation means 100 comprises, in combination or not with the centrifugal fan 101-103 and / or the nozzle (s) 106, one or more nozzles 107 connected to the source light phase under the above pressure.
  • This or these nozzles 107 open out between the sheath and the rotor, advantageously near the grid 30 between the two head discs of said rotor.
  • the nozzle (s) 107 extend obliquely substantially in the direction of the neighboring flap (s) 31 of this grid 30 to blow through slots 36 in the latter.
  • FIG. 7 A particular embodiment of the combination of the selective collection barrier 30 with a selective transfer barrier 49 is illustrated in FIG. 7.
  • the enclosure 1 surrounds a collection grid 30 whose flaps 31 extend as close as possible to the fictitious envelope of the conical discs 3 of the rotor 2 and delimit slots 36 which open into the chimney section 37 formed between said enclosure and said grid. These are extended downwards by the outer 28 and inner 29 walls of the sheath defining between them a second chimney section 37 communicating permanently with the first.
  • the centrifuge device which can be of any type (FIGS. 7 and 17 to 23) has a selective transfer barrier 49 (FIGS. 7 to 16) which is arranged on one of the walls 28 or 29 of the sheath downstream of the rotor, if we consider the axial direction of flow of the leak according to arrow G, and connected to the inner wall 29 of the sheath upstream of the rotor 2, if we consider the axial direction of flow of the mixture according to arrow F.
  • the location of the selective transfer barrier 49 is defined in general in the above to cover all the possible embodiments including those which are illustrated in FIGS. 7 and 17 to 23.
  • this transfer barrier is mounted on the inner wall 29 of the sheath below the rotor to open into the chimney 37 and into the delimited central duct. through this wall to convey the mixture to be treated.
  • the selective transfer barrier 49 is a grid 50 absolutely identical to the aforementioned collection grid 30; its shutters 31 are oriented in the same way, relative to the leakage flow in the chimney 37, as those of said collection grid 30; therefore, when passing the transfer grid 50, the heavy phase remains trapped in the chimney 37 since it cannot, because of its rotation, engage between the flaps oriented opposite to this rotation in the slots 36; on the other hand, the light phase which is in slight overpressure with respect to the mixture of the conduit, flows through the said slots as far as the said conduit but with a sufficiently low speed so that it practically does not involve any heavy phase.
  • this transfer grid 50 is applicable, like the other equivalent means described below with reference to FIGS. 8 to 16, to the other embodiments of the centrifuge apparatus and in particular to those of FIGS. 17 to 23.
  • the selective transfer barrier 49 is a perforated plate 51, the holes 52 of which have a diameter and a distribution such that the particles of heavy phase, even the finest, cannot cross them. Moreover, this is all the more difficult for them as they circulate in a manner substantially parallel to the plate or with a low incidence, which considerably reduces the chance of penetrating a hole.
  • the selective transfer barrier 49 is a mass filtration membrane 53.
  • This membrane delimits channels 54 into which the heavy phase particles may attempt to penetrate. If they are very thin, they can pass completely through the membrane provided they reach it at an appropriate angle. But in general, they get blocked in channels whose section is not constant and whose shape is sinuous. Consequently, the membrane stops in its mass the particles of heavy phase and allows itself to be traversed by the light phase which then returns to the mixture.
  • the membrane behaves like a filter with the disadvantage that this filter is clogged and must therefore be changed periodically.
  • the selective transfer barrier 49 is a surface filtration membrane 55.
  • This membrane has an underlayer 56 through which the charged light phase could pass but which in reality does not is crossed only by the light phase free of heavy phase. Indeed, the heavy phase is stopped by a filtering skin 57 covering the sub-layer and having calibrated orifices 58 of dimensions such that the light phase passes.
  • a membrane 55 is non-clogging and its replacement may only be considered during revisions of the device.
  • the transfer barriers 51, 53 and 55 can be cylindrical sleeves rigidly interposed between two elements of the inner wall 29 of the sheath. They can also be screens inserted in windows delimited by said interior wall 29.
  • barriers 51, 53 and 55 can cooperate, when the concentrated mixture flowing in the chimney 37 is a liquid mist, with a coalescing device 59 making it possible to improve their efficiency and to remove them from most of the droplets.
  • the coalescing device 59 is constituted by a stack of frustoconical deflectors 60 spaced from one another and diverging downstream from the flow along the arrow G of the concentrated mixture in the chimney 37. Observed in projection on the corresponding barrier 51 or 53 or 55, the deflectors overlap each other. Consequently, the droplets entrained by the gaseous phase which escapes through said barrier, meet the deflectors, meet, enlarge and flow downwards, thus not being able to cross this barrier.
  • the coalescing device 59 consists of a plurality of fixed longitudinal flaps 61 oriented and distributed, relative to the rotation along the arrow T of the mixture concentrated in the chimney 37, like the flaps 31 of the transfer grid 50 according to FIG. 7. Consequently, the droplets, turning in the chimney, meet the flaps 61 and tend to meet, to enlarge and to flow downwards along said flaps without reaching to the corresponding barrier 51, 53 or 55, the risk of being driven through it by the gaseous phase being thus eliminated.
  • the coalescing device 59 consists of two perforated cylinders 62 and 63 concentric with one another and with the corresponding barrier 51, 53 or 55, these cylinders being closed at the top by an annular partition 64.
  • the perforations 65 of said cylinders are staggered with respect to each other and relative to the orifices of said barrier in order to form an impact filter.
  • FIGS. 17 and 18 A first embodiment of an apparatus of the counter-current type according to FIG. 1 is shown diagrammatically in FIGS. 17 and 18.
  • This apparatus is intended for treating a phase mixture gas and powder phase. It comprises a rotor 2 mounted in an enclosure 1 surmounting a sheath whose inner 29 and outer 28 walls define a chimney 37 in which the gaseous leakage phase charged with the separate pulverulent phase flows helically.
  • the internal wall 29 is provided with a selective transfer barrier 49 which can be of any type, for example a grid 50.
  • the two walls are connected by a bottom 66 constituted by two helical ramps 67 extending symmetrically from their common base 68 in a first half of the chimney 37 and by two other helical ramps 69 extending symmetrically from their common base 70 in the second half of the chimney, these two pairs 67 and 69 of ramps meeting at two vertices 71 diametrically opposite.
  • the bases 68 and 70 are connected to a means for discharging the pulverulent heavy phase guided towards the bottom by the ramps 67 and 69, means which can be constituted by a closed tank 72, a rotary lock 73 or the like.
  • the heavy pulverulent phase is discharged and that the light leakage phase which keeps it in rotating suspension in the chimney 37 cannot escape with said pulverulent material, but returns through the barrier. transfer 49 in the conduit delimited by the wall 29 to unite with the mixture before it reaches the rotor 2.
  • the inner wall 29 delimiting the conduit for rotating the mixture to be treated and for distributing it to the rotor 2 is connected to a tangential supply pipe 74 passing through the sheath under the inclined ramps 67, 69 and between these; moreover, this inner wall 29 is extended downwards by a converging 75 which forms a cyclonic device by which a first separation of the larger pulverulent phase is carried out before that which is carried out in the rotor 2.
  • FIG. 19 A second embodiment of a device of the type with against the current according to Figure 1 is shown schematically in Figures 19 and 20.
  • This device is intended to treat a mixture of gas phase and a liquid phase. It comprises a rotor 2 mounted in an enclosure 1 surmounting a sheath the inner and outer walls of which delimit a chimney 37 in which the gaseous phase of leakage forms with the separated liquid phase a mist which flows in a helical manner.
  • the internal wall 29 is provided with a selective transfer barrier 49 which can be of any type, for example a grid 50.
  • the outer wall 28 is surrounded by a concentric peripheral wall 76 and these walls are connected to each other near the rotor by a shutter ring 77.
  • the peripheral wall 76 is connected to a tangential tube 78 for supplying mixture to be treated. Therefore, the mixture is rotated in the chamber 79 delimited by these walls 28, 76 and descends in the direction of the arrow F ′ in a helical movement.
  • the peripheral wall 76 is extended by a descending convergent 80 which forms a cyclonic device by which a first separation of the larger droplets is effected.
  • the inner wall 29 of the sheath is conical and diverges downwards so that its lower end 81 is very close to that 82 of the outer wall 28.
  • These ends 81 and 82 define a narrowed annular opening 83 through which the liquid coming from the meeting of the droplets trapped in the chimney 37, flows and falls on the convergent 80.
  • the opening 83 is insufficient for the excess gas phase which flows in the chimney to be able to escape through said opening. This constriction generates a slight overpressure by which an appropriate flow rate for the gas phase through the barrier 49 is established.
  • FIG. 21 A third embodiment of an apparatus of the counter-current type according to FIG. 1 is shown diagrammatically in FIG. 21.
  • This apparatus is intended for treating a mixture of gaseous phase and of pulverulent phase. It comprises, under the fixed enclosure 1 and the rotor 2 not shown, a sheath whose inner 29 and outer 28 walls delimit between them a chimney 37 in which the leakage of gas phase in helical flow keeps the separate pulverulent phase in suspension.
  • the internal wall 29 is provided with a selective transfer barrier 49 which can be of any type, for example a grid 50.
  • the outer wall 28 is connected by a bottom 85 to the inner wall 29, an extension 86 of which extends below and plunges into a descending convergent 87.
  • the upper mouth 88 of this converging which surrounds with play the extension 86 is connected to a tangential tube 89 for supplying the cyclonic device thus formed with mixture.
  • the largest solid particles fall and pass through a tubular base 90 connected to an ashtray or other means for removing the separated heavy phase.
  • the mixture in helical flow rises in the direction of arrow F in the duct delimited by the wall 29, taking in passing the light phase escaping through the barrier 50 of the chimney 37, then it passes through the rotor 2 to be treated there.
  • the heavy phase ejected from the rotor and a slight phase leak, whether or not they have crossed a collection barrier 30, are obtained by turning in the same direction in the stack 37, but by moving axially in the opposite direction defined by the arrow G.
  • the bottom 85 of the sheath is connected by at least one external conduit to the base 90.
  • two conduits 91, 92 are provided and include an internal nozzle 93, 94 respectively.
  • Each nozzle allows the passage of the pulverulent phase, but calibrates the leak at this point in the phase gaseous in order to properly balance the pressures of the system and thus, the recycling of the light phase in the chimney 37 is adjusted under the best established operating conditions.
  • the enclosure 1 comprises, above the rotor 2, an extension 95 leading to the tube 24 and, below the said rotor, a wall 28 leading to the convergent 26.
  • This outer wall 28 cooperates with an inner wall 29 to form a sheath in which the light phase leakage laden with the separated heavy phase flows helically.
  • One or more external conduits 96 connect as many windows 97 formed in the wall 28 to as many windows 98 formed in the riser 95.
  • the windows 97 opening into the sheath 28, 29 are provided with selective transfer barriers 49.
  • a passage 99 provided between the inner sheath wall 29 and the convergent 26 lets pass the heavy phase escaping from the chimney. This passage is adjusted as indicated above so that a balance of pressures is stabilized so that recycling of the excess light phase is established through the conduit (s) 96 between the sheath 28, 29 and the chamber 23.
  • FIG. 23 A variant is illustrated in FIG. 23.
  • the apparatus comprises elements identical to those of the fourth embodiment and are designated by the same reference signs. The only difference lies in the fact that the enclosure 1 is distant from the rotor 2 so as to mount therein, in extension of the inner wall 29 of the sheath, a collecting grid 30.
  • the apparatus of this variant operates in the same way as that of FIG. 22, with the only difference that the collection of the heavy phase is carried out through the grid 30 and that the latter participates in the recycling of the light phase through the transfer barrier 49 and the outer conduit (s) 96.

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un appareil de séparation centrifuge équipé d'un dispositif permettant de piéger la phase lourde au fur et à mesure qu'elle parvient à la périphérie sans s'opposer à ce que la phase légère se trouvant à cet endroit revienne vers le centre.
  • L'appareil de séparation centrifuge qui est destiné à être équipé du dispositif à piéger la phase lourde, qu'il soit du type à contre-courant dans lequel les composantes axiales des écoulements du mélange et de la fuite périphérique sont dirigées dans des sens opposés ou qu'il soit du type équicourant dans lequel lesdites composantes axiales sont dirigées dans le même sens, comporte notamment :
    • d'une part, un rotor de traitement à disques écartés les uns des autres et délimitant des ajourages décalés angulairement d'un disque au suivant en déterminant la pente d'un écoulement hélicoïdal du mélange,
    • d'autre part, un moyen, tel qu'un ventilateur, destiné à engendrer une chute de pression en amont et un débit de mélange vers l'aval à travers les ajourages du rotor en formant ainsi des veines hélicoïdales vives tournant plus vite que le rotor, ces veines vives étant séparées les unes des autres et de l'écoulement hélicoïdal périphérique de fuite par des lames hélicoïdales mortes tournant sensiblement à la même vitesse que ce rotor, l'écoulement hélicoïdal de fuite ayant le même sens de rotation que les écoulements hélicoïdaux à travers le rotor.
  • Le rotor de traitement peut comporter, en aval, un redresseur rotatif et subsidiairement, en amont, un distributeur rotatif.
  • Dans cet appareil centrifuge connu quel que soit son type, la phase lourde soumise au champ centrifuge rejoint la périphérie, tandis que la phase légère s'accumule au centre.
  • L'appareil de séparation centrifuge du type à contre-courant précité est décrit dans le brevet français n° 2.576.526. Dans ce brevet, il est prévu sous le rotor une paroi intérieure canalisant le mélange à traiter vers celui-ci. La paroi intérieure est écartée de la paroi extérieure de l'enceinte pour délimiter une cheminée canalisant l'écoulement de fuite de la phase légère. La phase lourde séparée par le rotor est piégée à la périphérie du rotor par un empilage de déflecteurs tronconiques. La phase lourde ainsi piégée s'achemine vers la périphérie et se précipite contre la paroi de l'enceinte le long de laquelle elle descend en empruntant un rétrécissement de la cheminée dans lequel la fuite de phase légère s'écoule. Du fait que l'empilage de déflecteurs n'est pas hélicoïdal, l'écoulement de fuite de la phase légère n'est pas semblable à l'écoulement du mélange dans le rotor et ne force pratiquement pas la phase lourde à descendre plus rapidement que par gravité. Par conséquent, la phase lourde est bien piégée, mais elle ne s'évacue pas facilement et tend à se remélanger.
  • Tout d'abord, il est important de constater que les cas dans lesquels la ou les phases lourdes se séparent parfaitement de la ou des phases légères sont exceptionnels. En effet, la séparation dépend de la nature des phases, de leur état (gazeux, liquide, solide), de la différence de leurs masses spécifiques, de la grosseur des particules ou gouttelettes de phase lourde, des propriétés physicochimiques de ces phases, de leur compatibilité etc... Le cas général bien connu des spécialistes est que la phase légère séparée reste chargée en phase lourde mais en beaucoup plus faible proportion et que la phase lourde séparée reste mélangée avec de la phase légère en beaucoup plus faible quantité toutefois. En fait, un séparateur centrifuge se comporte en concentrateur de phase légère et en concentrateur de phase lourde.
  • Il ne faut pas perdre de vue que dans les appareils de séparation centrifuge à fonctionnement continu, le mélange à traiter traverse le rotor de centrifugation de façon continue dans le sens sensiblement axial et la phase légère qui en sort s'écoule également de façon continue.
  • Le but de l'invention est toujours comme dans l'art antérieur, de parvenir à un débit optimal de phase légère séparée avec un taux le plus réduit possible de phase lourde résiduelle entraînée.
  • Il faut donc piéger la phase lourde au fur et à mesure qu'elle parvient à la périphérie de façon qu'elle ne puisse pas revenir au centre et se remélanger à la phase légère évacuée ; ce retour de la phase lourde contre l'action centrifuge est dû à de nombreuses causes et notamment aux écoulements périphériques singuliers, très difficilement maîtrisables, de la phase légère qui peut alors entraîner la phase lourde.
  • Par ailleurs, il est bien connu que pour extraire la proportion la plus grande de phase lourde, il est inévitable d'extraire en même temps de la phase légère à laquelle cette phase lourde séparée est mélangée. Le résultat est que la phase légère séparée est pratiquement pure, mais qu'une proportion non négligeable du mélange initial (par exemple 10 %) beaucoup plus fortement concentrée en phase lourde se trouve récupérée en vue de lui faire subir un autre traitement de séparation, mais dans un appareil de moindre débit qui peut être du type centrifuge ou autre.
  • Pour atteindre le but précité, il ne suffit pas toujours de piéger la phase lourde en regard du rotor de centrifugation. En effet, il se peut que cette phase lourde séparée soit incluse dans un mélange concentré d'un débit tel qu'il serait intéressant de le concentrer davantage sans sortir de l'appareil.
  • Dans ce cas, il faut toujours piéger la phase lourde à la périphérie en regard du rotor et au-delà, mais en permettant à la phase légère du mélange concentré de se recycler plus ou moins complètement, de façon continue, dans le mélange à traiter pour traverser à nouveau le rotor de centrifugation. Les recyclages sont le plus souvent multiples et il faut que pendant le transfert de la phase légère, la phase lourde reste piégée à la périphérie. Bien entendu, rien ne doit s'opposer alors à ce que la phase lourde ainsi piégée puisse être évacuée en continu ou extraite périodiquement.
  • Ainsi, le but de l'invention vise à piéger la phase lourde à la périphérie pendant la centrifugation et à la conserver piégée jusqu'au moment de son évacuation ; il vise concomitamment pour certains cas à recycler la phase légère du mélange concentré en vue d'intégrer dans l'appareil de séparation centrifuge du mélange intial à traiter, la séparation de la phase lourde du mélange concentré.
  • Dans ce but, l'appareil de séparation centrifuge comporte la combinaison de moyens définie dans ce qui précède pour l'appareil connu et l'invention réside alors :
    • en ce que le piège à phase lourde entourant le rotor est une grille de collecte formée par une pluralité de volets longitudinaux fixes dont les bords intérieurs et extérieurs définissent des enveloppes cylindriques fictives concentriques au rotor, chaque volet s'étendant, si l'on considère dans un plan perpendiculaire à l'axe dudit rotor le sens de rotation de celui-ci, de l'intérieur arrière vers l'extérieur avant, de façon que l'écoulement hélicoïdal de fuite s'engage entre les volets et entraîne la phase lourde séparée dans une cheminée ménagée entre cette grille et l'enceinte cependant que lesdits volets s'opposent au retour de la phase lourde piégée en écoulement hélicoïdal, de la cheminée vers le rotor.
    • en ce qu'une partie au moins de l'une des parois de la gaine est constituée par au moins une barrière sélective de transfert présentant des orifices agencés de façon que la phase légère de fuite en écoulement hélicoïdal dans la gaine puisse les traverser et revenir vers le centre, mais en n'entraînant qu'une infime partie de la phase lourde séparée, tandis que la majeure partie de la phase lourde séparée reste piégée dans ladite gaine,
    • et en ce qu'un moyen de circulation forcée est disposé en tête de la cheminée delimitée par l'enceinte fixe et la grille de collecte et se prolongeant en-dessous entre les parois tubulaires concentriques, pour générer un flux de phase légère entraînant le mélange de fuite vers le bas et forçant ainsi la phase lourde à s'acheminer vers le bas.
  • Selon une autre caractéristique importante de l'invention, la ou les barrières sélectives de transfert sont disposées, si l'on considère le sens d'écoulement de la fuite, en aval du rotor sur l'une des parois de la gaine et raccordées, si l'on considère le sens d'écoulement du mélange, en amont du rotor sur la paroi intérieure de ladite gaine de sorte que la phase légère de l'écoulement de fuite peut se recycler dans l'écoulement du mélange et se trouve ainsi constamment renouvelée sans que la phase lourde puisse revenir dans le mélange.
  • Dans ce cadre et suivant un premier mode d'exécution, la ou chaque barrière sélective ou grille de transfert est formée par une pluralité de volets longitudinaux fixes dont les bords intérieurs et extérieurs définissent des enveloppes cylindriques fictives concentriques au rotor, chaque volet s'étendant, si l'on considère dans un plan perpendiculaire audit rotor le sens de rotation de celui-ci, de l'intérieur arrière vers l'extérieur avant.
  • Suivant un deuxième à un quatrième modes d'éxécution, la barrière sélective de transfert équipant l'une des parois de la gaine est constituée respectivement,
    • par au moins une plaque perforée,
    • par au moins une membrane de filtration dans la masse,
    • par au moins une membrane de filtration en surface.
  • Par ailleurs, la barrière sélective de transfert peut coopérer avec un dispositif de coalescence du brouillard liquide constituant la phase lourde séparée, ce dispositif de coalescence pouvant être constitué par des éléments descendants situés entre les deux parois de la gaine.
  • Suivant un premier à un troisième modes d'exécution, le dispositif de coalescence peut être constitué respectivement :
    • par un empilage de déflecteurs tronconiques écartés les uns des autres et divergeant vers l'aval de l'écoulement de fuite,
    • par une pluralité de volets longitudinaux fixes dont les bords intérieurs et extérieurs définissent des enveloppes cylindriques fictives concentriques à la membrane filtrante de transfert, chaque volet s'étendant, si l'on considère dans un plan perpendiculaire à l'axe de ladite membrane le sens de rotation de l'écoulement de fuite, de l'intérieur arrière vers l'extérieur avant,
    • par au moins un cylindre perforé concentrique à la membrane de transfert de façon à former un filtre à chocs sur le retour de la phase légère de fuite à travers cette membrane dans la paroi intérieure de la gaine,
    • ou autres.
  • Outre les différents modes d'exécution précités des barrières, l'invention propose différents modes d'exécution du moyen de circulation forcée de la fuite périphérique.
  • Selon un premier mode d'exécution, le moyen de circulation forcée comporte des pales fixes faisant corps avec la tête de l'enceinte fixe afin de former un ventilateur centrifuge marginal, ces pales étant inclinées, si l'on considère le sens de rotation du rotor, du centre arrière vers la périphérie avant, le ventilateur forçant alors ledit écoulement de phase légère chargée de la phase lourde séparée, vers l'aval de cet écoulement de fuite.
  • Selon un deuxième mode d'exécution destiné à être combiné avec le premier, le moyen de circulation forcée comporte au moins une buse branchée sur une source de phase légère, telle que le refoulement du moyen engendrant dans cet appareil la chute de pression, débouchant en amont des pales fixes précitées si l'on considère l'écoulement de fuite périphérique et s'étendant sensiblement dans la direction de la ou des pales voisines.
  • Selon un troisième mode d'exécution susceptible d'être combiné avec le premier, le moyen de circulation forcée comporte au moins une buse branchée sur une source de phase légère, telle que le refoulement du moyen engendrant dans cet appareil la chute de pression, débouchant en tête de la gaine et s'étendant tangentiellement dans le sens de rotation du rotor.
  • Selon un quatrième mode d'exécution susceptible d'être combiné avec le premier et/ou le troisième, le moyen de circulation forcée comporte au moins une buse branchée sur une source de phase légère, telle que le refoulement du moyen engendrant dans cet appareil la chute de pression, débouchant entre le rotor et la gaine sensiblement au niveau du premier disque du rotor disposé en amont de l'écoulement de fuite périphérique et s'étendant en biais sensiblement dans la direction du ou des volets voisins de la grille de collecte.
  • Plusieurs formes de réalisation de l'appareil centrifuge faisant application du dispositif à piéger la phase lourde selon l'invention peuvent être envisagées.
  • Certaines sont décrites dans ce qui suit en se référant aux figures 17 à 23.
  • Divers autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit.
  • Des formes de réalisation et modes d'exécution de l'objet de l'invention sont représentés, à titre d'exemples non limitatifs, sur le dessin annexé.
  • Sur ce dessin :
    • la figure 1 est une perspective arrachée d'un premier appareil connu du type à contre-courant ;
    • la figure 2 est une élévation-coupe d'un deuxième appareil connu du type équicourant ;
    • la figure 3 est une coupe axiale montrant une barrière sélective de collecte et un premier mode d'exécution du moyen de circulation forcée, mis en oeuvre dans le dispositif de l'invention appliqué à l'appareil selon la figure 1 ;
    • les figures 3A à 3C sont des vues agrandies du détail désigné sur la figure 3 par la flèche D, ces vues représentant respectivement trois autres modes d'exécution du moyen de circulation forcée ;
    • la figure 4 est une demi-coupe partielle prise suivant la ligne IV-IV de la figure 3 ;
    • la figure 5 est une coupe partielle prise à plus grande échelle suivant la ligne V-V de la figure 4 ;
    • la figure 6 est une vue de dessous prise suivant la ligne VI-VI de la figure 3, pour schématiser avec cette figure 3 le premier mode d'exécution précité du moyen de circulation forcée de la phase légère chargée de phase lourde dans la gaine ;
    • la figure 7 est une vue partielle analogue à la figure 3, illustrant la barrière sélective de collecte considérée et un premier mode d'exécution d'une barrière sélective de transfert du dispositif de l'invention, appliqué à un appareil du type à contre-courant dont le rotor est à disques coniques ;
    • les figures 8 à 10 sont des coupes transversales représentant à plus grande échelle, des deuxième, troisième et quatrième modes d'exécution de la barrière sélective de transfert ;
    • la figure 11 est une coupe axiale partielle d'une barrière sélective de transfert équipée d'un premier mode d'exécution d'un dispositif de coalescence du brouillard liquide ;
    • la figure 12 est une coupe transversale prise suivant la ligne XII-XII de la figure 11 ;
    • les figures 13, 14, 15 et 16 sont des vues analogues aux figures 11, 12 montrant des deuxième et troisième modes d'exécution du dispositif de coalescence ;
    • les figures 17, 19 et 21 sont des élévations-coupes illustrant trois formes de réalisation particulières d'un appareil à contre-courant selon la figure 1, adaptées à la collecte respectivement d'une phase lourde pulvérulente, d'une phase lourde liquide et d'une phase lourde pulvérulente, appareils qui sont équipés du premier mode d'exécution de la barrière sélective de transfert du dispositif de l'invention ;
    • les figures 18 et 20 sont des coupes prises suivant les lignes XVIII-XVIII et XX-XX respectivement des figures 17 et 19 ;
    • la figure 22 est une vue analogue à la figure 17, montrant une quatrième forme de réalisation d'un appareil du type équicourant selon la figure 2, appareil qui est équipé de ce premier mode d'exécution de la barrière sélective de transfert du dispositif de l'invention ; et
    • la figure 23 est une vue analogue à la figure 22, concernant une variante de la quatrième forme de réalisation du même type d'appareil faisant application des premiers modes d'exécution précités d'une barrière sélective de collecte et d'une barrière sélective de transfert.
  • Le dispositif perfectionné selon l'invention est applicable en particulier à l'un ou l'autre des appareils centrifuges décrits dans ce qui suit en se référant aux figures 1 et 2.
  • L'appareil séparateur à contre-courant illustré par la figure 1 fait l'objet du brevet français 2 468 410. Il comporte une enceinte fixe 1 dans laquelle est monté tournant un rotor de centrifugation 2 constitué par des disques 3 calés sur un arbre menant 4, ces disques pouvant être plans ou coniques.
  • L'enceinte 1 entoure, sous le rotor 2, une manche coaxiale d'alimentation 5, à travers laquelle le mélange à traiter s'écoule dans le sens de la flèche F. Elle est surmontée, au-dessus dudit rotor 2, par le boîtier 6 d'un ventilateur 7 calé sur l'arbre 4, boîtier en forme de volute dont la tubulure tangentielle de sortie 8 est destinée à être raccordée avec le circuit de phase légère épurée.
  • Il peut être avantageux de monter sur l'arbre 4, en aval du rotor 2, un redresseur rotatif 9 et éventuellement, en amont, un distributeur rotatif 10.
  • Les disques 3 du rotor 2 délimitent des ajourages 11 séparés par des parties pleines 12 présentant en saillie des rebords 13, dits rebords arrière amont si l'on considère le sens T de rotation et le sens F d'écoulement axial, ainsi que subsidiairement des rebords 14 (figure 5), dits rebords avant aval relativement aux mêmes sens.
  • Les disques sont écartés et en général décalés angulairement les uns des autres, de façon à déterminer la pente de l'écoulement hélicoïdal de veines vives du mélange à travers les ajourages. Cet écoulement hélicoïdal des veines vives à vitesse tangentielle plus grande que celle du rotor est due à la chute de pression amont engendrée par le ventilateur 7 et à la transformation de celle-ci par le distributeur 10 ou au moins le premier disque 3 qui en remplit la fonction, en une vitesse hélicoïdale. Ces veines vives s'écoulent plus vite que des lames mortes du mélange qui les séparent et qui sont piégées dans le rotor par les parties pleines 12 et leurs rebords 13, 14.
  • La phase légère des veines vives, épurée et redressée en aval, s'échappe par la tubulure de sortie 8. La phase lourde migre sous l'action du champ centrifuge vers la périphérie et se précipite contre la paroi de l'enceinte 1 d'où elle s'achemine à contre-courant le long de celle-ci (c'est-à-dire vers l'amont) en étant prise en charge par un courant de fuite de phase légère dans le sens de la flèche G.
  • L'appareil séparateur équicourant illustré par la figure 2 fait l'objet du brevet français 2 575 676. Il comporte, comme le précédent, une enceinte fixe 1 dans laquelle est monté tournant un rotor de centrifugation 2 à disques ajourés 3, plans ou coniques.
  • Ces disques sont calés sur un fût tubulaire menant 17 faisant corps avec l'arbre 4 et débouchant par des ouvertures extrêmes 18 et 19 dans une chambre 20 de collecte de la phase légère épurée et respectivement, dans une chambre de transit 21 de cette phase. La chambre de collecte 20 est située sous le rotor 2, tandis que la chambre de transit 21 est située au-dessus dudit rotor en étant séparée par une cloison 22 d'une chambre d'aspiration 23 branchée par une tubulure tangentielle 24 sur une source de mélange à épurer alimentant le rotor, cette chambre de transit 21 communiquant avec la volute 6 du ventilateur 7.
  • Le mélange à traiter s'écoule à travers le rotor 2 (figure 2) du haut vers le bas suivant le même cheminement hélicoïdal que dans l'appareil décrit en se référant à la figure 1. Autrement dit, la composante axiale de cet écoulement est dirigée dans le sens de la flèche F′ qui est le même que celui de la flèche G définissant la composante axiale de l'écoulement hélicoïdal de la fuite de phase légère chargée de la phase lourde qui est localisé dans une chambre périphérique 25 ménagée dans l'enceinte 1 autour dudit rotor jusqu'à un convergent cyclonique 26.
  • Les écoulements du mélange, de la phase légère épurée et de la phase lourde séparée et fluidisée sont donc équicourants ce qui limite les risques de remélange. La phase légère épurée s'écoule à travers le fût 17 et la chambre de transit 21 dans le sens axial F opposé à celui de la flèche F′ pour être évacuée par la tubulure 8 du ventilateur, le renvoi de l'écoulement hélicoïdal en sens axial inverse étant canalisé par une culotte 27 fixée dans l'enceinte sous le rotor.
  • Ainsi que cela est déjà expliqué en préambule de la présente demande, il s'agit de piéger la phase lourde au fur et à mesure qu'elle parvient à la périphérie de façon qu'elle ne puisse pas revenir au centre et se remélanger à la phase légère épurée à évacuer.
  • Dans ce but et ainsi que cela ressort des figures 3 à 5, l'appareil de centrifugation - qu'il s'agisse de celui de la figure 1 ou de celui de la figure 2 - comporte sous le rotor 2 une gaine à parois concentriques 28 et 29. La paroi extérieure 28 est surmontée par l'enceinte 1 et la paroi intérieure 29 par une grille de collecte 30 située en regard du rotor 2. Cette grille est constituée par une pluralité de volets fixes 31 (figure 4) dont les bords intérieurs 32 définissent une enveloppe cylindrique fictive 33 très proche (au jeu de fonctionnement près) des disques 3 du rotor 2 et dont les bords extérieurs 34 définissent une enveloppe cylindrique fictive 35 concentrique à la précédente et relativement éloignée de l'enceinte 1. Ces volets sont parallèles les uns aux autres et à l'axe du rotor ; ils délimitent entre eux des fentes 36 pour le passage de la phase lourde uniquement vers la périphérie. Si l'on considère un plan perpendiculaire à l'axe du rotor, les volets 31 présentent un angle d'incidence "a" relativement à la tangente et cette incidence est orientée de façon que le bord extérieur 34 de chaque lame soit situé en avant du bord intérieur 32 de ladite lame si l'on se réfère au sens de rotation T du rotor 2 et par conséquent de l'écoulement hélicoïdal de la fuite de phase légère chargée de phase lourde à travers la fente 36 correspondante.
  • Il est particulièrement avantageux, comme le montre la figure 4, que les volets 11 soient incurvés de façon que leur concavité soit orientée vers le centre. En effet, cette courbure permet de ramener les filets de fuite sur des trajectoires circulaires dans une cheminée 37 délimitée, en regard du rotor 2, par l'enceinte 1 et la grille 30, cheminée qui se prolonge en-dessous entre les parois 28 et 29 de la gaine.
  • Ainsi que cela est indiqué pour l'appareil séparateur à contre-courant (figure 1) et pour l'appareil séparateur équicourant (figure 2), la phase lourde prise en charge par la fuite de phase légère (circulant de façon hélicoïdale à composante axiale G dans la cheminée 37) s'achemine vers le bas. Cela est dû à la gravité et à l'entraînement opéré par la phase légère en écoulement de fuite hélicoïdale dans le sens de la flèche G.
  • La phase légère en fuite s'écoule vers le bas du fait que la cheminée 37 est fermée en haut.
  • Il y a avantage à ce que l'acheminement vers le bas de la phase lourde se trouve impérativement orienté dans cette direction et accéléré. A cet effet, un moyen de circulation forcée 100 est prévu en tête de la cheminée 37.
  • Suivant un premier mode d'exécution illustré par les figures 3 et 6, le moyen de circulation forcée 100 est un ventilateur centrifuge constitué par des pales inclinées fixes 101 faisant saillie vers le bas sur une couronne 102, disposée dans l'enceinte 1 en regard de la partie pleine périphérique 103 du disque de tête du rotor ; ce disque de tête est, si l'on considère le sens d'écoulement du mélange suivant la flèche F dans le rotor 2, le dernier disque aval 3a dans l'appareil séparateur à contre-courant de la figure 1 ou le premier disque amont 3b dans l'appareil séparateur équicourant de la figure 2.
  • Si l'on considère sur la figure 6 le sens T de rotation du rotor 2, les pales 101 sont inclinées du centre arrière vers la périphérie avant. Par ailleurs, le bord inférieur de ces pales s'étend au plus près, c'est-à-dire avec un jeu minimal de fonctionnement, de la partie pleine 103 qui s'étend à l'extérieur des ajourages 11 du disque 3a ou 3b de tête. Enfin, des crans pentus 104 sont ménagés dans l'enceinte 1 entre la couronne 102 et la grille 30 pour dévier le flux de phase légère épurée, en provenance du rotor et soufflé par le ventilateur centrifuge 101-103, vers les fentes 36 de cette grille 30 et éventuellement la cheminée 37 afin que la composante axiale G de l'écoulement de fuite soit dirigée vers le bas.
  • Il est donc important de remarquer en se référant aux figures 4 à 6, que :
    • la phase lourde tournant suivant la flèche T dans le rotor 2 peut facilement traverser les fentes 36 de la grille 30 avec une fuite de phase légère et continuer à tourner dans le même sens dans la cheminée 37,
    • cette phase lourde piégée en rotation permamente dans ladite cheminée ne peut pas retourner dans le rotor à travers les fentes 36 de la grille, car elles devraient d'une part, vaincre la force centrifuge et, d'autre part, franchir les fentes 36 à contre-courant en rebondissant contre les parois,
    • la phase légère de fuite peut traverser en quantité limitée lesdites fentes pour pénétrer en tournant suivant la flèche T dans la cheminée et maintenir la phase lourde en suspension,
    • le mélange concentré de phase lourde dans la phase légère de fuite s'écoule suivant un cheminement hélicoïdal avec une composante axiale suivant la flèche G dirigée du haut vers le bas, du fait que le moyen de circulation forcée 100 dont les pales fixes 101 coopèrent avec la partie pleine périphérique 102 du disque aval 3a du rotor 2 (figure 1) ou du disque amont 3b (figure 2) souffle et force l'écoulement de fuite à circuler dans la cheminée 37 vers le bas ; cet écoulement forcé dans la cheminée s'accompagne d'une pénétration de phase légère dans celle-ci à travers la grille de collecte 30 (et éventuellement ainsi que cela est décrit dans ce qui suit d'une évacuation de phase légère hors de la cheminée vers l'admission du mélange à travers une barrière sélective de transfert 49) et d'une acheminement de la phase lourde piégée vers le bas le long de la paroi extérieure 28 de la gaine jusqu'à un moyen d'évacuation.
  • Bien entendu, l'écartement des volets 31 dépend, dans les conditions d'utilisation prévues, de leur largeur et de leur incidence pour que les fentes 36 se comportent bien vis-à-vis des phases comme indiqué ci-dessus.
  • Il est bien évident que les volets 31 de la grille 30 peuvent, au lieu d'être rectilignes et parallèles à l'axe du rotor, être conformés en hélicoïdes définissant des enveloppes cylindriques 33 et 35. En outre, quelle que soit la forme des volets, ceux-ci peuvent être disposés dans des enveloppes tronconiques.
  • Par ailleurs, il peut être avantageux que chaque disque 3 du rotor 2 se comporte à sa périphérie comme un ventilateur centrifuge pour mieux gaver en phase lourde et subsidiairement en phase légère, les fentes 36 de la grille de collecte 30. A cet effet et ainsi que cela ressort des figures 4 et 5, le rebord radial 13 arrière amont de chaque partie pleine 12 de chaque disque 3 est prolongée au-delà des ajourages 11 par des parties incurvées 38 ou simplement inclinées s'étendant jusqu'à la périphérie. L'angle d'incidence "b" de ces parties de rebords 38 par rapport à la tangente est opposé à celui "a" des volets 31 de la grille de collecte 30.
  • Dans l'exemple illustré par les figures 3 à 5, l'enceinte tubulaire 1 s'étend entre deux collerettes 39 et 40 auxquelles elle est soudée et qui maintiennent les volets 31 de la grille 30. Cette cassette 10 30, 39, 40 entoure le rotor 2 et est interposée avec étanchéité entre deux brides fixes 41 et 42 de l'appareil, les collerettes étant emboîtées dans des rainures et pressant des joints toriques 43. Dans cet exemple, la couronne 102 est fixée sur la bride 41 de façon que la crête de ses pales 101 soit située au plus près du disque 3a (ou 3b). Les crans pentus 104 qui relient les espaces interpales aux fentes 36 de la grille 30 et éventuellement à la cheminée 37, sont taillés dans la collerette 39 dont les dents séparant les crans maintiennent les volets 31 de la grille 30.
  • Par ailleurs, la bride 42 est fixée sur une contre-bride 44 sur laquelle sont soudées les parois 28 et 29 de la gaine. Des passages 45 sont ménagés en regard dans la collerette inférieure 40 de la cassette ainsi que dans la bride 42 et la contre-bride 44 afin d'établir une communication permanente entre les tronçons de la cheminée 37 de ladite cassette et de ladite gaine.
  • D'autres modes d'exécution du moyen de circulation forcée 100 peuvent être mis en oeuvre. Certains sont illustrés par les figures 3A à 3C.
  • Suivant le deuxième mode d'exécution ressortant de la figure 3A, le moyen de circulation forcée 100 comporte, en combinaison avec le ventilateur centrifuge 101-103, une ou plusieurs buses 105 creusées dans la bride 41 ou rapportées dans celle-ci. Cette ou ces buses sont branchées sur une source de phase légère qui peut être le refoulement 8 du ventilateur 7 ou bien un circuit indépendant de phase légère, tel qu'un circuit d'air comprimé. La ou les buses 105 s'étendent sensiblement dans la direction des pales voisines 101. Elle ou elles débouchent en regard des espaces libres qui séparent ces pales et sont situées en amont desdites pales si l'on considère le sens G de l'écoulement de fuite, c'est-à-dire du côté intérieur des pales et au-dessus du rotor.
  • Bien entendu, un faible jeu est prévu entre les pales 101 et la partie pleine 103 du disque de tête 3a ou 3b. Ce jeu doit être davantage réduit entre la zone où débouchent la ou les buses 105 et la partie pleine 103.
  • Suivant le troisième mode d'exécution ressortant de la figure 3B, le moyen de circulation forcée comporte, en combinaison ou non avec le ventilateur centrifuge 101-103, une ou plusieurs buses 106 branchées sur la source de phase légère sous pression, s'étendant tangentiellement au rotor 2 et débouchant dans la cheminée 37 en tête et vers l'aval de l'écoulement hélicoïdal de fuite qui coïncide avec l'avant de la rotation du rotor (flèche T).
  • Bien entendu, le ventilateur centrifuge 101-103 constitue, lorsqu'il existe, un joint soufflé empêchant le flux d'appoint issu de la ou des buses 106 de refouler vers l'amont de la fuite. Pour la même raison, un jeu minimal doit être prévu entre la partie pleine périphérique 103 du disque de tête 3a ou 3b et la bride 41.
  • Avantageusement, la ou les buses 106 peuvent être inclinées suivant la pente de l'écoulement hélicoïdal de fuite vers le bas.
  • Suivant le quatrième mode d'exécution ressortant de la figure 3C, le moyen de circulation forcée 100 comporte, en combinaison ou non avec le ventilateur centrifuge 101-103 et/ou la ou les buses 106, une ou plusieurs buses 107 branchées sur la source de phase légère sous pression précitée. Cette ou ces buses 107 débouchent entre la gaine et le rotor, avantageusement près de la grille 30 entre les deux disques de tête dudit rotor. La ou les buses 107 s'étendent en biais sensiblement dans la direction du ou des volets voisins 31 de cette grille 30 pour souffler à travers des fentes 36 de celle-ci.
  • Une forme de réalisation particulière de la combinaison de la barrière sélective de collecte 30 avec une barrière sélective de transfert 49 est illustrée par la figure 7.
  • Dans cette forme de réalisation, l'enceinte 1 entoure une grille de collecte 30 dont les volets 31 s'étendent au plus près de l'enveloppe fictive des disques coniques 3 du rotor 2 et délimitent des fentes 36 qui débouchent dans le tronçon de cheminée 37 ménagé entre ladite enceinte et ladite grille. Celles-ci sont prolongées vers le bas par les parois extérieure 28 et intérieure 29 de la gaine délimitant entre elles un deuxième tronçon de cheminée 37 communiquant en permanence avec le premier.
  • Ainsi que cela est déjà expliqué en préambule de la présente demande, il peut s'agir dans un grand nombre de cas de recycler la phase légère du mélange concentré qui s'écoule en tournant vers le bas dans la cheminée 37, de façon à acheminer la phase lourde jusqu'à son évacuation en disposant pour sa mise en suspension d'une quantité suffisante de phase légère, laquelle ne doit pas être évacuée avec ladite phase lourde. Il faut donc que cette phase légère du mélange concentré puisse revenir dans le mélange à traiter sans entraîner de phase lourde, cette phase légère extraite de la cheminée 37 étant alors remplacée par celle qui y parvient à travers les fentes 36 de la grille de collecte 30.
  • Dans ce but, l'appareil de centrifugation qui peut être de n'importe quel type (figures 7 et 17 à 23) comporte une barrière sélective de transfert 49 (figures 7 à 16) qui est disposée sur l'une des parois 28 ou 29 de la gaîne en aval du rotor, si l'on considère le sens axial d'écoulement de la fuite suivant la flèche G, et raccordée sur la paroi intérieure 29 de la gaine en amont du rotor 2, si l'on considère le sens axial d'écoulement du mélange suivant la flèche F. Ainsi, la fuite de phase légère chargée de la phase lourde traversant la grille de collecte 30 s'achemine au-delà de cette grille de collecte 30 et la phase légère de ce mélange concentré qui doit être recyclée traverse, sans que la phase lourde puisse en faire autant, la barrière de transfert 49 et parvient dans le mélange à traiter en amont du rotor 2.
  • L'emplacement de la barrière sélective de transfert 49 est défini d'une façon générale dans ce qui précède pour coiffer toutes les formes de réalisation possibles dont celles qui sont illustrées par les figures 7 et 17 à 23.
  • En ce qui concerne plus précisément la forme de réalisation de la figure 7, on peut dire que cette barrière de transfert est montée sur la paroi intérieure 29 de la gaine en-dessous du rotor pour déboucher dans la cheminée 37 et dans le conduit central délimité par cette paroi pour véhiculer le mélange à traiter.
  • Selon un premier mode d'exécution illustré par la figure 7, la barrière sélective de transfert 49 est une grille 50 absolument identique à la grille de collecte 30 précitée ; ses volets 31 sont orientés de la même façon, relativement à l'écoulement de fuite dans la cheminée 37, que ceux de ladite grille de collecte 30 ; dès lors, au passage de la grille de transfert 50, la phase lourde reste piégée dans la cheminée 37 puisqu'elle ne peut pas, en raison de sa rotation, s'engager entre les volets orientés à l'inverse de cette rotation dans les fentes 36 ; par contre, la phase légère qui est en légère surpression par rapport au mélange du conduit, s'écoule à travers lesdites fentes jusque dans ledit conduit mais avec une vitesse suffisamment faible pour qu'elle n'entraîne pratiquement pas de phase lourde.
  • Bien entendu, cette grille de transfert 50 est applicable, comme les autres moyens équivalents décrits ci-après en se référant aux figures 8 à 16, aux autres formes de réalisation de l'appareil de centrifugation et notamment à celles des figures 17 à 23.
  • Selon le deuxième mode d'exécution illustré par la figure 8, la barrière sélective de transfert 49 est une plaque perforée 51 dont les trous 52 ont un diamètre et une répartition tels que les particules de phase lourde, même les plus fines, ne peuvent pas les franchir. D'ailleurs, cela leur est d'autant plus difficile qu'elles circulent de façon sensiblement parallèle à la plaque ou avec une faible incidence, ce qui diminue considérablement la chance de pénétrer dans un trou.
  • Selon le troisième mode d'exécution illustré par la figure 9, la barrière sélective de transfert 49 est une membrane de filtration dans la masse 53. Cette membrane délimite des canaux 54 dans lesquels les particules de phase lourde peuvent tenter de pénétrer. Si elles sont très fines, elles peuvent traverser complètement la membrane à condition de parvenir sur celle-ci suivant une incidence appropriée. Mais en général, elles se bloquent dans les canaux dont la section n'est pas constante et dont la forme est sinueuse. Dès lors, la membrane arrête dans sa masse les particules de phase lourde et se laisse traverser par la phase légère qui retourne alors dans le mélange. La membrane se comporte comme un filtre avec l'inconvénient que ce filtre est colmatable et doit par conséquent être changé périodiquement.
  • Selon le quatrième mode d'exécution illustré par la figure 10, la barrière sélective de transfert 49 est une membrane de filtration superficielle 55. Cette membrane comporte une sous-couche 56 à travers laquelle la phase légère chargée pourrait passer mais qui en réalité n'est traversée que par la phase légère exempte de phase lourde. En effet, la phase lourde est arrêtée par une peau filtrante 57 recouvrant la sous-couche et présentant des orifices calibrés 58 de dimensions telles que la phase légère passe. Une telle membrane 55 est non colmatable et son remplacement n'est à éventuellement envisager que lors des révisions de l'appareil.
  • Les barrières de transfert 51, 53 et 55 (figures 8 à 10) peuvent être des manchons cylindriques rigidement interposés entre deux éléments de la paroi intérieure 29 de la gaine. Elles peuvent aussi être des écrans insérés dans des fenêtres délimitées par ladite paroi intérieure 29.
  • Ces barrières 51, 53 et 55 peuvent coopérer, lorsque le mélange concentré s'écoulant dans la cheminée 37 est un brouillard liquide, avec un dispositif de coalescence 59 permettant d'améliorer leur efficacité et de les soustraire à la majeure partie des gouttelettes.
  • Selon un premier mode d'exécution illustré par les figures 11 et 12, le dispositif de coalescence 59 est constitué par un empilage de déflecteurs tronconiques 60 écartés les uns des autres et divergeant vers l'aval de l'écoulement suivant la flèche G du mélange concentré dans la cheminée 37. Observés en projection sur la barrière 51 ou 53 ou 55 correspondante, les déflecteurs se recouvrent mutuellement. Dès lors, les gouttelettes entraînées par la phase gazeuse qui s'échappe à travers ladite barrière, rencontrent les déflecteurs, se réunissent, grossissent et coulent vers le bas, ne pouvant ainsi pas traverser cette barrière.
  • Selon un deuxième mode d'exécution illustré par les figures 13 et 14, le dispositif de coalescence 59 est constitué par une pluralité de volets longitudinaux fixes 61 orientés et répartis, relativement à la rotation suivant la flèche T du mélange concentré dans la cheminée 37, comme les volets 31 de la grille de transfert 50 selon la figure 7. Dès lors, les gouttelettes en tournant dans la cheminée, rencontrent les volets 61 et tendent à se réunir, à grossir et à couler le long desdits volets vers le bas sans parvenir à la barrière 51, 53 ou 55 correspondante, le risque d'être entraîné à travers celle-ci par la phase gazeuse étant ainsi annihilé.
  • Selon un troisième mode d'exécution illustré par les figures 15 et 16, le dispositif de coalescence 59 est constitué par deux cylindres perforés 62 et 63 concentriques entre eux et avec la barrière 51, 53 ou 55 correspondante, ces cylindres étant fermés en haut par une cloison annulaires 64. Les perforations 65 desdits cylindres sont disposées en quinconce les unes par rapport aux autres et relativement aux orifices de ladite barrière afin de former un filtre à chocs. Lorsque le brouillard traverse en chicane les cylindres, ses gouttelettes se réunissent, grossissent et coulent le long des deux faces de chacun desdits cylindres jusqu'en bas. Elles ne peuvent donc pas parvenir à la barrière, laquelle ne peut alors être traversée en pratique que par de la phase légère.
  • L'exposé qui suit vise à décrire maintenant quelques formes de réalisation d'un appareil de centrifugation dans lesquelles le dispositif de l'invention peut être mis en oeuvre.
  • Une première forme de réalisation d'un appareil du type à contre-courant selon la figure 1 est schématisée sur les figures 17 et 18. Cet appareil est destiné à traiter un mélange de phase gazeuse et de phase pulvérulente. Il comporte un rotor 2 monté dans une enceinte 1 surmontant une gaine dont les parois intérieure 29 et extérieure 28 délimitent une cheminée 37 dans laquelle la phase gazeuse de fuite chargée de la phase pulvérulente séparée s'écoule de façon hélicoïdale. La paroi intérieure 29 est munie d'une barrière sélective de transfert 49 qui peut être de n'importe quel type, par exemple une grille 50.
  • A leur partie inférieure, les deux parois sont reliées par un fond 66 constitué par deux rampes hélicoïdales 67 s'étendant symétriquement à partir de leur base commune 68 dans une première moitié de la cheminée 37 et par deux autres rampes hélicoïdales 69 s'étendant symétriquement à partir de leur base commune 70 dans la deuxième moitié de la cheminée, ces deux paires 67 et 69 de rampes se réunissant à deux sommets 71 diamétralement opposés. Par ailleurs, les bases 68 et 70 sont branchées sur un moyen d'évacuation de la phase lourde pulvérulente guidée vers le fond par les rampes 67 et 69, moyens qui peuvent être constitués par un réservoir fermé 72, une écluse rotative 73 ou autre.
  • Il est important de remarquer que dans cette réalisation, la phase lourde pulvérulente est évacuée et que la phase légère de fuite qui la maintient en suspension tournante dans la cheminée 37 ne peut pas s'échapper avec ladite matière pulvérulente, mais retourne à travers la barrière de transfert 49 dans le conduit délimité par la paroi 29 pour s'unir au mélange avant que celui-ci ne parvienne au rotor 2.
  • Enfin, la paroi intérieure 29 délimitant le conduit de mise en rotation du mélange à traiter et de distribution de celui-ci au rotor 2, est raccordée à une tubulure tangentielle d'alimentation 74 traversant la gaine sous les rampes inclinées 67, 69 et entre celles-ci ; de plus, cette paroi intérieure 29 est prolongée vers le bas, par un convergent 75 qui forme un dispositif cyclonique grâce auquel une première séparation de la phase pulvérulente la plus grosse est opérée avant celle qui est exécutée dans le rotor 2.
  • Une deuxième forme de réalisation d'un appareil du type à contre-courant selon la figure 1 est schématisée sur les figures 19 et 20. Cet appareil est destiné à traiter un mélange de phase gazeuse et d'une phase liquide. Il comporte un rotor 2 monté dans une enceinte 1 surmontant une gaine dont les parois intérieure et extérieure délimitent une cheminée 37 dans laquelle la phase gazeuse de fuite forme avec la phase liquide séparée un brouillard qui s'écoule de façon hélicoïdale. La paroi intérieure 29 est munie d'une barrière sélective de transfert 49 qui peut être de n'importe quel type, par exemple une grille 50.
  • La paroi extérieure 28 est entourée par une paroi périphérique concentrique 76 et ces parois sont reliées l'une à l'autre près du rotor par une couronne d'obturation 77. La paroi périphérique 76 est raccordée à une tubulure tangentielle 78 d'alimentation en mélange à traiter. Dès lors, le mélange est mis en rotation dans la chambre 79 délimitée par ces parois 28, 76 et descend dans le sens de la flèche F′ suivant un mouvement hélicoïdal. La paroi périphérique 76 est prolongée par un convergent descendant 80 qui forme un dispositif cyclonique grâce auquel une première séparation des gouttelettes les plus grosses est opérée.
  • La paroi intérieure 29 de la gaine est conique et diverge vers le bas afin que son extrémité inférieure 81 soit très proche de celle 82 de la paroi extérieure 28. Ces extrémités 81 et 82 délimitent une ouverture annulaire rétrécie 83 à travers laquelle le liquide provenant de la réunion des gouttelettes piégées dans la cheminée 37, s'écoule et tombe sur le convergent 80. Cependant, l'ouverture 83 est insuffisante pour que la phase gazeuse en excès qui s'écoule dans la cheminée puisse s'échapper par ladite ouverture. Cet étranglement engendre une légère surpression grâce à laquelle un débit approprié d'écoulement de la phase gazeuse à travers la barrière 49 s'établit.
  • Les gouttes ou filets de liquide qui tombent de l'ouverture 83 dans le passage 84 entre les extrémités 81, 82 et le convergent 80 ne risquent pas, en raison de leur grosseur, d'être entraînées par le mélange qui franchit en tournant ce passage pour s'écouler en sens axial inverse suivant la flèche F dans le conduit convergent délimité par la paroi intérieure 29.
  • Une troisième forme de réalisation d'un appareil du type à contre-courant selon la figure 1 est schématisée sur la figure 21. Cet appareil est destiné à traiter un mélange de phase gazeuse et de phase pulvérulente. Il comporte, sous l'enceinte fixe 1 et le rotor 2 non représentés, une gaine dont les parois intérieure 29 et extérieure 28 délimitent entre elles une cheminée 37 dans laquelle la fuite de phase gazeuse en écoulement hélicoïdal maintient en suspension la phase pulvérulente séparée. La paroi intérieure 29 est munie d'une barrière sélective de transfert 49 qui peut être de n'importe quel type, par exemple une grille 50.
  • Sous cette barrière et à une distance suffisante, la paroi extérieure 28 est reliée par un fond 85 à la paroi intérieure 29 dont un prolongement 86 s'étend en-dessous et plonge dans un convergent descendant 87. L'embouchure supérieure 88 de ce convergent qui entoure avec jeu le prolongement 86 est raccordée à une tubulure tangentielle 89 pour l'alimentation en mélange du dispositif cyclonique ainsi formé. Dans ce dispositif, les particules solides les plus grosses tombent et traversent une embase tubulaire 90 branchée sur un cendrier ou autre moyen d'évacuation de la phase lourde séparée.
  • Le mélange en écoulement hélicoïdal remonte suivant la flèche F dans le conduit délimité par la paroi 29 en prenant au passage la phase légère s'échappant à travers la barrière 50 de la cheminée 37, puis il traverse le rotor 2 pour y être traité. La phase lourde éjectée du rotor et une fuite de phase légère, qu'elles aient ou non traversé une barrière de collecte 30, parviennent en tournant dans le même sens dans la cheminée 37, mais en cheminant axialement dans le sens opposé défini par la flèche G.
  • Le fond 85 de la gaine est relié par au moins un conduit extérieur à l'embase 90. Dans l'exemple représenté, deux conduits 91, 92, sont prévus et comportent une buse interne 93, 94 respectivement. Chaque buse permet le passage de la phase pulvérulente, mais calibre la fuite à cet endroit de la phase gazeuse afin de bien équilibrer les pressions du système et qu'ainsi, le recyclage de la phase légère dans la cheminée 37 soit réglé dans les meilleures conditions de fonctionnement établi.
  • Une quatrième forme de réalisation d'un appareil du type équicourant selon la figure 2 est schématisée sur la figure 22. Dans cette quatrième forme de réalisation, on retrouve :
    • l'enceinte 1 dont la surface interne 1a est tronconique et diverge vers le bas,
    • le rotor 2 calé sur le fût tubulaire 17 dont les ouvertures 18 et 19 débouchent dans la chambre inférieure 20 de collecte de la phase légère épurée et dans la chambre supérieure 21 de transit de cette phase légère épurée,
    • les petites pales 15 portées par la couronne fixe 16 et coopérant avec le premier disque amont 3 du rotor 2 afin de former un ventilateur centrifuge marginal coopérant,
    • la chambre supérieure 23 d'aspiration séparée par la cloison 22 de ladite chambre de transit et raccordée par la tubulure tangentielle 24 à la source du mélange à traiter,
    • le convergent cyclonique 26 formant la base,
  • L'enceinte 1 comporte, au-dessus du rotor 2, une rehausse 95 aboutissant à la tubulure 24 et, au-dessous dudit rotor, une paroi 28 aboutissant au convergent 26. Cette paroi extérieure 28 coopère avec une paroi intérieure 29 pour former une gaine dans laquelle s'écoule de façon hélicoïdale la fuite de phase légère chargée de la phase lourde séparée. Un ou plusieurs conduits extérieurs 96 relient autant de fenêtres 97 ménagées dans la paroi 28 à autant de fenêtres 98 ménagées dans la rehausse 95. Les fenêtres 97 débouchant dans la gaine 28, 29 sont munies de barrières sélectives de transfert 49. En outre, un passage 99 prévu entre la paroi intérieure de gaine 29 et le convergent 26 laisse passer la phase lourde s'échappant de la cheminée. Ce passage est réglé comme indiqué précédemment pour qu'un équilibre de pressions se stabilise de telle façon qu'un recyclage de la phase légère en excès s'établisse à travers le ou les conduits 96 entre la gaine 28, 29 et la chambre 23.
  • Une variante est illustrée par la figure 23. Dans cette variante, l'appareil comporte des éléments identiques à ceux de la quatrième forme de réalisation et sont désignés par les mêmes signes de référence. La seule différence réside dans le fait que l'enceinte 1 est éloignée du rotor 2 de façon à monter dans celle-ci, en prolongement de la paroi intérieure 29 de la gaine, une grille de collecte 30. L'appareil de cette variante fonctionne de la même manière que celui de la figure 22, à la seule différence près que la collecte de la phase lourde s'effectue à travers la grille 30 et que celle-ci participe au recyclage de la phase légère à travers la barrière de transfert 49 et le ou les conduits extérieurs 96.

Claims (20)

  1. Appareil de séparation centrifuge de la phase lourde d'un mélange relativement à la phase légère, cet appareil - qu'il soit du type à contre-courant dans lequel les composantes axiales des écoulements du mélange et de la fuite périphérique sont dirigées dans des sens opposés (F et G) ou du type équicourant dans lequel lesdites composantes axiales sont dirigées dans le même sens (F,G) - comportant notamment dans une enceinte fixe (1) :
    - d'une part, un rotor de traitement (2) à disques (3) écartés les uns des autres et délimitant des ajourages (11) décalés angulairement d'un disque au suivant en déterminant la pente d'écoulement hélicoïdal du mélange,
    - d'autre part, un moyen, tel qu'un ventilateur (7), destiné à engendrer une chute de pression en amont et un débit de mélange vers l'aval à travers les ajourages (11) du rotor en formant ainsi des veines hélicoïdales vives tournant plus vite que le rotor, ces veines vives étant séparées les unes des autres et de l'écoulement hélicoïdal périphérique de fuite par des lames hélicoïdales mortes tournant sensiblement à la même vitesse que ce rotor, l'écoulement hélicoïdal de fuite ayant le même sens de rotation (T) que les écoulements hélicoïdaux à travers le rotor (2),
    - enfin, une gaine à parois tubulaires concentriques (28, 29) dont la paroi extérieure (28) est surmontée par l'enceinte fixe (1), tandis que la paroi intérieure (29) est surmontée par un piège à phase lourde entourant le rotor (2), ces deux parois étant écartées l'une de l'autre de façon à canaliser entre elles l'écoulement de fuite et dans la paroi tubulaire intérieure l'écoulement du mélange,
       ledit appareil étant caractérisé
    - en ce que le piège à phase lourde entourant le rotor (2) est une grille de collecte (30) formée par une pluralité de volets longitudinaux fixes (31) dont les bords intérieurs (32) et extérieurs (34) définissent des enveloppes cylindriques fictives (33, 35) concentriques au rotor, chaque volet (31) s'étendant, si l'on considère dans un plan perpendiculaire à l'axe dudit rotor le sens de rotation (T) de celui-ci, de l'intérieur arrière vers l'extérieur avant, de façon que l'écoulement hélicoïdal de fuite s'engage entre les volets et entraîne la phase lourde séparée dans une cheminée (37) ménagée entre cette grille et l'enceinte (1), cependant que lesdits volets s'opposent au retour de la phase lourde piégée en écoulement hélicoïdal, de la cheminée vers le rotor,
    - en ce qu'une partie au moins de l'une des parois de la gaine est constituée par au moins une barrière sélective de transfert (49) présentant des orifices agencés de façon que la phase légère de fuite en écoulement hélicoïdal dans la gaine (28, 29) puisse les traverser et revenir vers le centre, mais en n'entraînant qu'une infime partie de la phase lourde séparée, tandis que la majeure partie de la phase lourde séparée reste piégée dans ladite gaine,
    - et en ce qu'un moyen de circulation forcée (100) est disposé en tête de la cheminée (37) délimitée par l'enceinte fixe (1) et la grille de collecte (30) et se prolongeant en-dessous entre les parois tubulaires concentriques (28, 29), pour générer un flux de phase légère entraînant le mélange de fuite vers le bas et forçant ainsi la phase lourde à s'acheminer vers le bas.
  2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les barrières sélectives de transfert (49) sont disposées, si l'on considère le sens d'écoulement de la fuite (G), en aval du rotor (2) sur l'une des parois (28,29) de la gaine et raccordées, si l'on considère le sens d'écoulement (F) du mélange, en amont du rotor (2) sur la paroi intérieure (29) de ladite gaine de sorte que la phase légère de l'écoulement de fuite peut se recycler dans l'écoulement du mélange et se trouve ainsi constamment renouvelée sans que la phase lourde puisse revenir dans le mélange.
  3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la ou chaque barrière sélective ou grille de transfert (49) est formée par une pluralité de volets longitudinaux fixes (31) dont les bords intérieurs (32) et extérieurs (34) définissent des enveloppes cylindriques fictives (33,35) concentriques au rotor, chaque volet (31) s'étendant, si l'on considère dans un plan perpendiculaire audit rotor le sens de rotation (T) de celui-ci, de l'intérieur arrière mers l'extérieur avant.
  4. Appareil selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que les volets (31) sont parallèles entre eux et régulièrement espacés.
  5. Appareil selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que chaque volet (31) est incurvé avec sa concavité orientée vers le centre.
  6. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la barrière sélective de transfert est constituée par au moins une plaque perforée (51).
  7. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la barrière sélective de transfert est constituée par au moins une membrane de filtration dans la masse (53).
  8. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la barrière sélective de transfert est constituée par au moins une membrane de filtration en surface (55).
  9. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la barrière sélective de transfert (49) coopère avec un dispositif de coalescence (59) du brouillard liquide constituant la phase lourde séparée, ce dispositif de coalescence étant constitué par des éléments descendants situés entre les deux parois (28,29) de la gaine.
  10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif de coalescence (59) est constitué par un empilage de déflecteurs tronconiques (60) écartés les uns des autres et divergeant vers l'aval de l'écoulement de fuite.
  11. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif de coalescence (59) est constitué par une pluralité de volets longitudinaux fixes (61) dont les bords intérieurs (32) et extérieurs (34) définissent des enveloppes cylindriques fictives (33,35) concentriques à la membrane filtrante de transfert, chaque volet (61) s'étendant, si l'on considère dans un plan perpendiculaire à l'axe de ladite membrane le sens de rotation (T) de l'écoulement de fuite, de l'intérieur arrière vers l'extérieur avant.
  12. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif de coalescence (59) est constitué par au moins un cylindre perforé (62,63) concentrique à la membrane de transfert (51 ou 53 ou 55), de façon à former un filtre à chocs sur le retour de la phase légère de fuite à travers cette membrane dans la paroi intérieure de la gaine.
  13. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de circulation forcée comporte des pales fixes 15 faisant corps avec la tête de l'enceinte fixe (1) et coopérant avec le premier disque (3a) du rotor (2) disposé en amont de l'écoulement de fuite périphérique (G), afin de former un ventilateur centrifuge marginal, ces pales (15) étant inclinées, si l'on considère le sens de rotation (T) du rotor, du centre arrière vers la périphérie avant, le ventilateur forçant alors ledit écoulement de phase légère chargée de la phase lourde séparée, vers l'aval de cet écoulement de fuite.
  14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que le moyen de circulation forcée comporte au moins une buse (105) branchée sur une source de phase légère, telle que le refoulement du moyen engendrant dans cet appareil la chute de pression, débouchant en amont des pales fixes précitées si l'on considère l'écoulement de fuite périphérique et s'étendant sensiblement dans la direction de la ou des pales voisines.
  15. Appareil selon la revendication 1 ou 13, caractérisé en ce que le moyen de circulation forcée comporte au moins une buse (106) branchée sur une source de phase légère, telle que le refoulement du moyen engendrant dans cet appareil la chute de pression, débouchant en tête de la gaine et s'étendant tangentiellement dans le sens de rotation du rotor.
  16. Appareil selon la revendication 13 ou 15, caractérisé en ce que le moyen de circulation forcée comporte au moins une buse (107) branchée sur une source de phase légère, telle que le refoulement du moyen engendrant dans cet appareil la chute de pression, débouchant entre le rotor et la gaine sensiblement au niveau du premier disque (3a) du rotor (2), disposé en amont de l'écoulement de fuite périphérique et s'étendant en biais sensiblement dans la direction du ou des volets voisins de la grille de collecte.
  17. Appareil selon la revendication 2, du type à contre-courant dans lequel le mélange s'écoule de bas en haut, la phase légère dans le même sens et la phase lourde pulvérulente de haut en bas, caractérisé en ce que la gaine munie d'une barrière sélective de transfert (49) est fermée à sa partie inférieure par un fond (66) conformé en au moins deux rampes hélicoïdales (67, 69) reliant les deux parois (28, 29) de ladite gaine et descendant, pour canaliser la phase lourde séparée à partir d'au moins un sommet (71) et de part et d'autre de celui-ci jusqu'à au moins une base (68, 70) reliée à un moyen d'évacuation de cette phase lourde et de retenue vis-à-vis de la phase légère, tel qu'un réservoir fermé (72), une écluse rotative (73)..., la paroi intérieure (29) de la gaine étant raccordée à une tubulure tangentielle (74) d'alimentation en mélange à traiter et étant prolongée par un convergent descendant (75) afin de former un dispositif cyclonique.
  18. Appareil selon la revendication 2, du type à contre-courant dans lequel le mélange s'écoule de bas en haut, la phase légère dans le même sens et la phase lourde liquide de haut en bas, caractérisé en ce que la gaine (28, 29) munie d'une barrière sélective de transfert (49) est entourée par une chambre annulaire (79) de mise en rotation du mélange, chambre dont la paroi périphérique (76) sensiblement cylindrique est raccordée, à son extrémité haute fermée (77) située sous le rotor, à une tubulure tangentielle (78) d'alimentation en aérosol liquide à traiter et est prolongée, à son extrémité basse située sous la gaine, par un convergent descendant (80) afin de former un dispositif cyclonique, l'ouverture inférieure de ladite gaine (83) qui débouche au-dessus du convergent étant rétrécie, de préférence par la forme conique de la paroi intérieure (29) de cette gaine, afin d'être pratiquement obturée par le liquide qui s'écoule pour réduire considérablement la fuite de phase gazeuse à cet endroit.
  19. Appareil selon la revendication 2, du type à contre-courant dans lequel le mélange s'écoule de bas en haut, la phase légère dans le même sens et la phase lourde pulvérulente de haut en bas, caractérisé en ce que la gaine (28,29) munie d'une barrière sélective de transfert (49) est fermée à sa partie inférieure par un fond annulaire (85) relié par au moins un conduit extérieur (91,92) à une embase tubulaire (90) d'un convergent descendant (87) branchée sur un cendrier ou autre moyen d'évacuation de la phase lourde séparée, convergent dont l'ouverture supérieure (88) entoure avec jeu la paroi intérieure (86) de la gaine qui est raccordée, sous le fond précité, à une tubulure tangentielle (89) d'alimentation en mélange à traiter, en formant ainsi un dispositif cyclonique, le ou les conduits extérieurs (91,92) comportant en outre une buse interne (93,94) qui limite la fuite de phase gazeuse avec l'évacuation de phase lourde.
  20. Appareil selon la revendication 1 ou 2, du type équicourant dans lequel le mélange et la phase lourde s'écoulent dans le même sens de haut en bas tandis que la phase légère s'écoule dans un conduit central du bas vers le haut, caractérisé en ce qu'au moins une barrière sélective de transfert (49) est montée sur la paroi extérieure (28) de la gaine, sous le rotor (2) et à l'entrée d'au moins un conduit extérieur (96) débouchant (en 98) au-dessus du rotor et sous l'entrée (24) du mélange à traiter, munie d'une barrière sélective de collecte en regard dudit rotor, s'étendant sous ce rotor pour que l'espace interne de la gaine dans lequel s'écoule la phase lourde débouche au-dessus d'un convergent descendant (26).
EP89401132A 1988-04-25 1989-04-21 Appareil de séparation centrifuge équipé d'un dispositif permettant de piéger la phase lourde Expired - Lifetime EP0340087B1 (fr)

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