EP3405296A1 - Dispositif de separation - Google Patents

Dispositif de separation

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Publication number
EP3405296A1
EP3405296A1 EP17706844.2A EP17706844A EP3405296A1 EP 3405296 A1 EP3405296 A1 EP 3405296A1 EP 17706844 A EP17706844 A EP 17706844A EP 3405296 A1 EP3405296 A1 EP 3405296A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
duct
closure
activation
separation
closing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP17706844.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Stéphan POTTIER
Alain Fernandez De Grado
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kadant Lamort SAS
Original Assignee
Kadant Lamort SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kadant Lamort SAS filed Critical Kadant Lamort SAS
Publication of EP3405296A1 publication Critical patent/EP3405296A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
    • B07B13/00—Grading or sorting solid materials by dry methods, not otherwise provided for; Sorting articles otherwise than by indirectly controlled devices
    • B07B13/14—Details or accessories
    • B07B13/18—Control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D29/00—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/62—Regenerating the filter material in the filter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
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    • B01D29/62—Regenerating the filter material in the filter
    • B01D29/66—Regenerating the filter material in the filter by flushing, e.g. counter-current air-bumps
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    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
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    • B07B1/46—Constructional details of screens in general; Cleaning or heating of screens
    • B07B1/50—Cleaning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B07B13/00—Grading or sorting solid materials by dry methods, not otherwise provided for; Sorting articles otherwise than by indirectly controlled devices
    • B07B13/14—Details or accessories
    • B07B13/16—Feed or discharge arrangements
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D5/00—Purification of the pulp suspension by mechanical means; Apparatus therefor
    • D21D5/02—Straining or screening the pulp
    • D21D5/04—Flat screens
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
    • B07B2230/00—Specific aspects relating to the whole B07B subclass
    • B07B2230/01—Wet separation

Definitions

  • the present invention is in the field of the separation of constituents from a fluid medium, said medium being liquid, gaseous or solid.
  • fluid means a deformable medium.
  • the separation is a differential separation of constituents from the medium as a function of their size, in particular three-dimensional, that is to say of their geometric space requirement. Consequently, the segregation of the constituents will be based on their size, as well as on their behavior of displacement in said fluid medium.
  • the invention particularly relates to a device for separating constituents from a fluid medium.
  • Such a device will find particular application in the field of recycling and / or treatment of industrial waste, particularly in the field of food packaging such as paper.
  • the separation devices of the prior art comprise a tank equipped with a perforated screen.
  • This sieve allows separation, depending on their size, the various elements of the fluid mixture.
  • the fluid mixture arrives upstream of said sieve, a part of this fluid mixture, called “accepted” through the sieve, while another part, named “restraint” is blocked on said sieve.
  • the size of these perforations, the type of fluid mixture to be separated, the pressure upstream and the pressure downstream of the sieve, the surface upstream of the sieve is subject to the risk of clogging. Clogging of the screen prevents the separation operation from continuing. Indeed, a pile of The components of the fluid mixture can clog the screen and prevent its selective separation function. The presence of this cluster will block the circulation and block the passage of accepted through the sieve. More particularly, because of solid constituents present in suspension in the fluid medium and whose size is of the same order of magnitude as the size of the perforations, these constituents may agglomerate on or in the perforations and render them inoperative.
  • the traditional solution to avoid this clogging without changing the size of the perforations of the sieve is to use a rotor equipped with rotatable unclogging blades. Said rotor is placed near the sieve, often upstream, within the separation tank under pressure or not. The movement of the rotor blades, near the sieve, locally generate a counterflow of the flow of dough passing through the sieve. This countercurrent will allow to destructure the cluster of constituents of the environment clogged on the sieve. This phenomenon is commonly called "rotor unclogging effect”.
  • the solution of the unclogging blade rotor has several disadvantages.
  • the number and design of the blades are fixed, therefore the frequency, intensity and duration of unclogging can only be changed by changing the speed of rotation of the rotor.
  • One of the solutions for modifying these parameters is to accelerate the speed of rotation of the rotor.
  • this solution generates an overconsumption of energy and a decrease in "selectivity" of separation, that is to say the ability to separate the components according to their size.
  • a decrease in separation selectivity leads to additional costs, but also to more wear and tear. fast, especially at the blades.
  • the additional costs may concern the initial investment, the increased energy consumption, the quality of the separation and an increase in the frequency of complex maintenance operations.
  • said rotor has the disadvantage of being placed directly within the vessel and coming into contact with the medium to be separated. Thus, there is a risk of contamination of the medium to be separated by the rotor itself.
  • the present invention aims to overcome the disadvantages of the state of the art, by proposing a device for separating the constituents of a fluid medium, comprising a separating element of these constituents, helping to delimit, upstream and / or downstream of said separating element, a closed chamber to which at least one duct C is connected.
  • said duct comprises at least one activatable closing means whose activation is suitable for closing and at least partially opening said duct C;
  • Said device comprises means for controlling the activation of said shutter means or means, adapted to control the closing and opening, at least partially, of said conduit C, cyclically, at a frequency greater than 0.008 Hz.
  • said means for controlling the activation of the one or more closure means are capable of controlling the closing and the opening, at least partially, of said duct C, in a cyclic manner, at a frequency greater than 0.03 Hz
  • the device comprises means for managing said control means, said management means being capable of performing a cycle, each cycle comprising at least one activation phase PA of the closure means and at least one phase of no PI activation of said one or more shutter means;
  • said closure means comprise at least one element
  • the closure means comprise at least one fixed flap on a mobile disk in rotation, said management means being able or not to the mobility of the disk through management means, so that said component:
  • an activation phase PA of the closure means comprises at least one closing and opening sequence S, defined by the closure followed by the opening at least partially of said conduit C, said sequence S being of a shorter duration at 1 min, preferably less than 30 s, for example less than 15 s;
  • said means for managing said control means are suitable for the PA activation phase to last less than 50% of the cycle time and / or the PA activation phase to last less than 2 minutes, preferably less of
  • said means for managing said control means are capable of ensuring that the amplitude of closing and at least partial opening of said duct C by the closing means during an activation phase PA is greater than or equal to 60, 40 or at least 20%.
  • the present invention also relates to a declogging process implementing said device of the invention, comprising the following steps:
  • a pressure variation is generated at the interface of the separating element in order to unclog the latter, through the activation of the one or more closure means in a succession of cycles at a frequency greater than 0.008 Hz, each cycle comprising at least one S sequence of closure and total or partial opening.
  • Figure 1 schematically shows a view of the device 1 of the invention according to three different embodiments respectively 1A, 1B, 1C;
  • FIG. 2 diagrammatically shows, as a function of time, the rate of closure of the duct C by the element E, that is to say the shutter intensity of the duct varying between 0 and 100%, according to a first particular embodiment comprising a succession of two identical cycles, comprising a non-activation phase of the closure means and an activation phase of the closure means, said activation phase comprising two opening and closing sequences ;
  • FIG. 3 diagrammatically represents a view of one embodiment of the closure means 5 of the invention
  • FIG. 4 diagrammatically represents another particular mode of operation in which the rate of closure of the duct C by the element E, as a function of time, varies between limits of between 30 and 90%, and in which a cycle comprises an activation phase and an inactivation phase, said activation phase comprising an opening sequence, closing followed by an opening.
  • the present invention relates to a device 1 for separating constituents of a fluid medium M, visible in FIG. 1.
  • Said medium M can be in liquid and / or gaseous and / or solid form.
  • the separation is carried out according to a size differential of said constituents of the medium M.
  • Said device 1 can be used in the field of filtration, purification, fractionation, thickening, for example of cellulosic fibers or water filtration.
  • the separation device 1 may be used in the paper industry, in particular recycled paper recycling.
  • This paper that is cellulosic fibers, will have to be purified to remove unwanted constituents.
  • the undesirable constituents may be metallic materials, or else plastic or mineral materials.
  • the medium M consists of a mixture having several undesirable constituents, which it is desired to separate cellulosic fibers.
  • the separation device 1 may also be used, especially in a treatment plant, for the treatment of water to separate polluting waste or not, especially those of large caliber.
  • the waters to be treated may contain mineral materials, such as pebbles, soil or any other undesirable element commonly referred to as "suspended matter”.
  • the device 1 of the invention comprises at least one separation element 3 of the constituents of the fluid medium M.
  • Said separating element 3 has a first face 31 called “upstream” coming into contact with said medium M, as opposed to a second face 32 called “downstream”.
  • Said separation element 3 comprises one or more perforations 4 allowing or not the passage of the constituents of the medium M through said separation element 3.
  • perforations 4" calibrated openings 4 in the separation element 3, the size of these openings will depend on the size of the various constituents of the medium M that is desired to separate and the desired degree of segregation .
  • the perforation may be a slot width of 0.15 mm, holes of diameter 2 mm or a canvas of 150 mesh.
  • the constituents of the medium M, which pass through the perforations 4, passing through the first face 31 upstream and out through the second face 32 downstream, are accepted "A”.
  • the constituents of the medium M, which do not pass through the perforations 4 and which remain retained on the first face 31 upstream of the separation element 3, are the "R" refusals.
  • said separation element 3 contributes to delimiting a closed chamber 2 to which at least one duct C is connected.
  • the arrows indicated in these figures show the direction of movement of the accepted A's and / or refusal R and / or medium M in the device 1.
  • said duct C has an opening area 6 allowing the passage of constituents.
  • the closed enclosure 2 connected to at least one duct C, is upstream of the separation element 3.
  • the duct C can be used to both at the feed inlet in medium M and the evacuation of rejections R.
  • the closed enclosure 2 connected to at least one duct C, is downstream of the separation element 3.
  • the duct C serves as the duct evacuation of accepted A.
  • said separation element 3 is internal to the closed enclosure 2.
  • this separation element 3 is positioned in the center of the closed enclosure 2.
  • the closed chamber 2 has at least three ducts C, including a feed inlet duct C1 in medium M, a duct C2 of evacuation of the accepted A and a conduit C3 of evacuation of refusals R.
  • the pressure upstream of said separating element 3 will be called “Pl”.
  • the pressure downstream of said separating element 3 will be called “P2”.
  • the separation of the constituents of the fluid medium M into the category of accepted A or of the refusal R is a separation carried out in:
  • applying a pressure means that the pressure is obtained by the use of a pressurizing or depressurizing means, such as for example a pump, a compressor, a water column or any other obvious technical solution to the pressure. skilled in the art.
  • the pressure can also be obtained by the use of atmospheric pressure.
  • the feed allows the fluid medium M to come into direct contact with the face 31 of the separating element 3.
  • the pressure difference between P1 and P2 makes it possible for the accepted members A to pass through said perforations 4.
  • the separation of the constituents of the fluid medium M, able to pass through the separation element 3, is possible especially if P1 is greater than or equal to P2.
  • the separation of the constituents of the fluid medium M is possible in particular thanks to the pressure difference existing between the upstream and the downstream of the said separation element 3.
  • this pressure difference is found on the the entire surface of the separating element 3, the action is global. This is an advantage over the state-of-the-art rotor only device which generates a pressure difference only at the sieve location where the rotor blades are located. In the prior art, the rotor only causes a local pressure deviation action unlike the device 1 of the invention.
  • the perforations 4 of the separating element 3 may become clogged, partially or completely, with constituents of the fluid medium M.
  • Constituents of the medium M then form one or more clusters of constituents clogging the separating element 3, degrading and / or preventing the passage of accepted A.
  • the cluster or clusters of constituents of medium M may or may be present, partially or completely on the face 31 of the separating element 3 and thus prevent the separation between accepted A and refusal R to be performed correctly.
  • the device 1 comprises closure means 5 of the conduit C which make it possible to modify the pressure difference between P1 and P2 sufficiently to allow unclogging of the separating element 3. More specifically, the clogging conditions of the separation element 3 are associated with the pressure difference between P1 and P2.
  • the objective of the invention is to modify these pressure conditions by acting on the rate of closure of the duct C.
  • the passage of fluid, in the duct or conduits C connected to the chamber 2 is modified by the invention which has the favorable consequence of modifying the pressure conditions P1 and P2 and thus the sealing conditions.
  • Said shutter means 5 are external to the closed chamber 2 of the device 1 of the invention, since they are positioned inside the duct C. These shutter means 5 make it possible to act and modulate the pressure present. inside the closed enclosure 2.
  • the closure means 5 comprise at least one element E fixed on a mobile support 51.
  • Said element E is intended to block, or not, integrally or partially, said conduit C, depending on its position and its geometrical shape with respect to said duct C.
  • Partial or total sealing of the duct C will make it possible to modify the rate of passage of the constituents, for example accepted A or R refusals, through the opening area 6 of said duct C.
  • Modifying said flow rate within said conduit C, or even the cancellation of this flow rate at a time t, during the process of separating the constituents will generate a variation of the internal pressure P1 and / or P2 within the closed chamber 2.
  • the total or partial closure of the conduit C coupled to the variation of the internal pressure within the closed chamber 2, makes it possible to vary the difference between the pressures P1 and P2, upstream and downstream of the separating element 3.
  • the variation of this pressure difference between P1 and P2 is the phenomenon resulting from the closure of the conduit C. This phenomenon of changing the pressure difference between P1 and P2 is achievable during the process of separation.
  • a sufficient change in the pressure difference between P1 and P2 possibly assisted by the action of a paddle rotor, and / or assisted by the action of a feed flow of the medium M, and / or assisted by the action of a flow of an auxiliary fluid, such as dilution water, allows the lifting of the cluster of constituents of the medium M can clog the face 31 of the separating element 3 or able to seal the perforations 4.
  • the presence of the closure means 5 generates a variation of the difference between P1 and P2, through a change in the flow rate in the duct C. Consequently, the presence of the closure means 5 makes it possible to participate in unclogging the separation element 3.
  • the invention is particularly effective in case of fluid transport deemed incompressible or density greater than 0.5 kg / L.
  • the fluid contains mainly water and has a density of the order of 1 kg / L, which makes the shutter effect of the conduit C very effective.
  • the means shutters 5 are activatable, their activation being suitable for the opening or at least partial closing of the conduit C with the aid of the element E.
  • the activation of the closure means 5 results in the continuous mobility of the support means 51.
  • the inactivation of the closure means 5 results in a fixed and immobile position of the support means 51. .
  • the device 1 comprises control means 7 for activating the closure means 5, that is to say means 7 which control the mobility of the support means 51 of the element E.
  • control means 7 make it possible to control the closure and the opening, at least in part, of said duct C.
  • control means 7 activate or inactivate the closure means 5, that is to say that they generate or not the mobility of the support means 51 thus the displacement of the element E relative to to the duct C.
  • said control means 7 control the closure and the opening, at least partially of said duct C, in a cyclic manner, at a frequency greater than 0.008 Hz, or a time less than 2 min.
  • said frequency is greater than 0.016 Hz corresponding to a cycle time which is less than or equal to 1 min.
  • said frequency is greater than 0.033 Hz corresponding to a cycle time of less than or equal to 30 s.
  • the device 1 also comprises management means 8 of said control means 7, said management means 8 being suitable for carrying out a cycle.
  • each cycle takes less than 30 seconds.
  • the period of each cycle is then less than 30 seconds. So, every 30 seconds, a new cycle starts.
  • Each cycle comprises at least one activation phase PA of the shutter means 5 and at least one non-activation phase PI of said shutter means 5 as illustrated in FIG. 2 or FIG. 4.
  • FIG. 2 illustrates an example of evolution of the closure rate of the conduit C as a function of time, with two consecutive cycles of closure of the conduit C.
  • the closure rate of the duct C represents the ratio of the area of the element E which closes the duct C divided by the total area 6 of the duct C.
  • a shutter rate of 10% means that, if the 100% open duct C has an area of 0.1 m 2 , the element E closes 0.01 m 2 of the duct C area and there remains a fluid passage section of 0.09 m 2 .
  • a shutter rate of 90% means that there is only 0.01 m 2 of passage section and the element E closes 0.09 m 2 of the area of the duct C.
  • This shutter ratio is associated with the efficiency of the desired declogging effect, applied to the separating element 3.
  • the more or less significant filling of the pipe C modifies the flow conditions of fluid in said duct C, which influence the pressures P1 and P2 above, and thus modify the unclogging and separation effect.
  • the PA activation phase results in a mobility of the means support 51 thus of the element E with respect to the conduit C, while the non-activation phase PI results in the immobility of said support means 51 of the element E with respect to the conduit C.
  • an activation phase PA of the closure means 5 comprises at least one sequence S of closing and then opening of the conduit C.
  • the activation phase PA comprises at least one displacement closing and opening the element E with respect to the conduit C, so that said element E closes at least partially said conduit C and at least once during a cycle.
  • the duration of an activation phase PA is less than 50% of the duration of the cycle.
  • the additional inactivation phase duration is greater than 50% of the cycle time.
  • the duration of an activation phase PA must be less than or equal to 60 s for a cycle of 2 min, to 30 s for a cycle of 1 min and 15 s for a cycle of 30 s.
  • the duration of a non-activation PI phase is greater than respectively 60 s, 30 s and 15 s.
  • Each S closing and opening sequence is defined by its amplitude.
  • valve openings are very small, typically less than 5% because the desired effect is not to disturb the pressures in the process apparatus. It is the opposite that is sought in the present invention, where it is important that the device 1 can allow to have an amplitude for the same strong S sequence.
  • the amplitude of the shutter rate during a sequence S is always greater than 20%. In a more preferred mode, it is greater than 40%. According to a preferred embodiment, the amplitude of a sequence S is greater than 60%.
  • the "nominal shutter ratio" is the percentage of the total area of duct C that the element E obturates during an inactivation phase PI.
  • the amplitude of the activation phase during a sequence S is always greater than at least 15% of the nominal shutter rate applied during the inactivation phase PI.
  • the dimensions of the element (s) E and the arrangement on its mobile support means 51 make it possible to ensure that, during the production of a sequence S, the sealing surface of the element E varies. significantly with respect to the nominal sealing surface, that is to say the percentage of the total area of the duct C closed by the element E during a phase of inactivation PI.
  • each S closing and opening sequence is defined by its duration Ds and its shutter rate also called intensity I.
  • the duration Ds of a sequence S corresponds to the sum of the duration Df of the moving operation of the element E in the the direction of closing or closing said duct C and the duration of displacement in the other direction, C, for the opening of said duct C.
  • the mobility speed of said support means 51 i.e. the speed at which the element E moves in front of the opening area 6 of the conduit C;
  • the geometric shape of the element E which may represent a percentage higher or lower than the opening area 6 of the duct C.
  • the duration Df the time required to vary the shutter ratio between its minimum value and its maximum value, the duration Df, must remain less than 10 seconds, and preferably less than 5 seconds, and even more preferably lower at 2 seconds.
  • the duration Do must respect the same durations of less than 10 seconds, preferably 5 seconds, preferably 2 seconds.
  • the total duration Ds of a closing and opening sequence S according to the invention is less than 20 seconds, preferably less than 10 seconds, and advantageously less than or equal to 4 seconds to allow a acceptable average production, between maximum production, and reduced production due to start of clogging or non - production due to ongoing unclogging operation. .
  • the management means 8 of the means of command 7 define the duration of the mobility of the support means 51 and the speed of displacement of these support means 51 thus of the element E.
  • management means 8 also define the duration of the immobility of the support means 51 and therefore of the element E.
  • the management means 8 make it possible to define the moment when one transitions from the activation phase PA to the phase of non-activation PI of the closure means 5, and in particular to define the position of the element E with respect to the conduit C during the stopping of the support means 51.
  • the management means 8 control the duration of the non-activation phase PI and the duration of the activation phase PA of the closure means 5.
  • the management means 8 control the duration of a cycle and the repetition frequency of said cycle.
  • said closure means 5 may be a shovel valve, a ball valve or a butterfly valve, of a special design to ensure a high operating speed and controlled wear despite a number of cycles very important, of the order of 1000000 (one million) cycles per year.
  • the sealing means 5 consist of a rotating disc 56.
  • the disk 56 consists of a support armature 51 and at least one shutter 55 for closing the conduit C, said disk 56 serving as support means 51 for the shutter 55.
  • closure means 5 comprise as element E at least said flap 55 can be in any form.
  • the continuous rotation of the disc 56 causes the continuous rotation of said shutter 55, the latter will come to gradually close the conduit C.
  • the flap 55 is then movable, according to this continuous movement, during the process of separating the constituents of the medium M, during the activation phase.
  • the disk 56 is fixed, so the flap 55 too.
  • the fixed position of the shutter 55 relative to the duct C is managed by the management means 8.
  • the management means 8 are suitable for said flap 55:
  • the speed of rotation of the disk 56 can be adjusted by using, for example, as a management means 8, a controller managing, as control means 7, a frequency converter connected to a motor rotating the disk 56.
  • the closing time Df of the duct C of a sequence S is a function of the number and the size of the shutters 55 present on the disk 56 in rotation.
  • the closing time Df thereof will be longer than for a number and a caliber of flaps 55 more restricted, and this for the same speed of rotation of the disc 56.
  • the shape and the number of flaps 55 make it possible to adjust the duration of the closing of the duct C without modifying the speed of rotation of the disc 56.
  • the characteristics of the fluid medium M and the actual or potential appearance of a cluster clogging the separation element 3 the number of S-sequence in a cycle, the duration of the PA activation phase and the duration of the PI nonactivation phase.
  • the shutter phenomenon, partial or total, is punctuated by performing these cycles before, during or after the operation of separating the constituents of the medium M in the device 1.
  • the content of a cycle is characterized according to the pressure difference between P1 and P2 that will be necessary to obtain to prevent clogging of the separation element 3. This pressure difference will depend on the nature of the environment.
  • the closure means 5 thus have the advantage of being able to modify and vary the pressure difference over the entire interface and close to the separating element. 3 thus to cause its unclogging.
  • the closure means 5 have the advantage of being able, by modifying the throughput rate in the duct C, to generate a variation of the pressure difference between P1 and P2 capable of decolouring or improving. the unclogging of the separation element 3, this during the separation operation.
  • the closure means 5 make it possible, during the separation, to modify, in a cyclic manner, the pressure differential at the interface between the medium M and the face 31 of the separating element 3, and therefore to raise the pressure. clusters of medium M can clog the face 31.
  • the closure means 5 can prevent clogging or improve declogging during the operation of separating the constituents of the medium M through the device 1 of 1 ' invention.
  • the device 1 of the invention thus makes it possible to prevent clogging of the separation element 3.
  • the elimination of the clogging phenomenon within the device has the advantage of:
  • the device 1 of the invention therefore makes it possible to perform an adjustable declogging in terms of frequency and duration, and of intensity which is achieved remotely by activating closure means 5 present outside the enclosure 2 within which is the separation process.
  • the variation of the shutter ratios may not be limited to values comprised between 0% and 100% of closure of the duct C.
  • the activation phase PA comprises a sequence S of opening Do 1 and closing Df 1 followed by an opening Do 2.
  • the shutter rate of the conduit C by the element E is 30%.
  • a first activation of the shutter means 5 opens the conduit C for a duration Do 1.
  • the shutter rate by the element E drops to 10%.
  • a closure Df 1 by the element E generates a rise of this shutter ratio to 90%, then a second opening Do 2 down to 30%.
  • the shutter rate value remains at 30% until the beginning of the next cycle.
  • the control means 7 activate the shutter means 5 so that the shutter ratio is between limit values of the shutter rate of the conduit C by the element E between 30 and 90%.
  • the device 1 of the invention can also be equipped with a blade rotor near the separating element 3 capable of lifting by a mechano-hydraulic action the cluster present on the surface 31 of the separating element 3.
  • a blade rotor near the separating element 3 capable of lifting by a mechano-hydraulic action the cluster present on the surface 31 of the separating element 3.
  • the present invention also relates to a declogging process using the device 1 of the invention comprising the following steps:
  • a pressure variation is generated at the interface of the separation element 3 in order to unclog the latter, through the activation or non-activation of the closure means 5 in a succession of cycles at a higher frequency at 0.008 Hz, each cycle comprising at least one S sequence of closure and total or partial opening of at least one duct C.
  • the device 1 of the invention is usable in many fields of application, the field of treatment or recycling of cellulose fibers, for example from virgin pulp, packaging cartons, newsprint, magazines.
  • the device 1 of the invention can be used in particular for purification, fractionation, washing or thickening operations, for fluid filtration or in a paper machine.
  • the paper is mixed with water, in a pulper, so that the cellulose fibers are suspended.
  • the pulp obtained contains undesirable elements that must be removed. These undesirable elements may be, for example, in the case of recycled paper, glue particles, inks, minerals, staples, etc.
  • a purification operation is carried out in a screen purifier. Said sieve is susceptible to clogging by various constituents of the fluid medium, here water, said to pass mainly through the perforations.
  • the use of the device 1 of the invention for this purification operation is advantageous to avoid clogging or improve declogging.
  • the perforations of the sieve may be of a very small size, for example holes with a diameter of between 0.2 mm and 3 mm or slots with a width of between 0.05 mm and 1 mm.
  • the smallness of these perforations makes the separation operation sensitive to the risk of clogging of the sieve preventing the separation operation from continuing.
  • a pressure difference between P1 and P2 of between 0.1 and 0.2 bar makes it possible in this case to avoid the clogging phenomenon near or at the sieve interface.
  • the use of the device 1 of the invention for this fractionation operation is advantageous to avoid this clogging.

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Abstract

Dispositif (1) de séparation des constituants d'un milieu (M) fluide, comprenant un élément de séparation (3) de ces constituants, contribuant à délimiter, en amont et/ou en aval dudit élément de séparation (3), une enceinte fermée (2), à laquelle est raccordé au moins un conduit (C), caractérisé en ce que : - ledit conduit (C) comprend au moins un moyen d'obturation (5) activable, dont l'activation est apte à la fermeture et à l'ouverture au moins partielle dudit conduit (C); et en ce que - ledit dispositif (1) comprend des moyens de commande (7) de l'activation du ou desdits moyens d'obturation (5), aptes à commander la fermeture et l'ouverture, au moins partiellement, dudit conduit (C), de manière cyclique, selon une fréquence supérieure à 0,008 Hz.

Description

DISPOSITIF DE SEPARATION
La présente invention entre dans le domaine de la séparation de constituants d'un milieu fluide, ledit milieu pouvant être liquide, gazeux ou solide.
On entend par le terme « fluide » un milieu déformable . Selon l'invention, la séparation est une séparation différentielle de constituants d' avec le milieu en fonction de leur taille, notamment tridimensionnelle, c'est-à-dire de leur encombrement géométrique dans l'espace. En conséquence, la ségrégation des constituants se fera en fonction de leur taille, ainsi qu'en fonction de leur comportement de déplacement dans ledit milieu fluide .
L ' invention concerne particulièrement un dispositif de séparation de constituants d'un milieu fluide.
Un tel dispositif trouvera une application particulière dans le domaine du recyclage et/ou du traitement des déchets industriels, notamment dans le domaine des emballages alimentaires tels que le papier.
Plus généralement, le domaine de la préparation de pâte à papier à partir de cellulose vierge ou recyclée afin de permettre la production de papier écriture, papier journal, papier sanitaire, papier emballage, etc. est concerné par 1 ' invention .
De manière connue, les dispositifs de séparation de l'art antérieur comprennent une cuve équipée d'un tamis perforé. Ce tamis permet une séparation, en fonction de leur taille, des différents éléments du mélange fluide. Le mélange fluide arrive en amont dudit tamis, une partie de ce mélange fluide, nommée « accepté » traverse le tamis, tandis qu'une autre partie, nommée « retenue » est bloquée sur ledit tamis .
Selon le type de tamis, le calibre de ces perforations, le type de mélange fluide à séparer, la pression en amont et la pression en aval du tamis, la surface en amont du tamis est sujette au risque de colmatage. Le colmatage du tamis empêche l'opération de séparation de se poursuivre. En effet, un amas de constituants du mélange fluide peut venir colmater le tamis et en empêcher sa fonction de séparation sélective. La présence de cet amas va boucher la circulation et bloquer le passage des acceptés à travers le tamis. Plus particulièrement, à cause de constituants solides présents en suspension dans le milieu fluide et dont la taille est du même ordre de grandeur que la taille des perforations, ces constituants peuvent s'agglomérer sur ou dans les perforations et rendre celles-ci inopérantes.
L'une des solutions pour éviter ou réduire le colmatage est d'augmenter le calibre des perforations du tamis, mais ceci se ferait au détriment de la qualité de l'opération de séparation différentielle en fonction de la taille, qui dans le domaine de la papeterie ne permettrait pas d'obtenir une qualité et/ou une quantité suffisante de fibres de pâte à papier exempte de contaminants .
La solution traditionnelle pour éviter ce colmatage sans modifier le calibre des perforations du tamis, est d'utiliser un rotor équipé de pales de décolmatage rotatives. Ledit rotor est placé à proximité du tamis, souvent en amont, au sein de la cuve de séparation sous pression ou non . Le mouvement des pales du rotor, à proximité du tamis, va générer localement un contrecourant du flux de pâte passant à travers le tamis. Ce contrecourant va permettre de déstructurer l'amas de constituants du milieu colmatés sur le tamis . Ce phénomène est couramment appelé « effet de décolmatage par le rotor ».
Cependant, la solution du rotor à pales de décolmatage présente plusieurs inconvénients . Le nombre et la conception des pales sont fixes, en conséquence la fréquence, l'intensité et la durée de décolmatage ne peuvent être modifiées qu'en changeant la vitesse de rotation du rotor . Une des solutions pour modifier ces paramètres consiste à accélérer la vitesse de rotation du rotor. Or, cette solution génère une surconsommation d'énergie et une baisse de « sélectivité » de séparation, c'est-à-dire de la capacité à séparer les constituants en fonction de leur taille. A échelle industrielle, une diminution de la sélectivité de séparation entraine des surcoûts, mais aussi des usures plus rapides, notamment au niveau des pales. Ainsi les surcoûts peuvent concerner l'investissement initial, la consommation d'énergie accrue, la qualité de la séparation et une augmentation de la fréquence des opérations de maintenance complexes .
En outre, ledit rotor présente comme inconvénient d'être placé directement au sein de la cuve et d'entrer en contact avec le milieu à séparer . Ainsi , il existe un risque de contamination du milieu à séparer par le rotor lui-même. De plus, en cas d'usure du rotor, il est nécessaire d'arrêter l'opération de séparation se déroulant dans la cuve pour changer une partie ou tout le rotor. L'arrêt de l'opération de séparation dans la cuve pour changer un rotor usagé ou défectueux, est une perte économique en cas de production industrielle .
L'utilisation du rotor interne à la cuve pour décolmater le tamis de séparation n'est donc pas une solution satisfaisante car elle est coûteuse, consommatrice d'énergie, obligeant des arrêts de l'opération de séparation en cas d'usure et présentant une conception mécanique compliquée .
II convient donc de trouver une solution alternative efficace, applicable de préférence au cours de l'opération de séparation, pour décolmater plus efficacement le tamis et séparer plus efficacement les constituants du milieu fluide.
Les solutions de l'art antérieur pour décolmater le tamis ne sont donc pas satisfaisantes car elles ne permettent pas d'ajuster, indépendamment les uns des autres, les trois paramètres de décolmatage, à savoir la fréquence, la durée et l'intensité. Or, d'un point de vue industriel, pouvoir ajuster et réguler ces trois paramètres en fonction par exemple de l'usure du tamis, du calibrage de ses perforations, du niveau de contamination du milieu à séparer et de la production souhaitée, est nécessaire. Il est souhaitable de trouver une solution alternative pour améliorer la performance des installations de séparation de constituants d'un milieu fluide actuelles, mais aussi pour en réduire, selon le domaine d'utilisation, leur taille et/ou coût de fonctionnement. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients de 1 ' état de la technique , en proposant un dispositif de séparation des constituants d'un milieu fluide, comprenant un élément de séparation de ces constituants, contribuant à délimiter, en amont et/ou en aval dudit élément de séparation, une enceinte fermée, à laquelle est raccordé au moins un conduit C .
Ainsi, de manière spécifique à l'invention :
- ledit conduit comprend au moins un moyen d' obturation activable, dont l'activation est apte à la fermeture et à l'ouverture au moins partielle dudit conduit C ;
- et
- ledit dispositif comprend des moyens de commande de l'activation du ou desdits moyens d'obturation, aptes à commander la fermeture et l'ouverture, au moins partiellement, dudit conduit C, de manière cyclique, selon une fréquence supérieure à 0,008 Hz.
De plus, selon d'autres caractéristiques :
- lesdits moyens de commande de l'activation du ou desdits moyens d'obturation sont aptes à commander la fermeture et l'ouverture, au moins partiellement, dudit conduit C, de manière cyclique, selon une fréquence supérieure à 0,03 Hz
- le dispositif comprend des moyens de gestion desdits moyens de commande, lesdits moyens de gestion étant aptes à la réalisation d'un cycle, chaque cycle comprenant au moins une phase d' activation PA des moyens d' obturation et au moins une phase de non activation PI du ou desdits moyens d'obturation ;
- lesdits moyens d'obturation comprennent au moins un élément
E destiné à obturer, ou non, intégralement ou partiellement, ledit conduit C, en fonction de sa position par rapport audit conduit C et de sa forme géométrique par rapport audit conduit C, ledit élément E étant fixé sur un moyen support mobile ;
- les moyens d'obturation comprennent au moins un volet fixé sur un disque mobile en rotation, lesdits moyens de gestion étant aptes ou non à la mobilité du disque au travers de moyens de gestion, de sorte que ledit volet :
• Soit mobile selon un mouvement continu pour venir, ou non, obturer, au moins partiellement, ledit conduit C, lors d'une phase d' activation PA desdits moyens d'obturation, ou,
• Soit immobile dans une position fixe, obturant ou non, au moins partiellement, ledit conduit C, lors d'une phase de non activation PI desdits moyens d'obturation ;
- une phase d' activation PA des moyens d'obturation comprend au moins une séquence de fermeture et d'ouverture S, définie par la fermeture suivie de l'ouverture au moins partielle dudit conduit C, ladite séquence S étant d'une durée inférieure à 1 mn, de préférence inférieure à 30 s, par exemple inférieure à 15 s ;
- lesdits moyens de gestion desdits moyens de commande sont aptes à ce que la phase d' activation PA dure moins de 50 % du temps de réalisation d'un cycle et/ou la phase d' activation PA dure moins de 2 mn, de préférence moins de
1 mn, par exemple 30 s ;
- lesdits moyens de gestion desdits moyens de commande sont aptes à ce que l'amplitude de fermeture et d'ouverture au moins partielle dudit conduit C par les moyens d'obturation lors d'une phase d' activation PA, soit supérieure ou égale à 60, 40 ou au moins 20 %.
La présente invention concerne également un procédé de décolmatage mettant en œuvre ledit dispositif de l'invention, comportant les étapes suivantes :
- On dépose ledit milieu fluide M sur l'élément de séparation ;
- on génère une variation de pression à l'interface de l'élément de séparation afin de décolmater ce dernier, au travers de l' activation du ou desdits moyens d'obturation selon une succession de cycles à une fréquence supérieure à 0,008 Hz, chaque cycle comportant au moins une séquence S de fermeture et d'ouverture totale ou partielle.
D ' autres caractéristiques et avantages de 1 ' invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre des modes de réalisation non limitatifs de l'invention, en référence aux figures annexées, dans lesquelles :
la figure 1 représente schématiquement une vue du dispositif 1 de l'invention selon trois modes de réalisation différents respectivement 1A, 1B, 1C ;
- la figure 2 représente schématiquement en fonction du temps, le taux d'obturation du conduit C par l'élément E, c'est- à-dire l'intensité d'obturation du conduit variant entre 0 et 100 %, selon un premier mode de réalisation particulier comprenant une succession de deux cycles identiques, comprenant une phase de non-activation des moyens d' obturation et une phase d'activation des moyens d'obturation, ladite phase d'activation comprenant deux séquences d' ouverture et de fermeture ;
- la figure 3 représente schématiquement une vue d'un mode de réalisation des moyens d'obturation 5 de l'invention ;
- la figure 4 représente schématiquement un autre mode de fonctionnement particulier dans lequel le taux d'obturation du conduit C par l'élément E, en fonction du temps, varie entre des limites comprises entre 30 et 90 %, et dans lequel un cycle comprend une phase d'activation et une phase d' inactivation, ladite phase d'activation comprenant une séquence d'ouverture, de fermeture suivie d'une ouverture.
La présente invention concerne un dispositif de séparation 1 de constituants d'un milieu M fluide, visible sur la figure 1. Ledit milieu M pouvant être sous la forme liquide et/ou gazeux et/ou solide .
Selon l'invention, la séparation est réalisée selon un différentiel de taille desdits constituants du milieu M.
Ledit dispositif 1 peut être utilisé dans le domaine de la filtration, de l'épuration, du fractionnement, de l'épaississage, par exemple de fibres cellulosiques ou de filtration d'eaux. En particulier, le dispositif de séparation 1 pourra être utilisé dans le domaine papetier, en particulier du recyclage de papier récupéré. Ce papier, c'est-à-dire les fibres cellulosiques, vont devoir être épurées pour en éliminer les constituants indésirables . Par exemple , dans le domaine du recyclage du papier les constituants indésirables peuvent être des matières métalliques, ou encore des matières plastiques ou minérales. Dans ce cas, le milieu M consiste en un mélange présentant plusieurs constituants indésirables, que l'on souhaite séparer des fibres cellulosiques.
Le dispositif de séparation 1 pourra également être utilisé, notamment dans une station d'épuration, pour le traitement des eaux pour en séparer les déchets polluants ou non, notamment ceux de gros calibres. Par exemple, les eaux à traiter peuvent contenir des matières minérales, tel que des cailloux, de la terre ou tout autre élément indésirable couramment appelé « matière en suspension ».
Le dispositif 1 de l'invention comprend au moins un élément de séparation 3 des constituants du milieu M fluide. Ledit élément de séparation 3 présente une première face 31 dite « en amont » entrant en contact avec ledit milieu M, par opposition à une seconde face 32 dite « en aval ».
Ledit élément de séparation 3 comprend une ou plusieurs perforations 4 permettant ou non le passage des constituants du milieu M à travers ledit élément de séparation 3.
On entend par le terme « perforations 4», des ouvertures calibrées 4 dans l'élément de séparation 3, le calibre de ces ouvertures va dépendre de la taille des différents constituants du milieu M que l'on souhaite séparer et du degré de ségrégation désiré. Par exemple, la perforation peut être une fente de largeur de 0,15 mm, des trous de diamètres 2 mm ou encore une toile de 150 Mesh.
Les constituants du milieu M, qui traversent les perforations 4 , en passant par la première face 31 en amont et en sortant par la seconde face 32 en aval, sont les acceptés « A ». Les constituants du milieu M, qui ne traversent pas les perforations 4 et qui restent retenus sur la première face 31 en amont de l'élément de séparation 3, sont les refus « R ».
Tel que visible sur les figures 1A à 1C, ledit élément de séparation 3 contribue à délimiter une enceinte fermée 2 à laquelle est raccordé au moins un conduit C. Les flèches indiquées sur ces figures montrent le sens de déplacement des acceptés A et/ou des refus R et/ou du milieu M dans le dispositif 1.
Selon l'invention, ledit conduit C présente une aire d'ouverture 6 permettant le passage des constituants.
Selon un mode de réalisation particulier, visible sur la figure 1A, l'enceinte fermée 2, raccordée à au moins un conduit C, est en amont de l'élément de séparation 3. Dans ce mode de réalisation, le conduit C peut servir à la fois à l'entrée d'alimentation en milieu M et à l'évacuation des refus R.
Selon un autre mode de réalisation, visible sur la figure 1B, l'enceinte fermée 2, raccordée à au moins un conduit C, est en aval de l'élément de séparation 3. Dans ce cas, le conduit C sert de conduit d'évacuation des acceptés A.
Selon le mode de réalisation privilégié de l'invention, visible en figure 1C, applicable notamment dans le domaine de la préparation de pâte à papier, ledit élément de séparation 3 est interne à l'enceinte fermée 2. De préférence, cet élément de séparation 3 est positionné au centre de l'enceinte fermée 2. Dans ce mode de réalisation privilégié, l'enceinte fermée 2 présente au moins trois conduits C, dont un conduit Cl d'entrée d'alimentation en milieu M, un conduit C2 d'évacuation des acceptés A et un conduit C3 d'évacuation des refus R.
Selon l'invention, on nommera « Pl » la pression en amont dudit élément de séparation 3. De la même manière, on nommera « P2 » la pression en aval dudit élément de séparation 3.
Selon l'invention, la séparation des constituants du milieu M fluide en catégorie des acceptés A ou des refus R, est une séparation réalisée en :
-alimentant en milieu M fluide l'amont de l'élément de séparation 3 ;
-appliquant une pression Pl en amont dudit élément de séparation 3 ;
-appliquant une pression P2 en aval dudit élément de séparation 3 ;
-assurant que la pression Pl est supérieure à la pression
P2.
L'expression " appliquer une pression " signifie que la pression est obtenue par l'utilisation d'un moyen de pressurisation ou dépressurisation, comme par exemple une pompe, un compresseur, une colonne d'eau ou toute autre solution technique évidente à l'homme de l'art. La pression peut aussi être obtenue par 1 ' utilisation de la pression atmosphérique .
L'alimentation permet au milieu M fluide d'entrer directement en contact avec la face 31 de l'élément de séparation 3. L'écart de pression entre Pl et P2 permet la traversée des acceptés A au travers desdites perforations 4.
La séparation des constituants du milieu M fluide, aptes à traverser l'élément de séparation 3, est possible notamment si Pl est supérieure ou égale à P2.
La séparation des constituants du milieu M fluide est possible notamment grâce à l'écart de pression existant entre l'amont et l'aval dudit élément de séparation 3. Avec le dispositif 1 de l'invention, cet écart de pression se retrouve sur l'intégralité de la surface de l'élément de séparation 3, l'action est donc globale. Ceci représente un avantage par rapport au dispositif avec rotor seul de l'état de la technique qui génère un écart de pression uniquement à l'emplacement du tamis où se trouvent les pales du rotor. Dans l'art antérieur, le rotor provoque uniquement une action locale d'écart de pression contrairement au dispositif 1 de l'invention.
Il a été constaté que si l'écart des valeurs de pression entre Pl et P2 était insuffisant, les perforations 4 de l'élément de séparation 3 peuvent se boucher, partiellement ou intégralement, avec des constituants du milieu M fluide. Des constituants du milieu M forment alors un ou des amas de constituants colmatant l'élément de séparation 3, dégradant et/ou empêchant le passage des acceptés A. Le ou lesdits amas, de constituants de milieu M, peut ou peuvent être présents, partiellement ou intégralement sur la face 31 de l'élément de séparation 3 et empêcher ainsi la séparation entre acceptés A et refus R de s'effectuer correctement.
En cas de colmatage, complet ou partiel, de la surface de l'élément de séparation 3, la séparation entre les acceptés A et les refus R du milieu M ne peut plus être réalisée efficacement.
Selon une spécificité de l'invention, le dispositif 1 comprend des moyens d' obturation 5 du conduit C qui permettent de modifier l'écart de pression entre Pl et P2 de façon suffisante pour permettre un décolmatage de l'élément de séparation 3. Plus précisément, les conditions de colmatage de l'élément de séparation 3 sont associées à l'écart de pression entre Pl et P2. L'objectif de l'invention est de modifier ces conditions de pression en agissant sur le taux d' obturation du conduit C. Ainsi le passage de fluide, dans le ou les conduits C connectés à l'enceinte 2, est modifié par l'invention ce qui a pour conséquence favorable de modifier les conditions de pression Pl et P2 et donc les conditions de colmatage.
Lesdits moyens d'obturation 5 sont externes à l'enceinte fermée 2 du dispositif 1 de l'invention, car ils sont positionnés à l'intérieur du conduit C. Ces moyens d'obturation 5 permettent d'agir et de moduler la pression présente à l'intérieur de l'enceinte fermée 2.
Selon l'invention, les moyens d'obturation 5 comprennent au moins un élément E fixé sur un support mobile 51. Ledit élément E est destiné à obturer, ou non, intégralement ou partiellement, ledit conduit C, en fonction de sa position et de sa forme géométrique par rapport audit conduit C.
L'obturation partielle ou totale du conduit C va permettre de modifier le débit de passage des constituants, par exemple des acceptés A ou des refus R, à travers l'aire d'ouverture 6 dudit conduit C.
La modification dudit débit de passage au sein dudit conduit C, voire l'annulation de ce débit de passage à un instant t, au cours du processus de séparation des constituants va générer une variation de la pression interne Pl et/ou P2 au sein de 1 ' enceinte fermée 2.
Ainsi, l'obturation totale ou partielle du conduit C, couplée à la variation de la pression interne au sein de l'enceinte fermée 2, permet de faire varier l'écart entre les pressions Pl et P2 , en amont et en aval de l'élément de séparation 3. La variation de cet écart de pression entre Pl et P2 est le phénomène résultant de l'obturation du conduit C. Ce phénomène de modification de l'écart de pression entre Pl et P2 est réalisable au cours du processus de séparation.
Ce phénomène de changement de l'écart de pression entre Pl et P2 résultant de l'obturation, totale ou partielle, du conduit C se traduit par un changement des pressions exercées à l'interface et au niveau de l'élément de séparation 3.
Plus particulièrement, un changement suffisant de l'écart de pression entre Pl et P2 , éventuellement assisté par l'action d'un rotor à pales, et/ou assisté par l'action d'un flux d'alimentation du milieu M, et/ou assisté par l'action d'un flux d'un fluide auxiliaire, comme par exemple de l'eau de dilution, permet le soulèvement de l'amas de constituants du milieu M pouvant colmater la face 31 de l'élément de séparation 3 ou pouvant obturer les perforations 4.
Ainsi, la présence des moyens d'obturation 5 génère une variation de l'écart entre Pl et P2 , au travers d'une modification du débit de passage dans le conduit C. En conséquence, la présence des moyens d'obturation 5 permet de participer au décolmatage de l'élément de séparation 3.
L'invention se révèle particulièrement efficace en cas de transport de fluide réputé incompressible ou de densité supérieure à 0.5 kg/L. Dans le cas de pâte à papier, le fluide contient majoritairement de l'eau et possède une densité de l'ordre de 1 kg/L, ce qui rend très efficace l'effet d'obturation du conduit C.
Selon une autre particularité de l'invention, les moyens d'obturation 5 sont activables, leur activation étant apte à l'ouverture ou la fermeture au moins partielle du conduit C à 1 ' aide de 1 ' élément E .
Selon l'invention, l' activation des moyens d'obturation 5 se traduit par la mobilité en continu du moyen support 51. A contrario, l' inactivation des moyens d'obturation 5 se traduit par une position fixe et immobile du moyen support 51.
Selon une spécificité de l'invention, le dispositif 1 comprend des moyens de commande 7 de 1 ' activation des moyens d'obturation 5, c'est-à-dire des moyens 7 qui commandent la mobilité du moyen support 51 de l'élément E.
Ainsi , lesdits moyens de commande 7 permettent de commander la fermeture et l'ouverture, au moins partielle, dudit conduit C.
En d'autres termes, les moyens de commande 7 activent ou inactivent les moyens d'obturation 5, c'est-à-dire qu'ils génèrent ou non la mobilité du moyen support 51 donc le déplacement de l'élément E par rapport au conduit C.
Plus spécifiquement, pour décolmater efficacement l'amas présent sur l'élément de séparation 3, lesdits moyens de commande 7 commandent la fermeture et l'ouverture, au moins partielle dudit conduit C, de manière cyclique, selon une fréquence supérieure à 0,008 Hz soit un temps inférieur à 2 min. De préférence, ladite fréquence est supérieure à 0,016 Hz correspondant à un temps de cycle qui est inférieur ou égale à 1 min .
Avantageusement ladite fréquence est supérieure à 0 , 033 Hz correspondant à un temps de cycle inférieur ou égal à 30 s .
Selon la présente invention, le dispositif 1 comprend également des moyens de gestion 8 desdits moyens de commande 7 , lesdits moyens de gestion 8 étant aptes à la réalisation d' un cycle .
Par exemple, si la fréquence de ces cycles est supérieure à 0,033 Hz, cela signifie que chaque cycle se déroule sur une durée inférieure à 30 secondes. La période de chaque cycle est alors inférieure à 30 secondes. Ainsi, toutes les 30 secondes, un nouveau cycle démarre .
Chaque cycle comprend au moins une phase d' activation PA des moyens d' obturation 5 et au moins une phase de non- activation PI desdits moyens d'obturation 5 tel qu'illustré sur la figure 2 ou sur la figure 4.
La figure 2 illustre un exemple d'évolution du taux d'obturation du conduit C en fonction du temps, avec deux cycles consécutifs d'obturation du conduit C.
Le taux d ' obturation du conduit C représente le rapport de l'aire de l'élément E qui obture le conduit C divisée par l'aire totale 6 du conduit C. Ainsi, un taux d'obturation de 10% signifie que, si le conduit C ouvert à 100 % possède une aire de 0.1 m2, l'élément E obture 0.01 m2 de l'aire du conduit C et il reste une section de passage du fluide de 0.09 m2. De même, un taux d'obturation de 90% signifie qu'il ne reste que 0.01 m2 de section de passage et que l'élément E obture 0.09 m2 de l'aire du conduit C.
Ce taux d'obturation est associable à l'efficacité de l'effet de décolmatage recherché, s 'appliquant sur l'élément de séparation 3. En effet, l'obturation plus ou moins importante du conduit C modifie les conditions d'écoulement de fluide dans ledit conduit C, lesquelles influencent les pressions Pl et P2 susmentionnées, et donc modifient l'effet de décolmatage et de séparation .
La figure 2 utilise les abréviations ci-dessous :
- PA : Phase d' activation des moyens d'obturation 5
- PI : Phase de non-activation des moyens d' obturation 5
- S Séquence d'ouverture et fermeture du conduit par l'élément E
- O : Ouverture du conduit C
- F : Fermeture du conduit C
- Ds Durée en seconde d'une séquence d'ouverture et de fermeture
- Do : Durée en seconde d' une ouverture
- Df : Durée en seconde d' une fermeture .
La phase d' activation PA se traduit par une mobilité du moyen support 51 donc de l'élément E par rapport au conduit C, tandis que la phase de non-activation PI se traduit par l'immobilité dudit moyen support 51 de l'élément E par rapport au conduit C.
Selon l'invention, une phase d'activation PA des moyens d'obturation 5 comprend au moins une séquence S de fermeture puis d'ouverture du conduit C. En d'autres termes, la phase d'activation PA comprend au moins un déplacement en fermeture et ouverture de l'élément E par rapport au conduit C, de manière à ce que ledit élément E obture au moins partiellement ledit conduit C et au moins une fois pendant un cycle .
Selon l'invention, pour chaque cycle effectué, la durée d'une phase d'activation PA est inférieure à 50 % de la durée de réalisation du cycle. Par conséquent, la durée complémentaire de phase d ' inactivation est supérieure à 50% de la durée du cycle. L'avantage de cette spécificité de l'invention est d'équilibrer le temps d'action de l'obturation pour effectuer un décolmatage efficace et le temps de production normale sans effet de 1 ' invention .
Plus spécifiquement, en association avec la durée d'un cycle déjà susmentionné, selon l'invention, la durée d'une phase d'activation PA doit être inférieure ou égale à 60 s pour un cycle de 2 min, à 30 s pour un cycle de 1 min et à 15 s pour un cycle de 30 s .
De façon complémentaire, la durée d'une phase de non activation PI est supérieure à respectivement 60 s, 30 s et 15 s.
Chaque séquence S de fermeture et d'ouverture est définie par son amplitude . On entend par le terme « amplitude » la différence entre le taux d' obturation maximum de la séquence et le taux d'obturation minimum de la même séquence. Par exemple si le taux d'obturation, tel que représenté en figure 2, varie de 0% (ouvert) à 100% (fermé) alors l'amplitude durant la séquence est de 100%, soit le maximum possible. Selon un autre exemple, si le taux d'obturation varie de 20% d'obturation à 75% d'obturation du conduit C, alors l'amplitude est de 75-20 = 55 %. Une amplitude très faible signifie que la variation de 1 ' obturation est faible . Au contraire une amplitude forte signifie que la variation de l'obturation est forte, voire maximale .
Par exemple, dans le cas de l'utilisation d'une vanne de régulation sur un circuit de procédé papetier, les variations des ouvertures de vanne sont très faibles, typiquement de moins de 5% car l'effet recherché est de ne surtout pas perturber les pressions dans les appareils du procédé. C'est l'inverse qui est recherché dans la présente invention, où il est important que le dispositif 1 puisse permettre d'avoir une amplitude pour une même séquence S forte .
Selon un mode de réalisation préféré, l'amplitude du taux d'obturation durant une séquence S est toujours supérieure à 20 %. Selon un mode plus préféré, elle est supérieure à 40 %. Selon un mode de réalisation privilégié, l'amplitude d'une séquence S est supérieure à 60 % .
On appelle le « taux d'obturation nominal », le pourcentage d'obturation de l'aire totale du conduit C par l'élément E durant une phase d' inactivation PI .
Selon un mode d'utilisation préféré, l'amplitude de la phase d'activation durant une séquence S est toujours supérieure d'au moins 15% du taux d'obturation nominal appliqué durant la phase d' inactivation PI .
En d'autres termes, les dimensions du ou des éléments E et la disposition sur son moyen support 51 mobile permet de faire en sorte que, lors de la réalisation d'une séquence S, la surface d'obturation par l'élément E varie notablement par rapport à la surface d'obturation nominale, c'est-à-dire le pourcentage de l'aire totale du conduit C obturé par l'élément E durant une phase d' inactivation PI .
Enfin, chaque séquence S de fermeture et d'ouverture est définie par sa durée Ds et par son taux d'obturation également nommé intensité I .
La durée Ds d'une séquence S correspond à la somme de la durée Df de l'opération de déplacement de l'élément E dans le sens d'une obturation ou fermeture dudit conduit C et de la durée du déplacement dans 1 ' autre sens , Do , pour 1 ' ouverture dudit conduit C.
Les durées de fermeture Df et d'ouverture Do dudit conduit C sont fonction :
de la vitesse de mobilité dudit moyen support 51, c'est-à-dire de la vitesse à laquelle l'élément E se déplace devant l'aire d'ouverture 6 du conduit C ; et
de la forme géométrique de l'élément E, qui peut représenter un pourcentage supérieur ou inférieur à l'aire d'ouverture 6 du conduit C.
Selon l'invention, il est nécessaire de garantir une action rapide de l'élément E, notamment afin de minimiser le temps de perturbation de la production nominale de 1 ' invention . De ce fait, les solutions traditionnelles de type vanne à pelle avec commande par un vérin pneumatique ne sont pas satisfaisantes car trop lentes. Elles risqueraient de perturber durablement le fonctionnement normal de séparation du fluide M. Une solution particulière de l'élément E est décrite plus loin.
De façon générale, selon l'invention, pour chaque séquence
S, le temps nécessaire pour faire varier le taux d'obturation entre sa valeur minimum et sa valeur maximum, soit la durée Df , doit rester inférieur à 10 secondes, et de façon préférée inférieur à 5 secondes, et de façon encore plus préférée inférieur à 2 secondes. Réciproquement, la durée Do doit respecter les mêmes durées inférieures à 10 secondes, de préférence 5 secondes, avantageusement 2 secondes.
Selon un mode de réalisation préférentiel, la durée totale Ds d'une séquence S de fermeture et d'ouverture selon l'invention est inférieure à 20 secondes, de préférence inférieure à 10 secondes, et avantageusement inférieure ou égale à 4 secondes pour permettre une production moyenne acceptable, entre une production maximale , et une production amoindrie pour cause de début de colmatage ou une non production pour cause d ' opération de décolmatage en cours . .
Selon l'invention, les moyens de gestion 8 des moyens de commande 7 définissent la durée de la mobilité du moyen support 51 et la vitesse de déplacement de ces moyens support 51 donc de l'élément E.
Ces moyens de gestion 8 définissent également la durée de l'immobilité du moyen support 51 donc de l'élément E. Ainsi les moyens de gestion 8 permettent de définir le moment où l'on transite de la phase d' activation PA à la phase de non- activation PI des moyens d'obturation 5, et notamment de définir la position de l'élément E par rapport au conduit C lors de l'arrêt du moyen support 51.
Les moyens de gestion 8 contrôlent la durée de la phase de non-activation PI ainsi que la durée de la phase d' activation PA des moyens d' obturation 5.
En d'autres termes, les moyens de gestion 8 contrôlent la durée d'un cycle et la fréquence de répétition dudit cycle.
Selon l'invention, lesdits moyens d'obturation 5 peuvent être une vanne à pelle, à boule ou encore une vanne papillon, d'une conception spéciale afin d'en garantir une grande vitesse de fonctionnement et une usure contrôlée malgré un nombre de cycle très important, de l'ordre de 1000000 (un million) de cycles par an.
Selon un mode de réalisation particulier, visible sur la figure 3, les moyens d'obturation 5 consistent en un disque 56 tournant. Le disque 56 est constitué d'une armature support 51 et d'au moins un volet 55 d'obturation du conduit C, ledit disque 56 servant de moyen support 51 au volet 55.
En d'autres termes, ces moyens d'obturation 5 comprennent en tant qu'élément E au moins ledit volet 55 pouvant être sous n'importe quelle forme. La rotation en continu du disque 56 entraine la rotation en continu dudit volet d'obturation 55, ce dernier va venir obturer progressivement le conduit C . Le volet 55 est alors mobile, selon ce mouvement continu, au cours du processus de séparation des constituants du milieu M, pendant la phase d' activation .
A contrario, pendant la phase d' inactivation , le disque 56 est fixe, donc le volet 55 aussi. La position fixe du volet 55 par rapport au conduit C est gérée grâce au moyen de gestion 8.
Selon ce mode de réalisation, les moyens de gestion 8 sont aptes à ce que ledit volet 55 :
soit mobile selon un mouvement continu dans le temps pour venir, ou non, obturer intégralement ou en partie, ledit conduit C lors de ladite phase d' activation desdits moyens d' obturation 5 ,
ou,
soit immobile dans une position fixe obturant ou non, intégralement ou en partie, ledit conduit C, lors d'une phase de non-activation desdits moyens d'obturation 5.
La vitesse de rotation du disque 56 peut être réglée en utilisant par exemple comme moyen de gestion 8 un automate gérant, en tant que moyen de commande 7, un variateur de fréquence raccordé à un moteur faisant tourner le disque 56.
En outre, on peut également moduler le taux d'obturation ou l'intensité en fonction de la forme et du nombre de volets 55 présents sur le disque 56 en rotation.
En effet, la durée de fermeture Df du conduit C d'une séquence S est fonction du nombre et du calibre des volets d'obturation 55 présents sur le disque 56 en rotation.
Si le nombre de volets 55 est élevé et/ou si le calibre desdits volets 55 est supérieur à l'aire d'ouverture 6 du conduit C, la durée de fermeture Df de ces derniers sera plus longue que pour un nombre et un calibre de volets 55 plus restreints, et ceci pour une même vitesse de rotation du disque 56.
Ainsi, la forme et le nombre de volets 55 permettent de régler la durée de l'obturation du conduit C sans modifier la vitesse de rotation du disque 56.
Ainsi, en fonction du dispositif 1 de l'invention, des caractéristiques du milieu M fluide et de l'apparition réelle ou potentielle d'un amas colmatant l'élément de séparation 3, on déterminera le nombre de séquence S dans un cycle, la durée de la phase d' activation PA et la durée de la phase de non- activation PI. Le phénomène d'obturation, partielle ou totale, est rythmé par la réalisation de ces cycles avant, pendant ou après l'opération de séparation des constituants du milieu M dans le dispositif 1.
Le contenu d'un cycle se caractérise en fonction de l'écart de pression entre Pl et P2 qu'il sera nécessaire d'obtenir pour éviter un colmatage de l'élément de séparation 3. Cet écart de pression dépendra de la nature du milieu M à séparer ou encore du calibre des perforations 4. Les moyens d' obturation 5 présentent donc l'avantage de pouvoir modifier et faire varier l'écart de pression sur l'intégralité de l'interface et à proximité de l'élément de séparation 3 donc de provoquer son décolmatage .
En d'autres termes, les moyens d'obturation 5 ont pour avantage de pouvoir, en modifiant le débit de passage au sein du conduit C, générer une variation de l'écart de pression entre Pl et P2 capable de décolmater ou d'améliorer le décolmatage de l'élément de séparation 3, ceci au cours de l'opération de séparation. Les moyens d'obturation 5 permettent de modifier, au cours de la séparation, de façon cyclique, le différentiel de pression à l'interface entre le milieu M et la face 31 de l'élément de séparation 3, donc par conséquent de soulever l'amas de milieu M pouvant colmater la face 31. Ainsi, les moyens d'obturation 5 permettent d'empêcher le colmatage ou d'améliorer le décolmatage durant l'opération de séparation des constituants du milieu M à travers le dispositif 1 de 1 ' invention .
La présence, la disposition, la conception et l'activation suivie de l' inactivation selon un cycle déterminée des moyens d'obturation 5 permettent un décolmatage efficace de l'intégralité de la surface de l'élément de séparation 3, ceci au cours du processus de séparation réalisé dans le dispositif 1 de l' invention .
Le dispositif 1 de l'invention permet donc d'éviter le colmatage de l'élément de séparation 3. L'élimination du phénomène de colmatage au sein du dispositif a pour avantage :
- de réduire le taux de refus R, - de travailler avec un calibre de perforation 4 minime pour optimiser la qualité de la séparation différentielle des constituants du milieu M,
- de maximiser la sélectivité entre les acceptés A et les refus R,
- de ne pas arrêter le processus de séparation pour raison de colmatage de l'élément de séparation 3,
- de travailler à des concentrations de constituants plus élevées .
Le dispositif 1 de l'invention permet donc de réaliser un décolmatage ajustable en terme de fréquence et de durée, et d' intensité qui se réalise à distance en activant des moyens d'obturation 5 présents en dehors de l'enceinte 2 au sein de laquelle est réalisé le processus de séparation.
Selon un mode de réalisation particulier, tel qu'indiqué en figure 4, la variation des taux d'obturation peut ne pas être limitée à des valeurs comprises entre 0% et 100% d'obturation du conduit C. Dans ce mode de réalisation particulier, la phase d'activation PA comprend une séquence S d'ouverture Do 1 et de fermeture Df 1 suivie d'une ouverture Do 2. Comme représenté sur la figure 4, au début du cycle, lors de la phase d'activation PA, le taux d'obturation du conduit C par l'élément E est de 30% . Une première activation des moyens d' obturation 5 ouvre le conduit C pendant une durée Do 1. Ainsi , le taux d' obturation par l'élément E descend à 10%. Puis, toujours en phase d'activation, une fermeture Df 1 par l'élément E, génère une remontée de ce taux d'obturation à 90%, puis une deuxième ouverture Do 2 le fait redescendre à 30%. En phase d' inactivation, la valeur du taux d'obturation reste de 30 % jusqu'au début du cycle suivant. Ainsi, dans ce mode particulier, pour un cycle, les moyens de commande 7 activent les moyens d' obturation 5 de sorte que le taux d' obturation est compris entre des valeurs limites de taux d' obturation du conduit C par l'élément E comprises entre 30 et 90 %.
Ainsi il est possible, selon l'invention, de régler sur mesure les taux d'obturation appliqués, en fonction des conditions de fonctionnement et surtout de colmatage.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif 1 de l'invention peut être également équipé d'un rotor à pales à proximité de l'élément de séparation 3 apte à soulever par une action mécano-hydraulique l'amas présent sur la surface 31 de l'élément de séparation 3. La présence du dispositif 1 de l'invention permet de travailler avec des rotors moins rapides, limitant ainsi les consommations énergétiques et les usures prématurées du rotor et/ou de l'élément de séparation 3.
La présente invention concerne également un procédé de décolmatage mettant en œuvre le dispositif 1 de l'invention comprenant les étapes suivantes :
On dépose ledit milieu M fluide sur l'élément de séparation 3 ;
- on génère une variation de pression à l'interface de l'élément de séparation 3 afin de décolmater ce dernier, au travers de 1 ' activation ou de la non activation des moyens d'obturation 5 selon une succession de cycles à une fréquence supérieure à 0,008 Hz, chaque cycle comportant au moins une séquence S de fermeture et d'ouverture totale ou partielle d'au moins un conduit C.
Le dispositif 1 de l'invention est utilisable dans de nombreux domaines d'application, le domaine du traitement ou du recyclage de fibres de cellulose, par exemple à partir de pâte vierge, cartons d'emballage, de papier journal, de magazines.
Le dispositif 1 de l'invention peut être utilisé notamment pour des opérations d'épuration, de fractionnement, de lavage ou d'épaississage, pour de la filtration de fluide ou encore dans une machine à papier.
Pour l'opération d'épuration, le papier est mélangé avec de l'eau, au sein d'un pulpeur, afin que les fibres de cellulose soient mises en suspension. Après mélange, la pâte à papier obtenue contient des éléments indésirables qu'il faut éliminer. Ces éléments indésirables peuvent être, par exemple, dans le cas de papiers recyclés, des particules de colle, d'encres, des minéraux, d'agrafes, etc. Pour séparer les fibres de cellulose des éléments indésirables, on réalise une opération d'épuration dans un épurateur à tamis. Ledit tamis est susceptible au colmatage par divers constituants du milieu fluide, ici de l'eau, sensés passer majoritairement à travers les perforations. L'utilisation du dispositif 1 de l'invention pour cette opération d'épuration est avantageuse pour éviter ce colmatage ou améliorer le décolmatage .
Pour l'opération de fractionnement, le but est de séparer à travers un tamis les fibres de cellulose selon leur taille et/ou rigidité. Dans l'objectif d'obtenir une très bonne performance de séparation, les perforations du tamis peuvent être d'une taille très petite, par exemple des trous de diamètre compris entre 0.2 mm et 3 mm ou des fentes de largeur comprise entre 0.05 mm et 1 mm. La petitesse de ces perforations rend 1 ' opération de séparation sensible au risque de colmatage du tamis empêchant l'opération de séparation de se poursuivre. Pour cette application, il a été constaté qu'un écart de pression entre Pl et P2 compris entre 0,1 et 0,2 bar permet d'éviter dans ce cas le phénomène de colmatage à proximité ou à l'interface du tamis. Ainsi l'utilisation du dispositif 1 de l'invention pour cette opération de fractionnement est avantageuse pour éviter ce colmatage .

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (1) de séparation des constituants d'un milieu (M) fluide, comprenant un élément de séparation (3) desdits constituants, contribuant à délimiter, en amont et/ou en aval dudit élément de séparation (3) , une enceinte fermée (2) , à laquelle est raccordé au moins un conduit (C) , caractérisé en ce que :
- ledit conduit (C) comprend au moins un moyen d' obturation (5) activable, dont l'activation est apte à la fermeture et à l'ouverture au moins partielle dudit conduit (C) ;
- et en ce que ledit dispositif (1) comprend des moyens de commande (7) de l'activation du ou desdits moyens d'obturation (5), aptes à commander la fermeture et l'ouverture, au moins partiellement, dudit conduit (C) , de manière cyclique, selon une fréquence supérieure à 0,008 Hz.
2. Dispositif (1) de séparation des constituants d'un milieu (M) fluide, selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (7) de l'activation du ou desdits moyens d'obturation (5) sont aptes à commander la fermeture et l'ouverture, au moins partiellement, dudit conduit (C) , de manière cyclique, selon une fréquence supérieure à 0,03 Hz.
3. Dispositif (1) de séparation des constituants d'un milieu (M) fluide, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de gestion (8) desdits moyens de commande (7) , lesdits moyens de gestion étant aptes à la réalisation d'un cycle, chaque cycle comprenant au moins une phase d'activation (PA) des moyens d'obturation (5) et au moins une phase de non activation (PI) du ou desdits moyens d'obturation (5).
4. Dispositif (1) de séparation, selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'obturation (5) comprennent au moins un élément (E) destiné à obturer, ou non, intégralement ou partiellement, ledit conduit (C) , en fonction de sa position par rapport audit conduit (C) et de sa forme géométrique par rapport audit conduit (C) , ledit élément (E) étant fixé sur un moyen support (51) mobile.
5. Dispositif (1) de séparation, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'obturation (5) comprennent au moins un volet (55) fixé sur un disque (56) mobile en rotation, lesdits moyens de gestion (7) étant aptes ou non à la mobilité du disque (56) au travers de moyens de gestion (8) , de sorte que ledit volet (55)
· Soit mobile selon un mouvement continu pour venir, ou non, obturer, au moins partiellement, ledit conduit (C) , lors d'une phase d' activâtion (PA) desdits moyens d'obturation
(5),
ou,
· Soit immobile dans une position fixe, obturant ou non, au moins partiellement, ledit conduit (C) , lors d'une phase de non activation (PI) desdits moyens d'obturation (5).
6. Dispositif (1) de séparation, selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une phase d' activation (PA) des moyens d'obturation (5) comprend au moins une séquence de fermeture et d'ouverture (S), définie par la fermeture suivie de l'ouverture au moins partielle dudit conduit (C) , ladite séquence (S) étant d'une durée inférieure à 1 min, de préférence inférieure à 30 s, par exemple inférieure à 15 s .
7. Dispositif (1) de séparation, selon la revendication
3, caractérisé en ce que lesdits moyens de gestion (8) desdits moyens de commande (7) sont aptes à ce que la phase d' activation (PA) dure moins de 50 % du temps de réalisation d'un cycle et/ou la phase d' activation (PA) dure moins de 2 min, de préférence moins de 1 min, par exemple 30 s.
8. Dispositif (1) de séparation, selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de gestion (8) desdits moyens de commande (7) sont aptes à ce que l'amplitude de fermeture et d'ouverture au moins partielle dudit conduit (C) par les moyens d'obturation (5) lors d'une phase d' activation (PA) , soit supérieure ou égale à 60, 40 ou au moins 20 %.
9. Procédé de décolmatage mettant en œuvre ledit dispositif (1), selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- On dépose ledit milieu fluide (M) sur l'élément de séparation (3) ;
- on génère une variation de pression à l'interface de l'élément de séparation (3) afin de décolmater ce dernier, au travers de l'activation du ou desdits moyens d'obturation (5) selon une succession de cycles à une fréquence supérieure à 0,008 Hz, chaque cycle comportant au moins une séquence (S) de fermeture et d' ouverture totale ou partielle
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