EP3535060A1 - Dispositif de separation de particules solides en suspension dans un liquide et/ou de liquides de densites differentes, comprenant chacun au moins un moyen de creation et de maintien de vortex - Google Patents

Dispositif de separation de particules solides en suspension dans un liquide et/ou de liquides de densites differentes, comprenant chacun au moins un moyen de creation et de maintien de vortex

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Publication number
EP3535060A1
EP3535060A1 EP17797899.6A EP17797899A EP3535060A1 EP 3535060 A1 EP3535060 A1 EP 3535060A1 EP 17797899 A EP17797899 A EP 17797899A EP 3535060 A1 EP3535060 A1 EP 3535060A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid
vortex
reservoir
solid particles
maintaining
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17797899.6A
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German (de)
English (en)
Inventor
Thierry Chataing
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.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP3535060A1 publication Critical patent/EP3535060A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/02—Construction of inlets by which the vortex flow is generated, e.g. tangential admission, the fluid flow being forced to follow a downward path by spirally wound bulkheads, or with slightly downwardly-directed tangential admission
    • B04C5/04—Tangential inlets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/08—Vortex chamber constructions
    • B04C5/081—Shapes or dimensions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/08—Vortex chamber constructions
    • B04C5/103—Bodies or members, e.g. bulkheads, guides, in the vortex chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/08—Vortex chamber constructions
    • B04C5/107—Cores; Devices for inducing an air-core in hydrocyclones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/24—Multiple arrangement thereof
    • B04C5/26—Multiple arrangement thereof for series flow

Definitions

  • the present invention relates to the field of the physical separation of solid particles suspended in a liquid and / or liquids of different densities.
  • It relates more particularly to a mechanical separation device that uses the effect of the centripetal force and therefore implements a means for creating and maintaining vortex to achieve the desired separation of solid particles from a liquid or a liquid more dense than another liquid with which it is mixed.
  • Centrifugal centrifugation can separate two liquid phases, a solid phase suspended in a liquid phase, or even two liquid phases containing a solid phase.
  • this technique consists in accelerating the liquid containing solid particles by a mechanically driven rotor, in order to project the heavier particles outwards and to concentrate the liquid freed from the particles or the least dense liquid in the central part of the centrifuge.
  • the patent application US2016 / 0236208 discloses an example of a centrifugal separator dedicated to the separation of solid particles from a liquid phase in which they are mixed.
  • the denser liquid is ejected outwards, that is to say toward the peripheral wall of the centrifuge while the less dense liquid is collected in the center.
  • Such a separation by centrifugation is for example implemented for the extraction of water present in petroleum or else plasma present in human blood.
  • patent US8182408B2 which relates to a centrifugal separator for the separation of liquids of different densities. While known centrifugal force mechanical separators are generally satisfactory in terms of separation efficiency, they have a number of disadvantages which can be enumerated as follows.
  • Centrifugation requires rotating the rotor at high rotational speeds. Indeed, the separation efficiency depends directly on the speed of rotation. This leads firstly to a significant electrical energy consumption and also abrasion wear of the rotor materials and the fixed envelope around (stator), as well as a rise in temperature. This wear therefore requires the use of materials more resistant to abrasion and therefore expensive.
  • the rotational speed defines quite precisely the size and / or the mass of the solid particles to be separated, which may be an advantage but which requires the implementation of several speeds of rotation when it is desired to extract particles of sizes. and / or different masses.
  • the temperature rise induced by the rotation at high speed of the rotor can be detrimental for certain solid products that it is desired to separate. This can for example degrade organic products or heat-sensitive products.
  • centrifugal separation Another disadvantage of the centrifugal separation is that the projection of the solid particles outwards on the stator wall can cause a harmful deposition up to clogging. Regular maintenance is required.
  • the operation of the rotor may be impeded if the proportion of the liquid at the same time the more dense and the more viscous is too important compared to the lighter liquid. Indeed, the energy required to rotate the mixture is important and remains high if the rotor remains in contact with the most viscous liquid.
  • the content of the oily phase obtained (bio-crude) in the aqueous effluents at the outlet of the reactor is of the order of 10 to 15%.
  • the inventor believes that it can not reasonably be considered on an industrial scale a centrifugal separation for this application due in particular to the high energy consumption that would be required and the aforementioned drawbacks centrifugal separators.
  • the object of the invention is to respond at least in part to this need.
  • the invention relates, in one of its aspects, to a device for separating solid particles suspended in a liquid and / or liquids of different densities, comprising:
  • a buffer tank of symmetry of revolution about a vertical axis, the reservoir comprising at least one injection orifice in liquid charged with solid particles or in at least two liquids of different densities, and an outlet orifice arranged in part lower around the axis of revolution of the tank;
  • At least one means for creating and maintaining a vortex generating a centripetal movement of (the) liquid (s) from the periphery of the reservoir to its center on at least a portion of the height of the latter; the shape and / or the ratio between the dimensions of the reservoir and / or the means for creating and maintaining the vortex is (are) determined from the number of gold ⁇ ;
  • a collection tube arranged below the outlet orifice of the reservoir, for collecting by gravity at least the solid particles, and / or the more dense liquid (s) concentrated towards inside the vortex.
  • the solution according to the invention consists in using the centripetal motion to concentrate the solid particles or the densest liquid inwards.
  • centripetal movement is meant here and in the context of the invention, the definition given by the author of reference [1], namely a convergent movement, contracting, consolidating, creative, favorable to integration , constructive and friction reduction.
  • the radius of rotation gradually decreases, generating a acceleration that intensifies suction suction and decreases friction (centripetal acceleration).
  • the device of the invention consists of a combination of the following means:
  • a central collector along the axis of the reservoir to collect the concentrated solid particles at the bottom of the vortex.
  • patent application CN 103537211 which relates to the activation and purification of water containing toxic chemical molecules.
  • the patent application CN 103537220 discloses the generation of homogeneous emulsion.
  • the respect of the golden ratio for the shape and / or the ratio of the dimensions of the reservoir will contribute to maintaining the centripetal movement optimally over the height of the reservoir.
  • the density of the liquid makes the speed of rotation of the liquid will be close to zero at the inner wall of the buffer tank. A surface current is created which pushes the liquid towards this inner wall.
  • This current will continue down the wall. Then, towards the bottom of the tank, that is to say near the outlet, the current returns to the center and goes down around the central axis of the tank. This current thus causes the solid particles or the densest liquid towards the center downwards, that is to say towards the outlet orifice and thus towards the inside of the collection tube.
  • a separator by action of the centripetal force according to the invention has the same general functions of mechanical separation as centrifugal separators according to the state of the art but without their disadvantages.
  • a separator according to the invention has a reduced energy consumption, a reduced maintenance, a much simpler design and a realization which allows a drastic reduction of the investment costs. .
  • the buffer tank of the device according to the invention may have a diameter of a few tens of centimeters to a few meters and the total height of the device may be between 1 and a few tens of meters.
  • the capacity of the separation device according to the invention can vary from a few liters per hour, typically for domestic applications, to several thousand m 3 / h, typically for industrial applications.
  • the shape of the reservoir is an ovoid of determined dimensions from a regular pentagon.
  • the shape of the reservoir is an ellipsoid of revolution, obtained by rotation about the vertical axis of an ellipse, called the golden ellipse, whose ratio between the lengths of the major axis and the minor axis is equal to the number of gold.
  • the shape of the reservoir is a hemispherical portion connected to a half-ellipsoid of revolution, the ellipsoid of revolution obtained by rotation about the vertical axis of an ellipse, called a gold ellipse, whose ratio between lengths of the major axis and the minor axis is equal to the number of gold.
  • the free end of the rotary shaft is preferably approximately merged with the lower top of the tank.
  • the shaft having an internal frustoconical helix shape whose projection on a plane orthogonal to the vertical axis is a logarithmic spiral, called a gold spiral, with a growth factor equal to the number of gold ⁇ , the injection orifice being the largest section of the frustoconical helix.
  • the outlet orifice is in the shape of a truncated cone which converges from top to bottom.
  • the half-opening angle (a) of the cone is between 6 and 10 °.
  • the distance between the upper end of the collection tube and the outlet orifice of the reservoir is adjustable so as to be able to modify the collection rate of the solid particles.
  • the device comprises at least one vent in the upper part of the buffer tank to evacuate the gases present.
  • the device comprises a confinement envelope arranged around the outlet orifice and the collection tube, defining an interior volume in which the liquid is confined, with a view to being evacuated.
  • the invention also relates to a separation system comprising at least two devices such as that described above, wherein one of the two devices constituting the upstream device comprises at least one discharge orifice, arranged in the lower part of its containment envelope. , forming a tapping connected to the injection port of the buffer tank of the downstream device.
  • the upstream device comprises at least one evacuation orifice arranged in the lower part of its confinement envelope, forming a stitching connected to the injection orifice of the buffer tank of the downstream device.
  • the confinement envelope of one and / or the other of the two devices consisting of a cylinder connected to the periphery of the reservoir between the injection port and the outlet port, and a hemisphere-shaped bottom connected to the cylinder.
  • the system comprises at least one flow control valve between the stitching of the upstream device and the injection orifice of the downstream device.
  • one and / or the other of the two devices may comprise at least one purge valve on the collection tube to evacuate the solid particles collected.
  • the downstream device comprises at least one purge orifice, arranged in the lower part of its confinement envelope, to evacuate the liquid free of solid particles.
  • an isolation valve is provided downstream of the purge port, to isolate the confinement envelope of the downstream device.
  • the invention finally relates to the use of a device as described above for separating the bio-crude from the aqueous effluents obtained at the outlet of the gasification reactor of an algal biomass.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a first example solid-liquid separation device according to the invention
  • FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views along A-A and B-B of Figure 1;
  • FIGS. 2 and 2A are respectively a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a part of the separation device according to the invention which makes it possible to create and maintain a vortex, and a cross-sectional view according to A-A;
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of a part of the separation device according to the invention which allows the creation and maintenance of a vortex;
  • FIG. 3A is a side view showing the means for creating and maintaining the vortex according to the mode of FIG. 3;
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a fourth embodiment of a part of the separation device according to the invention which makes it possible to create and maintain a vortex;
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a variant of the reservoir and its outlet orifice with means for creating and maintaining the vortex according to FIG. 4;
  • FIG. 6 is a schematic view showing a separation system comprising two solid-liquid separation devices according to the invention, upstream of each other.
  • upstream and downstream are to be considered in relation to the circulation of the liquid in a device and a system according to the invention.
  • FIG. 1 A device 1 for separating solid particles suspended in a liquid is illustrated in FIG.
  • a buffer tank 2 of symmetry of revolution about a vertical axis X In the embodiment illustrated in FIG. 1, the shape of the tank 2 is an ovoid of determined dimensions from a regular pentagon. .
  • the tank 2 is pierced with two injection orifices 20, 21, through which the liquid charged with solid particles can be injected, and an outlet orifice 22 arranged in the lower part around the axis of revolution X.
  • the outlet orifice 22 is in the form of a truncated cone which converges from top to bottom.
  • the half aperture angle ⁇ of the cone is between 6 and 10 °, typically equal to about 8.69 °.
  • the inside diameter of the injection orifices 20, 21 is of the order of 6 mm
  • the inside diameter of the ovoid tank 2 is equal to 65 mm
  • the height between the top of the reservoir 2 and the axis of the injection orifices 20, 21 is equal to 32 mm
  • the height between the axis of the injection orifices 20, 21 and the large base of the truncated cone 22 is equal to 47 mm
  • the value of the large base of the truncated cone 22 is equal to 20 mm, while that of its small base is equal to 12.36 mm,
  • the height of the truncated cone 22 is equal to 25 mm.
  • a means 3 for creating and maintaining a vortex V generates a centripetal movement of the liquid (s) from the periphery of the tank 2 towards its center on at least a part of the height of the latter .
  • the means 3 such that its shape and / or the ratio between its dimensions is (are) determined (s) from the golden number ⁇ .
  • the means 3 is a means for injecting the liquid loaded with solid particles tangentially into the upper part of the buffer tank 2.
  • the injection orifices 20, 21 are for this purpose made on one of the upper diameters of the reservoir and the vortex is generated tangentially to this diameter as symbolized by the arrows in these Figures 2 and 2 A.
  • the means is a cylinder 31 fixedly mounted in the injection port 20 along the axis of revolution X.
  • the cylinder 31 comprises a groove 310 wound in a circular helix.
  • this cylinder 31 is in a way an injector that allows the rotation of the liquid to generate the desired vortex V.
  • the means is a shaft 32 rotatably mounted vertically along the axis X of the tank 2.
  • the shaft 32 has an outer frustoconical helix shape whose projection on a plane orthogonal to the vertical axis is a logarithmic spiral, called a gold spiral, with a growth factor equal to the golden number ⁇ .
  • the free end 33 of the rotary shaft 32 is approximately merged with the lower peak of the tank.
  • the position indicates which elevation is considered each section.
  • the position of zero value indicating the top of the helix of the rotary shaft.
  • the height of the helix is approximately equal to 435.5 mm for Example 1, while it is of the order of 609.6 mm for Example 2.
  • a collection tube 4 is arranged below the outlet orifice 22 of the tank 2 to collect by gravity the solid particles concentrated towards the interior of the vortex.
  • the distance D between the upper end of the collection tube 4 and the outlet orifice 22 of the reservoir is intended to be adjustable. This makes it possible to modify the collection rate of the solid particles. To obtain such a variable distance, it is possible to provide a tube 4 of variable height and / or a variable height of the lower volume between the orifice 22 and the tube 4.
  • a vent with an isolation valve 5 is provided in the upper part of the buffer tank 2 to evacuate the gases present. This may allow in particular to evacuate the gases initially present in the solid-liquid mixture.
  • the separation device finally comprises a containment envelope 6 arranged around the outlet orifice 22 and the collection tube 4.
  • This envelope 6 thus defines an interior volume in which the liquid initially charged with particles, and the where appropriate the least dense particles are (are) confused for disposal (s) by the collection tube 4.
  • the casing 6 comprises one or more discharge orifices 60, 61, arranged in the lower part.
  • the remaining liquid, possibly loaded with the least dense particles, can thus be discharged continuously from the envelope 6.
  • the confinement envelope 6 may consist of a cylinder 63 connected on the periphery of the reservoir 2, between the injection orifice 20, 21 and the outlet orifice 22, and a hemispherical bottom 64 connected to the cylinder 63.
  • FIG. 1 Such a system with two devices 1.1, 1.2 according to the invention, in series is illustrated in FIG.
  • the two discharge orifices 60, 61 of the upstream device 1.1 which make it possible to evacuate the liquid loaded with the least dense particles and / or of smaller size and which are arranged in the lower part of the confinement envelope 6 , form tappings each connected to one of the injection orifices 20, 21 of the buffer tank 2 of the downstream device 1.2.
  • a flow control valve 7 On each line connecting a tapping 60, 61 of the upstream device 1.1 to an injection port 20, 21 of the downstream device, a flow control valve 7 is arranged.
  • Two purge valves 8, 9 forming a sealed airlock are arranged on the collection tube 4 of the upstream device 1.1 to evacuate the densest collected solid particles.
  • the downstream device 1.2 comprises meanwhile at least one purge port 10 arranged in the lower part of its containment envelope 6, to evacuate the liquid free of solid particles.
  • an isolation valve 11 is provided downstream of the purge orifice 10 to isolate the confinement envelope 6 from the downstream device 1.2.
  • each upstream device 1.1 and downstream device 1.2 comprises injection orifices 20, 21, a reservoir 2, an outlet cone frustum 22 dimensioned as in the example mentioned above,
  • the internal diameter of the confinement envelope 6 of the upstream device 1.1 is equal to 65 mm and the length L of the vortex is of the order of 300 mm,
  • the distance D of the upstream device 1.1 varies from 50 to 200 mm
  • the internal diameter of the collection tube 4 of the upstream device 1.1 is equal to
  • the height of the collection tube 4 of the upstream device 1.1 inside the casing 6 is equal to 230 mm
  • the internal diameter of the connections 60, 61 of the upstream device 1.1 is equal to 6 mm
  • the internal diameter of the confinement envelope 6 of the downstream device 1.2 is equal to 65 mm and the length L of the vortex is of the order of 450 mm,
  • the distance D of the downstream device 1.2 varies from 50 to 350 mm
  • the diameter of the hemispherical bottom 64 of the downstream device is equal to 65 mm
  • the internal diameter of the collection tube 4 of the downstream device 1.1 is equal to 20 mm
  • the height of the collection tube 4 of the downstream device 1.2 inside the envelope 6 is equal to 380 mm
  • the internal diameter of the purge orifice is equal to 10 mm.
  • Different types of materials may be used for producing the tank 2, means for creating and maintaining vortex 31, 32, and the containment envelope 6.
  • these materials may be made of copper or stainless steel, preferably coated with one or more thin layers based on copper and / or silver.

Landscapes

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Abstract

Le dispositif de l'invention consiste en une combinaison des moyens suivants : - un moyen de création et maintien d'un vortex par la mise en mouvement du liquide contenant des particules solides ou du mélange de liquides de densités différentes; la forme et/ou le rapport entre dimensions du moyen respectant le nombre d'or φ, - un réservoir tampon dans lequel le vortex est créé, dont la forme et/ou le rapport entre dimensions respectent le nombre d'or φ, ce qui permet de maintenir et le cas échéant de créer le vortex, - un collecteur central selon l'axe du réservoir pour collecter les particules solides concentrées en bas du vortex.

Description

DISPOSITIF DE SEPARATION DE PARTICULES SOLIDES EN SUSPENSION DANS UN LIQUIDE ET/OU DE LIQUIDES DE DENSITES DIFFERENTES, COMPRENANT CHACUN AU MOINS UN MOYEN DE CREATION ET DE
MAINTIEN DE VORTEX
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine de la séparation physique de particules solides en suspension dans un liquide et/ou de liquides de densités différentes.
Elle concerne plus particulièrement un dispositif de séparation mécanique qui utilise l'effet de la force centripète et met donc en œuvre un moyen de création et de maintien de vortex pour réaliser la séparation souhaitée de particules solides d'un liquide ou d'un liquide plus dense qu'un autre liquide avec lequel il est mélangé.
Art antérieur
Dans le domaine de la séparation mécanique de mélanges hétérogènes, une technique largement répandue dans l'industrie consiste à mettre en œuvre une centrifugation par action de la force centrifuge, ce qui entraîne les phases en présence dans un mouvement de rotation.
Une centrifugation à force centrifuge peut séparer deux phases liquides, une phase solide en suspension dans une phase liquide, voire deux phases liquides contenant une phase solide.
Ainsi, cette technique consiste à accélérer le liquide contenant des particules solides par un rotor entraîné mécaniquement, afin de projeter les particules les plus lourdes vers l'extérieur et de concentrer le liquide débarrassé des particules ou le liquide le moins dense dans la partie centrale du centrifugeur. La demande de brevet US2016/0236208 divulgue un exemple de séparateur centrifuge dédié à la séparation de particules solides d'une phase liquide dans laquelle elles sont mélangées.
Pour deux liquides de densités différentes, le liquide le plus dense est éjecté vers l'extérieur, c'est-à-dire vers la paroi périphérique du centrifugeur tandis que le liquide le moins dense est collecté au centre. Une telle séparation par centrifugation est par exemple mise en œuvre pour l'extraction de l'eau présente dans le pétrole ou encore du plasma présent dans du sang humain. On peut citer ici le brevet US8182408B2 qui se rapporte à un séparateur centrifuge pour la séparation de liquides de densités différentes. Si les séparateurs mécaniques par action de la force centrifuge connus sont globalement satisfaisants en termes d'efficacité de séparation, ils présentent un certain nombre d'inconvénients que l'on peut énumérer comme suit.
La centrifugation nécessite de faire tourner le rotor à de fortes vitesses de rotation. En effet, l'efficacité de séparation dépend directement de la vitesse de rotation. Cela entraîne tout d'abord une consommation d'énergie électrique importante et également de l'usure par abrasion des matériaux du rotor et de l'enveloppe fixe autour (stator), ainsi qu'une élévation de température. Cette usure nécessite donc d'utiliser des matériaux plus résistants à l'abrasion et donc coûteux.
En outre, la vitesse de rotation définit assez précisément la taille et/ou la masse des particules solides à séparer, ce qui peut être un avantage mais qui nécessite la mise en œuvre de plusieurs vitesses de rotation lorsqu'on souhaite extraire des particules de tailles et/ou de masses différentes.
Enfin, l'élévation de température induite par la rotation à vitesse élevée du rotor, peut être préjudiciable pour certains produits solides que l'on souhaite séparer. Cela peut par exemple dégrader des produits biologiques ou des produits thermosensibles.
Un autre inconvénient de la séparation centrifuge est que la projection des particules solides vers l'extérieur sur la paroi du stator peut entraîner un dépôt néfaste allant jusqu'au colmatage. Une maintenance régulière est donc requise.
Un autre inconvénient encore est que la rotation du rotor à grande vitesse génère des vibrations qui accélèrent la fatigue des matériaux et sollicite les paliers de l'arbre moteur, ainsi que des nuisances sonores que l'on combat par l'ajout de protection phonique. Ici encore, une maintenance régulière est requise.
Enfin, dans le cas de la séparation de liquides de densités différentes, le fonctionnement du rotor peut être entravé si la proportion du liquide à la fois le plus dense et le plus visqueux est trop importante par rapport au liquide le plus léger. En effet, l'énergie nécessaire pour mettre en rotation le mélange est importante et reste élevée si le rotor reste en contact avec le liquide le plus visqueux.
En d'autres termes, cela induit une consommation d'énergie élevée qui pourrait s'avérer rédhibitoire dans certaines applications. Par exemple, dans un procédé de gazéification hydrothermale de la biomasse, la teneur de la phase huileuse obtenue (bio- crude) dans les effluents aqueux en sortie de réacteur est de l'ordre de 10 à 15%. L'inventeur pense qu'on ne peut raisonnablement envisager à l'échelle industrielle une séparation centrifuge pour cette application du fait notamment de la consommation énergétique élevée qui serait requise et des inconvénients précités des séparateurs centrifuges.
Il existe donc un besoin d'améliorer les dispositifs de séparation solides- liquide et/ou de liquides de densités différentes, notamment en vue de s'affranchir des inconvénients précités des séparateurs centrifuges.
Le but de l'invention est de répondre au moins en partie à ce besoin.
Exposé de l'invention
Pour ce faire, l'invention concerne, sous l'un de ses aspects, un dispositif de séparation de particules solides en suspension dans un liquide et/ou de liquides de densités différentes comprenant :
- un réservoir tampon, de symétrie de révolution autour d'un axe vertical, le réservoir comprenant au moins un orifice d'injection en liquide chargé en particules solides ou en au moins deux liquides de densités différentes, et un orifice de sortie agencé en partie inférieure autour de l'axe de révolution du réservoir;
- au moins un moyen pour créer et maintenir un vortex générant un mouvement centripète du (des) liquide(s) allant de la périphérie du réservoir vers son centre sur au moins une partie de la hauteur de ce dernier; la forme et/ou le rapport entre dimensions du réservoir et/ou du moyen de création et de maintien du vortex est (sont) déterminé(s) à partir du nombre d'or φ;
- un tube de collecte, agencé en dessous de l'orifice de sortie du réservoir, pour collecter par gravité au moins les particules solides, et/ou le(s) liquide(s) le(s) plus dense(s) concentrés vers l'intérieur du vortex.
On rappelle que le nombre d'or φ est égal à 1,618.
Ainsi, contrairement aux solutions de séparateurs mécaniques par centrifugation selon l'état de l'art qui réalisent l'éjection de la phase solide ou du liquide le plus dense vers l'extérieur du rotor, la solution selon l'invention consiste à utiliser le mouvement centripète pour concentrer les particules solides ou le liquide le plus dense vers l'intérieur.
Par « mouvement centripète », il faut entendre ici et dans le cadre de l'invention, la définition donnée par l'auteur de la référence [1], à savoir un mouvement convergent, contractant, consolidant, créatif, favorable à l'intégration, constructif et réducteur de friction. Dans ce mouvement, le rayon de rotation diminue progressivement, engendrant une accélération qui intensifie le phénomène d'aspiration par succion et diminue la friction (accélération centripète).
Le dispositif de l'invention consiste en une combinaison des moyens suivants :
- un moyen de création et maintien d'un vortex par la mise en mouvement du liquide contenant des particules solides ou du mélange de liquides de densités différentes ; la forme et/ou le rapport entre dimensions du moyen respectant le nombre d'or φ,
- un réservoir tampon dans lequel le vortex est créé, dont la forme et/ou le rapport entre dimensions respectent le nombre d'or φ, ce qui permet de maintenir et le cas échéant de créer le vortex,
- un collecteur central selon l'axe du réservoir pour collecter les particules solides concentrées en bas du vortex.
De manière surprenante, l'inventeur a pensé mettre en œuvre une séparation centripète après lecture de la référence [1] pour la séparation de particules solides mélangées dans un liquide.
Si certains ont déjà pensé à mettre en œuvre le principe de mouvement centripète, cela a été pour des problématiques différentes de la séparation de particules solides mélangées dans un liquide ou de séparation de deux liquides de densités différentes.
En particulier, la demande de brevet CN 103537211 qui concerne l'activation et la purification de l'eau contenant des molécules chimiques toxiques.
La demande de brevet CN 103537220 divulgue quant à elle la génération d'émulsion homogène.
Dans la réalisation de l'invention, le respect du nombre d'or pour la forme et/ou le rapport des dimensions du réservoir vont contribuer à maintenir le mouvement centripète de manière optimale sur la hauteur du réservoir.
Dans le dispositif selon l'invention, la densité du liquide (le moins dense dans le cas de plusieurs liquides mélangés) fait que la vitesse de rotation du liquide va être proche de zéro au niveau de la paroi interne du réservoir tampon. Un courant en surface est créé qui pousse le liquide vers cette paroi interne.
Ce courant va continuer en descendant le long de la paroi. Puis, vers le fond du réservoir, c'est-à-dire à proximité de l'orifice de sortie, le courant retourne vers le centre et descend autour de l'axe central du réservoir. Ce courant entraîne ainsi les particules solides ou le liquide le plus dense vers le centre en bas, c'est-à-dire vers l'orifice de sortie et donc vers l'intérieur du tube de collecte.
Au final, un séparateur par action de la force centripète selon l'invention présente les mêmes fonctions générales de séparation mécanique qu'aux séparateurs centrifuges selon l'état de l'art mais sans leurs inconvénients.
Ainsi, comparativement aux séparateurs centrifuges selon l'état de l'art un séparateur selon l'invention présente une consommation d'énergie réduite, une maintenance réduite, une conception et une réalisation beaucoup plus simples qui permettent une réduction drastique des coûts d'investissement.
On peut envisager d'avoir un débit de particules solides séparées et collectées par un dispositif de séparation selon l'invention, dans la gamme de 10 kg/h à 1000 tonne/h.
Ainsi, le réservoir tampon du dispositif selon l'invention peut avoir un diamètre de quelques dizaines de centimètres à quelques mètres et la hauteur totale du dispositif peut être comprise entre 1 et quelques dizaines de mètres.
La capacité du dispositif de séparation selon l'invention peut varier de quelques litres par heure, typiquement pour des applications domestiques, à plusieurs milliers de m3/h, typiquement pour des applications industrielles.
Selon une première variante avantageuse, la forme du réservoir est un ovoïde de dimensions déterminées à partir d'un pentagone régulier.
Selon une deuxième variante avantageuse, la forme du réservoir est une ellipsoïde de révolution, obtenue par rotation autour de l'axe vertical d'une ellipse, dite ellipse d'or, dont le rapport entre longueurs du grand axe et du petit axe est égal au nombre d'or.
Selon une troisième variante avantageuse, la forme du réservoir est une portion hémisphérique raccordée à une demi-ellipsoïde de révolution, l'ellipsoïde de révolution obtenue par rotation autour de l'axe vertical d'une ellipse, dite ellipse d'or, dont le rapport entre longueurs du grand axe et du petit axe est égal au nombre d'or.
Quatre alternatives distinctes peuvent être prévues pour la réalisation du moyen de création et de maintien du vortex. Ainsi, il peut s'agir d' :
- un moyen pour injecter le liquide chargé en particules dissoutes par un, de préférence deux orifices d'injection, de manière tangentielle au réservoir tampon; - un cylindre monté fixe dans l'orifice d'injection, le cylindre comprenant une rainure enroulée en hélice circulaire ;
- un arbre monté rotatif à la verticale selon l'axe du réservoir, l'arbre ayant une forme extérieure d'hélice tronconique dont sa projection sur un plan orthogonal à l'axe vertical est une spirale logarithmique, dite spirale d'or, avec un facteur de croissance égal au nombre d'or φ. Dans cette alternative, l'extrémité libre de l'arbre rotatif est de préférence approximativement confondue avec le sommet inférieur du réservoir.
- un arbre fixé à la verticale selon l'axe du réservoir, l'arbre ayant une forme intérieure d'hélice tronconique dont sa projection sur un plan orthogonal à l'axe vertical est une spirale logarithmique, dite spirale d'or, avec un facteur de croissance égal au nombre d'or φ, l'orifice d'injection étant la plus grande section de l'hélice tronconique.
Selon une caractéristique avantageuse, l'orifice de sortie est conformé en tronc de cône dont convergent du haut vers le bas. De préférence, le demi-angle d'ouverture (a) du cône est compris entre 6 et 10°.
Selon une variante avantageuse, la distance entre l'extrémité supérieure du tube de collecte et l'orifice de sortie du réservoir est réglable de sorte à pouvoir modifier le taux de collecte des particules solides.
Avantageusement, le dispositif comprend au moins un évent en partie supérieure du réservoir tampon pour évacuer les gaz présents.
Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif comprend une enveloppe de confinement agencée autour de l'orifice de sortie et du tube de collecte, définissant un volume intérieur dans lequel le liquide est confiné, en vue d'être évacué.
L'invention a également pour objet un système de séparation comprenant au moins deux dispositifs tels que celui décrit précédemment, dans lequel un des deux dispositifs constituant le dispositif amont comprend au moins un orifice d'évacuation, agencé en partie inférieure de son enveloppe de confinement, formant un piquage relié à l'orifice d'injection du réservoir tampon du dispositif aval.
Dans ce système, le dispositif amont comprend au moins un orifice d'évacuation agencé en partie inférieure de son enveloppe de confinement, formant un piquage relié à l'orifice d'injection du réservoir tampon du dispositif aval.
De préférence, l'enveloppe de confinement de l'un et/ou l'autre des deux dispositifs étant constituée d'un cylindre raccordé sur la périphérie du réservoir entre l'orifice d'injection et l'orifice de sortie, et d'un fond en forme d'hémisphère raccordé au cylindre.
Selon un mode de réalisation avantageux, le système comprend au moins une vanne de régulation de débit entre le piquage du dispositif amont et l'orifice d'injection du dispositif aval.
Avantageusement, l'un et/ou l'autre des deux dispositifs peu(ven)t comprendre au moins une vanne de purge sur le tube de collecte pour évacuer les particules solides collectées.
Avantageusement encore, le dispositif aval comprend au moins un orifice de purge, agencé en partie inférieure de son enveloppe de confinement, pour évacuer le liquide dépourvu des particules solides. De préférence, une vanne d'isolement est prévue en aval de l'orifice de purge, pour isoler l'enveloppe de confinement du dispositif aval.
L'invention a enfin pour objet l'utilisation d'un dispositif tel que décrit précédemment pour séparer le bio-crude des effluents aqueux, obtenus en sortie de réacteur de gazéification d'une biomasse algale.
Description détaillée
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d'exemples de mise en œuvre de l'invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes parmi lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un premier exemple dispositif de séparation solides-liquide selon l'invention ;
- les figures 1A et 1B sont des vues en coupe transversales selon A- A et B-B de la figure 1 ;
- les figures 2 et 2A sont respectivement une vue en coupe longitudinale montrant un premier mode de réalisation d'une partie du dispositif de séparation selon l'invention qui permet la création et le maintien d'un vortex, et une vue en coupe transversale selon A- A;
- la figure 3 est une vue en coupe longitudinale montrant un deuxième mode de réalisation d'une partie du dispositif de séparation selon l'invention qui permet la création et le maintien d'un vortex;
- la figure 3A est une vue de côté montrant le moyen de création et de maintien du vortex selon le mode de la figure 3; - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale montrant un quatrième mode de réalisation d'une partie du dispositif de séparation selon l'invention qui permet la création et le maintien d'un vortex;
- la figure 5 est une vue en coupe longitudinale montrant une variante du réservoir et son orifice de sortie avec un moyen de création et de maintien du vortex selon la figure 4 ;
- la figure 6 est une vue schématique montrant un système de séparation comprenant deux dispositifs de séparation solides-liquide selon l'invention, en amont l'un de l'autre.
On précise que les différents éléments selon l'invention sont représentés uniquement par souci de clarté et qu'ils ne sont pas à l'échelle.
Les termes « supérieur », « inférieur », «dessus » et «dessous » sont à considérer en relation avec le réservoir tampon du dispositif de séparation selon l'invention, en configuration avec l'orifice d'entrée du mélange solides- liquide en haut et le tube de collecte en bas.
Les termes « amont » et « aval » sont à considérer en relation avec la circulation du liquide dans un dispositif et un système selon l'invention.
Un dispositif 1 de séparation de particules solides en suspension dans un liquide est illustré en figure 1.
II comprend tout d'abord un réservoir tampon 2 de symétrie de révolution autour d'un axe vertical X. Dans le mode de réalisation illustré en figure 1, la forme du réservoir 2 est un ovoïde de dimensions déterminées à partir d'un pentagone régulier.
Le réservoir 2 est percé de deux orifices d'injection 20, 21 , par lesquels le liquide chargé en particules solides peut être injecté, et d'un orifice de sortie 22 agencé en partie inférieure autour de l'axe de révolution X.
Dans les modes de réalisation illustrés, l'orifice de sortie 22 est conformé en tronc de cône dont convergent du haut vers le bas. De préférence, le demi-angle d'ouverture a du cône est compris entre 6 et 10°, typiquement égal à environ 8,69°.
A titre d'exemple de dimensionnement:
- le diamètre intérieur des orifices d'injection 20, 21 est de l'ordre de 6mm,
- le diamètre intérieur du réservoir ovoïde 2 est égal à 65 mm, - la hauteur entre le sommet du réservoir 2 et l'axe des orifices d'injections 20, 21 est égal à 32 mm,
- la hauteur entre l'axe des orifices d'injection 20, 21 et la grande base du tronc de cône 22 est égale à 47mm,
- la valeur de la grande base du tronc de cône 22 est égale à 20mm, tandis que celle de sa petite base est égale à 12,36mm,
- la hauteur du tronc de cône 22 est égale 25mm.
Selon l'invention, un moyen 3 de création et maintien d'un vortex V génère un mouvement centripète du (des) liquide(s) allant de la périphérie du réservoir 2 vers son centre sur au moins une partie de la hauteur de ce dernier.
Selon l'invention également, on conçoit le moyen 3 tel que sa forme et/ou le rapport entre ses dimensions est (sont) déterminé(s) à partir du nombre d'or φ.
Plusieurs modes de réalisation différents peuvent être envisagés pour la réalisation de ce moyen de création et de maintien du vortex V.
Dans le mode illustré en figures 2 et 2A, le moyen 3 est un moyen d'injection du liquide chargé en particules solides de manière tangentielle en partie supérieure du réservoir tampon 2.
Les orifices d'injection 20, 21 sont à cet effet réalisés sur l'un des diamètres supérieurs du réservoir et le vortex est généré tangentiellement à ce diamètre comme symbolisé par les flèches sur ces figures 2 et 2 A.
Dans le mode illustré en figures 3 et 3 A, le moyen est un cylindre 31 monté fixe dans l'orifice d'injection 20 selon l'axe de révolution X. Le cylindre 31 comprend une rainure 310 enroulée en hélice circulaire.
Ainsi, ce cylindre 31 constitue en quelque sorte un injecteur qui permet la mise en rotation du liquide jusqu'à générer le vortex souhaité V.
Au lieu de solutions hydrauliques comme dans les modes précités, on peut envisager une solution mécanique pour créer et maintenir le vortex V.
Ainsi, dans le mode illustré en figures 4 et 5, le moyen est un arbre 32 monté rotatif à la verticale selon l'axe X du réservoir 2. L'arbre 32 a une forme extérieure d'hélice tronconique dont sa projection sur un plan orthogonal à l'axe vertical est une spirale logarithmique, dite spirale d'or, avec un facteur de croissance égal au nombre d'or φ.
De préférence, l'extrémité libre 33 de l'arbre rotatif 32 est approximativement confondue avec le sommet inférieur du réservoir.
Deux exemples de dimensionnement d'un arbre rotatif 32 sont donnés dans le tableau ci-dessous.
On précise que dans ce tableau, les valeurs des dimensions des différentes sections dont données du haut de l'arbre 32 vers le bas, selon la hauteur de son hélice H.
La position indique à quelle côte en hauteur est considérée chaque section. La position de valeur nulle indiquant le sommet de l'hélice de l'arbre rotatif.
On précise également que la hauteur de l'hélice est environ égale à 435,5 mm pour l'exemple 1, tandis qu'elle est de l'ordre de 609,6mm pour l'exemple 2.
TABLEAU
Exemples de dimensionnement Longueur Largeur Position de l'arbre rotatif 32 (mm) (mm) (mm)
15,00 9,27 0
9,27 5,73 166,3
5,73 3,54 269,1
Exemple 1 3,54 2,19 332,6
2,19 1,35 371,9
1,35 0,84 396,2
0,84 0,52 411,2
21,00 13,00 0
13,00 8,00 232,9
8,00 5,00 376,9
Exemple 2 5,00 3,00 465,7
3,00 1,85 520,7
1,85 1,15 554,7
1,15 0,71 575,7 En sortie de vortex, un tube de collecte 4 est agencé en dessous de l'orifice de sortie 22 du réservoir 2 pour collecter par gravité les particules solides concentrés vers l'intérieur du vortex.
Avantageusement, la distance D entre l'extrémité supérieure du tube de collecte 4 et l'orifice de sortie 22 du réservoir est prévue pour être réglable. Cela permet de pouvoir modifier le taux de collecte des particules solides. Pour obtenir une telle distance variable, on peut prévoir un tube 4 de hauteur variable et/ou une hauteur variable du volume inférieur entre l'orifice 22 et le tube 4.
De préférence, un évent avec une vanne d'isolement 5 est prévu en partie supérieure du réservoir tampon 2 pour évacuer les gaz présents. Cela peut permettre notamment d'évacuer les gaz présents initialement dans le mélange solides-liquide.
Le dispositif de séparation selon l'invention comprend enfin une enveloppe de confinement 6 agencée autour de l'orifice de sortie 22 et du tube de collecte 4. Cette enveloppe 6 définit ainsi un volume intérieur dans lequel le liquide initialement chargé en particules, et le cas échéant les particules les moins denses est(sont) confmé(s) en vue d'être évacué(s) par le tube de collecte 4.
Ainsi, comme montré en figure 1, l'enveloppe 6 comprend un ou des orifices d'évacuation 60, 61, agencé(s) en partie inférieure. Le liquide restant, chargé éventuellement de particules les moins denses peut être ainsi évacué en continu de l'enveloppe 6.
A des fins de simplicité de réalisation, l'enveloppe de confinement 6 peut être constituée d'un cylindre 63 raccordé sur la périphérie du réservoir 2, entre l'orifice d'injection 20, 21 et l'orifice de sortie 22, et d'un fond 64 en forme d'hémisphère raccordé au cylindre 63.
Lorsqu'on souhaite collecter des particules de densités et/ou de granulométries différentes, on peut avantageusement envisager de réaliser un système avec plusieurs dispositifs de séparation qui viennent d'être décrits et de les mettre en série.
Un tel système avec deux dispositifs 1.1, 1.2 selon l'invention, en série est illustré en figure 6.
Dans ce système, les deux orifices d'évacuation 60, 61 du dispositif amont 1.1 qui permettent d'évacuer le liquide chargé en particules les moins denses et/ou de taille moindre et qui sont agencés en partie inférieure de l'enveloppe de confinement 6, forment des piquages reliés chacun à un des orifices d'injection 20, 21 du réservoir tampon 2 du dispositif aval 1.2.
Sur chaque ligne reliant un piquage 60, 61 du dispositif amont 1.1 à un orifice d'injection 20, 21 du dispositif aval, est agencée une vanne de régulation de débit 7.
Deux vannes de purge 8, 9 formant un sas étanche sont agencées sur le tube de collecte 4 du dispositif amont 1.1 pour évacuer les particules solides collectées les plus denses.
Le dispositif aval 1.2 comprend quant à lui au moins un orifice de purge 10 agencé en partie inférieure de son enveloppe de confinement 6, pour évacuer le liquide dépourvu des particules solides. De préférence, une vanne d'isolement 11 est prévue en aval de l'orifice de purge 10 pour isoler l'enveloppe de confinement 6 du dispositif aval 1.2.
Ainsi, on peut collecter les particules solides les plus denses et/ou de plus grande taille dans le tube de collecte 4 du dispositif amont 1.1 et celles les moins denses et/ou de plus petite taille dans le tube 4 du dispositif aval 1.2.
A titre d'exemple de dimensionnement :
- chaque dispositif amont 1.1 et aval 1.2 comprend des orifices d'injections 20, 21, un réservoir 2, un tronc de cône de sortie 22 dimensionnés comme dans l'exemple mentionné précédemment,
- le diamètre interne de l'enveloppe de confinement 6 du dispositif amont 1.1 est égal à 65mm et la longueur L du vortex est de l'ordre de 300 mm,
- la distance D du dispositif amont 1.1 varie de 50 à 200 mm,
- le diamètre interne du tube de collecte 4 du dispositif amont 1.1 est égal à
20 mm,
- la hauteur du tube de collecte 4 du dispositif amont 1.1 à l'intérieur de l'enveloppe 6 est égale à 230 mm,
- le diamètre interne des piquages 60, 61 du dispositif amont 1.1 est égal à 6 mm,
- le diamètre interne de l'enveloppe de confinement 6 du dispositif aval 1.2 est égal à 65mm et la longueur L du vortex est de l'ordre de 450 mm,
- la distance D du dispositif aval 1.2 varie de 50 à 350 mm,
- le diamètre du fond hémisphérique 64 du dispositif aval est égal à 65 mm,
- le diamètre interne du tube de collecte 4 du dispositif aval 1.1 est égal à 20 mm, - la hauteur du tube de collecte 4 du dispositif aval 1.2 à l'intérieur de l'enveloppe 6 est égale à 380 mm,
- le diamètre interne de l'orifice de purge 10 est égal à 10 mm.
D'autres variantes et améliorations peuvent être apportées sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Différents types de matériaux peuvent être utilisés pour la réalisation du réservoir 2, des moyens de création et maintien de vortex 31, 32, et de l'enveloppe de confinement 6. Avantageusement, en particulier pour les composants le plus proche du vortex, ceux-ci peuvent être réalisés en cuivre ou en acier inoxydable, de préférence revêtue d'une ou plusieurs couches minces à base de cuivre et/ou d'argent.
L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits ; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées.
Référence citée
[1] : Alick Bartholomew, « Le génie de Viktor Schauberger : et si la pénurie d'eau et d'énergie était un faux problème ? », éditions Trédaniel / Le courrier du livre, 2014 (lie éd. 2008 (ISBN 2-7029-0542-0).

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (1) de séparation de particules solides en suspension dans un liquide et/ou de liquides de densités différentes comprenant :
- un réservoir tampon (2), de symétrie de révolution autour d'un axe vertical (X), le réservoir comprenant au moins un orifice d'injection (20, 21) en liquide chargé en particules solides ou en au moins deux liquides de densités différentes, et un orifice de sortie (22) agencé en partie inférieure autour de l'axe de révolution du réservoir ;
- au moins un moyen (3) pour créer et maintenir un vortex générant un mouvement centripète du (des) liquide(s) allant de la périphérie du réservoir vers son centre sur au moins une partie de la hauteur de ce dernier; la forme et/ou le rapport entre dimensions du réservoir et/ou du moyen de création et de maintien du vortex est (sont) déterminé(s) à partir du nombre d'or φ;
- un tube de collecte (4), agencé en dessous de l'orifice de sortie du réservoir, pour collecter par gravité au moins les particules solides, et/ou le(s) liquide(s) le(s) plus dense(s) concentrés vers l'intérieur du vortex.
2. Dispositif (1) selon la revendication 1, la forme du réservoir étant un ovoïde de dimensions déterminées à partir d'un pentagone régulier.
3. Dispositif (1) selon la revendication 1, la forme du réservoir étant une ellipsoïde de révolution, obtenue par rotation autour de l'axe vertical d'une ellipse, dite ellipse d'or, dont le rapport entre longueurs du grand axe et du petit axe est égal au nombre d'or.
4. Dispositif (1) selon la revendication 1, la forme du réservoir étant une portion hémisphérique raccordée à une demi-ellipsoïde de révolution, l'ellipsoïde de révolution obtenue par rotation autour de l'axe vertical d'une ellipse, dite ellipse d'or, dont le rapport entre longueurs du grand axe et du petit axe est égal au nombre d'or.
5. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 4, le moyen de création et de maintien du vortex étant un moyen (30) pour injecter le liquide chargé en particules en suspension par un, de préférence deux orifices d'injection, de manière tangentielle au réservoir tampon.
6. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 4, le moyen de création et de maintien du vortex étant un cylindre (31) monté fixe dans l'orifice d'injection (20) le cylindre comprenant une rainure (310) enroulée en hélice circulaire.
7. Dispositif (1) selon la revendication 1 à 4, le moyen de création et de maintien du vortex étant un arbre (32) monté rotatif à la verticale selon l'axe du réservoir, l'arbre ayant une forme extérieure d'hélice tronconique dont sa projection sur un plan orthogonal à l'axe vertical est une spirale logarithmique, dite spirale d'or, avec un facteur de croissance égal au nombre d'or φ.
8. Dispositif (1) selon la revendication 7, l'extrémité libre (33) de l'arbre rotatif étant approximativement confondue avec le sommet inférieur du réservoir.
9. Dispositif (1) selon la revendication 1 à 4, le moyen de création et de maintien du vortex étant un arbre fixé à la verticale selon l'axe du réservoir, l'arbre ayant une forme intérieure d'hélice tronconique dont sa projection sur un plan orthogonal à l'axe vertical est une spirale logarithmique, dite spirale d'or, avec un facteur de croissance égal au nombre d'or φ, l'orifice d'injection étant la plus grande section de l'hélice tronconique.
10. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'orifice de sortie (22) étant conformé en tronc de cône dont convergent du haut vers le bas.
11. Dispositif selon la revendication 10, le demi-angle d'ouverture (a) du cône étant compris entre 6 et 10°.
12. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, la distance entre l'extrémité supérieure du tube de collecte (4) et l'orifice de sortie (22) du réservoir étant réglable de sorte à pouvoir modifier le taux de collecte des particules solides et/ou du(des) liquide(s) le(s) plus dense(s).
13. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un évent (5) en partie supérieure du réservoir tampon pour évacuer les gaz présents.
14. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une enveloppe de confinement (6) agencée autour de l'orifice de sortie et du tube de collecte, définissant un volume intérieur dans lequel le liquide initialement chargé en particules, les particules les moins denses et/ou le(s) liquide(s) les moins dense(s) est(sont) confmé(s) en vue d'être évacué(s).
15. Système (8) de séparation comprenant au moins deux dispositifs (1) selon la revendication 14, dans lequel un des deux dispositifs constituant le dispositif amont (1.1) comprend au moins un orifice d'évacuation (60, 61) agencé en partie inférieure de son enveloppe de confinement, formant un piquage relié à l'orifice d'injection du réservoir tampon du dispositif aval (1.2).
16. Système de séparation selon la revendication 15, l'enveloppe de confinement de l'un et/ou l'autre des deux dispositifs étant constituée d'un cylindre (63) raccordé sur la périphérie du réservoir (2) entre l'orifice d'injection (20, 21) et l'orifice de sortie (22), et d'un fond (64) en forme d'hémisphère raccordé au cylindre.
17. Système de séparation selon la revendication 15 ou 16, comprenant au moins une vanne de régulation de débit (7) entre le piquage du dispositif amont et l'orifice d'injection du dispositif aval.
18. Système de séparation selon l'une des revendications 15 à 17, l'un et/ou l'autre des deux dispositifs comprenant au moins une vanne de purge (8, 9) sur le tube de collecte pour évacuer les particules solides collectées et/ou le(s) liquide(s) le(s) plus dense(s).
19. Système selon l'une des revendications 15 à 18, le dispositif aval comprenant au moins un orifice de purge (10) agencé en partie inférieure de son enveloppe de confinement, pour évacuer le liquide dépourvu des particules solides et/ou le liquide le moins dense.
20. Système selon la revendication 19, comprenant une vanne d'isolement (11) en aval de l'orifice de purge (10) pour isoler l'enveloppe de confinement du dispositif aval.
21. Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 14 ou du système selon l'une des revendications 15 à 20 pour séparer des particules solides en suspension dans un liquide en fonction de leur granulométrie ou des liquides en fonction de leur densité.
22. Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 14 ou du système selon l'une des revendications 15 à 20, pour séparer le bio-crude des effluents aqueux, obtenus en sortie de réacteur de gazéification d'une biomasse algale.
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