LU82875A1 - Procede de separation centrifuge et appareil pour la mise en oeuvre applicables a un melange de phases d'etats quelconques - Google Patents

Description

Ί S

t

La présente invention concerne un pro-, 5 cédé de séparation centrifuge pour un mélange de phases d'états quelconques : gaz dans gaz, liquide dans gaz, so-; · lide pulvérulent dans gaz, liquide dans liquide, solide pulvérulent dans liquide ou autres combinaisons de trois v phases entre elles. Elle s'étend également à un appareil 10 pour la mise en oeuvre de ce procédé et, plus spécialement, à une réalisation particulière dudit appareil.

Elle vise à engendrer au sein du mélange, un champ centrifuge extrêmement intense et beaucoup plus élevé que celui auquel est soumis un équipage tour-15 nant participant au traitement. Dès lors, la fabrication de cet équipage tournant s'en trouve simplifiée et peut mettre en oeuvre des techniques économiques inusitées dans le domaine de la centrifugation, par exemple le $ moulage de pièces tournantes en matière plastique.

20 Elle vise également à obtenir une excel lente séparation des phases, même lorsque leurs masses spécifiques sont très faibles et très voisines l'une de l'autre, ainsi que leur parfaite évacuation en phases séparées hors de la zone de centrifugation.

25 Elle vise encore â récupérer une part ' importante de l'énergie cinétique de centrifugation, en vue de réduire la consommation globale d'énergie et d'améliorer ainsi le rendement économique du traitement.

Elle vise en outre â engendrer, par ef-30 fet thermodynamique, un refroidissement au sein de la masse en mouvement, ce qui peut être bénéfique notamment pour condenser une phase vapeur.

La présente invention propose à cet effet un procédé de séparation centrifuge consistant : 35 - en ce que le mélange est entraîné en ί 2 rotation à une vitesse angulaire supérieure à celle d'un équipage tournant que ce mélange doit traverser, - en ce que le mélange est divisé en une pluralité de veines s'écoulant suivant des trajectoires * 5 hélicoïdales à travers l'équipage tournant et à une vi tesse tangentielle évidemment supérieure à celle de ce dernier, - en ce que ces veines vives sont séparées par des lames fluides hélicoïdales intermédiaires mor- 10 tes maintenues prisonnières de cet équipage tournant, - en ce que la ou les phases lourdes éjectées des veines vives par le champ centrifuge de celles-ci sont piégées par les lames mortes, - en ce que la ou les phases lourdes pié-15 gëes dans les lames mortes et soumises au champ centrifuge qui règne dans ces dernières en étant évidemment inférieur à celui établi dans les veines, s'acheminent vers la périphérie, - et en ce que la ou les phases lourdes 20 s'acheminant dans les lames mortes sont guidées positivement par ledit équipage mobile.

Subsidiairement, le mélange est soumis, pour sa mise en rotation amont, d'une part, à l'action positive de l'équipage tournant et, d'autre part, à une as-25 piration axiale aval ou à un refoulement axial amont à T travers cet équipage, la chute de pression amont qui en résulte étant tranformée en une vitesse hélicoïdale dont la composante tangentielle se superpose à la vitesse tangentielle dudit équipage tournant et dont la composante 30 axiale engendre le débit.

En outre, l'écoulement hélicoïdal du mélange est redressé en aval pour être transformé en un écoulement axial absolu et l'énergie cinétique de rotation du mélange traité est récupérée pour entraîner en 35 rotation l'équipage tournant et ainsi réduire la puis- 3 sance consommée par celui-ci.

L'invention s'étend également à un appareil mettant en oeuvre ce procédé et comportant, disposés coaxialement et mus en rotation dans une enceinte fixe 5 - un premier dispositif constitué par un ventilateur, un compresseur ou pompe, destiné à engendrer une dépression en amont, - un deuxième dispositif constitué par un distributeur rotatif transformant la chute de pression 10 qui résulte de l'action du premier dispositif sur la pression amont en une vitesse de rotation du mélange s'ajoutant dans le même sens ä la vitesse de rotation positive dudit distributeur, - et un troisième dispositif situé en 15 aval du deuxième et constitué par un rotor comprenant des éléments de guidage des veines vives qui dirigent et canalisent celles-ci sur une partie au moins de leur parcours, des éléments pièges qui emprisonnent les lames fluides mortes et captent la ou les phases lourdes, subsidiaire-20 ment des éléments conducteurs qui, toùt en s'opposant à l'échappement de la ou des phases lourdes vers les veines, participent positivement au cheminement de cette ou ces phases lourdes vers la périphérie.

Subsidiairement, l'appareil comporte, 25 en aval du troisième dispositif ou rotor si l'on considère l'écoulement du mélange, un quatrième dispositif constitué par une turbine à action dont le profil est adapté à cet écoulement hélicoïdal particulier afin que celui-ci devienne sensiblement axial, les pales canali-30 sant également les traces résiduelles de phase.lourde vers la périphérie.

De plus, certains au moins des dispositifs précités sont accouplés entre eux et reliés à un dispositif commun d'entraînement en rotation.

35 Suivant une forme de réalisation parti- 4 culiêrement avantageuse mais non restrictive/ le troisième dispositif ou rotor comporte au moins deux plaques coaxiales de révolution, écartées l'une de l'autre et délimitant des ajourages qui s'étendent du centre vers 5 la périphérie, sont séparés pour une même plaque par des parties pleines et sont, vus en plan, décalés angu-lairement d'une plaque à la suivante ; selon l'invention, les bords des ajourages du rotor définissent rigoureusement les enveloppes des veines hélicoïdales vives multiples et, 10 concomitamment, celles des lames mortes qui les séparent ; le décalage angulaire des plaques, l'écartement de celles-ci ainsi que la forme et les dimensions des ajourages sont choisis pour déterminer avec précision la pente relative desdites veines (c'est-à-dire leur pente relative-15 ment au rotor lorsqu'il tourne) et ainsi le pouvoir séparateur et le débit de l'appareil ; des éléments proéminents, tels que rebords, nervures ou autres connus en soi, solidaires des parties pleines font saillie exclusivement dans les lames mortes, d'une part, pour piéger celles-ci 20 en bordure des veines vives et, d'autre part, pour confiner la ou les phases lourdes qui s'échappent de ces dernières dans lesdites lames mortes et la ou les guider positivement vers la périphérie.

Dans cette forme de réalisation préfêren-25 tielle, le deuxième dispositif ou distributeur rotatif comporte au moins deux plaques coaxiales de révolution, écartées l'une de l'autre et délimitant des ajourages qui s'étendent du centre vers la périphérie, sont séparés pour une même plaque par des parties pleines et sont, vus 30 en plan, décalés angulairement d'une plaque à la suivante; selon l'invention, ces ajourages du distributeur sont bordés chacun par un seul rebord ou pale faisant saillie sur la face amont de la partie pleine voisine, si l'on considère l'écoulement du mélange, et en arrière, si l'on 35 considère la rotation des plaques ou, en équivalence, sur t J.

* \ 5 la face aval et en avant.

Divers autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit.

5 Des formes de réalisation de l'objet de l'invention ainsi que des modes d'exécution particuliers sont représentés à titre d'exemples non limitatifs sur le dessin : - la Fig. 1 est une perspective en par- 10 tie arrachée montrant une première forme de réalisation de 1'appareil centrifuge selon 1'invention, - la Fig. 2 est une perspective partielle analogue à la figure 1 et illustrant une deuxième forme de réalisation de l'appareil, 15 - la Fig. 3 est une perspective très schématique faisant ressortir pour un premier mode d'exécution du rotor le procédé de l'invention, - les Fig. 4 à 10 sont des coupes prises concentriquement à l'axe de rotation et développées à 2o plat, mettant en évidence le procédé de l'invention pour divers modes d'exécution du rotor et parfois du distributeur rotatif, - les Fig. 11 et 12 sont des vues analogues aux Fig. 4 à 10 précédentes, ayant trait à des modes 25 d'exécution particuliers du distributeur rotatif et de la turbine à action, respectivement.

- les Fig. 13 et 14 sont des vues en plan partielles d'une plaque, illustrant plusieurs conformations possibles des ajourages.

30 Ainsi que le montre la Fig. 1, l'appa reil comprend une enceinte fixe 1 dans laquelle sont dispesés coaxialement et mûs en rotation, de l'aval vers l'amont, si l'on considère le sens indiqué par la flèche F de l'écoulement du mélange à traiter ; 35 - un ventilateur 2, / β »· 6 - une turbine à action 3, - un équipage tournant ou rotor 4, - un distributeur rotatif 5.

Dans l'exemple représenté, ces disposi-5 tifs 2 à 5 sont mus positivement et en synchronisme ; dès lors, ils sont calés sur le même arbre 6 qui peut être accouplé, à une extrémité ou à l'autre, à un dispositif d'entrainement en rotation quelconque mais approprié au régime de l'appareil. Il ne n'agit pas là d'une mesure nëces-10 saire, car il est parfaitement possible d'envisager de faire tourner positivement le ventilateur 2 à une vitesse différente mais adaptée ; il est également possible de concevoir un entraînement positif pour un ou deux dispositifs seulement (le rotor 4 et le distributeur 5 par 15 exemple) et un montage flottant à suivre pour le ou les autres (la turbine à action 3 par exemple).

Par ailleurs, l'axe de rotation est vertical sur le dessin, mais il peut aussi être horizontal , ou incliné.

20 L'enceinte 1 contient une cible 7 qui entoure concentriquement l'équipage tournant 4 et éventuellement le distributeur 5 pour recueillir la ou les phases lourdes qui parviennent à la périphérie. Dans l'exemple représenté, la cible 7 est feuilletée et cons-25 tituée par un empilage de couronnes tronconiques 8 écartées les unes des autres.

Le ventilateur 2 est destiné à engendrer une chute de pression en amont et un débit de mélange à traiter vers l'aval à travers notamment l'équipage tour-30 nant. Dans l'exemple représenté, le ventilateur est du type centrifuge ; son aubage rotatif 9 est convenablement calé sur l'arbre d'entraînement 6 et est logé dans une volute 10 rapportée et fixée sur un raccord convergeant 11 du corps de l'enceinte 1 ? la tubulure tangentielle 12 35 de la volute permet d'évacuer le mélange traité exempt de « « 7 phase lourde.

Il est bien évident que le ventilateur peut être d'un autre type, axial en particulier, et qu'il peut être remplacé par un compresseur disposé en amont ; de 5 même, si le mélange, au lieu d'être gazeux, est liquide, * , une pompe aspirante ou refoulante peut être utilisée.

t La chute de pression en amont qui ré sulte de l'aspiration axiale aval ou du refoulement axial amont, est transformée par le distributeur rotatif 5 prë-10 cité en une vitesse hélicoïdale dont la composante tangen-tielle se superpose à la vitesse tangentielle du rotor et dont la composante axiale engendre le débit.

Suivant la forme de réalisation représentée sur la Fig. 1, l'équipage tournant ou rotor 4 est 15 constitué par un empilage de plaques planes circulaires 13 et, suivant la forme de réalisation illustrée par la Fig. 2, ce rotor est constitué par un empilage de plaques tronconiques 14.

Les moyens décrits dans ce qui suit à 20 propos de la réalisation de la Fig. 1, réalisation dans laquelle les génératrices des plaques 13 sont droites et perpendiculaires à l'axe de rotation, sont évidemment applicables à la réalisation de la Fig. 2 et à d'autres, dans lesquelles les génératrices peuvent être incurvées 25 et, si elles sont droites ou courbes, concourrantes avec . ou gauches par rapport à l'axe de rotation avec un angle d'incidence quelconque. En d'autres termes, les plaques peuvent être des surfaces réglées, telles que des coniques, ou des surfaces de révolution quelconques équili-30 brées, ce qui ne peut constituer une difficulté majeure d'exécution dès lors que les plaques peuvent être, en raison des contraintes réduites qu'elles subissent, ce que l'exposé va montrer, fabriquées par moulage et même, en matière plastique.

35 Dans l'exemple se référant aux Fig. 1, « δ « 3 et 5, les plaques 13 sont écartées l'une de l'autre à pas constant "p". Chaque plaque 13 délimite des ajourages 15 répartis de façon êquiangle, s'étendant du centre vers la périphérie et séparés par des parties pleines 16. Dans 5 l'exemple représenté, chaque partie pleine marque par son bord franc avant 17 et par son rebord arrière 18, si l'on considère le sens de rotation T des plaques, les limites des deux ajourages voisins ; étant donné que lesdites limites sont radiales, lesdits ajourages et lesdites parties 10 pleines présentent une forme trapézoïdale.

Il est essentiel de remarquer que les plaques 13 sont décalées angulairement de l'une à la suivante ou à la précédente d'un angle (Fig. 3), de telle façon que les ajourages ne se trouvent plus situés en re-15 gard les uns des autres, mais définissent de proche en proche des enveloppes hélicoïdales de pente privilégiée v’ o( " par rapport au rotor (Fig. 5). A l'intérieur de telles enveloppes virtuelles s'écoulent des veines héli- « coïdales vives 19 du mélange à traiter, si celles-ci 20 sont convenablement mises en vitesse par le distributeur ‘ rotatif 5. A l'extérieur de ces enveloppes virtuelles stagnent ou séjournent à faible taux de renouvellement des lames fluides hélicoïdales mortes 20 maintenues prisonnières de l'équipage tournant entre les parties plei-25 nés 16 des plaques.

En réalité et selon le procédé de l'invention, le rotor 4 ainsi constitué divise le mélange à traiter en une pluralité de veines hélicoïdales mortes 20 intercalaires. Les veines vives en traversant ce ro-30 tor suivant lesdites trajectoires hélicoïdales, s'écoulent à une vitesse tangentielle absolue évidemment bien supérieure à celle dudit rotor, alors que les lames mortes en étant prisonnières de celui-ci, circulent sensiblement à sa vitesse tangentielle.

35 Dans ces conditions, on constate que 0 9 pour un rotor tournant à la vitesse angulaire" QJ*, la vitesse tangentielle absolue d'une particule située à une distance radiale R est de : « tu R si cette particule se trouve dans 5 une lame morte, « üjr + VT si cette particule se trouve dans une veine vive défilant par rapport au rotor à la vitesse tangentielle relative sensiblement constante"' VT^ Dès lors, la force centrifuge d'une 10 telle particule est de : 2 o F_ s U) R dans une lame morte (lu R + VJ 2 9 et Fçy - _T dans une veine R vive

Il est clair que la force centrifuge 15 Fcv dans les veines vives 19 évolue en variation conique le long des rayons. Elle est minimale en un point où la vitesse tangentielle relative de la veine est égale à la vitesse tangentielle absolue du rotor ? en ce 2 point, la force centrifuge minimale est égale à 4 UJ R 20 et par conséquent à quatre fois le champ centrifuge qui règne sur la circonférence de même rayon dans les lames mortes 20. La force centrifuge est très intense au centre ; elle décroît jusqu'au point où elle atteint son minimum; puis elle croît à nouveau jusqu'à la périphérie 25 où elle peut parvenir à des valeurs extrêmement intenses.

Ce phénomène, de même que les résultats exposés ci-après qui en découlent, sont imprévisibles et inattendus dans le cadre classique de la centrifugation. Ce sont bien les faits expérimentaux basés sur le 30 procédé et l'appareil de l'invention qui permettent d'assurer la véracité des résultats obtenus.

On vérifie en effet que les particules · lourdes des veines vives 19 soumises à une force centrifuge très intense se précipitent vers la périphérie en 35 ralentissant et en s'agglutinant avant de parvenir à la 10 zone annulaire de force minimale puis, à partir de cette zone, accélèrent à nouveau en plus grosses masses vers la périphérie. Mais, au cours de ce déplacement centrifuge, les particules lourdes migrent, pour diverses raisons 5 exposées ci-après, vers les lames mortes 20 dans lesquelles elles se trouvent captées et piégées ; elles sont alors prises en charge par une force centrifuge, certes plus faible, mais suffisamment élevée pour les acheminer inéluctablement vers la périphérie ; au cours de cet ache-10 minement, des éléments pièges et des éléments conducteurs, définis ci-après, s'opposent à l'échappement des particules lourdes vers les veines vives et participent positivement à leur acheminement vers la périphérie où elles se précipitent dans les couronnes tronconiques 8 de la cible 15 7 qui les soustraient définitivement au mélange.

Il est bien évident que le décalage an-gulaire p des plaques 13 et l'écartement^* de celles-ci (Fig. 3), ainsi que la forme et les dimensions des ajourages 15 sont choisis pour déterminer avec précision la pen- \V // 20 te relative ex des veines vives 19 (c'est-à-dire leur pente par rapport aux plaques 13 lorsqu'elles tournent). Les paramètres en question permettent donc de régler le pouvoir séparateur et le débit de l'appareil. En général, ces paramètres sont constants pour un appareil déterminé, mais . 25 il peut être avantageux de les faire varier de l'amont vers l'aval en fonction de l'allure du fonctionnement de cet appareil et de celle du traitement à obtenir.

De toute façon, le choix desdits paramètres permet, en relation avec le régime de l'appareil 30 et la composition du mélange, de définir le cheminement hélicoïdal privilégié des veines vives 19 à travers les ajourages 15 du rotor. Ainsi, chaque veine empruntant . // un ajourage n de la plaque peut poursuivre son cheminement en traversant l'ajourage homologue"n"de la plaque 35’ suivante, c'est-à-dire celui qui se trouve déporté en * jr 11 *' il aval-avant de l'angle de décalage ^ des plaques (Fig. 3) ; mais également, chaque veine peut sauter un ou plusieurs ajourages, l'ajourage de passage suivant (n + 1) , (n + 2).-< se trouvant alors déporté en aval-avant par rapport à l'a-* 5 jourage de référence n'd'un angle ( + fc* ), ( jî + 2 )..

^ étant le pas angulaire des ajourages sur une même plaque (Fig. 3).

L'équipage tournant ou rotor 4 fonctionne de la manière exposée dans ce qui précède, en raison de 10 la présence du distributeur rotatif 5 ; il est rappelé en effet que ce distributeur, en transformant la chute de pression amont en une vitesse hélicoïdale du mélange, dirige des veines vives de celui-ci vers les enveloppes sélectionnées des ajourages des plaques. Dès lors, la vi-15 tesse de rotation relative des veines due à cette action s'ajoute dans le même sens à la vitesse de rotation positive du distributeur qui est celle du rotor.

Suivant la forme de réalisation représentée sur les Fig. 1 et 11, le distributeur 5 comporte une 20 plaque 13 avec ajourages 15 et parties pleines 16 décalées en correspondance avec ceux des plaques du rotor 4.

Ce distributeur particulier est un impulseur constitué par une pluralité d'aubes 21 dont la concavité s'ouvre vers l'aval de l'écoulement du mélange dans le sens de 25 la flèche E. Le bord de fuite 22 de chaque aube coïncide avec le bord franc 17 de la partie pleine 16 qui délimite l'ajourage 15 dans lequel l'aube considérée débouche ; d'ailleurs, ce bord de fuite 22 est incliné suivant la pente relative* "des veines vives 19. Dès lors, les 30 aubes sont avantageusement solidaires de certaines au moins des parties pleines, en général de toutes puisqu'elles sont de préférence en nombre égal. La courbure de la concavité 23 et la conformation du bord d'attaque 24 sont établies en fonction des caractéristiques aéro-35 ou hydrodynamiques du mélange et du régime de fonction- ψ 12 nement.

L’exposé qui précède se rapporte au lancement par le distributeur 5 et au cheminement hélicoïdal par les ajourages 15 du rotor 4, des veines vives 19.

5 L'exposé qui suit concerne maintenant la stabilisation des lames mortes 20 dans les espaces intercalaires hélicoïdaux ménagés entre les parties pleines 16 des plaques du rotor, la captation et le piégeage des particules lourdes en provenance des veines vives dans les lames 10 mortes, le guidage positif des particules lourdes piégées dans les lames mortes vers la périphérie.

Pour parvenir à ces résultats conjugués, plusieurs modes d'exécution illustrés par les Fig. 4 à 10 peuvent être mis en oeuvre.

15 Suivant le mode d’exécution simplifié de la Fig. 4, les plaques 13 sont lisses et très rapprochées les unes des autres. Du fait que le mélange à traiter possède une certaine viscosité, que les parties ρΐβΐτ nés 16 au moins des plaques 13 présentent un état de sur-20 face approprié à une certaine adhérence de ce mélange et que l'écoulement E dudit mélange s'effectue à une vitesse suffisamment élevée pour créer une "peau" s’opposant au remélange du contenu des lames mortes avec le contenu des veines vives, tout en laissant les particules 25 lourdes de celles-ci pénétrer dans lesdites lames mortes, ces lames mortes sont véritablement emprisonnées entre deux parties pleines 16 consécutives. Les particules lourdes piégées dans ces lames s'acheminent tout natu-relement à travers celles-ci sous l'effet de la force 30 centrifuge du rotor vers la périphérie mais ne peuvent pas parvenir à franchir en sens inverse la "peau" des veines vives voisines.

Un tel mode d'exécution (Fig. 4) est applicable à la séparation de particules extrêmement 35 fines pouvant aller jusqu'à la séparation moléculaire.

t 13

Lorsque les plaques 13 sont davantage ë-cartëes les unes des autres pour toutes sortes de raisons d'ailleurs, les résultats visés sont obtenus en prévoyant des éléments proéminents, tels que rebords, nervures ou 5 autres, rendus solidaires par tout moyen approprié des parties pleines 16 des plaques. Il est essentiel de remarquer que ces éléments proéminents font saillie uniquement dans les lames mortes 20 et ne doivent pas apparaître aussi faiblement que ce soit dans les veines vives qu'ils ris-10 quent de détruire ou de perturber. Lesdits éléments proéminents coopèrent avec les parties pleines 16 pour maintenir les lames mortes 20 prisonnières du rotor, pour confiner dans ces lames les particules lourdes qui s'échappent des veines vives et pour guider positivement lesdites 15 particules vers la périphérie.

De tels éléments proéminents sont illustrés par les Pig. 5 à 10.

Suivant un premier mode d'exécution de , ce type représenté sur la Fig. 5 et déjà évoqué en se 20 référant aux Fig. 1 à 3, chaque partie pleine 16 d'une plaque 13 de rotor comporte un seul rebord marginal 18 qui fait saillie sur la face amont de cette partie pleine (si l'on considère l'écoulement E des veines vives voisines 19) et en arrière (si l'on considère la rota-25 tion T des plaques).

Suivant un deuxième mode d'exécution équivalent du premier et ressortant de la Fig. 6, chaque partie pleine 16 comporte un seul rebord marginal 25 faisant saillie sur la face aval (relativement à l'é-30 coulement E des veines vives 19) et en avant (relativement au sens de rotation T du rotor).

Selon un troisième mode d'exécution combinant les deux précédents et représenté sur la Fig.

7, chaque partie pleine 16 présente en saillie un re-35 bord 18 amont-arrière et un rebord 25 aval-avant.

14

Les Fig. 5 à 7 montrent que les rebords 18 et 25 peuvent être perpendiculaires aux parties pleines 16 des plaques. Mais, il est clair que ceux-ci peu- . vent être remplacés partiellement ou en totalité par des 5 rebords inclinés 18a et/ou 25a (Fig. 9). A la limite, les parties pleines 16 des plaques 13 peuvent être bordées par des rebords inclinés 18b et 25b (Fig. 10), dont la pente est égale à la pente 'N <X11 des veines vives par rapport au rotor.

10 * Suivant le mode d'exécution schématisé sur la Fig. 8, chaque partie pleine 16 des plaques peut comporter au moins une nervure intermédiaire 26 et/ou 27 faisant saillie sur sa face amont et/ou sur sa face aval dans la lame morte 20 correspondante et entre les 15 deux ajourages voisins.

Les rebords et les nervures précités, qu'ils soient droits ou inclinés, peuvent être combinés entre eux suivant des dispositions variées, du moment qu'aucune proéminence n'existe dans les veines 20 vives et que les proéminences existantes retiennent prisonnières les lames mortes,puis piègent et canalisent les particules lourdes.

L'exposé qui précède se rapporte à la conformation des plaques empilées du rotor 4. Mais, 25 il est bien évident que le distributeur rotatif peut présenter une configuration analogue au lieu de celle à aubes décrite en se référant aux F ig. 1 et 11. Ainsi et à titre d'exemple seulement, le distributeur rotatif peut comporter au moins deux plaques selon l'un 30 quelconque des profils des Figures 5 à 7 ou au moins une plaque selon le profil de la Fig. 10 ; dans ce cas, les plaques en question constituent le premier étage du rotor 4 assimilable à des pales fictives.

Il s'agit maintenant d'exposer les 35 moyens mis en oeuvre pour faire en sorte que les parti- 15 cules soumises aux forces centrifuges très intenses qui régnent dans les veines vives 19 s'échappent et migrent de ces dernières vers les lames mortes. Tout d'abord, il est très important de remarquer qu'il est possible 5 de réduire la longueur de cheminement des particules lourdes du centre vers la périphérie dans une veine vive 19, en intervenant sur la conformation de la section droite de la veine considérée, section droite qui dépend de la forme et de l'orientation des ajourages qui 10 définissent l'enveloppe de ladite veine.

Dès lors et si l'on se réfère aux modes d'exécution illustrés par la Fig. 13, les ajourages 15 peuvent être, comme indiqué en ; - 28, des fenêtres trapézoïdales 15 dont la grande base se trouve près de la périphérie et la petite base près du centre (représentation en trait plein), - 29, des fenêtres trapézoïdales dont la grande base se trouve située par contre près du 20 centre et la petite base près de la périphérie (représentation en trait interrompu), - 30, des fentes étroites à bords sensiblement parallèles (représentation en trait mixte).

Dans tous ces cas, les ajourages s'é-25 tendent sans interruption du centre vers la périphérie , et sont délimités par des bords rectilignes ; mais, il est bien évident que les bords en question peuvent être brisés en zig-zag ou incurvés suivant la loi de piégeage qui apparait nécessaire.

30 D'autre part et toujours en se référant à l'a Fig. 13, les ajourages peuvent être radiaux (représentation en trait mixte) ou bien ils peuvent être inclinés de façon rectiligne ou curviligne pour que leur extrémité périphérique soit en avance (représentation 35 en trait plein) ou en retard (représentation en trait k ( 16 interrompu) par rapport à leur extrémité centrale, si l'on considère leur sens de défilement tangentiel T.

Les exemples qui précèdent montrent que l'inclinaison, la largeur et la conformation des ajoura-5 ges permet de déterminer avec précision le temps de collecte des particules lourdes par les lames mortes.

Dans certains cas, et notamment lorsque le diamètre des plaques est relativement grand, il y a avantage à réduire l'étendue radiale des ajourages. A 10 cet effet, et ainsi que cela ressort de la Pig. 14, des ajourages 31 ou 32 de petite longueur sont répartis dans plusieurs plages annulaires concentriques 33 à 36.

Dans le mode d'exécution illustré par la moitié gauche de la Fig. 14, les ajourages 31 sont 15 des fentes à bords parallèles qui présentent, d'une plage à la suivante d'une même plaque, une largeur et un écartement moyens sensiblement constants. La densité de répartition des veines vives est sensiblement unifor- · me et le temps de collecte des particules lourdes se 20 trouve réduit du fait qu'un déflecteur central 37 prolongeant les rebords marginaux 38 s'oppose à ce que les particules lourdes s'échappant des veines vives d'une plage annulaire se reraêlangent avec les veines vives de la plage concentrique extérieure voisine ; au contraire, 25 les déflecteurs en question dirigent les particules lourdes en fuite vers les lames mortes de la plage annulaire extérieure considérée.

Dans le mode d'exécution représenté sur la moitié droite de la Fig. 14, les ajourages 32 sont 30 des fenêtres trapézoïdales qui(d'..une plage à la suivante d'une même plaquefsont situées sur des rayons communs, soit qu'elles coïncident avec ceux-ci, soit qu'elles forment un angle d'incidence positif ou négatif ; la largeur et l'écartement moyens de ces fenêtres croît du 35 centre vers la périphérie, si l'on passe d'une plage 17 annulaire à la suivante. Comme dans le cas précédent, les rebords 38 des fenêtres présentent des déflecteurs centraux 37 s'opposant au remélange des particules lourdes séparées.

5 II est bien évident que les ajourages peuvent être répartis dans des plages annulaires se recouvrant l'une l'autre, afin de mieux uniformiser leur densité et de mieux parer aux risques de remélange.

A la sortie des ajourages 15 de la der-10 nière plaque aval du rotor 4, les veines vives 19 composées du mélange traité exempt de particules lourdes ont tendance à poursuivre leur écoulement suivant les trajectoires hélicoïdales précitées.

Or, le procédé de l'invention prévoit de 15 redresser ces écoulements hélicoïdaux pour les tranfor-mer à la sortie du rotor 4 en un écoulement axial absolu vers le ventilateur 2. Une telle disposition est particulièrement avantageuse puisque l'énergie cinétique de ro-tation de ce mélange traité peut facilement être rëcupé-20 rée pour entraîner en rotation les dispositifs accouplés 2, 4 et 5 et ainsi réduire la puissance consommée.

A cet effet, la dernière plaque aval du rotor 4 est solidaire de la turbine à action 3 dont le profil est adapté aux écoulements hélicoïdaux particu-25 liers rappelés ci-dessus afin que ceux-ci deviennent sensiblement axiaux.

Dans la forme de réalisation représentée sur les Fig. 1 et 12, la turbine â action 3 comporte une pluralité d'aubes 39 dont la concavité 40 s'ouvre vers 30 l'amont de l'écoulement du mélange dans le sens de la flèche E. Le bord d'attaque 41 de chaque aube coïncide avec le bord ou rebord arrière 18 de la partie pleine 16 dont l'aube considérée est solidaire et qui délimite l'ajourage 15 dans lequel ladite aube débouche ; d'ail-35 leurs, ce bord d'attaque 41 est incliné suivant la pente 18 relative des veines vives 19. Bien entendu, la courbure de la concavité 40 et la conformation du bord de fuite 42 sont établies en fonction des caractéristiques aéro ou hydrodynamiques du mélange et du régime de fonc-5 tionnement.

Par ailleurs, la conformation des aubes 39 est telle que celles-ci canalisent vers la périphérie où lesdites aubes sont ouvertes, les traces résiduelles de phase lourde.

10 L'exposé qui précède montre que l'ëcou“ lement aéro ou hydrodynamique du mélange à travers l'appareil subit, entre l'amont et l'aval, une variation croissante de la vitesse ; dès lors, il se produit tout naturellement une détente au sein du rotor et par consé-15 quent une baisse de température pouvant être utilisée pour condenser une phase vapeur au cours de la séparation.

L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation et aux modes d'exécution représentés et décrits en détail dans ce qui précède car diverses 20 modifications peuvent y être apportées, sans sortir de son cadre.

Le procédé et l'apparéil, objets de l'invention, sont utilisables pour la séparation dans un mélange de phases d'états quelconques.

25 Plus spécialement, ils sont applicables à l'élimination des brouillards huileux, tels que ceux engendrés par les machines outils, les presses, certains fours de traitement thermique, à l'élimination de brouillards de solvant dans des fours de cuisson ou sur des 30 stations d'enduction par exemple, à l'élimination de brouillards aqueux chargés éventuellement en lessive et autre produit toxique, au lavage très poussé de gaz poussiéreux avec une faible quantité d'eau..., à l'extraction de trace du polluant liquide léger dans des pha-35 ses aqueuses telles que les eaux résiduelles de raffine- . 19

V

neries pétrolières, à la clarification très poussée de phases liquides chargées en polluants lourds....

Claims (23)

1. Procédé de séparation centrifuge applicable à un mélange de phases d'états quelconques, caractérisé : - en ce que le mélange est entraîné en rotation à une vitesse angulaire supérieure à celle d'un équipage tournant (4) que ce mélange 5 doit traverser, - en ce que le mélange est divisé en une pluralité de veines (19) s'écoulant suivant des trajectoires hélicoïdales à travers l'équipage tournant et à une vitesse tangentielle évidemment supérieure à celle de ce dernier, 10. en ce que ces veines vives (19)sont séparées par des lames fluides hélicoïdales intermédiaires mortes (20) maintenues prisonnières de cet équipage tournant, - en ce que la ou les phases lourdes éjectées des veines vives par le champ centrifuge de celles-ci sont piégées par les lames mortes, 15. en ce que la ou les phases lourdes piégées dans les lames ** mortes et soumises au champ centrifuge qui règne dans ces dernières en étant évidemment inférieur à celui établi dans les veines s'acheminent vers la périphérie, - et en ce que la ou les phases lourdes s'acheminant dans les 20 lames mortes sont guidées positivement par ledit équipage mobile.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange est soumis, pour sa mise en rotation amont, d'une part, à l'action positive de l'équipage tournant et, d'autre part, à une aspiration axiale aval ou à un refoulement axial amont à travers 25 cet équipage, la chute de pression amont qui en résulte étant transformée en une vitesse hélicoïdale dont la composante tangentielle se superpose à la vitesse tangentielle dudit équipage tournant et dont la composante axiale engendre le débit.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé : 30. en ce que l'écoulement hélicoïdal du mélange est redressé en aval pour être transformé en un écoulement axial absolu, - et en ce que l'énergie cinétique de rotation du mélange traité est récupérée pour entraîner en rotation l'équipage tournant et ainsi réduire la puissance consommée par celui-ci. * « 21

4. Appareil séparateur centrifuge mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte, disposés coaxialement et mus en rotation dans une enceinte fixe : 5. un premier dispositif constitué par un ventilateur (2), un compresseur ou une pompe, destiné à engendrer une dépression en ► amont, - un deuxième dispositif constitué par un distributeur rotatif (5) transformant la chute de pression qui résulte de l'action du 10 premier dispositif sur la pression amont en une vitesse de rotation du mélange s'ajoutant dans le même sens à la vitesse de rotation positive dudit distributeur, - et un troisième dispositif situé en aval du deuxième et constitué par un rotor (4) comprenant des éléments de guidage 15 (13,15) des veines vives qui dirigent et canalisent celles-ci sur une partie au moins de leur parcours, des éléments pièges (13, 16, 17, 18, 25) qui emprisonnent les lames fluides mortes et captent la ou les phases lourdes, subsidiairement des éléments conducteurs (18, 25, 26, 27) qui, tout en s'opposant à l'échappement de la ou des 20 phases lourdes vers les veines, participent positivement au chemine- * ment de cette ou ces phases lourdes vers la périphérie.

5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte également, en aval du troisième dispositif ou rotor (4), si l'on considère l'écoulement du mélange, un quatrième 25 dispositif constitué par une turbine à action (3) dont le profil est adapté à cet écoulement hélicoïdal particulier afin que celui-ci devienne sensiblement axial, les pales canalisant également les traces résiduelles de phase lourde vers la périphérie.

6. Appareil selon la revendication 4 ou 5, carac- 30 térisé en ce que certains au moins des dispositifs précités sont accouplés entre eux (6) et reliés à un dispositif commun d'entraînement en rotation.

7. Appareil selon la revendication 4, dont le troisième dispositif ou rotor (4) comporte au moins deux plaques 35 coaxiales (13) de révolution, écartées l'une de l'autre et délimitant des ajourages (15) qui s'étendent du centre vers la périphérie, ♦ 22 sont séparés pour une même plaque par des parties pleines (16) et sont, vus en plan, décalés angulairement d'une plaque à la suivante, cet appareil étant caractérisé en ce que les bords (17, 18) des ajourages du rotor définissent rigoureusement les enveloppes des 5 veines hélicoïdales vives (19) multiples et concomitamment celles des lames mortes (20) qui les séparent et en ce que le décalage angulaire des plaques, l'écartement de celles-ci ainsi que la forme et les dimensions des ajourages sont choisis pour déterminer avec précision la pente relative (a) desdites veines vives (c'est-à-dire 10 leur pente relativement au rotor lorsqu'il tourne) et ainsi le pouvoir séparateur et le débit de l'appareil.

8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que des éléments proéminents, tels que rebords (18, 25.; 18a, 25a · 18b, 25b), nervures (26, 27) ou autres connus en soi, soli-15 daires des parties pleines (16), font saillie exclusivement dans les lames mortes (20), d'une part, pour piéger celles-ci en bordure des veines vives et, d'autre part, pour confiner la ou les phases lourdes qui s'échappent de ces dernières dans lesdites lames mortes « et la ou les guider positivement vers la périphérie.

9. Appareil selon la revendication 7 ou 8, carac- . térisé en ce que, pour réduire la longueur du cheminement sensiblement radial de la ou des phases lourdes dans les veines hélicoïdales vives, les ajourages (28, 29) sont inclinés sur les rayons et en ce que cette inclinaison et la largeur desdits ajourages sont choisis 25 pour déterminer avec précision le temps de collecte de cette ou ces phases lourdes par les lames mortes.

10. Appareil selon l'une quelconque des revendi- * cations 7 à 9, caractérisé en ce que les ajourages sont situés dans une même plaque, sur plusieurs plages annulaires concentriques 30 (33 à 36), éventuellement en recouvrement partiel pour tendre à uni formiser leur densité de répartition et ainsi réduire le temps de collecte de la ou des phases lourdes par les lames mortes adjacentes.

11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que chaque ajourage présente au moins un rebord latéral (38) 35 prolongé par un déflecteur central (37), ces éléments saillants s'opposant à la remise en suspension dans les veines vives de la ou i « 23 des phases lourdes qui s'acheminent vers la périphérie dans le faisceau de lames mortes s'étendant entre le centre et le bord marginal de la plaque correspondante.

12. Appareil selon la revendication 11, caracté-5 risé en ce que les ajourages sont des fentes (31) qui, d'une plage à la suivante d'une même plaque, présentent une largeur et un écarte- * ment moyens sensiblement constants.

13. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que les ajourages sont des fenêtres trapézoïdales (32) qui, 10 d'une plage à la suivante d'une même plaque, sont alignées sur des rayons communs, la largeur et l'écartement moyens de ces fenêtres croissant du centre vers la périphérie, d'une plage à la suivante.

14. Appareil selon la revendication 4, dont le deuxième dispositif ou distributeur rotatif (5) comporte au moins 15 deux plaques coaxiales (13) de révolution, écartées l'une de l'autre et délimitant des ajourages (15) qui s'étendent du centre vers la périphérie, sont séparés pour une même plaque par des parties pleines (16) et sont, vus en plan, décalés angulairement d'une plaque à la suivante, cet appareil étant caractérisé en ce que ces 20 ajourages du distributeur sont bordés chacun par un seul rebord ou pale (18) faisant saillie sur la face amont de la partie pleine voisine, si l'on considère l'écoulement du mélange, et en arrière, si l'on considère la rotation des plaques (figure 5) ou, en équivalence (25), sur la face aval et en avant (figure 6).

15. Appareil selon la revendication 4, dont le deuxième dispositif ou distributeur rotatif (5 ) comporte au moins une plaque de révolution (13) délimitant des ajourages (15) séparés par des parties pleines (16), cet appareil étant caractérisé en ce que les ajourages du distributeur sont bordés chacun par deux rebords 30 ou pales (18, 25 - figure 7) faisant saillie en amont arrière et en aval avant, respectivement de part et d'autre de la plaque concernée, si l'on considère l'écoulement du mélange.

16. Appareil selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que les rebords ou pales (18, 25 - figures 5 à 7) 35 sont sensiblement perpendiculaires à la plaque (13) à laquelle ils appartiennent. « 24 w

17. Appareil selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que les rebords ou pales (18a ; 25a ; 18b et 25b -figures 9 et 10) sont inclinés sensiblement en correspondance avec la pente choisie des veines vives en écoulement relativement au 5 rotor.

18. Appareil selon la revendication 4, caractérisé * en ce que le deuxième dispositif ou distributeur rotatif (5 - figure 11. est un impulseur constitué par une pluralité d'aubes (21) orientées du centre vers la périphérie et dont la concavité (23) s'ouvre 10 vers l'aval si l'on considère l'écoulement du mélange, le bord de fuite (22) de chaque aube étant incliné sensiblement en correspondance avec la pente choisie des veines vives en écoulement relativement au rotor.

19. Appareil selon la revendication 18, caractéri-15 sé en ce que les bords de fuite (22) des aubes (21) sont solidaires d'un disque (13) accouplé au rotor (4) et limitent des ajourages * (15) de ce disque en arrière si l'on considère la rotation dudit rotor.

20. Appareil selon la revendication 5, caractérisé 20 en ce que la turbine à action (3) comporte une pluralité d'aubes (39) orientées du centre vers la périphérie et dont la concavité (40) s'ouvre vers l'amont si l'on considère l'écoulement du mélange (E), le bord d'attaque (41) de chaque aube étant incliné sensiblement en correspondance avec la pente choisie des veines vives en écoule-25 ment relativement au rotor.

21. Appareil selon la revendication 20, caractérisé en ce que les bords d'attaque (41) des aubes (39) sont solidaires du dernier disque aval (13) du rotor (4), si l'on considère l'écoulement du mélange, et limitent des ajourages (15) de ce 30 disque en avant, si l'on considère la rotation dudit rotor.

22. Appareil selon l'une quelconque des revendications 4 à 21, caractérisé en ce qu'il fait application de plaques planes et perpendiculaires à l'axe de rotation (figure 1).

23. Appareil selon l'une quelconque des revendica-35 tions 4 à 21, caractérisé en ce qu'il fait application de plaques tronconiques et convergeant vers l'aval de l'écoulement du mélange (figure 2).