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WO2014001469A1 - Separateur centrifuge a flux laminaire - Google Patents

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Publication number
WO2014001469A1
WO2014001469A1 PCT/EP2013/063550 EP2013063550W WO2014001469A1 WO 2014001469 A1 WO2014001469 A1 WO 2014001469A1 EP 2013063550 W EP2013063550 W EP 2013063550W WO 2014001469 A1 WO2014001469 A1 WO 2014001469A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bowl
centrifugal separator
separator according
sectors
cones
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/063550
Other languages
English (en)
Inventor
David CHEZAUD
Jean-Pierre Feraud
Joël ROBIN
Tojonirinia RANDRIAMANANTENA
Original Assignee
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Flowersep
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives, Flowersep filed Critical Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Priority to ES13735231.6T priority Critical patent/ES2593071T3/es
Priority to JP2015519102A priority patent/JP6510406B2/ja
Priority to CA2877072A priority patent/CA2877072A1/fr
Priority to IN2400MUN2014 priority patent/IN2014MN02400A/en
Priority to EP13735231.6A priority patent/EP2866944B1/fr
Priority to RU2015102798A priority patent/RU2640539C2/ru
Priority to US14/409,640 priority patent/US10092909B2/en
Priority to KR20157002450A priority patent/KR20150032316A/ko
Priority to CN201380031288.2A priority patent/CN104394996B/zh
Publication of WO2014001469A1 publication Critical patent/WO2014001469A1/fr

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/04—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles with inserted separating walls
    • B04B1/08—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles with inserted separating walls of conical shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B11/00—Feeding, charging, or discharging bowls
    • B04B11/02—Continuous feeding or discharging; Control arrangements therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B11/00—Feeding, charging, or discharging bowls
    • B04B11/08—Skimmers or scrapers for discharging ; Regulating thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B7/00—Elements of centrifuges
    • B04B7/08—Rotary bowls
    • B04B7/12—Inserts, e.g. armouring plates
    • B04B7/14—Inserts, e.g. armouring plates for separating walls of conical shape

Definitions

  • the subject of the invention is a laminar flow centrifugal separator.
  • This separator has been designed for fluid mixtures containing solids, liquids or gases in various proportions, but above all mixtures containing solid suspensions in liquid phases, which must be separated into at least one liquid fraction. and a fraction containing the solid. A good separation of the constituents of the mixture is then sought and a solid fraction is obtained in a compact form, called cake, with a relatively low residual content of the suspension liquid. Even when the formation of a cake leads to a strong resistance to flow, or even a large section reduction of the latter, it is generally sought to extract this solid fraction of the separator, and if possible continuously despite its compact nature as it forms in the rotating bowl, without allowing it to accumulate there. This objective is not usually achieved with existing separators, many of which instead require periodic stops of the process, detrimental to its performance, to remove the cake. Separators that provide for continuous removal of the solid fraction normally do not provide cakes having sufficient dryness.
  • WO-A-2007/133161 discloses a separator which has certain surface similarities with the invention.
  • I l comprises as main part a rotating bowl of biconical form in which the separation takes place.
  • the mixture is introduced into the bowl by a hollow conduit, which corresponds to the axis of support and rotation of the bowl.
  • the heavier solid fraction is directed to the periphery of the bowl and more particularly in the bulge zone corresponding to the junction of the cones.
  • the opening of peripheral holes at this point allows to take it, while the fluid fraction rises to the top of the bowl, as we add the mixture, and out through an opening at the top of the bowl to the opposite of the introductory opening.
  • Plate separators have been improved to prevent solid build-up and unbalance in the centrifuge.
  • One solution proposed is to perforate the plates or set up separation discs at the bottom and top of the lining (WO-A-2012/033440).
  • This guy The invention relates more particularly to the treatment of liquids or gases that are slightly charged (washing).
  • the improvements provided by the invention depend mainly on the creation of a smooth laminar flow inside the rotating bowl: it has been found that a more compact and dry solid cake was obtained by means of such a device. flow, which produces better phase separation.
  • a general form of the invention is a centrifugal separator comprising a rotating bowl with a peripheral wall, a separation structure located in the bowl and rotating synchronously with the bowl, an inlet duct of a mixture situated on an axis of rotation. of the bowl and opening in the bowl, the bowl comprising at least one outlet for liquid or gaseous fractions of the mixture at a first axial side of the bowl, wherein the separation structure comprises a stack of cones divided into angular sectors forming sectors separated by angular intervals, the angular intervals being covered by the immediately adjacent cone sectors, and the sectors have peripheral ends at an identical distance from the peripheral wall.
  • the discontinuous conical structures composed of sectors separated by intervals allow a progressive and steady axial movement of the mixture therethrough.
  • the flow of the fluid is much more regular than in previous designs and is essentially spiral without abrupt changes of direction between the ends of the bowl.
  • the velocity field is also much more uniform. The consequence is that a laminar flow can be obtained without difficulty, and that the separation of the fluid fraction and the solid fraction is much better. This one is deposited on the peripheral wall of the bowl, as it is usual, and can then be removed. Neither the deposition of the solid fraction nor its possible removal simultaneously with the separation actually disturb the flow, which remains essentially spiral.
  • the peripheral wall of the bowl is defined by a rectilinear generatrix in front of the sectors (As opposed to the biconical form for example), and even better that the bowl is cylindrical and the cones all identical to each other.
  • the invention is generally better implemented when the cake corresponding to the solid fraction can be removed regularly and gradually. It is then recommended that the opening be located on a second axial side of the bowl, opposite said first side where the fluid fraction exits, extends over a circumference of the bowl and is adjacent to an edge of a side wall of the bowl. It is then possible to add an inclined scraper through the opening and extending in front of an inner face of the side wall of the bowl; a transmission provides a differential speed of rotation between the bowl and the scraper from a single drive motor of the separator, which imposes a small relative speed of the scraper inside the bowl, which performs the desired scraping.
  • the centrifugal separator can be advantageously equipped with two motors, one for the rotation of the bowl and the other for the rotation of the solids extraction system. This arrangement makes it possible to independently drive the centrifugal part and the scraper and draw-off part without the coupling constraints linked to a differential.
  • - Figure 1 is an external view of an embodiment of the separator; - Figure 2 reveals more particularly its motor parts (in configuration to a drive motor);
  • FIG. 3 shows a configuration with two drive motors.
  • FIG. 4 is a view of its rotating components which ensure the separation of the fractions and the removal of the cake.
  • FIG. 5 further illustrates the separator as a whole, this time in section
  • FIGS. 6A, 6B and 6C show more particularly the packing of the rotating bowl and the variant embodiments.
  • the separator comprises a rotating bowl 1, consisting of a cylindrical drum forming a side wall 8, and a central axis 2.
  • the central axis 2 and the bowl rotating 1 are held between a top static head 3 and a lower chassis 4, which are maintained at invariable positions.
  • the mixture is introduced through a conduit 5 contained in the central axis 2, here by the top and the static head 3, and arrives in the rotating bowl 1 through openings 6 which can be located at the bottom of the conduit 5 or distributed over its height.
  • the central axis 2 carries conical structures composed of separate sectors 7 and similar to flowers, superimposed over all or part of the height of the barrel to the liquid recovery manifold 20, and inclined by extending towards the side wall 8 of the rotating bowl 1 and down.
  • the sectors 7 are angularly offset from one stage to another, so that their gaps 9 are covered by an upper sector 7 and a purely axial flow through the stack of structures is impossible.
  • the liquid fraction of the mixture obtained by separation and comprising clarified liquid with a low solid content, is discharged from the rotating bowl 1 by a rotating collector 20 housed in the static head 3 and then an upper orifice 10.
  • the solid fraction is deposited on the inner face of the side wall 8 before leaving the rotating bowl 1 and out of the separator through a lower orifice 11, as will be described later.
  • a motor 12 rotates an extraction screw 19 and a wiper 15 described later via a differential 26 and a first transmission 13 comprising a toothed belt 27 and toothed wheels.
  • a second transmission 14 which drives the rotating bowl 1 (and in particular its side wall 8, the central axis 2, the collector 20, the deflector 22 and the sectors 7) at a speed of rotation which may be different from that of the wiper 15 and the extraction screw 19 and further comprises a toothed belt 28 and toothed wheels.
  • a support 21 supports the weight of the rotating bowl 1 and the central axis 2 while allowing their rotation. This support 21 may be annular large diameter to support the rotating bowl 1 on its entire periphery.
  • the scraper 15 comprises one or more inclined blades 17, mounted on a common circular support 18 and which extend inside the rotating bowl 1, over part of its height, in front of the internal face of the lateral wall 8.
  • support 18 extends under an inverted conical base 22 called deflector, connected to the central axis 2, of the rotating bowl 1; the blades 17 extend through a bottom opening 23 of the rotating bowl 1, between the base 22 and the bottom of the side wall 8, and so enter that one. Since the speed of rotation of the wiper 15 is slightly different from that of the rotating bowl 1 during the evacuation of the solids, the inclination of the blades 17 combined with their movement in the rotating bowl 1 makes the solid cake descend progressively downwards. separator. He leaves the rotating bowl 1 through the opening 23 and pays on the conveyor screw 19 located under the support 18, which carries it to the outlet orifice 11.
  • two motors 29 and 30 replace the motor 12 and respectively drive the transmissions 13 and 14 at the desired speeds, no differential being necessary.
  • the entire contents of the rotating bowl 1 rotates at the same speed and is therefore subject to regular conditions, which promote laminar flow.
  • the simple geometric shapes of the side wall 8 and the stacked and angularly offset sectors 7 produce a regular angular component of the flow. As the flow is regular, the separation of the solid fraction and the fluid fraction is much less disturbed, and its result is therefore much better.
  • the invention makes it possible to obtain high dryness values greater than 65%, of the solid fraction according to the nature of the suspensions treated. It can be applied to difficult-to-filterable solids, in particular crystals of irregular and elongated shapes, examples of which are co-precipitates of actinide oxalates used in the nuclear industry. It can find employment in other processes of this industry, or, to quote completely different examples, in the agribusiness, the pharmacy, the cosmetology, the biofuels, the environment, etc. where solid products are often organic products of irregular shapes.
  • the invention is not limited to the separation of solid-liquid two-phase mixtures in which the solid is heavier: on the contrary, it is applicable to fluid mixtures of all types and makes it possible to envisage three-phase separations by adding a third draw point; the solid fraction mentioned in this description according to the mainly envisaged application is more generally a heavy fraction, and the fluid fraction a light fraction.
  • the removal of the solid fraction simultaneously with the separation is not necessary for the proper operation of the separator, even if it allows a continuous operation which is very often appreciated; the favorable separation characteristics remain even with a large deposit of the solid fraction.
  • the invention is equally suitable for repulping solids washing processes where the solid fraction is resuspended with a solvent and subjected to a second separation to improve its quality.
  • the embodiment described here lends itself well to a modularity by replacing parts, the rotating bowl 1 and the central axis 2 carrying sectors 7 can in particular be easily replaced by other internal linings, of different sizes, of different geometries according to needs.
  • FIG. 6A shows a stack of sectors 7 according to the above description
  • FIG. 6B a sector stack 7 whose sectors 7 belonging to neighboring stacks are platelets which extend axially and radially in the apparatus
  • Figure 6C illustrates other extensions 32 longer, which extend similarly to a sector 7 of the neighboring stack, but which is further away.
  • the extensions 31 or 32 serve to better drive the mixture in rotation and help the circulation of the liquid fraction by a regular spiral path; the partitioning they introduce hardly changes the flow.
  • the sectors 7 may be metal or reinforced plastic for example. Their deformation under centrifugal forces is often acceptable, and it can be reduced by wedges or spacers.
  • the sectors 7 of the neighboring cones may be successively angularly offset, giving a helical component of the flow satisfactory for usual values of spacing cones.
  • Calibrated spacers 33 can separate the cones, being for example alternately threaded with them on the central axis 2, with the ability to vary the spacing of the cones.
  • a spring 34 may be arranged in the stack of cones, for example between the upper cone and the manifold 20. This spring 34 may be an elastic washer or any other device having the same purpose.
  • the separator may be provided with a plurality of outlet orifices 10, in the case where the fluid fraction is composite and formed of several constituents of different densities.
  • the outlet orifice - or the outlet orifices - may be equipped with a movable ring 35 which gives it an adjustable opening, in order to adjust the characteristics of the flow through the separator and in particular its flow rate.
  • the conveying screw can become ever narrower downwards, as shown in FIG. 5, in order to further compress the cake and to express residual liquid.
  • the scraper 15 and the conveying screw 19 may have a portion 36 threaded onto the central axis 2 in order to maintain their coaxiality and to promote good cohesion of the separator.
  • peripheral wall 8 of the rotating bowl 1 is transparent so as to enable the completion of the process to be followed.

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  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

Le bol tournant (1) de ce séparateur par centrifugation est garni de structures coniques divisées en secteurs (7) séparés par des intervalles (9) décalés angulairement de façon à promouvoir un écoulement régulier et spiral du fluide en lui, qui est laminaire et améliore fortement l'efficacité de la séparation : dans le cas de suspensions diphasiques ou triphasiques, un « gâteau » est obtenu sur la paroi latérale (8). Un racleur (15) tournant à une vitesse un peu différente peut être ajouté pour permettre simultanément de diriger ce gâteau solide vers la sortie et de travailler en continu.

Description

SEPARATEUR CENTRIFUGE A FLUX LAMINAIRE
DESCRI PTION Le sujet de l'invention est un séparateur centrifuge à flux laminaire.
Ce séparateur a été conçu pour les mélanges fluides contenant des solides, des liquides ou des gaz en proportions variées, mais avant tout des mélanges contenant des suspensions solides dans des phases liquides, qu'il s'agit de séparer en a u moins une fraction liquide et une fraction contenant le solide. On recherche alors une bonne séparation des constituants du mélange et on obtient une fraction solide se présentant sous une forme compacte, dite de gâteau, avec une teneur résiduelle relativement faible du liquide de suspension. Même lorsque la formation d'un gâteau conduit à une forte résistance à l'écoulement, voire une forte réduction de section de ce dernier, on cherche en général à extraire cette fraction solide du séparateur, et si possible de façon continue malgré sa nature compacte, à mesure qu'elle se forme dans le bol tournant, sans lui permettre de s'y accumuler. Cet objectif n'est généralement pas atteint avec les séparateurs existants, dont beaucoup imposent au contraire des arrêts périodiques du procédé, néfastes à son rendement, pour enlever le gâteau. Les séparateurs qui prévoient un enlèvement continu de la fraction solide ne permettent normalement pas d'obtenir de gâteaux ayant une siccité suffisante.
De nombreux séparateurs centrifuges existent en effet. On citera le document WO-A-2007/133 161, qui décrit un séparateur qui possède certaines ressemblances superficielles avec l'invention. I l comprend comme pièce principale un bol tournant de forme biconique dans lequel la séparation s'effectue. Le mélange est introduit dans le bol par un conduit creux, qui correspond à l'axe de support et de rotation du bol. La fraction solide, plus lourde, est dirigée à la périphérie du bol et plus particulièrement dans la zone de renflement correspondant à la jonction des cônes. L'ouverture de perçages périphériques à cet endroit permet de la prélever, alors que la fraction fluide s'élève vers le haut du bol, à mesure qu'on ajoute du mélange, et ressort par une ouverture située au sommet du bol à l'opposé de l'ouverture d'introduction. Des structures coniques, appelées assiettes, s'évasant vers le bas et entraînées en même temps que la paroi du bol, occupent la plus grande partie du volume interne de celui-ci. Elles servent à cloisonner différentes portions du mélange et contribuent à homogénéiser les conditions de séparation à l'intérieur du bol. Ce dispositif ne permet toutefois pas d'obtenir une fraction solide aussi homogène ou compacte que souhaité, et un prélèvement continu de cette fraction est difficile.
On pourra encore citer le document WO-A-2012/025416, qui décrit un séparateur dont la chambre est aussi occupée par des assiettes de séparation, toutefois percées de place en place pour dégager des chenaux axiaux qui favorisent un écoulement axial de la charge fluide, et sa distribution dans l'empilement d'assiettes. Un mouvement centripète du fluide est toutefois imposé dans le bol entre des orifices d'entrée radialement extérieurs et des orifices de sortie radialement intérieurs, ce qui donne encore pour l'essentiel une canalisation de l'écoulement en filets parallèles et séparés et diffère donc peu de la conception du document précédent. Le fluide se sépare de la fraction solide, qui sort de la paroi périphérique du bol par des ouvertures latérales et se dépose sur une vis extérieure entraînée par cette paroi. Une autre paroi tournante, mais à une vitesse un peu différente, entoure la vis et retient la fraction solide tout en lui faisant parcourir la vis et finalement quitter le dispositif grâce à sa vitesse de rotation différente. Ici encore la séparation des fractions n'est pas d'une grande efficacité.
Dans le domaine des appareils proposant une enceinte extérieure en rotation, de bonnes performances de drainage sont obtenues avec les équipements de WO-A-2009/005355 et WO-A-2011/028122 qui intègrent un mode de rotation à garnissage interne et enceinte extérieure en forme de fût. Le garnissage interne est composé d'assiettes ou de plaques disposées en spirale. La mise en œuvre d'un écoulement laminaire n'est jamais envisagée ou mentionné comme possibilité d'amélioration.
Les séparateurs à assiettes ont fait l'objet d'améliorations pour éviter l'accumulation de matières solides et l'apparition de balourd dans la centrifugeuse. Une solution proposée consiste à ajourer les assiettes ou de mettre en place des disques de séparation en partie inférieure et supérieure du garnissage (WO-A-2012/033440). Ce type de développement concerne plus particulièrement le traitement de liquides ou de gaz faiblement chargés (lavage).
Les perfectionnements apportés par l'invention dépendent principalement de la création d'un écoulement laminaire et régulier à l'intérieur du bol tournant : il a été constaté en effet qu'un gâteau solide plus compact et sec était obtenu au moyen d'un tel écoulement, qui produit une meilleure séparation des phases.
Une forme générale de l'invention est un séparateur centrifuge comprenant un bol tournant à paroi périphérique, une structure de séparation située dans le bol et tournant de façon synchrone au bol, un conduit d'entrée d'un mélange situé sur un axe de rotation du bol et s'ouvrant dans le bol, le bol comprenant au moins un orifice de sortie de fractions liquides ou gazeuses du mélange à un premier côté axial du bol, où la structure de séparation comprend un empilement de cônes divisés en des secteurs angulaires formant des secteurs séparés par des intervalles angulaires, les intervalles angulaires étant couverts par les secteurs des cônes immédiatement voisins, et les secteurs ont des extrémités périphériques à une distance identique de la paroi périphérique.
Les structures coniques discontinues composées de secteurs séparés par des intervalles permettent un mouvement axial progressif et régulier du mélange à travers elles. L'écoulement du fluide est beaucoup plus régulier que dans les conceptions précédentes et s'effectue essentiellement en spirale, sans changements brusques de direction entre les extrémités du bol. Le champ des vitesses est aussi beaucoup plus uniforme. La conséquence est qu'un écoulement laminaire peut être obtenu sans difficulté, et que la séparation de la fraction fluide et de la fraction solide est bien meilleure. Celle-là se dépose sur la paroi périphérique du bol, ainsi qu'il est usuel, et pourra ensuite être enlevée. Ni le dépôt de la fraction solide ni son éventuel enlèvement simultanément à la séparation ne perturbent réellement l'écoulement, qui reste essentiellement spiral.
Il est avantageux, afin de renforcer la régularité de l'écoulement, que la paroi périphérique du bol soit définie par une génératrice rectiligne devant les secteurs (par opposition à la forme biconique par exemple), et mieux encore que le bol soit cylindrique et les cônes tous identiques entre eux.
L'invention est en général mieux mise en œuvre quand le gâteau correspondant à la fraction solide peut être retiré régulièrement et progressivement. On préconise alors que l'ouverture soit située sur un second côté axial du bol, opposé audit premier côté où la fraction fluide sort, s'étende sur une circonférence du bol et soit adjacente à un bord d'une paroi latérale du bol. Il est alors possible d'ajouter un racleur incliné traversant l'ouverture et s' étendant devant une face interne de la paroi latérale du bol ; une transmission assure une vitesse de rotation différentielle entre le bol et le racleur à partir d'un moteur unique d'entraînement du séparateur, ce qui impose une petite vitesse relative du racleur à l'intérieur du bol, qui effectue le raclage souhaité. Le séparateur centrifuge peut être avantageusement équipé de deux moteurs, l'un pour la rotation du bol et l'autre pour la rotation du système d'extraction des solides. Cette disposition permet de piloter indépendamment la partie centrifuge et la partie racleuse et de soutirage sans les contraintes d'accouplement liées à un différentiel.
Une réalisation particulière et purement illustrative de l'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures suivantes, qui en dévoilent ses différents aspects :
- la figure 1 est une vue extérieure d'une réalisation du séparateur ; - la figure 2 dévoile plus particulièrement ses parties motrices (en configuration à un moteur d'entraînement) ;
- la figure 3 présente une configuration à deux moteurs d'entraînement -la figure 4 est une vue de ses constituants tournants qui assurent la séparation des fractions et l'enlèvement du gâteau
-la figure 5 illustre encore le séparateur dans son ensemble, cette fois en coupe ;
-et les figures 6A, 6B et 6C représentent plus particulièrement le garnissage du bol tournant et des variantes de réalisation.
Le séparateur comprend un bol tournant 1, constitué par un fût cylindrique formant une paroi latérale 8, et un axe central 2. L'axe central 2 et le bol tournant 1 sont retenus entre une tête statique 3 supérieure et un châssis 4 inférieur, qui sont maintenus à des positions invariables. Le mélange est introduit par un conduit 5 contenu dans l'axe central 2, ici par le haut et la tête statique 3, et arrive dans le bol tournant 1 par des ouvertures 6 qui peuvent être situées au bas du conduit 5 ou réparties sur sa hauteur. L'axe central 2 porte des structures coniques composées de secteurs 7 séparés et analogues à des fleurs, superposés sur toute ou partie de la hauteur du fût jusqu'au collecteur de récupération du liquide 20, et inclinés en s'étendant vers la paroi latérale 8 du bol tournant 1 et vers le bas. Les secteurs 7 sont décalés angulairement d'un étage à un autre, de sorte que leurs intervalles 9 sont couverts par un secteur 7 supérieur et qu'un écoulement purement axial à travers l'empilement des structures est impossible. La fraction liquide du mélange, obtenue par séparation et comprenant du liquide clarifié à faible teneur solide, s'évacue du bol tournant 1 par un collecteur 20 en rotation logé dans la tête statique 3 puis un orifice supérieur 10. La fraction solide, se dépose sur la face interne de la paroi latérale 8 avant de quitter le bol tournant 1 et de sortir du séparateur par un orifice inférieur 11, de la façon qu'on décrira plus loin.
Par exemple, dans la réalisation de la figure 2, un moteur 12 fait tourner une vis d'extraction 19 et un racleur 15 décrit plus loin par l'intermédiaire d'un différentiel 26 et d'une première transmission 13 comprenant une courroie crantée 27 et des roues dentées. Il existe aussi une seconde transmission 14 qui entraîne le bol tournant 1 (et notamment sa paroi latérale 8, l'axe central 2, le collecteur 20, le déflecteur 22 et les secteurs 7) à une vitesse de rotation pouvant être différente de celle du racleur 15 et de la vis d'extraction 19 et comprend encore une courroie crantée 28 et des roues dentées. Un support 21 soutient le poids du bol tournant 1 et de l'axe central 2 tout en permettant leur rotation. Ce support 21 peut être annulaire de grand diamètre afin de soutenir le bol tournant 1 sur toute sa périphérie. Le racleur 15 comprend une ou des lames 17 inclinées, montées sur un support 18 circulaire commun et qui s'étendent à l'intérieur du bol tournant 1, sur une partie de sa hauteur, devant la face interne de la paroi latérale 8. Le support 18 s'étend sous une base conique inversée 22 appelé déflecteur, liée à l'axe central 2, du bol tournant 1 ; les lames 17 s'étendent à travers une ouverture 23 de fond du bol tournant 1, entre la base 22 et le bas de la paroi latérale 8, et pénètrent donc dans celui-là. Comme la vitesse de rotation du racleur 15 est un peu différente de celle du bol tournant 1 lors de l'évacuation des solides, l'inclinaison des lames 17 combinée à leur déplacement dans le bol tournant 1 fait descendre le gâteau solide progressivement vers le bas du séparateur. Il quitte le bol tournant 1 à travers l'ouverture 23 et choit sur la vis de convoyage 19 située sous le support 18, qui l'emporte à l'orifice de sortie 11.
Dans la réalisation un peu différente de la figure 3, deux moteurs 29 et 30 remplacent le moteur 12 et animent respectivement les transmissions 13 et 14 aux vitesses voulues, aucun différentiel n'étant nécessaire.
Hormis les lames 17 du racleur 15 et la vis d'extraction 19 qui peuvent tourner à une vitesse différente, tout le contenu du bol tournant 1 tourne à la même vitesse et est donc soumis à des conditions régulières, qui favorisent l'écoulement laminaire. De plus, les formes géométriques simples de la paroi latérale 8 et les secteurs 7 empilés et décalés angulairement produisent une composante angulaire régulière de l'écoulement. Comme l'écoulement est régulier, la séparation de la fraction solide et de la fraction fluide est beaucoup moins perturbée, et son résultat est donc bien meilleur.
L'invention permet d'obtenir de fortes valeurs de siccité supérieures à 65 %, de la fraction solide selon la nature des suspensions traitées. Elle peut être appliquée à des solides difficilement filtrables, notamment en cristaux de formes irrégulières et allongées, dont ses exemples sont des co-précipités d'oxalates d'actinides, utilisés dans l'industrie nucléaire. Elle peut trouver emploi dans d'autres procédés de cette industrie, ou, pour citer des exemples complètement différents, dans l'agro- alimentaire, la pharmacie, la cosmétologie, les biocarburants, l'environnement, etc. où les produits solides sont souvent des produits organiques de formes irrégulières.
On rappelle que l'invention n'est pas limitée à la séparation de mélanges diphasiques solides-liquides où le solide est plus lourd : elle est au contraire applicable à des mélanges fluides de toutes natures et permet d'envisager des séparations triphasiques en rajoutant un troisième point de soutirage; la fraction solide mentionnée dans cette description d'après l'application principalement envisagée est plus généralement une fraction lourde, et la fraction fluide une fraction légère. L'enlèvement de la fraction solide simultanément à la séparation n'est pas nécessaire au bon fonctionnement du séparateur, même s'il autorise un fonctionnement continu qui est très souvent apprécié ; les caractéristiques de séparation favorable subsistent même avec un dépôt important de la fraction solide.
L'invention se prête aussi bien à des procédés de lavage des solides par repulpage, où la fraction solide est remise en suspension par un solvant et soumise à une seconde séparation pour améliorer sa qualité.
La réalisation décrite ici se prête bien à une modularité par remplacement de pièces, le bol tournant 1 et l'axe central 2 porteur des secteurs 7 pouvant en particulier être remplacés facilement par d'autres garnissages internes, de dimensions différentes, de géométries différentes selon les besoins.
Le décalage angulaire des secteurs d'un empilement à l'autre peut dépendre de leur forme et des caractéristiques souhaitées de l'écoulement. D'autres caractéristiques des secteurs 7 peuvent aussi être modifiées : c'est ainsi qu'ils peuvent être munis d'extensions les reliant. On représente à la figure 6A un empilement des secteurs 7 conforme à la description qui précède, à la figure 6B un empilement de secteur 7 dont les secteurs 7 appartenant à des empilements voisins sont des plaquettes qui s'étendent axialement et radialement dans l'appareil. Enfin, la figure 6C illustre d'autres extensions 32 plus longues, qui s'étendent de même jusqu'à un secteur 7 de l'empilement voisin, mais qui est ici plus éloigné. Les extensions 31 ou 32 servent à mieux entraîner le mélange en rotation et aident à la circulation de la fraction liquide par un trajet en spirale régulière ; le cloisonnement qu'ils introduisent ne modifie guère l'écoulement.
Les secteurs 7 peuvent être en métal ou en plastique renforcé par exemple. Leur déformation sous les forces centrifuges est souvent acceptable, et elle peut être réduite par des cales ou des entretoises.
Parmi divers perfectionnements et aménagements qu'on peut apporter au séparateur, les suivants peuvent être notés. Les secteurs 7 des cônes voisins peuvent être successivement décalés angulairement, donnant une composante hélicoïdale de l'écoulement satisfaisante pour des valeurs habituelles d'écartement des cônes.
Des entretoises calibrées 33 peuvent séparer les cônes, en étant par exemple enfilées alternativement avec eux sur l'axe central 2, avec la faculté de faire varier l'écartement des cônes. Un ressort 34 peut être disposé dans l'empilement des cônes, par exemple entre le cône supérieur et le collecteur 20. Ce ressort 34 peut être une rondelle élastique ou tout autre dispositif ayant la même finalité.
Afin de maintenir les écarts constants entre les secteurs 7 empilés on peut disposer avantageusement des picots ou excroissances disposés sur eux en sus des entretoises 33.
Le séparateur peut être pourvu d'une pluralité d'orifices de sortie 10, dans le cas où la fraction fluide serait composite et formée de plusieurs constituants de densités différentes.
L'orifice de sortie - ou les orifices de sortie - peut être équipé d'une bague mobile 35 qui lui donne une ouverture réglable, afin d'ajuster les caractéristiques de l'écoulement à travers le séparateur et notamment son débit.
La vis de convoyage peut devenir toujours plus étroite vers le bas, ce qu'on représente bien à la figure 5, afin de comprimer toujours plus le gâteau et d'en exprimer du liquide résiduel.
Le racleur 15 et la vis de convoyage 19 peuvent avoir une portion 36 enfilée sur l'axe central 2 afin de maintenir leur coaxialité et de favoriser la bonne cohésion du séparateur.
Il est enfin avantageux que la paroi périphérique 8 du bol tournant 1 soit transparente pour permettre de suivre l'accomplissement du procédé.

Claims

REVENDICATIONS
1) Séparateur centrifuge comprenant un bol tournant (1) à paroi périphérique (8), une structure de séparation située dans le bol et tournant de façon synchrone au bol, un conduit (5) d'entrée d'un mélange situé sur un axe (2) de rotation du bol et s'ouvrant (6) dans le bol, le bol comprenant au moins un orifice de sortie (10) d'au moins une fraction légère du mélange à un premier côté axial du bol, la structure de séparation comprenant un empilement de cônes divisés en des secteurs (7) angulaires séparés par des intervalles (9) angulaires, les intervalles angulaires étant couverts par les secteurs (7) des cônes immédiatement voisins axialement, et les secteurs ont des extrémités périphériques à une distance identique de la paroi périphérique.
2) Séparateur centrifuge selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi périphérique (8) est définie par une génératrice rectiligne devant les secteurs (7).
3) Séparateur centrifuge selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bol est cylindrique et les cônes sont identiques ou résultent d'assemblages de géométries différentes.
4) Séparateur centrifuge selon la revendication 3, caractérisé en ce que les cônes sont successivement décalés angulairement.
5) Séparateur centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les secteurs comprennent des extensions (31, 32) s' étendant axialement et radialement dans le bol tournant (1) et joignant chacun un autre secteur appartenant à un cône voisin.
6) Séparateur centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à
5, caractérisé en ce que les cônes sont séparés par des entretoises (33) calibrées.
7) Séparateur centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à
6, caractérisé en ce que l'écart entre les secteurs (7) empilés est maintenu constant en disposant des picots ou des excroissances.
8) Séparateur centrifuge selon la revendication 6, caractérisé par un ressort (34) entre un cône extrême et le collecteur.
9) Séparateur centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le bol comprend une ouverture (23) de récupération d'une fraction lourde du mélange, et ladite ouverture est située à travers un second côté axial du bol opposé au premier côté.
10) Séparateur centrifuge selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'ouverture (23) s'étend sur une circonférence du bol et est adjacente à un bord de la paroi périphérique du bol.
11) Séparateur centrifuge selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend un racleur (19) comprenant une lame (17) inclinée traversant l'ouverture (23) et s'étendant devant une face interne de la paroi périphérique du bol, et des transmissions (13, 14) assurant une vitesse de rotation différentielle entre le bol et le racleur à partir d'un moteur (12) unique d'entraînement muni d'un différentiel (26) ou de deux moteurs (29, 30) distincts.
12) Séparateur centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend un support (21) du bol tournant (1).
13) Séparateur centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (10) a une ouverture réglable.
14. Séparateur centrifuge selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une vis de convoyage (19) de la fraction solide, située sous l'ouverture (23) de récupération de la fraction lourde du mélange.
15) Séparateur centrifuge selon les revendications 11 et 14, caractérisé en ce que la vis de convoyage (19) est plus étroite vers le bas.
16) Séparateur centrifuge selon l'une quelconque des revendications 9, 11, 14 ou 15, caractérisé en ce que le racleur (15) et la vis de convoyage (19) ont une portion (36) enfilée sur l'axe de rotation du bol.
17) Séparateur centrifuge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bol tournant, la structure de séparation, et éventuellement le racleur et la vis de convoyage, sont séparables.
18) Procédé de séparation d'une fraction lourde et d'une fraction légère d'un mélange en utilisant un séparateur centrifuge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un écoulement laminaire est imposé au mélange dans l'empilement de cônes.
19) Procédé de séparation selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'écoulement est hélicoïdal et passe entre les cônes et à travers les intervalles angulaires.
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