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PROCEDE POUR LA SEPARATION D'UN OU DE PLUSIEURS CONSTITUANTS EN SUSPENSION
DANS UN LIQUIDE,
La présente invention se rapporte à un procédé pour la sépara- tion d'un ou de plusieurs constituants en suspension dans un liquide et plus particulièrement de colloïdes éventuellement floculés au sein d'une phase liquide.
Elle peut trouver son application dans diverses industries tel- les que par exemple les industries vinicole, brassicole et sucrière.
Dans de nombreuses industries et par exemple dans celles citées plus haut, on doit fréquemment traiter des solutions colloïdales, par exem- ple riches en albumines, pectines et autres produits, qui doivent être cla- rifiés. Pour procéder à cette clarification, on a recours à des procédés physiques, chimiques ou physico-chimiques dans le but de floculer les matiè- res colloîdales par l'une ou l'autre manière.
On obtient ainsi habituellement des flocons encore très riches en liquide intergranulaire
Jusqu'à présent, la séparation par centrifugation ordinaire des floculats tels quels ou mélangés à d'autres corps en suspension était inef- ficace lorsque la densité moyenne des flocons et autres corps en suspension était égale ou à peu près égale à celle de la phase liquide qui les contient.
D'autre part, il est bien connu que les solutions colloïdales ou semi-colloïdales sont infiltrables, soit parce que les colloïdes ne sont pas retenus sur le filtre, soit parce que les floculats forment sur la sur- face filtrante un enduit onctueux et imperméable qui bouche le filtre d'une façon presque absolue,,
Certains constructeurs ont tenté de clarifier de telles solu- tions par centrifugation pure et simple ou dans des bols dits "multiclarifi- cateurs" Ces bols sont à double effet :
le liquide trouble traverse tout d'abord un empilage d'assiettes coniques qui permettent de séparer du li-
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quide les matières non colloïdales plus denses puis, en second lieu, et tou- jours sous l'action centrifuge, le liquide resté troublé, traverse un nouvel empilage constitué par des disques en papier, en coton ou autre matière, en- serrés entre des plateaux striés.
De tels bols "multiclarificateurs" ne peuvent avoir que des dé- bits faibles, étant donné que leur avalement dépend totalement du filtre fi- nisseur et l'efficacité d'un tel bol s'avère très réduite en raison de ce que le colmatage par les flocons des disques en papier ou en coton ou autre matière est très rapide.
On ne peut en tout cas envisager l'utilisation de tels bols mul- ticlarificateurs dans les industries qui traitent journellement de grands vo- lumes de liquides.
Pour pouvoir clarifier c'est-à-dire débarrasser de leur flocu- lat les liquides à traiter, certaines industries sont obligées de leur in- corporer des absorbants, des terres filtrantes ou bien encore de recourir à une succession d'opérations préparatoires qui permettent de disperser les flocons dans une masse conséquente de corps inertes faisant office de sup- port de filtration.
Cette méthode, bien que très onéreuse, est cependant employée industriellement parce qu'elle s'est avérée, jusqu'à présent comme étant la seule rentablebien que nécessitant un surcroît de main d'oeuvre et une dépense élevée en matières support de filtration.
La présente invention a pour but de remédier aux difficultés signalées ci-dessus et est basée sur un principe physique tout différent.
@ Elle est caractérisée en ce que les micelles ou autres parti- cules sont mises dans des conditions telles qu'elles sont en mesure de fi- xer de l'air, un gaz ou un mélange de gaz et d'acquérir ainsi ultérieurement une force ascensionnelle suffisante pour provoquer une séparation rapide des micelles ou autres particules et pour produire, à la surface du liquide, une concentration ou une sédimentation du constituant de densité primitive égale ou plus élevée que le liquide, tandis que ce dernier devient graduellement clair.
Le procédé consiste donc en principe à mettre le liquide à trai- ter en présence d'air, de gaz ou d'un mélange de gaz appropriés dans des conditions telles que l'on puisse réaliser un maximum de surface de contact entre les deux phases air ou gaz et liquide et tirer parti des phénomènes de tension superficielle et plus exactement des actions interfaciales. On sait en effet que les micelles colloïdaux et aussi bien les floculats finement divisés ont habituellement une tendance très marquée à s'accumuler dans les inter-faces gazliquide Il se fait pour ainsi dire une espèce de fixation des micelles floculées à la surface des particules gazeuses ou des particules gazeuses à la surface des particules floculées. Le résultat visé sera d'autant mieux réalisé que le développement de surface qui résulte du traitement sera plus important.
D'autre part, étant donné l'abondance des particules d'air fixées, elles confèrent à l'agrégat air-colloïdes ou gaz-colloïdes une densi- té très faible par rapport à la phase liquide proprement dite, avec comme conséquence que le floculat est entrainé à la surface et le liquide finale- ment clarifié.
Dans la réalisation pratique de l'invention, le liquide est ame- né sous forme d'une lame (film) ou de jets très minces puis soumis à un im- pact contre une surface de choc dans un milieu gazeux suivant le cas, de tel- le manière qu'une quantité d'air ou de gaz qui se brasse énergiquement avec les particules ou les amas micellaires se fixe sur ces particules et leur per- met d'acquérir la force ascensionnelle suffisante pour provoquer la sédimen- tation dont il a été question au paragraphe précédent et qui peut être dénom- mée "sédimentation inversée!!.
Ce phénomène peut en effet être considéré comme une décantation statique inversée, c'est-à-dire que les constituants se superposent dans un
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ordre qui ne correspond plus à celui qu'ils devraient naturellement occuper en raison de leurs densités primitives.
Sous l'effet de cette décantation statique inversée, l'entière- té du floculat surnage et il suffit de soutirer le liquide devenu clair.
Dans certains cas, il peut être avantageux d'ajouter à la so- lution colloïdale ou semi-colloîdale une quantité prédosée d'un agent écu- mant destiné à permettre pendant un temps suffisant Inachèvement de la dé- cantation statique inversée.
On a pu d'autre part ajouter à la solution à traiter un agent actif destiné à provoquer la floculation ou la mise en suspension du consti- tuant dont l'extraction est envisagée.
Suivant l' invention, on arrive à provoquer la fixation d'air ou de gaz aux particules ou flocons au moyen d'un appareil centrifuge dans lequel on admet le liquide-à traiter.
Cet appareil centrifuge peut en principe être constitué par un, cylindre tournant ou un disperseur centrifuge capable d'entrainer le liqui- de à la vitesse désirée pour ensuite le laisser échapper sous forme d'un film ou de jets très minces qui emportent sur leurs faces, depuis leur sortie du disperseur centrifuge, une quantité d'air ou de gaz qui se brasse énergique- ment avec les floculats depuis cette sortie jusqu'à et y compris la mise en contact avec la paroi entourant le disperseur centrifuge. L'air ou la sub- stance gazeuse se fixe alors aux particules entre leur sortie de l'appareil et la fin du brassage et cela probablement au moment de l'impact contre la surface de choc. L'excès d'air ou de substance gazeuse brassé ainsi avec le liquide s'échappe, ce qui aide encore à l'ascension des micelles enrobées d'air ou de substance gazeuse.
A la figure 1 des dessins ci-joints, on a schématisé à titre pu- rement exemplatif cette première manière d'exécuter le procédé et l'on a mon- tré en 1 un cylindre rotatif dans l'exemple représenté constituant l'élément disperseur et alimenté en liquide brut par exemple par le haut au moyen d'un orifice d'entrée 2, et en 3, une paroi réceptrice entourant l'élément 1.
Le liquide est amené dans un entraîneur-répartiteur 4 solidaire du cylindre 1 et fixé par un boulon 6 à une pièce d, attache 7 à laquelle est transmis le mouvement de rotation.
Le cylindre est muni d'un anneau stabilisateur 11
Le liquide qui ruisselle le long de la paroi intérieure du cy-
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lindre tauri1ant: à v.i:Ut:ëB8.e'ju:di:cie1#ê:. en sar:!'.W3a: partie ïnfé:tàerlrJèir.f.oI'111epar !.ac- tion centrifuge un film 8 qui est projeté sur la surface de choc constituée par l'écran 3.
Ce cylindre peut être ouvert vers le bas afin de permettre l'é- jection en nappe sous le bord inférieur du cylindre.
Il peut aussi être fermé complètement ou partiellement vers 1e bas et dans ce cas, l'éjection se fait sous forme de jets par des lumières périphériques.
Cette projection s'effectue suivant une zone Z qui peut être considérée comme une-zone d'impact.
L'enveloppe 3 est munie d'un fond 9 percé d'une sortie S pour le liquide traité chargé de bulles gazeuses. Le tout se rend à un décanteur non représenté à la figure 1.
L'effet recherché peut être obtenu aussi par tous autres moyens physiques ou'mécaniques susceptibles d'incorporer, au floculat ou autres par- ticules, de l'air ou un autre gaz approprié.
On peut par exemple (figure 2) mettre la solution trouble sous pression dans un réservoir 10 muni d'éjecteurs 11, d'où le liquide s'échappe sous forme de film, de lames ou de jets suffisamment minces que pour assurer
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le contact intime de l'air ou du gaz avec les particules et réaliser la fi- xation d'air ou de gaz probablement au moment de l'impact contre un écran 12 placé dans.le ou les trajectoires de sortie du liquide. La zone d'impact est indiquée en Z.
Cet écran 12 est formé par une pièce 13 qui entoure la partie inférieure du réservoir 10, en délimitant un espace 14 et qui est muni d'un orifice S de sortie pour le liquide et les micelles enrobées.
La vitesse de sédimentation peut être réglée en faisant par exem- ple varier la température du liquide éventuellement floculé, la vitesse du cylindre entraîneur, le diamètre de l'orifice de sortie du liquide hors du cylindre entraîneur, la distance entre l'orifice de sortie (ou les orifices de sortie) et la zone-d'impact de l'écran récepteur. On peut aussi, dans le cas de la figure 2, modifier la pression exercée sur le liquide, la forme et la section de sortie'des éjecteurs 7 et la distance entre ces orifices et l'écran 8.
Pour certains liquides, on pourrait aussi modifier la quantité ou la nature de l'agent écumant qui, éventuellement serait ajouté en quanti- té prédosée.
Il va de soi que si l'on brasse le liquide floculé avec de l'air, il suffit de faire tourner l'appareil centrifuge dans une enceinte non her- métique dans laquelle l'air extérieur a libre accès.
Ce cas-est envisagé par la figure 1 on l'on a prévu vers le haut (en SI) et vers le bas (en S) une communication avec l'air atmosphérique et par la figure 2, où une communication avec l'atmosphère existe également en S et S2
Si la nature du liquide ou de l'un de ses constituants exige de le brasser dans une substance gazeuse autre que l'air,la construction de l'en- ceinte entourant le cylindre sera du type hermétique avec tubulure adéquate pour l'amenée du gaz ou.de mélange gazeux.
A sa sortie du dispositif utilisé pour effectuer l'absorption, le liquide brassé pourra par exemple être amené avec un certain ménagement dans un tank 15 (figure 3) muni d'une entrée de liquide 16 et pouvant pos- séder intérieurement et le long de sa paroi une rigole 17 inclinée en hélice dont la pente est suffisante pour permettre la descente par gravité du li- quide brassé sans risque de provoquer des remous violents susceptibles de contrarier la décantation statique inversée. Celle-ci pourrait en effet être troublée par l'arrivée continue (en 16) du liquide brassé après sa sortie de l'appareil centrifuge (figure 1) ou du réservoir de mise sous pression (figure 2).
La vitesse de sédimentation inversée peut encore être modifiée indépendamment des causes décrites plus haut si le tank décanteur 15 possède comme représenté une double paroi 18 dont une peut éventuellement être calo- rifugé e .
Dans l'espace formé entre cette double paroi, on pourrait éven- tuellement faire circuler un fluide chaud ou froid permettant de modifier, suivant les nécessités, la température des mousses ou du liquide ainsi que, dans une certaine mesure la vitesse ascensionnelle des particules ayant fixé l'une ou l'autre substance gazeuse.
En résumé, d'après la présente invention, le traitement de cla- rification d'un liquide colloïdal ou semi-collodal,e éventuellement floculé, à la suite d'un traitement physique, chimique ou physico-chimique serait par exemple le suivant :
A - Si nécessaire,mise à température judicieuse du liquide brut.
B - Floculation des micelles par action physique, chimique ou physico-chimique, si les micelles ne sont pas naturellement à l'état floculé,
C - réchauffage ou refroidissement éventuel du liquide floculé
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avant traitement mécanique.
D - Addition éventuelle d'un ou de plusieurs agents écumants en quantité prédosée.
Puis, a) absorption d'air ou d'une substance gazeuse par les particu- les du floculat ceci s'obtenant par exemple par l'une des actions mécaniques prévues ci-dessus à titre purement exemplatif; b) Décantation statique et sédimentation inversée dans un tank ou réservori; c) Soutirage du liquide clarifié par gravité, par syphonage ou par pompage.
Le liquide clair ainsi soutiré par l'orifice 19 (figure 3) peut ultérieurement traverser un filtre de sécurité (non représenté) retenant les particules qui auraient accidentellement échappé à l'absorption par les bul- les gazeuses ainsi que tous autres corps étrangers en suspens dans le liqui- de brut qui seraient indifférents à l'action de l'air ou de la substance ga- zeusea
Le floculat enrobé d'air et pratiquement privé de liquide-mère après la décantation statique inversée peut être ultérieurement repris dans des turbines à évacuation continue (telles que préconisées dans les brevets belges 460.523 du 5 octobre 1945 et 462.699 du 29 janvier 1946)
ou discon- tinue des sédiments ou encore dans des filtres rotatifs ou autres ou dans des essoreuses-éboueuses à panier plein munies ou non de racleurs. En effet, les particules floculées abandonnent très aisément le liquide retenu par eux au cours de la décantation statique inversée et ce sous l'influence d'une action centrifuge normale.
Par ailleurs, si les boues constituées par des agglomérats de flocons-retirés de l'éboueuse centrifuge ou de filtre retiennent encore des corps solubles à valoriser, elles sont lavées pour mise en solution de ces derniers avec des quantités judicieuses de liquide solvants chauds ou froids de caractéristiques appropriées c'est-à-dire mis par exemple à des pH déterminés et adaptés à chaque cas pour ensuite être recentrifugés dans un bol à évacuation continue ou discontinue des sédiments ou dans une éboueuse ou bien encore on peut les filtrer sur filtre rotatif ou autre avec ou sans addition d'adjuvant de filtration.
Le ou les liquides d'épuisement peuvent aussi être introduits dans le circuit général du liquide clarifié.
Il va de soi que la portée de l'invention n'est aucunement li- mitée par l'appareillage représenté et que de nombreuses modifications peu- vant être envisagées sans s'écarter du domaine de la protection.
Il va de soi que l'invention est applicable aussi bien en vue de la séparation et de l'obtention du floculat de son liquide-mère que de l'obtention d'un liquide-mère valorisable et devant être séparé de son flo- culat.
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