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MACHINES ET METHODES DE CENTRIFUGATION.
L'invention concerne généralement les machines centrifugés du ty- pe convenant pour la séparation et la décharge continues de constituants sô- lides à partir d'une matière alimentaire fluide contenant des solides,en sus- pension. L'invention a trait également aux méthodes de séparation centrifuge pouvant être exécutées à l'aide des dits machinesa
Plus spécialement, l'invention a trait à des machines centrifuges à circuit de retour continu, dans lesquelles une partie de l'écoulement in- férieur ou sub-écoulement séparé est continuellement ramenée dans le rotor de la centrifuge en vue d'être re-déchargée à travers les ajutages de sub- écoulement, avec des moyens propres à permettre la récupération efficiente des;
matières solubles du liquide alimentaire, ainsi que la séparation des solides.
Les premières propositions actuellement connues pour des machines centrifuges prévoyant le retour d'un sub-écoulement, sont divulguées dans le brevet suédois n 25.442 de 1907 et dans le brevet anglais correspondant n 10.314 de'1908. Dans chacun de ces brevets on a montré une réalisation avec des tubes de retour à parois convergentes, relativement larges, se dé- chargeant aux entrée des ajutages du rotor, et dans une autre réalisation de tels tubes sont représentés se déchargeant entre les ajutages. Aucune tentative n'est faite pour récupérer les matières solubles dans le liquide alimentairee, et l'objet indiqué de ces brevets était de prévoir des machines centrifuges de séparation de solides dans des liquides, pourvues de moyens destinés à prévenir l'obstruction des ajutages de décharge.
Les structuress de ces machines sont telles, que le mélange de liquide alimentaire avec le sub-écoulement ramené, a nécessairement pour résultat une perte substantielle de matières solubles de même qu'une séparation inefficace des matières soli- des. Le seul contrôle mentionné, mais sans divulgation de méthode, est le maintien d'une valeur totale sensiblement constante de solides déchargés et de fluides ramenés indépendamment de la variation dans les quantités de soli- des séparés. Des essais ont montré que de larges tubes d'alimentation de
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retour à parois convergentes s'obstruent aisément, en particulier avec une forte alimentation de retour de sub-écoulement.
Aucune zone de dépôt n'est indiquée entre les disques et la périphérie du bol, et l'agencement général est très inefficient, bien que les brevets soient détenus par les plus anciens fabricants, hautement qualifiés, de machines centrifuges continues sans re- tour. Si de telles machines ont été construites,elles ne sont pas devenues d'un usage industriel généralisé, et jusque tout récemment, le détenteur des brevets n'á fabriqué que des machines centrifuges continues du type sans re- tour.
Les premières centrifuges industrielles intéressantes du type à retour prévoyant une récupération très efficace des solubles et la séparation de solides ont été vendues sous le nom de machines "MERCO" et sont apparues sur le marché de longues années plus tard. Ces machines étaient fabriquées suivant les brevets des E.U.A. 1.847.751; 1.923.454 et 1.954.786. Dans ces machines on avait prévu un contrôle très efficace de la fonction importante- de séparer le liquide alimentaire originaire des solides déchargés pour assu- rer la récupération des matières solubles.
Le brevet des E.U.A. 1.847.751 illustre la première machine industrielle de ce genre utilisant des tubes de circuit de retour, qui se déchargearent uniquement aux entrées des aju- tages du bol du rotor. Les tubes de retour ont été perfectionnés à une date plus récente par un impulseur de retour conformé en cône, pourvu de pâles d'impulseur s'étendant de la surface conique inférieure de l'impulseur jusqu'à la section conique inférieure du bol, et distribuant l'alimentation de re- tour autour de la périphérie de décharge du bol, comme illustré par exemple dans le brevet des E.U.A. 1.945.786. Ces machines et les machines "MERCO" sans tubes, postérieures, telles que montrées par les brevets des E.U.A.
2.013.668 et 2.060.239, utilisept un rotor qui comporte des moyens pour in- troduire de la matière alimentaire fluide dans la chambre de séparation, une lèvre de trop-plein pour décharger le trop-plein séparé par centrifuga- tion, et des ajutages de décharge de sub-écoulement montés sur la portion marginale périphérique du rotor.
Le rotor est également pourvu d'un impul- seur qui comporte une ouverture qui est disposée axialement et reliée pour décharger des matières dans la partie externe de la chambre centrifuge, par un passage annulaire d'étendue d'écoulement transversale pratiquement uni- forme, distributantt le sub-écoulement ramené dans une chambre dite "à gran- de vitesse", formant la partie externe de la chambre de séparation. L'en= veloppeqqui entoure le rotor est pourvue d'une volute, ou de moyens analogues, pour recueillir le sub-écoulement qui est séparé par centrifugation.
La liai- son d'écoulement à partir de cette volute sert à délivrer une large portion du sub-écoulement, en retour, dans la chambre centrifuge, à travers l'ouver- ture axiale de l'impulseur. Des moyens sont prévus pour introduire du liqui- de de lavage dans le circuit de retour afin de déplacer pratiquement tout le liquide contenu dans l'alimentation dans le trop-plein, avec les ma- tières solubles y contenues. Ceci constitue une opération très importante dénommée "blocage des solubles", et l'amélioration de son efficacité est un objet principal de la présente invention.
Dans certaines conditions opératoires, on observe une tendance, plus aidément décelable dans les machines "MERCO" des plus petites dimensions, au dépôt de-matières solides entre les ajutages de décharge du sub-écoulement.
Après des périodes de fonctionnement, des dépôts de solides du sub-écoulement ont été retrouvés dans la partie externe de la chambre de séparation, dans des régions intermédiaires entre les ajutages de décharge. Ces dépôts attei- gnent fréquemment les proportions de tétraèdres pouvant s'étendre vers l'in- térieur jusqu'aux disques ou plateaux séparateurs. Ces difficultés existent également, plus marquées, dans une machine centrifuge industrielle du type à retour introduite récemment sur le marché, qui utilise une série de tubes pour ramener continuellement de la matière du sub-écoulement.
Dans cette dernière machine,les tubes du circuit de retour s'étendent vers l'extérieur dans la partie inférieure de la chambre de séparation, et se déchargent dans des poches formées aux extrémités d'entrée des ajutages de décharge du sub- écoulement, en vue de prévenir le colmatage ou obstruction des ajutages.
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Pendant le fonctionnement, des solides du sub-écoulement s'accumulent égale- ment dans la partie externe de la chambre de séparation de cette machine, dans des régions intermédiaires entre les extrémités d'entrée des ajutages du sub-écoulement, tandant à former des tétraèdres notables s'étendant à une distance marquée dans la chambre de séparation. Dans les deux types de machines de telles accumulations tendent à limiter la capacité dé sépara- tion, et des colmatages ou obstructions fréquents des ajutages du sub-écou- lement se produisent qui sont attribués à la désintégration de fragments de ces dépôts en plus de ces difficultés, la dernière machine du type à tubes est sujette au colmatage ou obstruction des tubes débitant la matière du. sub=écoulement dans la chambre de séparation.
L'étendue d'emploi ou gamme d'applications industrielles des cen- trifuges à retour continu dépend en partie de leur capacité. La capacité de séparation des machines antérieures pour une matière alimentaire fluide donnée et le rendement désiré de séparation, aussi bien que la quantité de liquide de lavage qui peut être utilisée avec un rotor de dimensions données capable de fonctionnement à une vitesse donnée de rotation, est limitée.
Les tentatives pour amener les machines antérieures au-delà de ces limites en accroissant le taux d'alimentation et la quantité d'eau de lavage, se tra- duisent par une altération sensible du rendement de séparation de machines particulières. Suivant les observations effectuées, la quantité de liquide de lavage frais qui peut être utilisée pendant le fonctionnement de la ma- chine est une mesure définie de la capacité que l'on peut obtenir sans sa- crifier du rendement de séparation. Les limitations quant à la capacité, et la quantité d'eau de lavage qui peut être employée, servent à restreindre l'intervalle d'emploi utile de ces machines centrifuges du type à retour, et dans beaucoup de cas leur application est rendue impraticable pour des raisons économiques.
Conformément, c'est un autre objet essentiel de l'invention de procurer de nouvelles machines centrifuges du type à retour continu évitant les limitations et désavantages précédents des machines à retour antérieures.
Un autre objet encore de l'invention est de prévoir une nouvelle machine centrifuge du type à retour continu qui, pour un diamètre de rotor et une vitesse de rotation donnés, procurera une capacité relativement éle- vée comparativement aux capacités précédemment obtenues avec les machines antérieures
Dans certaines opérations de séparation avec retour, comme par exemple dans la séparation de l'amidon de blé et du gluten, le réglage de l'écoulement de l'alimentation et des liquides de lavage a constitué un pro- blème difficile.
Conformément, c'est un autre objet de l'invention de pré- voir une machine centrifuge perfectionnée du type continu qui permet l'uti- lisation de quantités relativement plus grandes de liquide de lavage dans le circuit de retour du sub-écoulement, avec un rendement élevé de séparation et un réglage perfectionné des quantités d'alimentation et de liquide de la- vage traversant la machine dans l'un et l'autre sens, en même temps qu'un blocage perfectionné des solubles.
Un autre objet encore de l'invention est de prévoir de nouvelles machines centrifuges du type à retour et des méthodes d'utilisation et de con- trôle du retour de la matière du sub-écoulement, grâce auxquelles on peut obtenir des capacités beaucoup plus élevées dans des machines de dimensions données sans sacrifier du rendement de séparation, et dans lequelles le col- matage ou obstruction des ajutages du sub-écoulement est évité ou minimisé.
Un autre objet de l'invention est de prévoir une machipe centri- fuge du type continu comportant un circuit de retour pour la matière du sub- écoulement, ne nécessitant pas l'utilisation d'un nombre excessif d'ajutages de décharge du sub-écoulement., et qui est par conséquent relativement effi- ciente en ce qui concerne la consommation de puissance.
Un autre objet encore de l'invention est de prévoir une nouvelle méthode de centrifugation, caractérisée par la nouvelle manière dont les conditions de séparation optima sont maintenues dans la chambre de séparation,
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et par la façon dont la matière du sub-écoulement ramenée est utilisée pour minimiser ou prévenir la formation de tétraèdres de matières solides entre les ajutages du sub-écoulement.
Des objets et caractéristiques additionnels de l'invention ressor- tiront de la description qui va suivre, dans laquelle les réalisations pré- férées ont été indiquées en détail en liaison avec les dessins annexés.
Les objets précédents sont réalisés en général par l'emploi de tubes de retour convenablement proportionnés et arrangés qui distribuent le sub-écoulement ramené et le liquide de lavage entre les ajutages du bol, au voisinage de la périphérie du bol, d'une manière et à des vitesses empêchant les accumulations de solides entre les ajutages, minimisant ou éliminant-lé colmatage ou obstruction des ajutages et qui, pour la récupération des solu- bles, déplacent le liquide alimentaire originaire par du liquide de lavage, amenant le liquide alimentaire originaire à passer en sortie dans le trop- plein, le tout avec un degré notablement plus élevé de contrôle et d'effica- cité que ce qu'il a été possible d'atteindre précédemment dans les machines du type à retour.
En réalisant ces résiltats nouveaux perfectionnés et hautement désirables, on a observé que les facteurs ci-après sont en relation entre- eux et d'importance variable : (a) le nombre et l'emplacement de décharge des tubes de retour par rapport aux ajutages du bol, (b) les dimensions des tubes, (c) la hauteur de charge différentielle créée par les diamètres d'en- trée de bol et le diamètre de décharge de trop-plein, relatifs, (d) la vi- tesse, dimensions et forme du bol du rotor, (e) la nature de la séparation désirée, (f) la viscosité et les autres caractéristiques des liquides du pro- cessus, (g) le pourcentage et les caractéristiques physiques des solides du processus et (h) le nombre et les dimensions des ajutages du sub-écoulement, notamment les dimensions et nombre de tubes.
La position correcte de décharge des tubes est importante, et elle sera à peu près exactement à mi-chemin entre des ajutages adjacents du bol pour obtenir les résultats optima. Des tubes légèrement en avant de la position médiane ne sont pas trop désavantageux. Dans une série d'essais exécutés avec un liquide contenant des particules solides d'amidon épuré, formées en bouillie dans de l'eau salée, qui donne généralement des résultats typiques, et avec les décharges des tubes de retour en avant et en arrière de l'emplacement exactement médian entre les ajutages, invariablement le trop- plein contenait considérablement moins de solides avec les tubes se déchar- geant à la position médiane entre les ajutages que lorsqu'ils étaient dépla- cés de cette position médiane.
Une décharge des tubes en arrière de la po- sition médiane s'est avérée très désavantageuse, et légèrement en avant de la position médiane est quelque peu plus mauvaise que dans la position média- ne, mais non trop désavantageuse pour l'emploi. Lorsqu'on s'approche de la position médiane, les résultats du séparateur s'améliorent. Des tubes se déchargennt parallèlement à la périphérie du bol ne sont pas spécialement a- vantageux par rapport à des tubes se déchargeant radialement.
Ces essais montrent que les dimensions de l'intérieur des tubes, où l'étendue de la section droite de ces tubes, sont importantes en relation avec le nombre de tubes utilisé, le volume de fluide passant à travers les tubes,la hauteur de charge différentielle pompant le fluide à travers les tubes et la nature du fluide même. La vitesse de la décharge en jet des tu- bes de retour doit être suffisamment grande pour maintenir le bol, les aju- tages et les tubes mêmes dégagés. Des tubes d'étendue trop large par rapport à l'étendue des ajutages du sub-écoulement se chargent ou se colmatent de solides.
La longueur des tubes peut être modifiée sans affecter de façon désavantageuse la clarification du trop plein dans une mesure notable aussi longtemps que le jeu entre l'extrémité d'un tube et le bol est suffisant pour éviter l'obstruction du tube, et aussi longtemps que la vitesse du jet de décharge est suffisante. Le jeu minimum aux extrémités des tubes sera à peu près équivalent au quart du diamètre de sortie du tube.
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Le nombre de tubes et d'ajutages utilisés peut-être modifié avec avantage,pour différents problèmes de séparation. Bien qu'une grandé lati-' tude de sélection pratique soit permise ';, pour chaque dimension et type de machine on peut choisir un nombre donnant le meilleur fonctionnement d'ensem- ble. Par exemple, pour une grande variation dans les caractéristiques de , la liqueur du processus, on a obtenue le meilleur fonctionnement global avec douze ajutages de bol et douze tubes des dimensions correctes; installés dans une unité "MERCO" de 280 mm de diamètre extérieur avec les hauteurs différen- tielles de pompage standards de cette unité.
Pour certains produits toute- fois un moins grand nombre d'ajutages et de tubes assure une séparation équi- valente avec une plus grande efficacité de consommation d'énergie.
Les perfectionnements réalisés par l'invention, dûs à l'agencement des tubes sont démontrés par le fait que dans des essais comparatifs d'une machine "MERCO" de 535 mm de diamètre, 10 tubes déchargeant entré 10 ajutages de rotor) donnent une clarification considérablement meilleure que des agen- cements à 10 et 20 tubes et ajutages avec les tubes se déchargeant aux entrées des ajutages. Un autre avantage de l'utilisation d'un nombre plus réduit d'ajutages, rendu possible par l'emploi de tubes entre les ajutages en rem- placement de l'impulséur conventionnel antérieur, est que 10 ajutages, avec des tubes entre les ajutages, ne nécessitent qu'environ les deux tiers de la puissance globale exigée dans la même machine par l'agemencement de 20 ajutages ayant même diamètre d'orifice, et tubes.
L'accroissement de l'efficacité volumétrique du bol, dû à l'élimination des accumulations de solides entre les ajutages du rotor et d'autres facteurs, comme une moindre turbulence dans la présente invention, contribuent au perfectionnement mar- qué mentionné. Ce perfectionnement peut s'exprimer pratiquement par l'ac- croissement substantiel de la densité du sub-écoulement qui est possible avec la même pureté de trop-plein, procuré par des tubes disposés approxima- tivement à mi-chemin entre des ajutages comparativement à des tubes déchargeant à l'emplacement des ajutages.
Par exemple on a obtenu un accroissement dans la capacité d'ali- mentation d'environ 115 à 150 1/m pour la machine "Merco" de 535 mm se tra- duisant par un accroissement d'environ 60 % dans la capacité globale de la machïnea Dans des essais comparatifs à capacités ou taux d'alimentation ,équivalente, et au-dessus de 18 Be pour les densités du sub-écoulement, le trop plein d'une machine avec des tubes de retour déchargeant entre des aju- tages de bol, contenait 1/10 à 1/15 ou moins des solides présents dans le trop=plein de la même machine avec des tubes de retour se déchargeant aux en- trées des ajutages de bol.
Et au-dessus de 18 Be pour les densités du sub- écoulement, une machine "MERCO" de 280 mm avec 3 ajutages de bol et 3 tubes de retour déchargeant entre les ajutages du bol du rotor avait 10 fois la capacité, et en même temps donnait un trop-plein contenant 1/14 à 1/30 des solides du trop plein de la même machine avec des tubes de retour déchargeant aux entrées des ajutages du bol du rotor.
D'autres essais effectués sur des nombres plus grands d'ajutages et de tubes, on% montré des émaliorations marquées analogues dans la récupé- ration des solides, et que l'on pouvait utiliser plus que 5 fois l'alimenta- tion et plus que 7 fois la quantité de liquide de lavage avec la présente invention que dans les machines de 280 mm analogues utilisant 'les impulseurs de retour "MERCO" antérieures, pour donner des valeurs équivalentes de soli- des dans le trop-plein.
En plus des améliorations imprévisibles précédentes dans l'accrois- sement de capacité et la réduction de puissance, et des perfectionnements dans la séparation des solides et la pureté du trop-plein, il s'est produit une amélioration très marquée, et tout à fait inattendue et surprenante, dans la récupération des solubles ou l'efficacité du blocage des solubles en déplaçant les tubes de retour se déchargeant aux entrées des ajutages et les amenant à se décharger à mi-chemin, entre les ajutages, Bien que la clarification du trop-plein avait été trouvée améliorée par l'emploi de tubes déchargeant entre les entrées d'ajutages plutôt qu'aux entrées d'aju -
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tages,
on s'attendait entièrement à ce que des tubes déchargeant aux entrées d'ajutages donneraient un meilleur blocage des solubles que de-tubes se dé- chargeant entre les ajutages. Néanmoins, à tous les taux d'alimentation et de lavage essayés, les tubes entre les ajutages ont donné une meilleure ré- cupération globale des solubles de l'alimentation. Avec 10 tubes déchargeant à mi-chemin entre des ajutages on a obtenu une amélioration très importante . dans la densité du sub-écoulement de 1,4 et 2,5 Bé avec une moyenne de 2 Be pour tous les lavages'et alimentations comparables par rapport à des tubes déchargeant aux entrées d'ajutages.
Vingt tubes déchargeant µ mi-chemin en- tre des ajutages ont donné une amélioration moyenne de 1,2 Bé dans les den- sités du sub-écoulemento
On a également constaté que la "chembre à grande vitesse" dans la périphérie du bol de la machine "Merco" est avantageuse pour le blocage des solubles, mais n'a pas un caractère avantageux aussi marqué pour la clarification du trop-plein, et qu'un écran placé par dessus des tubes pour les séparer de la chambre principale du bol n'assiste pas la clarification du trop-plein, maus aide quelque peu au blocage des solubles.
Se référant maintenant aux dessins :
Fig. 1 est une vue en élévation de côté, en coupe, illustrant une réalisation spécifique de l'invention;
Fig. 2 est une vue en plan schématique, à échelle réduite, illus- trant en particulier une portion d'un circuit de retour pour ramener de la matière du sub-écoulement;
Fig. 3 est un détail en coupe transversale, à échelle agrandie, d'une portion du rotor, et illustre en particulier une partie du circuit de
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retour du sub**écoulementn
Fig. 4 est une coupe en plan d'un quartier du rotor, montrant les ajutages de décharge du sub-écoulement, et les positions occupées par les tubes de retour du sub-écoulement;
Fig. 5 est un développement en coupe transversale, à échelle agran- die, suivant la ligne 5-5 de la figure 3 ;
Fig. 6 est un détail en coupe transversale comme la fig. 3, mais illustrant une autre réalisation de l'invention; Fige 7 est un détail en coupe transversale comme la fig. 3, mais illustrant une autre réalisation de l'invention;
Fig. 8 est un détail en coupe transversale, suivant la ligne 8-8 de la figure 7;
Fig. 9 est un détail en coupe transversale comme la fig. 3, mais illustrant une autre réalisation de l'invention;
Fig. la est un détail en coupe transversale, suivant la ligne 10-10 de la figure 9.
La réalisation de l'invention qui est illustrée dans les figs 1 à 5, comprend un rotor la qui est disposé dans un logement ou enveloppe 11.
Le rotor est porté par l'arbre vertical 12 qui, à son tour, est relié par l'accouplement 13 à l'arbre de commande vertical 14.
Pour la commodité, le rotor 10 est établi à l'aide d'un certain nombre de parties annulaires séparables. Ainsi, les parties de bol tronco- niques, supérieure et inférieure, 16 et 17, sont ajustées entre-elles et maintenues assemblées par l'anneau de verrouillage fileté 18. Les parties 16 et 17 sont établies pour procurer la chambre de séparation interne 19 ayant des sections de paroi externe conique supérieure et inférieure divergeant vers l'extérieur à partir de l'axe de rotation des ajutages de décharge du bol ci-après décrits. Le joint entre ces parties est scellé par des moyens appropriés, tel l'anneau de section circulaire, élastique, 20.
La partie inférieure 17 est pourvue d'un moyen interne tronconique 21, adapté sur
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l'extrémité inférieure de l'arbre 12, et il forme une paroi des passages d'a- limentation pour la chambre de séparation. L'extrémité inférieure de l'arbre
12 est filetée pour recevoir l'écrou 22 et le manchon fileté 23. L'écrou 22 sert à maintenir l'assemblage du bol, et un ensemble d'impulseur, ci-après décrit, à l'arbre 12. Le manchon 23 est pourvu d'une bride afin de procurer une face inférieure du genre plateau, 24, dans le but qui va être explique.,
Afin de procurer des moyens pour la décharge du trop-plein séparé par centrifugation, la section supérieure 16 est pourvue d'un prolongement cylindrique 26, se terminant par une lèvre de trop-plein annulaire 27.
Un organe conique, analogue à un manchon, 28, est disposé dans la section de rotor 16, et il est pourvu d'une portion inférieure évasée 29 recouvrant la portion interne 21 de la section de bol 17. L'organe 28 est pourvu de ner- vures 31 espacées circonférentiellement et s'étendant vers l'intérieur, et les espaces entre ces nervures forment des passages de décharge vers l'exté- rieur 32 pour l'introduction de matières alimentaires.
La matière alimen- taire introduite par les passages 32 pénètre dans la chambre de séparation
19,à une vitesse relativement élevée, à travers l'orifice annulaire 33 voisin de l'extrémité inférieure de la paroi externe inférieure, tronconique, incli- née vers le haut, de la chambre 190
Les nervures extérieures 34 de l'organe 28 servent à maintenir un espacement avec la section de rotor supérieure 16, en permettant ainsi l'écoulement de la matière de trop-plein à la lèvre 27. Les disques d'un empilage séparateur, conformés en cône, espacés, 36, localisés par des ner- vures, 34, présentent des lèvres de décharge horizontales externes ayant un diamètre approximativement égal à celui de l'orifice annulaire d'alimentation 33.
Ceci procure une région de dépôt ou de séparation entourant l'orifice d'alimentation et les bords externes des disques pour la séparation effecti- ve des solides de la matière alimentaire et ppur la séparation de l'alimenta- tion et de la matière ramenée, d'une manière qui ressortira plus complètement de ce qui suit.
La matière du sub-écoulement séparée par centrifugation est déchar- gée du rotor par les ajutages 41, qui sont montés en des points circonféren- tielleinent espacés (figo 4) de la portion marginale périphérique externe 42 du rotor. Les détails de la construction de ces ajutages pourront varier, mais pour réduire la perte de puissance il est désirable qu'ils déchargent la matière en arrière par rapport au sens de rotatione Dans la construction d'ajutage illustrée figure 4, le rotor est pourvu d'ouvertures 43 s'étendant radialement, qui sont filetées pour recevoir les colliers 44. Une buselure 46 est ajustée dans et repose sur un collier 44, et elle forme une monture pour le corps d'un ajutage 41.
Le passage d'écoulement à travers cet ajutage comprend la portion 48 qui s'étend dans une direction radiale, et la partie formant l'orifice 49, qui est dirigée en arrière par rapport au sens de ro- tation.
Dans la disposition de l'invention illustrée par les,figso 1 à 5, les extrémités d'entrée des ajutages 41 communiquent toutes avec un évidement annulaire 51, dénommé "chambre à grande vitesse" qui à son tour, communique par son côté interne, avec la chambre de séparation principale 19. Cette chambre à grande vitesse a, comme indiqué précédemment, été trou- vée avantageuse pour le blocage des solubles, mais elle n'aide pas spéciale- ment la clarification du trop-plein ou la séparation des solides. Comme il est montré en particulier dans la fig. 3, l'évidement annulaire 51 est défini par les surfaces horizontales espacées supérieure et inférieure 52 et 53, et la surface périphérique 54.
Le logement ou enveloppe fixe externe, 11 est de préférence établi à l'aide d'un certain nombre de sections annulaires séparables, comprenant en particulier les parties 56, 57 et 58 (figo 1). La section supérieure 56 forme une volute ou chambre annulaire 59 pour recevoir la matière de trop- plein se déchargeant par dessus la lèvre 27 et comporte les conduits concen- triques 61 et 62, .procurant un passage 63 pour introduire de la matière ali- mentaire dans le puits d'alimentation formé par l'organe 28.
Les sections
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d'enveloppe 57 et 58 sont établies de façon à procurer une chambre annulaire ou volute 64, qui reçoit de la matière de sub-écoulement déchargée des ajuta- ges 41. On peut prévoir des anneaux de remplissage 66 et 67, portés par les sections d'enveloppe 57 et 58, destinés à former entre eux un col annulaire relativement rétréci 68 à travers lequel la matière venant des ajutages pé- nètre dans la volute 64. En maintenant un niveau liquide dans-le passage en col étranglé 68, l'énergie cinétique de la matière de sub-écoulement dé- chargée est en substance transformée en pression statique dans la chambre en volute 64.
Dans la réalisation des figs. 1 à 5, le circuit de retour du sub- écoulement comprend le logement inférieur 77 (fig. 1) formant le passage J d'entrée 78 vers l'ajutage 79. L'entrée 78 est en communication avec l'ex- trémité de décharge du conduit 81 (fig. 2), dont l'extrémité interne se rac- corde tangentiellement à la chambre en volute du sub-écoulement 64. Un con- duit contrôlé par vanne, 82, est prévu pour contrôler l'introduction de li- quide de lavage dans le conduit 81 et l'extraction finale de matières de sub-écoulement est effectuée par le conduit contrôlé par vanne 83.
On prévoit de préférence un organe 84 formant soupape à pointeau: (fig. 1), porté par la tige de manoeuvre filetée 86 qui s'étend à l'extérieur du logement et est pourvue du volant à main de manoeuvre 87, pour contrôler la vitesse du jet de sub-écoulement de retour et du liquide de lavage. En faisant tourner le volant à main 87, on peut faire varier l'étendue d'écou- lement effective dans l'orifice 88 de l'ajutage 79 suivant les besoins pour maintenir la vitesse du jet à la valeur convenable.
Le rotor centrifuge pourvu d'un système ou ensemble impulseur re- çoit la matière déchargée vers le haut à travers léajutage 79. Ce système ou ensemble comprend une pièce d'impulseur conformée en cône, 89, attachée à la partie 17 du rotor, et pourvue d'une ouverture axiale tournée vers le bas 91 alignée avec et située directement au-dessus de l'ajutage 79. Des pales radiales circonférentiellement espacées, 92, communiquent une vitesse de rotation à la matière fluide ramenée, qui est pulsée vers le haut le long de la surface interne conique de la pièce 89 formant une section du bol.
Des tubes de retour 93 (figs. 1 et 3 à 5) sont disposés dans la- partie inférieure de la chambre centrifuge 19, recouvrant la surface conique interne de la section de bol 17. Les extrémités internes inférieures des tubes 93 communiquent avec la chambre d'impulseur et, dans la construction représentée, sont fixées aux manchons 94 qui, à leur tour, sont engagés de façon amovible dans les ouvertures 96 formées dans la section de bol 21.
Des moyens de scellement appropriés, comme un anneau élastique de section circulaire, 97, servent à prévenir les fuites au-delà de chaque manchon.
Les extrémités externes 98 des tubes 93 sont pratiquement exemptes d'obstruc- tion, et déchargent au voisinage de la périphérie externe de la chambre de séparation 19. Comme illustré dans cette réalisation, les tubes sont coudés pour décharger horizontalement et perpendiculairement à la surface 54 dans la chambre à grande vitesse 51, à mi-chemin entre les ajutages 41 comme il- lustré figure 4, et le nombre de tubes est égal au nombre d'ajutages.
Le diamètre des tubes 93 et leurs emplacements constituent une particularité importante de la présente invention. Comme précédemment indi- qué, leur diamètre doit être propre à maintenir une vitesse adéquate à pre- venir le colmatage ou obstruction à l'intérieur des tubes et à prévenir éga- lement l'accumulation de solides entre les ajutages du rotor à la périphérie interne de celui-ci. On obtient des résultats optima lorsque les tubes dé- chargent à mi-chemin entre les ajutages.
On observera qu'à l'aide de la structure telle que jusqu'à présent décrite, la séparation complète entre la matière alimentaire et le sub-écou- lement ramené est maintenue, avec la matière alimentaire pénétrant radiale- ment dans la chambre de séparation principale 19, bien intérieurement aux extrémités de décharge des tubes-93.
Avec douze ajutages et tubes comme illustré dans cette réalisation.
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la distance entre l'extrémité de décharge de chaque tube 93 et les extrémi- tés d'entrée des ajutages voisins est sensiblement moindre que'la distancé radiale de l'axe de rotation à l'extrémité de décharge de chaque tube 93.
Bien qu'un nombre plus grand ou moindre d'ajutages et de tubes puisse être utilise pour des applications particulières comme précédemment indiqué, il' est généralement désirable de maintenir un rapport de l'ordre de l'unité ou moins entre la distance, mesurée suivant la corde, de l'extrémité de déchar- ge d'un tube à l'ajutage voisin, et la distance radiale de l'axe de rotation à l'extrémité de décharge d'un tube.
Un écran ou barrière 101, de préférence de conformation tronconique, disposé entre l'évidement 51 et la partie principale de la chambre de sépara- tion, assiste le blocage des solubles. Avec cette barrière ou écran la com- munication entre l'évidement 51 et la partie principale de la chambre de sé- paration 19 est établie par l'espace annulaire 1040
Une conduite de drainage 106 (figo 1), reliée à l'extrémité infé- rieure de l'enveloppe 11, sert à enlever la matière répandue.
Des tiges de guidage 107 repoussées vers le bas par un ressort de compression 108 facilitent l'assemblage de la machine.
FONCTIONNEMENT. En fonctionnement de la machine illustrée par les figs. 1 à 5, une matière alimentaire appropriée, comme par exemple une liqueur d'ami- don contenant des particulés d'amidon finement divisées, des particules de gluten et des matières solubles, est fournie au passage d'alimentation 63 tandis que la machine est en marche. Dans la chambre de séparation, des for- ces centrifuges agissent sur la matière pour séparer l'amidon du gluten plus léger. Le liquide alimentaire contenant des solubles et du gluten est évacué continuellement sous forme de trop-plein s'établissant par dessus la lèvre 27.
Un sub-écoulement d'amidon séparé et de liquide véhiculaire s'établit par ' les ajutages de décharge 41, remplit la chambre en volute 64 et créé une hau- teur de charge ou pression dans le circuit de retour 81, grâce à quoi une large portion contrôlée de la matière du sub-écoulement est continuellement ramenée au rotor centrifuge. La matière retournée se projette vers le haut à partir de l'orifice de l'ajutage 88, dans la section d'impulseur 89, et elle est alors amenée vers l'extérieur par les tubes 93 pour être finalement déchargée ou débitée dans l'évidement annulaire confiné ou chambre à grande vitesse 51.
Dans une séparation typique d'amidon et de gluten, 85% ou plus de la matière du sub-écoulement déchargée sont continuellement ramenés de cette façon dans le rotor centrifuge, et de'la matière du sub-écoulement se décharge à nouveau par les ajutages 41, ensemble avec des solides nouvel- lement séparés du sub-écoulement.
L'emploi d'une eau de lavage ou de liquide de lavage introduit par le conduit 82 est généralement désirable pour améliorer l'efficacité de la séparation, en particulier lorsque la matière alimentaire contient des solubles que l'on désire bloquer ou bien maintenir hors du sub-écoulement.
Du liquide de lavage introduit par le conduit 82 sert à déplacer du. liquide alimentaire contenant des solubles de la matière du sub-écoulement à la périphérie interne du bol du rotor, et l'amène dans le trop-plein dans la mesure où s'effectue le déplacement, empêchant ainsi les solubles de passer dans le sub-écoulemento Le liquide de lavage qui déplace le liquide alimen- taire passe en sortie dans le sub-écoulement. Lorsqu'on utilise une quantité de liquide de lavage moindre que le liquide éliminé dans le sub-écoulement, un état ou condition dit d'écoulement descendant existe dans le rotor, et lorsque une quantité de liquide de lavage plus grande que le liquide éliminé dans le sub-courant est utilisée un état ou condition d'écoulement ascendant existe dans le rotor.
Pendant l'écoulement descendant une partie du liquide alimentaire passe en sortie avec le sub-écoulement et pendant l'écoulement ascendantune partie du liquide de lavage se meut à contre,courant ' à travers la chpmbre de séparation pour se décharger avec le trop-plein.
Ea quantité relative de liquide de lavage utilisée en pratique
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dépend du type d'opération qui est exécutée. Pour obtenir un déplacement maximum, de solubles dans le trop-plein, il est usuel d'employer des-quan- tités suffisantes de liquide de lavage pour maintenir un état d'écoulement ascendant. Lorsque les exigences de la séparation des solubles ne sont pas impératives, la quantité d'eau de lavage utilisée peut être réduite pour éta- blir un état d'écoulement descendant. Dans les cas ou deux ou un plus grand nombre de machines centrifuges sont utilisées en cascade, la première centrifuge peut fonctionner avec un écoulement descendant, et la seconde avec un écoulement ascendant.
Bien qu'il soit impossible de faire des observations directes sur ce qui se passe dans la chambre centrifuge 19, il résulte des constatations''- faites et de l'opinion de la Demanderesse, que le liquide alimentaire s'écou- le vers le bas et l'extérieur dans la section 28, les passages 32 et l'ori- fice 33 voisin du fond de la chambre 19 et est refoulé vers le haut par la surface conique interne de la section 10 du bol dans la zone de la chambre 19 qui entoure les disques ou plateaux 36, où les constituants les plus den- ses de l'alimentation du trop-plein sont séparés et passent en sortie par l'orifice 104 (fig. 3) dans la chambre à grande vitesse 51, et le trop-plein s'écoule vers le haut à travers l'empilage des disques 36, par dessus la lè- vre 27, dans la volute 59.
11 se produit dans l'empilage une séparation com- plénentaire des constituants les plus denses, des liquudes traversant l'em- pilage en direction ascendante.
A partir de la chambre 51, le sub-écoulement se décharge par les ajutages 41 dans la volute 64. Le sub-écoulement est divisé dans la propor- tion désirée et une partie est évacuée par le conduite 83 (fig. 2) tandis que le restant est ramené par le conduit 81, l'orifice 79 (fig. 1); et l'en- semble impulseur, à travers les tubes 93, avec la quantité désirée de liqui- de de levage ajoutée par le-conduit 82 (fig. 2).
Le mélange de sub-écoulement et de liquide de lavage se décharge par les tubes 93 avec une vitesse radiale relativement élevée et une action de jet, à partir des extrémités externes de ces tubes. Comme la matière est confinée dans les tubes jusqu'au moment où elle se décharge de l'extrémité externe de ceux-ci, une vitesse de rotation lui est communiquée qui est à peu près égale à la vitesse périphérique des extrémités externes des tubes.
Comme les disques ou plateaux 36 se terminent à distance des extrémités exter- nes des conduits 93, la matière ramenée lorsqu'elle pénètre dans l'évidement ou chambre 51 possède une densité spécifique apparente relativement élevée comparativement à la matière de la zone de séparation principale de la cham- bre 19 entourant les disques ou plateaux 36, et ceci contribue à l'action de jet des tubes 93. La matière du sub-écoulement se déchargeant à travers les tubes 93 apparamment remplit largement l'espace périphérique du bol ou évidement 51 entre les ajutages et s'écoule circonférentiellement en une cou- che périphérique de boue vive qui se décharge à travers les ajutages de sub- écoulement 41.
Tandis que cette boue vive s'écoule dans l'évidement 51, ou bien le long de la périphérie externe du bol lorsque l'évidement 51 n'est pas utilisé, un échange continuel de solides et de liquides se produit entre la couche de boue vive retournée et la matière occupant la zone de séparation adjacente. Ainsi, des solides séparés par centrifugation de la masse alimen- taire se meuvent vera" l'extérieur à partir de la chambre de séparation prin- ci.pale, à travers l'espace 104, dans l'évidement 51.
En supposant que la quantité d'eau ou de liquide de lavage soit suffisante pour déterminer un état d'écoulement ascendant, du liquide de lavage s'écoule de l'évidement 51, à travers l'espace 104 dans la fig. 3, dans la chambre' de séparation principale, pour de ce fait déplacer effectivement du liquide alimentaire et des solubles, des solides du sub-écoulement séparés par centrifugation.
On notera que cet échange continuel entre la matière de la couche de boue vive externe et la matière dans la partie principale de la chambre de séparation, ou zone de séparation adjacente, est réparti d'une manière relativement uniforme ou égale tout autour du rotor, tandis que la matière ramenée déchargée des extrémités externes des tubes 93 est nettement loca-
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lisée dans des régions situées à mi-chemin entre les ajutages de décharge
41, Par suite l'échange s'effectue alors que la masse des matières dé l'évidement 51 où la couche de boue vive s'écoule circonférentiellement vers les ajutages 41.
La couche de boue vive périphérique ramenée, est apparemment, maintenue dans un état d'agitation continuel; en raison des remous ou tourbillons communiqués à la matière dans les tubes'93, et à la turbulence supplémentaire et aux remous ou tourbillons provoqués résultant de la projection de la matière des extrémités externes de ces tubés contre la périphérie du bol entre les ajutages. Cette turbulence ou remous ou tourbillons sont largement limités à la couche de boue vive et ne se prôpa- gent pas dans la chambre de séparation principale pour interférer avec une action de séparation efficace.
Toutefois, la formation de tétraèdres présents dans les machines antérieures,et due à la réunion de solides séparés par centrifugation entre les ajutages est soit entièrement empêchée ou maintenue dans des limites telles que l'on évite toute interférence avec le fonctionnement de la machi= ne. On attribue cet effet extrêmement important à l'action de balayage asso- ciée à la densité spécifique apparente élevée de la couche de boue vive ra- menée qui s'écoule circopférentiellement dans l'évidement 51.
Une caractéristique importante de l'invention réside dans le fait d'atteindre des rendements de séparation plus élevés avec des capacités considérablement accrues et,ou l'emploi de quantités considérablement, plus grandes d'eau de lavage qu'il n'était possible dans des machines antérieures.
Grâce à l'invention, le taux d'alimentation peut, conformément, être grande- ment augmenté par rapport aux machines antérieures,, et la quantité de liquide de lavage peut être grandement accrue pour assurer une séparation efficiente en ce qui concerne tant les solides que les solubles. On attribue ce résul- tat à la manière dont du liquide de la matière ramenée est transféré à la chambre de séparation principale, et également à l'élimination substantielle ou complète de tétraèdres de solides accumulés entre les ajutages, qui inter- fèrent avec la capacité et le rendement de séparation. Comme indiqué pré- cédemment, la quantité relative de liquide ou d'eau de lavage utilisée peut varier suivant les exigences de la séparation et la capacité désirée.
Lorsqu'on travaille dans des conditions d'écoulement ascendant, une capacité relativement élevée peut tre maintenue tandis que le rotor peut, en même temps, être alimenté avec suffisamment d'eau de lavage pour procurer un écoulement ascendant avec un déplacement matériellement plus efficace de solubles dans le trop-plein, comme précédemment défini.
A titre d'exemple spécifique, dans un cas le rotor avait un dia- mètre externe de 285,7 mm et fonctionnait à une vitesse de 7000 tours par minute. Les diamètres externe et interne de l'évidement 51 étaient de 260,3 mm et 234,9 mm respectivement. Les surfaces 52 et 53 avaient une largeur radiale de 12,7 mm et la distance verticale entre ces surfaces était de 12,7mm On a utilisé douze ajutages de décharge de sub-écoulement, chacun des ajutages ayant un diamètre d'orifice nominal effectif de 1,62 mm.
Douze tubes 93 sont utilisés, chacun d'eux ayant un diamètre interne de 7,9 mmo Les extrémités externes de ces tubes étaient disposées à mi-chemin entre des ajutages voi- sinso L'ouverture d'entrée du retour, 91, abait un diamètre de 38 mm et le diamètre interne de la lèvre de débordement était de 78,2 mm. La machine travaillait sur une alimentation d'amidon à 14,5 Bé contenant 25,8% de soli- des. Cette liqueur était fournie à la machine au taux de 340000 cm3 par mi- nute avec une décharge de trop-plein au taux de 280000 cm3 par minute et l'é- limination de sub-écoulement à 26.700 cm3 par minute. Le sub-écoulement était maintenu à 18,2 Bé et contenait 32% de solides secs. De l'eau de lavage fraiche était ajoutée au taux de 200700 cm3 par minute.
La matière se dé- chargeait des ajutages de sub-écoulement au taux d'environ 2260700 cm3 par minute, et le sub-écoulement était continuellement ramené au rotor au taux d'environ 200a000 cm3 par minute. La capacité de séparation en termes d'ami- don sec, par 24 heures, était de 14.074 Kgs et ce résultat était atteint avec une séparation très efficace (minimum de solides d'amidon dans le trop-plein et minimum de solubles dans le sub-écoulement évacué). Ce résultat contras-
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te avec une capacité maximum d'environ 40540 Kos par 24 heures pour une machine de dimensions comparables construite en substance comme illustré par le brevet des E.U.A. 1.945.786 et fonctionnant avec un rendement de sépara- tion comparable.
Pendant le fonctionnement de la machine, on a constaté'' une complète absence de colmatage ou d'obstruction des ajutages de sub-écou- lement et des tubes 93 et l'on n'a constaté aucune présence effective de tétraèdres accumulés comme dans les machines antérieures lorsque la machine a été vérifiées après des fonctionnements d'essai.
La machine dont il est question plus haut à titre d'exemple n'était pourvue d'aucun organe formant écran ou barrière 101. Avec une telle barriè- re mise en place, la capacité de la machine est pratiquement la même, mais le rendement de séparation en ce qui concerne les solubles contenus dans l'a- limentation est sensiblement amélioré. En d'autres termes, il se produisait une action de déplacement plus efficace pour amener ces solubles dans le trop- plein.
Après des périodes étendues de fonctionnement, un démontage'de la machine (établie selon le modèle précédent) n'a révélé aucune accumula- tion de matières solides, telle qu'il s'en formait dans des machines antérieu- res, dans la chambre centrifuge ou dans l'évidement annulaire 51. Suivant les observations faites, et l'opinion de la demanderesse, l'absence de ces solides accumulés est largement cause de l'absence d'obstruction ou de colma- tage des ajutages de décharge du sub-écoulement, et contribue également à atteindre la capacité de séparation remarquablement élevée.
De plus, il est bien connu que des accumulations d'amidon ou de matières solides analogues dans les machines centrifuges utilisées pour traiter des produits alimentai- res sont sujettes à objection, car ces-dépôts sont une source possible de contamination par les bactéries ou autres micro-organismes, ou peuvent né- cessiter des périodes dispendieuses d'arrêt pour nettoyer la machine. On a fait allusion précédemment à la vitesse d'écoulement relativement élevéé à travers les tubes 93.
L'écoulement à la vitesse élevée à travers les tu- bes est désirable, non seulement car elle détermine l'écoulement périphé- rique circonférentiel désiré de boue vive' entre les ajutages, mais en outre du fait qu'elle prévient l'obstruction des passages à travers les tubes; L'écoulement à vitesse relativement élevée à travers les tubes 93 est dû en partie à la hauteur de charge différentielle relativement élevée appliquée à la matière ramenée. Ceci peut être mieux compris en référence à la figure 1. Ainsi, comme dans le cas des dimensions spécifiées à titre d'exemple, l'entrée 91 de la section d'impulseur 89 est comparativement étroite par rapport au diamètre de la lèvre de débordement 27.
Aux vitesses de rotation telles qu'utilisées pour obtenir une bonne séparation, la différence relati- vement grande en diamètre en ces points se traduit par une différence substan- tielle dans la hauteur de charge hydraulique entre la matière du sub-écoule- ment qui est ramenée dans l'évidement 51 aux extrémités externes des tubes 93 et la hauteur de charge sur la matière se mouvant vers l'extérieur à travers la chambre de séparation aux extrémités externes des tubes 93. Pour la ma- chine particulière spécifiée dans l'exemple précédent, la hauteur de charge différentielle aux extrémités externes 98 des tubes 93, se calcule théorique- ment être de 1"ordre d'environ 55 m d'eau pour une vitesse de rotation de 7000 tours par minute.
En pratique, on préfère que la hauteur de charge différen- tielle soit de l'ordre de 15 à 30 m d'eau ou plus.
L'invention peut être modifiée de diverses manières dans les li- mites de portée des revendications annexées. Ainsi en remplacement des tubes 93 on peut utiliser des moulages ou autres structures qui procurent des pas- sages comparables pour décharger la matière ramenée du sub-écoulement dans des régions localisées intermédiaires entre les ajutages de décharge du sub- écoulement, d'une manière pratiquement identique aux tubes.
Le circuit de retour ne doit pas nécessairement être un passage de retour fermé direct comme illustré dans la figure 2. Ainsi, il est pos- sible d'insérer dans le circuit de retour une boite à vent ou une cellule de flottaison comme divulgué dans le brevet des E.U.A. 2.039.605.
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Dans la réalisation de l'invention illustrée dans la figure 6, l'évidement 111 correspondant à l'évidement ou chambre à grande vitesse 51 . des figures 1 à 5, est défini par une paroi courbée externe 112 et les sur- faces supérieure et inférieure 113 et 114. Les tubes 116, correspondant aux tubes 93, ont leurs extrémités 117 se terminant dans l'évidement 111. Les tubes sont pourvus de tampons 118 pour venir reposer sur la surface adjacente du bol. Il est à noter que dans cette réalisation l'organe formant écran ou barrière 101 a été omis.
Dans la réalisation illustrée dans les figures 7 et 8, la construc- tion du bol est encore simplifiée. Des tubes 121 délivrent la matière ramenée dans la portion externe de la chambre de séparation et dans des emplacements intermédiaires entre les ajutages de décharge. Un écran 122 est placé en recouvrement des tubes 121 et un autre écran ou barrirère 123 s'étend entre les tubes 121 et vers le bas à partir de la périphérie externe de l'écran 122. Cette construction procure en fait un espace annulaire 124 qui sert en lieu et place de l'évidement de bol annulaire 51 de la fig. 1.
Une réalisation encore simplifiée de l'invention est illustréé par les figs. 9 et 10. Dans ce cas la construction du bol est'la même que dans la fig. 7, et les tubes 126 déchargent de la matière de sub-écoulement dans la portion périphérique externe 127 de la chambre de séparation. Les extrémités externes des tubes 126 sont disposées à mi-chemin entre les aju- tages de décharge du sub-écoulement. Cette réalisation permet de réaliser une capacité plus élevée que les centrifuges conventionnelles, bien qu'ellé ne soit pas aussi efficace que les réalisations précédemment décrites procu- rant une capacité élevée en même temps qu'un déplacement efficace des solu- bles par fluide de lavage.
L'invention peut être réalisée sous d'autres formes spécifiques sans se départir de son esprit ou s'écarter de ses caractéristiques essentiel- les. Les réalisations définies doivent par suite être considérées à tous égards comme illustratives et non restrictives, la portée de l'invention étant indiquée par les revendications annexées plutôt que par la description pré- cédente, et toutes les modifications rentrant dans la portée du terme "équi- valence" et la gamme des équivalents des revendications doivent par conséquent être considérées comme y englobées.
REVENDICATIONS.
1. Dans une méthode de séparation par centrifugation de matière solide à partir de liquides, les opérations consistant à amener la matière à séparer dans une zone de séparation tournante, dans laquelle'les solidés sont envoyés axialement vers l'extérieur et le liquide passe axialement'vers l'intérieur, à enlever le liquide axialement à l'intérieur de la dite zone- de séparation, à enlever les solides séparés en des points espacés adjacents à la périphérie externe de la dite zone de séparation, et à ramener une par- tie des dits solides séparés, à travers la dite zone de séparation, isolée de la matière alimentaire, et la décharger entre les dits points espacés ad- jacents à la périphérie externe de la dite zone de séparation sous une vitesse suffisante pour conduite les solides séparés aux dits points espacés.