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't PROCEDE ET DISPOSITIF POUR CHAIJGE. LE POUILLA1J.L' DE PARTICULES SOLIDEvOUIL1EES PA:1. L'EAU rt
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La présente invention concerne un procédé pour changer le mouillant de particules solides mouillées par l'eau, de préférence pour de 1,'huile,,et un disposi- tif propre à la mise en oeuvre de ce procédé.
Le problème d'effectuer un tel changement de mouillant se présente au cours de nombreuses opérations chimiques et autres, en particulier d'opérations de pré- paration. -Un exemple typique, particulièrement impor- tant,' en est le procédé) .connu en lui-même, utilisé pour ,la préparation des charbons, minerais et autres miné- raux, et.dans lequel les particules minérales dispersées dans l'eau sont soumises, en présence' d'huile ou d'au- tres matières bitumineuses utilisées' pour le' changement de.mouillant, à un traitement'impératif par 'lequel elles sont exposées à des actions-de turbulence pour être ensuite éjectées à travers deµ sections réduites.
Par ce moyen, les forces de cisaillement et de frottement deviennent,actives sur les particules solides envelop- pées d'eau, et font que la pellicule d'eau des particu- les solidesà recueillir est détruite et remplacée par une pellicule hydrofuge d'huile, tandis que les consti- ,tuants du stérile restent hydrophiles, de sorte qu'une @ séparation des deux composants du mélange peut avoir lieu de la façon la plus simple, par voie mécanique.
Ce traitement impératif peut avoir lieu, par exemple, dans des dispositifs agitateurs à grande vites- se de rotation ; de tels dispositifs ne per- mettent pas un travail en continu en raison du temps de séjour élevé pour atteindre le changement de mouillant, et leur aébit est beaucoup trop faible pour un travail à l'échelle industrielle.
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En pratique, les moulins pulvérisateurs à pla- teaux de choc se sont avérés particulièrement propres à la réalisation d'un"tel procédé de changement de mouil lant. Vans ces moulins, le mélange de matières solides dispersées dans l'eau et l'huile est soumis à l'action de plateaux de choc tournant en sens inverse, ou de croix de battage tournant entre ceux-ci, pour être chas- sé par la force centrifuge à l'état de forte turbulence par la fente annulaire étroite existant entre les pla- teaux de choc et, de ce fait, se détendre subitement avec création des forces de cisaillement et de frotte- ment après l'action antérieure de la pression.
Il est toutefois apparu que les résultats atteints au moyen de ces dispositifs ou d'autres connus empirent quand la finesse de grain des particules de matière solide aug- mente, et qu'ils deviennent insuffisants dans le cas d'une fraction prépondérante de tels constituants, par exemple d'une grosseur de grain de 10 à 60 microns.
Ce phénomène repose manifestement sur ce que, dans le cas du traitement d'une matière si fine, dans les dispositifs connus, il se produit une division si poussée du milieu liquide, que celui-ci passe auparavant en partie à l'état de brouillard. De ce fait, les dis- tances des particules de matière solide sont tellement augmentées que ces particules-de matière solide et les particules d'huile ne viennent plus en contact mutuel dans la masse, pour que les forces de cisaillement et de frottement nécessaires pour le changement suffisant de mouillant puissent se produire entre elles.
L'invention part de la connaissance de ce fait, et crée un procédé par lequel on atteint un changement de mouillant acceptaole, même aes plus petites particu- les, ae l'orare ae granaeur indiqué ci-dessus, en empê-
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chant qu'au cours du traitement il ne se produise, ne serait-ce même que temporairement, une formation de brouillard ou une pulvérisation de la dispersion en frai tement et par lequel, même dans cette hypothèse, en at- teint des forces de cisaillement et de frottement parti- culièrement intenses, nécessaires pour faire intervenir le changement de mouillant de tels mélanges de matières à grain fin, les conditions nécessaires pour la possibi- lité de l'emploi industriel du procédé et la possibili- té d'une marche continue à grand débit étant réalisées en même temps.
Le procédé suivant l'invention consiste en ce que le mélange de particules à changer de mouillant présentes sous la forme la'plus fine, avec une grosseur de grain qui, pour un pourcentage important des parti- cules solides, se tient'entre 10 et 60 microns, avec de l'eau et de lthuile, est transformé en une pellicule li- quide continue, dtépaisseur relativement minime, de l'ordre de grandeur des fractions de millimètres jusqu'à, toutefois, 3 mm, et est soumis dans cet état à l'action de forces intenses de cisaillement et de frottement, qui peuvent être créées, de préférence, en faisant tra- verser continuellement, par la pellicule, un canal pré- sentant une multiplicité de changements de direction, dont les parois limitant la pellicule sont mises en mouvement relatif l'une par rapport à l'autre.
Suivant la forme d'exécution préférée du nou- veau procédé, le mélange contenant l'eau et l'huile passe au centre à l'extérieur à travers une fente annu- laire, présentant les changements de direction convena- bles, entre deux corps rotatifs en forme de disques qui engrènent l'un avec l'autre, par les parties en saillie et en creux formant la fente,et qui effectuent un mou-
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vement relatif l'un par rapport à l'autre, avec une grande vitesse. Le passage a lieu sous l'action de la force centrifuge assistée par le mouvement relatif de disques l'un par rapport à l'autre.
La fente annulaire peut être établie de diver- ses manières. Il est particulièrement à considérer qu'on doit tenir compte du changement plus ou moins fa- cile de mouillant des constituants solides. La nécessi- té de fréquents changements de direction qui doit être satisfaits, particulièrement dans le cas ,de constituants dont il est difficile de changer le mouillant et qui ,produisent des eaux troubles, peut, par exemple, être prise en compte par constitution de la fente annulaire en forme de méandres, qui peut être atteinte par des boudins,annulaires et des rainurés annulaires coopérant l'une avec l'autre et venant en prise l'une dans l'au- tre, sur les deux corps rotatifs.
Par une telle dispo- sition', on augmente en même temps, d'une manière impor- tante pour le'traitement, la surface active des disques.
Un dispositif particulièrement propre à la réalisation de ce procédé consiste, essentiellement, en deux disques disposés verticalement ou même, éventuelle. ment, horizontalement, de hauteur comparativement mini- me, qui présentent concentriquement des rainures et des boudins annulaires en prise l'un dans l'autre, de forme rectangulaire, triangulaire ou trapézoïdale, avec un jeu de l'ordre de grandeur déterminant l'épaisseur de la fente entre eux et aussi de la pellicule d'eau trou- ble. L'un des disques - (intérieur ou extérieur) - éventuellement aussi les aeux disques, sont mis en ro- tation par une commande appropriée, dans le même sens ou dans le sens opposé, avec une vitesse angulaire qui,
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selon les conditions, est de l'ordre de 100 à 3000 tours par minute.
Les vitesses angulaires et, en général, les proportions doivent être choisies de manière qu'il en résulte les mouvements rotatifs les plus favorables à déterminer empiriquement, pour le mélange trouble à traiter, et une influence convenable sur le mélange boue-huile qui est introduit de la région centrale des disques dans la fente annulaire et transformé ainsi en une pellicule continue, d'épaisseur convenable.
La grandeur des zones actives de la surface des disques ou des boudins et rainures annulaires en prise mutuelle formés dans ceux-ci est dimensionnée pour correspondre à la viscosité du mélange boue-huile à trai, ter. Elle doit augmenter quand la viscosité diminue, pour atteindre le nombre de tours nécessaire ou la ré- sistance nécessaire à l'écoulement, et le temps de sé- jour indispensable. Selon ces conditions, la variation de la fente annulaire qui a lieu irrégulièrement dans le cas de la section rectangulaire ou uniformément dans le cas de la section trapézoïdale, peut s'avérer utile.
Pour influencer, en l'améliorant, la résistan- ce à l'écoulement et, par suite, les forces de cisaille- ment et de frottement créées dans l'action du nouveau procédé, les rainures ou les boudins annulaires concen- triques peuvent, de leur côté', être interrompus par des fentes radiales qui forment, par exemple, dans leur en- semble, un rectangle ou un triangle dont la base est orientée dans l'un des deux corps, par exemple tournant, vers l'axe du disque et, dans l'autre, par exemple fixe, vers la périphérie de celui-ci, c'est-à-dire qu'elles s'élargissent dans la direction de la base.
Ces fentes peuvent être relativement larges dans la région de la base (d'un ordre de grandeur allant jusqu'à environ
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60 mm.), et créent un tourbillonnement particulièrement fort de la pellicule;.et les forces de frottement et de cisaillement sont augmentées en conséquence.
Une forme de fentes radiales qui s'est avérée particulièrement avantageuse pour un débit moyen aussi élevé que possible est celle où leur section devient. plus petite en direction du diamètre extérieur et, en outre, reçoit éventuellement une forme circulaire ou elliptique. -
En vue d'augmenter la vitesse avec laquelle la matière atteint le début de la fente en méandres et, par suite, ,le débit du dispositif, on peut disposer éventuellement sur l'axe de celui-ci un propulseur ou l'analogue, tournant en même temps qu'un des disques.
Les constituants solides hydrophiles d'un mé- lange trouble qui a passé dans un dispositif du genre précédent sont, comme on l'a constaté, changés complète- ment de mouillant, même dans le cas des plus fines gros, seurs de grain, en supposant un réglage convenable du mode de travail du dispositif, de sorte qu'alors une sé- paration du mélange trouble peut avoir lieu par voie mécanique, en particules de charbon mouillées d'huile et en eaux usées contenant le stérile.
Le dessin annexé, représente à titre d'exem- ple un dispositif pour La mise en oeuvre du procédé sui- vaut l'invention; dans ce dessin : - la figure 1 montre la disposition générale d'un moulin à plateaux de choc du type Fallmann, établi suivant l'invention; - la figure 2 est une coupe verticale des par- ties de ce moulin qui engrènent l'une dans l'autre avec formation des fentes profilées suivant l'invention; - les figures 3 et 4 montrent schématiquement,
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en élévation, la aisposition des nervures annulaires et des fentes qui les interrompent; - les figures 5 et 6 montrent, d'une manière correspondant à celle de la figure 2, d'autres profils possibles de la fente.
Le moulin à plateaux ou disques de choc repré senté par la figure 1 consiste en des disques a et b disposés dans un carter étanche c. L'un des disques a est fixé au carter, au moyen de vis d, tandis que le disque b est mis en rotation par un arbre f, commandé au moyen d'une poulie à courroies trapézoïdales. L'ar- bre f est tourillonné, dans le châssis du dispositif, dans des paliers à billes.
La référence h désigne une tubulure de char- gement par laquelle l'eau trouble à traiter est chargée dans le milieu du carter. Ce carter forme, à l'exté- rieur aes disques, un canal annulaire dans lequel entre l'eau trouble, après passage de la fente à méandres j qui est formée par un profilage convenable, pour qui- ter le dispositif après changement de mouillant, par un canal de vidange k qui est seulement indiqué.
Comme il est visible, le'disque tournant b est établi en deux pièces; il comprend une partie acti- ve profilée 1, fixée à l'autre partie, n, fixée sur ltarbre, au moyen de vis m, pour pouvoir l'échanger.
La référence o désigne un volant à main, si- tué sur une broche p. La tête de la broche s'appuie au carter et avec la broche est en prise, par vis, un corps 9 embrassant l'arbre et lié à une douille w en- tourant celui-ci. Il en résulte qu'en faisant tourner le volant à main, la douille se déplace axialement avec l'arbre, et la largeur de la fente à méandres peut ainsi être moaifiée.
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La figure 2 montre la formation de la fente entre les deux disques a et b par les boudins annulaires ± et r' et les rainures annulaires s, s' disposés sur ceux-ci et qui, d'après l'exemple de réalisation, sont de profil rectangulaire. Cette fente t présente, par suite, des branches verticales t' et des branches hori- zontales t". Sa largeur est, suivant les prévisions, de l'ordre de grandeur de 0,2 et 1,5 m/m ou un peu plus, et la hauteur des boudins annulaires ou aes rainures an- nulaires est ae l'orare de grandeur de 6 à 8 mm.
Le disque b est mis en rotation rapide par la commande (non représentée) qui attaque l'arbre f. Le rayon des disques peut s'élever, par exemple, à 20 cm, et ils peu.vent être pourvus dans ce domaine d'un nombre corres- pondant de boudins ou rainures annulaires, dont la plus basse s'élargit progressivement ou par degré en une sortie. L'amenée de l'eau trouble peut avoir lieu dans tous les cas, par exemple par l'arbre ± établi alors creux, l'arrivée ae l'huile de changement de mouillant pouvant être effectuée alors du côté du disque a.
Dans tous les cas, on peut régler la fente entre les deux disques par déplacement axial de l'un de ceux-ci, éventuellement pendant la marche, de manière qu'on atteigne chaque fois l'épaisseur de pellicule la plus favorable à l'opération de changement ae mouillant, avec une dépense d'énergie ussi faible que possible.
Le moue ae fonctionnement du nouveau disposi- tif est facile à comprendre après celà. Le mélange à traiter, ae matières solides, d'eau et d'huile ou au- tres matières bitumineuses utilisables pour le change- ment de mouillant, est introduit dans la fente, au moyen d'un dispositif de chargement approprié, de préfé- nence un de ceux qui forment une zone d'entrée se rétré-
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cissant en cône.
Après que les deux disques a et b ont été mis en rotation relativement l'un à l'autre, le mé- lange passe par cette fente sous l'action de la force centrifuge, assittée par l'action simultanée du mouve- ment relatif des disques, avec changement continuel de direction, et il est finalement déchargé sur le pourtour extérieur.
Evidemment l'invention n'est aucunement limi- tée aux formes d'exécution décrites ci-dessus et repré- sentées au dessin, de; nombreuses modifications .étant possibles, en particulier du point de vue de la confor- mation du profil de la fente. Ainsi, par exemple, dans le cas de substances changeant' facilement de mouil- lant, le résultat du changement de mouillant peut être atteint aussi déjà,en constituant par ,des plana paral- @
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.èZes 'Zes deux disques qui coopèrent, c'est-à-d.ire en formant une fente directe, sans changement de direction, se rétrécissant éventuellement de.1.'intérieur à l'exté- rieur.
R E S'U'M E 1 Un procédé pour le changement de mouillant de particules solides mouillées par l'eau, pour de l'huile, procédé caractérisé principalement en ce qu'on transfor- me le mélange de particules solides d'eau et d'huile en une pellicule liquide continue, d'épaisseur compara- tivement minime, qu'on;, fait passer celle-ci à travers une fente qui la limite, formée,entre des surfaces qui se meuvent l'une relativement à l'autre, et qu'on la soumet ainsi à l'action de forces intenses de cisaille- ment et de frottement.
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