Machine centrifuge pour la séparation et la clarification des liquides La présente invention a pour objet une machine centrifuge pour la séparation, et la clarification des liquides.
On sait que, dans les machines centrifuges couramment utilisées pour la séparation ou la clarification des liquides, ces opérations sont effectuées grâce à un rotor, entraîné à très grande vitesse et comportant un bol dans lequel sont aménagés des cloisonnements dont le but est de diviser les liquides à séparer ou clarifier, en couches aussi minces que possible, dans le sens radial, de façon à limiter au minimum le par cours que doivent effectuer les particules à éliminer, qu'elles soient solides ou liquides, avant de trouver un appui sur une surface rigide.
Ces cloisonnements, communément appelés disques ou assiettes sont de forme coni que.
Pour justifier l'emploi généralisé de ce mode de cloisonnement les constructeurs se basent sur les mesures de la vitesse de chute des parti cules solides, en décantation statique dans laquelle le temps de décantation est effectivement fonction directe de la longueur des parcours effectués par les produits en décantation avant d'atteindre le fond des bacs.
Le fait que, pour un liquide donné et un bol de volume donné, tournant à vitesse donnée, les résultats de la clarification centrifuge, ou de la séparation centrifuge de deux ou plusieurs liquides, s'améliorent lorsqu'on augmente le nombre des disques, a fait croire, jusqu'à pré sent, au bien-fondé de l'analogie présentée comme existant entre la décantation statique et la décantation centrifuge. L'amélioration des résultats a, par suite, été recherchée dans l'aug mentation du volume et de la vitesse des bols, d'une part, et, d'autre part, dans la diminution de l'intervalle ménagé entre les disques, jusqu'à la limite imposée, en travail industriel, par la résistance des matériaux et les dimensions des particules à éliminer.
On considère, au contraire, que cette dimi nution des parcours n'offre pas d'intérêt dans le cas de la décantation dynamique que constitue la centrifugation, et qu'il convient de substituer à ce principe de diminution des parcours, celui de la diminution des écarts possibles entre la vitesse moyenne de circulation - vers l'axe ou vers l'extérieur -, des liquides et solides intro duits dans le bol, théoriquement déterminée par les constantes de construction du rotor, et les vitesses extrêmes de circulation vers l'axe ou vers l'extérieur provoquées, tant dans le sens radial que dans le sens axial, par les remous ou tourbillons des liquides.
II estime que, si, au point où la force centrifuge est maxima pour un liquide donné, les particules à éliminer (qu'elles soient solides ou liquides), n'ont pu atteindre sous l'influence de cette force centrifuge une vitesse supérieure à celle du courant liquide de sens contraire, la longueur du parcours est indifférente, ainsi que le temps de séjour dans le bol.
Certaines anomalies dans les résultats obte nus par la centrifugation par rapport aux résul tats obtenus par centrifugation en laboratoire ou par simple décantation, ont donné à penser que les rotors de machines centrifuges pouvaient, en délaissant les principes classiques de la cons truction actuelle, être considérablement amélio rés, tant en ce qui concerne le débit horaire efficace, que la taille minima des particules de toute nature susceptibles d'être éliminées par centrifugation.
La machine centrifuge faisant l'objet de l'in vention comporte un rotor constitué par un bol entraîné dans un mouvement de rotation et comportant un cloisonnement intérieur, un dis tributeur de liquide à traiter situé au-dessus dudit bol et un stator constitué par un récipient divisé en plusieurs chambres dans lesquelles les parties divisées du liquide traité sont rassem blées.
Elle est caractérisée en ce que le cloisonne ment du bol est constitué par des disques divi seurs plans disposés perpendiculairement et concentriquement par rapport à l'axe de l'arbre d'entraînement du bol et maintenus espacés les uns des autres par des entretoises placées en dehors des trajets suivis par les liquides et les solides divisés, lesdits disques diviseurs étant pourvus d'ouverture à même d'être rendues accessibles ou inaccessibles aux liquides à traiter suivant que l'on désire réduire la surface de sépa ration des liquides vers l'axe du bol ou l'étendre à l'extérieur des disques.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, une forme d'exécution de la machine faisant l'objet de l'invention. Fig. 1 est une vue en coupe verticale de la machine centrifuge suivant son axe de rota tion; fig. 2 montre en plan l'un des disques divi seurs sur lequel sont placées des rondelles entre toises; fig. 3 montre le disque en coupe suivant la ligne III-III de la figure 2; fig. 4 représente schématiquement le trajet des liquides raccourci; fig. 5 représente schématiquement trajet extérieur.
La machine représentée comporte un bol 1 (fig. 1) comportant un moyeu 2 qui permet de le monter sur un arbre 3 entraîné dans un mouvement de rotation à grande vitesse par tout moyen connu. Le moyeu 2 peut ou non être fixé sur l'arbre 3.
Au centre du bol est disposé un distribu teur 4 dont l'embase 4a est pourvue de canaux radiaux 5 débouchant, à leur extrémité exté rieure sous les trous 5a, ces trous étant situés à une distance de l'axe du bol égale à celle de la position théorique de la surface de séparation entre deux liquides, choisis pour le bol considéré.
Sur l'embase du distributeur repose une pile de disques diviseurs 6 de forme plane, obtenus par découpage de flans métalliques, et compor tant chacun deux séries de trous 6a 2) et une série d'encoches périphériques 6b.
La pile de disques est obtenue en fixant, sur un flasque inférieur 7, des goujons 8 des tinés à s'introduire dans les trous 6a des disques. Les disques 6 peuvent ainsi être enfilés sur les goujons 8 en les séparant les uns des autres au moyen de rondelles entretoises 9 également enfilées sur les goujons.
Le flasque 7 est pourvu d'ouvertures 7a coïncidant avec les encoches 6b des disques 6 et les ouvertures 5a des canaux 5 du distribu teur 4.
Les rondelles 9 pourraient être soudées sur les disques mais il est préférable de les laisser indépendantes de ces derniers de manière qu'en faisant varier leur épaisseur on puisse, avec les mêmes disques, constituer des piles dans les quelles les disques sont espacés les uns des autres en fonction des matières à traiter.
Les disques sont maintenus assemblés sous forme d'une pile au moyen d'un flasque supé rieur 10 sur lequel les goujons 8 sont maintenus, au moyen d'écrous par exemple. Le nombre des disques dépend évidemment des dimensions du bol 1 et de leur écartement déterminé, comme il vient d'être dit, suivant les matières à traiter.
Les goujons 8 sont arasés au plan extérieur de chacun des flasques 7 et 10 et la pile, ainsi constituée, est tournée pour rattraper les légères différences présentées par les disques.
La pile de disques 6 forme de ce fait un en semble qu'il n'est pas nécessaire de démonter lorsqu'on procède au nettoyage de la machine et qui est interchangeable avec d'autres piles de caractéristiques variées.
La pile de disques 6 est coiffée par un cha peau 11 s'adaptant sur le bol 1, avec joint 12 interposé entre les deux pièces, sous la pression d'une bague de serrage 13 se vissant sur le bol 1.
Dans le chapeau 11 sont fixées des buses 14 disposées radialement et inclinées sensiblement à 450. Les buses s'encastrent dans des échancru res pratiquées dans le flasque supérieur 10 qui comporte, en outre, des encoches 10a destinées à livrer passage au liquide léger dans le cas de la séparation de deux liquides, ou au liquide unique clarifié, dans le cas du traitrement d'un liquide unique. Les encoches 10a sont placées en regard de trous 16 pratiqués dans le chapeau 11. Sur le chapeau 11 est vissé un anneau 17 porteur d'un diaphragme 18 qui permet, en coopération avec les buses 14 et par un choix judicieux des dits éléments, de régler les condi tions de travail du bol.
Un col 19 solidaire du chapeau 11 assure la montée du liquide léger (cas de la séparation de deux ou plusieurs liquides) ou du liquide unique au niveau nécessaire pour son évacua tion. La distance à l'axe du bol de la sortie de liquide peut être réglée par montage sur le col, d'une bague le rétrécissant.
La machine est complétée par des collerettes 20, 21 et 22 en matières élastiques choisies sui vant les liquides à traiter et portées par les récepteurs 23, 24 et 25, respectivement. Les collerettes sont fixées sur les récepteurs au moyen de bagues de serrage<I>23a, 24a</I> et 25a maintenues sur ceux-ci par des boulons. L'ouverture de chaque collerette a un dia mètre plus faible que celui de l'ouverture du récepteur rigide qui la porte et qui est déterminée, une fois pour toutes, à la construction de la machine.
On peut ainsi réduire à volonté, par l'emploi de collerettes appropriées, la circulation d'air provoquée par la paroi extérieure du rotor, la quelle circulation peut entraîner une partie des liquides hors de leurs récepteurs propres. La circulation des vapeurs dégagées par les liquides traités peut également être réduite au minimum au moyen desdites collerettes.
Les parties rigides des récepteurs et les col lerettes constituent des chicanes freinant comme il vient d'être dit la circulation de l'air ou des vapeurs et peuvent être combinées entre elles ou placées en tous lieux jugés convenables pour régler ladite circulation.
Le fonctionnement de la machine est le suivant La machine peut fonctionner comme sépa rateur ou comme clarificateur. Lorsqu'elle est utilisée comme séparateur les éléments de la machine se présentent comme le montre schéma tiquement la figure 4.
Le mélange liquides-solides à séparer est introduit d'une façon continue suivant la flèche F dans un récipient 26 pourvu à sa base d'une goulotte 27 descendant dans le distributeur 4, ceci à la manière connue.
Le mélange des liquides s'élève. selon la, théorie de fonctionnement de telles machines au travers des trous<I>5a, 7a</I> et des échancrures 6b et les liquides s'évacuent ensuite, suivant leur densité vers l'intérieur ou vers l'extérieur de la pile de disques 6.
Le liquide léger sort, suivant les flèches f, par les trous 10a du flasque 10 et les trous 16 du chapeau de bol 11 et, s'élevant à l'intérieur du col 19, s'évacue par l'espace 28 compris entre les récepteurs 24 et 25.
Le liquide lourd sort, suivant les flèches f' et s'élève jusqu'aux buses 14 qu'il .traverse pour atteindre le diaphragme de réglage 18 et s'évacuer par l'espace 29 compris entre les récepteurs 23 et 24. Les impuretés solides lourdes glissent vers l'extérieur, en pénétrant ou non entre les disques 6, suivant leurs dimensions et sont partiellement évacuées avec le liquide lourd et partiellement appliquées sur la paroi intérieure du bol 1 et du chapeau de bol 11.
Le dispositif de sortie prévu pour le liquide lourd permet, par un choix judicieux de la lon gueur et du diamètre des buses, d'assurer l'éva cuation d'une forte partie des impuretés solides plus denses que le liquide lourd, en agissant sur les vitesses d'évacuation des solides et du liquide lourd.
Les impuretés solides légères, toujours fines, glissent vers l'intérieur de la pile des disques 6 et se logent dans la chambre à boues 15 formée entre ladite pile et le distributeur 4, ceci à condition que ces impuretés soient plus légères que le liquide léger.
La chambre 15 peut être pourvue d'un dis positif d'évacuation d'air qui n'a pas été représenté.
En principe, la surface de séparation des liquides à travers la pile des disques 6 peut être délimitée par la circonférence en traits mixtes montrée en fig. 2. Pour un sens de rotation R, le liquide léger décrit sensiblement la trajectoire f tandis que le liquide lourd decrit la trajectoire f'.
L'élimination des corps solides ayant un diamètre supérieur à l'écartement des disques est assurée par la forme des échancrures 6b vers l'extérieur des disques.
Lorsque la machine est utilisée comme clarificateur, il y a alors intérêt à faire circuler le liquide aussi loin que possible de l'axe de rotation et même en dehors de la pile de disques. Les tourbillons créés à l'extérieur de la pile sont sans importance puisque le liquide unique doit traverser la pile de disques en suivant le chemin parcouru par le liquide léger dans la machine utilisée comme séparateur.
A cet effet, les orifices 7a du fiasque inférieur 7 sont obturés par des bouchons 30 (fig. 5) et les buses 14 du chapeau de bol sont obturées par des bouchons 31.
Le liquide à clarifier est introduit suivant la flèche F et, passant à travers les canaux radiaux 5 du distributeur 4, il traverse la pile de disques 6 suivant le trajet des flèches f pour s'évacuer par l'espace 28 compris entre les récepteurs 24 et 25.
Il faut noter que, dans certains cas, il y aura lieu d'obturer les orifices 7a, même lorsque la machine doit fonctionner comme séparateur.