CH662286A5

CH662286A5 - Procede et appareil de separation d'impuretes volatiles et une installation de purification comprenant cet appareil.

Info

Publication number: CH662286A5
Application number: CH4712/84A
Authority: CH
Inventors: Evan Ernest Koslow
Original assignee: Pall Corp
Priority date: 1983-10-03
Filing date: 1984-10-01
Publication date: 1987-09-30
Also published as: US4604109A; DK474484D0; IN162484B; FR2552676A1; FR2552676B1; GB8424687D0; IL73132A0; GB2148139B; JPH0353962B2; NO843960L; GB2148139A; ATE56368T1; PT79305A; NO167495C; FI843887A0; AU3365884A; CA1215931A; ZA847748B; FI843887A7; DE3483197D1

Description

La présente invention concerne un procédé de séparation d'une fraction d'une impureté volatile d'un liquide contaminé, comprenant la délimitation d'un espace sous un vide au moins partiel, l'entraînement en rotation d'une plaque placée à l'intérieur de cet espace et l'introduction du fluide contaminé à la surface de la plaque rotative. Elle concerne aussi un appareil pour la mise en œuvre du procédé et 5 une installation de purification d'un fluide contaminé comprenant cet appareil.

Les fluides se contaminent souvent en cours d'utilisation et doivent être purifiés avant de pouvoir être recyclés. Par exemple, les lubrifiants, les fluides hydrauliques, les huiles de transformateur et io les fluides de coupe sont souvent contaminés par de l'eau, des solvants de nettoyage et d'autres impuretés volatiles qui doivent être séparées des fluides avant que ceux-ci puissent être réutilisés.

Les appareils de purification de fluide ont en général mis en œuvre de la chaleur, une dépression ou les deux pour la séparation 15 d'une impureté volatile d'un fluide. Ces purificateurs de fluide connus assurent en général une purification suffisante en un seul passage dans l'appareil sans nuire au fluide lui-même. Les purificateurs ayant des conditions sévères de traitement, par exemple assurant un chauffage excessif ou une dépression trop importante, 20 peuvent donner une purification suffisante en un seul passage, mais ils ont souvent des effets destructifs sur le fluide en cours de purification. Par exemple, le fluide peut être sérieusement altéré par perte de constituants à faible température d'ébullition, par suppression d'additifs ou par oxydation ou carbonisation du fluide. 25 Les appareils de purification dans des conditions plus douces de traitement, par exemple à plus faible température ou sous une dépression plus faible, peuvent ne pas détériorer le fluide en cours de purification, mais ils donnent une purification partielle pour un seul passage. Le fluide doit être pompé de nombreuses fois dans l'appa-30 reil afin que la purification soit suffisante. Cette technique à plusieurs passages augmente notamment la quantité d'énergie et le temps nécessaire à la purification du fluide contaminé.

Un problème posé par les appareils connus de purification de fluide mettant en œuvre une dépression est la production d'une 35 surface suffisamment grande pour un volume donné de fluide afin que les impuretés soient suffisamment extraites. La résistance à la libération des constituants volatils est plus faible à la surface du fluide ou à son voisinage que dans la masse du fluide. Une surface insuffisante ne donne qu'une purification partielle, rendant encore néces-40 saire le pompage du fluide dans l'appareil de nombreuses fois avant purification suffisante.

Un autre problème posé par les appareils connus de purification sous vide est que leurs caractéristiques varient notablement avec la viscosité du fluide contaminé. Ces appareils de purification utilisent 45 habituellement un fluide quelconque, par exemple dans une colonne à courant descendant, pour la formation d'un mince film du fluide contaminé afin que la surface formée par celui-ci soit accrue. Lorsque le fluide est visqueux, il forme cependant un film épais. La libération des impuretés volatiles de la masse du film épais est bien 50 plus lente et augmente le temps nécessaire à la purification du fluide.

Les problèmes particuliers -qui doivent être résolus sont notamment la réalisation d'un procédé et d'un appareil de purification de fluide qui purifie suffisamment le fluide en un seul passage dans l'appareil sans détérioration ou modification importante du fluide lui-55 même, qui donne une surface suffisamment étendue pour un volume déterminé de fluide, qui donne des caractéristiques pratiquement constantes quelle que soit la viscosité du fluide, et qui nécessite une quantité minimale d'énergie et de temps pour la purification du fluide.

60 Ces problèmes sont résolus par le procédé selon l'invention qui est défini dans la revendication 1.

La dimension de chaque gouttelette est indépendante dans une grande mesure de la viscosité du fluide, et chaque gouttelette a une grande surface par rapport à son volume. En conséquence, l'impu-65 reté volatile est rapidement expulsée de chaque gouttelette sous la forme d'une vapeur, laissant derrière elle une gouttelette purifiée. L'impureté volatile vaporisée peut être retirée de la chambre par une pompe à vide. Par raison de commodité, la chambre peut avoir une

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dimension telle que les gouttelettes viennent frapper la face interne de la chambre et se rassemblent par coalescence.

La présente invention concerne aussi un appareil pour la mise en œuvre du procédé qui est défini dans la revendication 2.

La présente invention concerne donc un appareil de purification de fluides très divers. Cet appareil est petit et peu encombrant et il a cependant une grande capacité de purification et fonctionne avec une très grande fiabilité.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels:

la figure 1 est une perspective, en coupe partielle, d'un appareil purificateur de fluide selon l'invention;

la figure 2 est une élévation partielle d'un ensemble à plaques de l'appareil de purification de la figure 1 ;

la figure 3 est une coupe agrandie de la partie centrale de l'un des disques de l'ensemble à plaques de la figure 2, et la figure 4 est un diagramme synoptique d'un ensemble de purification de fluide comprenant l'appareil purificateur de la figure 1.

Comme l'indique la figure 1, l'appareil purificateur 10 comporte une chambre 11 sous vide qui a un boîtier 12 et un carter 13. La chambre 11 délimite un espace évacué I. Une pompe à vide (non représentée sur la figure 1) qui communique avec la chambre 11 sous vide par un canal 14 d'évacuation établit le vide et le maintient.

A l'intérieur du boîtier 12, un ensemble 15 à plaques est monté afin qu'il puisse tourner sur un arbre 16 d'entraînement d'un moteur hydraulique 20. Ce dernier est monté sur des supports 21 qui sont eux-mêmes montés sur la chambre 11 au niveau du carter 13.

Dans une variante, l'ensemble 15 à plaques peut être entraîné en rotation par un moteur électrique ou pneumatique placé à l'intérieur ou à l'extérieur de la chambre 11. Un moteur hydraulique 20 placé dans la chambre 11 sous vide est cependant particulièrement avantageux, car il ne nécessite pas de joint étanche au vide au niveau de l'arbre rotatif et parce que le moteur hydraulique 20 est extrêmement fiable et efficace.

Lors du fonctionnement, un fluide hydraulique convenable est pompé par un canal 22 d'alimentation, par l'intermédiaire d'une pompe d'alimentation non représentée sur la figure 1, assurant l'entraînement du moteur hydraulique 20 et donc la rotation de l'ensemble 15. Le fluide hydraulique sort du moteur 20 par un canal 23. Le fluide contaminé pénètre dans le boîtier 12 par un canal 25 d'entrée et il est transmis vers l'ensemble 15 par un répartiteur 26. Dans un mode de réalisation de l'invention, le fluide contaminé constitue le fluide hydraulique, c'est-à-dire que le fluide contaminé est d'abord dans le moteur hydraulique 20 par l'intermédiaire du canal 22 et, lorsqu'il sort par le canal 23, il est transmis directement dans le boîtier 12 parle canal 25 d'entrée. Dans ce mode de réalisation, la vitesse de rotation de l'ensemble 15 est donnée par la pompe d'alimentation et la vitesse du moteur est adaptée au débit d'alimentation afin que les caractéristiques obtenues soient constantes. Une vitesse d'environ 6150 tr/min donne des résultats satisfaisants.

Comme l'indique la figure 2, l'ensemble 15 à plaques comporte une pile de disques 29 supportés par une plaque 30 qui est montée sur l'arbre 16. Par exemple, la pile peut comporter jusqu'à vingt-quatre disques 29 et plus, portés par une seule plaque 30. Un seul disque peut être ajouté à la plaque 30. Les disques 29 et la plaque 30 peuvent être réalisés en diverses matières, pourvu que celles-ci puissent supporter les vitesses de rotation considérées. Le nylon et l'aluminium sont des exemples de matières qui peuvent être utilisées. Les disques 29 sont empilés les uns sur les autres, les centres étant alignés, l'axe passant par les centres étant perpendiculaire aux faces supérieures 31 des disques 29, et la face supérieure 31 de chaque disque 29 délimitant un plan qui recoupe la paroi 32 de la chambre 11. Les disques 29 sont séparés les uns des autres et de la plaque 30 par des entretoises creuses 33. L'ensemble 15 à plaques est maintenu en coopération par des écrous 34 et des boulons 35 passant à travers les disques 29, la plaque 30 et les entretoises creuses 33. Le répartiteur 26 passe par le centre de chaque disque 29 dans l'alignement de l'arbre 16 d'entraînement et d'une droite imaginaire passant par chaque disque et perpendiculaire à celui-ci.

Comme l'indique la figure 3, une partie P du courant F de fluide contaminé est transmise par le répartiteur 26 et à la face supérieure 31 de chaque disque 29. Le courant peut aussi être dirigé vers la face inférieure de chaque disque. Le répartiteur 26 peut par exemple comporter un organe tubulaire ou analogue à une tige formé d'un matériau poreux. Dans une variante, un tube peut être utilisé, avec des orifices de nombre et/ou de dimension variant progressivement afin que la même quantité de liquide approximativement soit transmise à chaque disque et à la plaque. Dans les installations dans lesquelles le fluide contaminé est filtré par un filtre préalable fin (ayant par exemple des orifices de l'ordre de 10 à 20 microns), une matière relativement grossière peut être utilisée pour le répartiteur 26. Plus précisément, une matière poreuse correspondant à une dimension inférieure à 0,6 micron donne des résultats satisfaisants. Etant donné les effets centrifuges de chaque disque rotatif 29, le fluide contaminé qui parvient à la surface 31 d'un disque 29 migre vers le bord du disque 29 et est pulvérisé vers l'extérieur sous forme de très petites gouttelettes 36, comme représenté sur la figure 1. En d'autres termes, le liquide est atomisé. L'énergie nécessaire à la formation des gouttelettes 36 est maintenue à une faible valeur, approximativement celle qui est nécessaire à l'entraînement en rotation de l'ensemble 15 à plaques qui tourne librement.

La dimension de chaque gouttelette transmise projetée par le bord de chaque disque 29 (et de la plaque 30) est comprise de façon générale dans une plage répartie autour d'une dimension théorique qui peut être déterminée d'après l'équation suivante:

V(Dp/T)"

dans laquelle d est égal au diamètre théorique des gouttelettes, V à la vitesse de rotation des disques, D au diamètre des disques, p à la masse volumique du fluide, T à la tension superficielle du fluide et K à une constante empirique approximativement égale à 270, lorsque les autres paramètres sont exprimés en unités légales et V en tours par minute. Par exemple, lorsqu'un fluide ayant une masse volumique de 1 g/cm3 et une tension superficielle de 0,1 mN par centimètre est introduit à la surface d'un disque de 20 cm de diamètre environ, tournant à 6150 tr/min, les gouttelettes projetées par le bord du disque ont des diamètres répartis autour d'un diamètre théorique d'environ 5 microns.

Comme l'indique l'équation qui précède, la dimension de chaque gouttelette 36 formée par chaque disque rotatif 29, et en conséquence la surface de la gouttelette 36, ne dépend pratiquement pas de la viscosité du fluide qui peut ainsi varier de plusieurs facteurs de 10 d'un fluide à un autre. La dimension des gouttelettes dépend au contraire de la masse volumique et de la tension superficielle du fluide, ces paramètres ne variant normalement pas d'une manière considérable d'un fluide à un autre. Ainsi, des fluides très divers peuvent être dispersés sous forme de très petites gouttelettes et, bien que les caractéristiques de l'appareil purificateur 10 puissent varier avec la viscosité du fluide traité, la variation de ces caractéristiques est relativement limitée, les performances obtenues étant toujours élevées, même dans le cas de fluides relativement visqueux. Les appareils purificateurs 10 selon l'invention sont en général réalisés et utilisés de manière qu'ils donnent un diamètre théorique de gouttele-tes de préférence de l'ordre de 40 microns et avantageusement entre environ 2,5 et 20 microns. Les diamètres des gouttelettes effectivement formées sont répartis autour du diamètre théorique.

La formation des gouttelettes s'écarte du processus précédent lorsque le débit de transmission du fluide contaminé à chaque disque 29 dépasse une certaine limite. On a constaté que ce débit limite pour chaque disque 29 avait la valeur suivante:

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dans laquelle R est égal au rayon du disque et d au diamètre des gouttelettes comme indiqué précédemment. En général, le débit préféré est compris entre 10 et 25% de Q (max).

Lorsque les gouttelettes 36 de fluide contaminé se forment et sont évacuées par le bord du disque rotatif 29 vers la paroi 32 de la chambre, l'impureté volatile est libérée de chaque gouttelette 36 dans l'espace évacué I, laissant derrière elle une gouttelette purifiée 36'. En général, la plus grande partie de la résistance au dégagement de l'impureté volatile par le fluide contaminé est présentée par l'intérieur du volume de fluide. Cependant, les très petites gouttelettes 36 formées par le disque rotatif 29 ont des rapports surface/volume qui sont très grands. En conséquence, la distance de diffusion à l'intérieur de la gouttelette 36 est très petite et la résistance à la libération est réduite au minimum. Les impuretés volatiles se séparent très rapidement et de façon très importante de la gouttelette 36, nécessitant un très faible temps de séjour de la gouttelette 36 pour que la purification soit importante et permette ainsi une purification des fluides en un seul passage. Dans un exemple, dans le cas de gouttelettes 36 de 5 microns évacuées par le disque 29 à une vitesse d'environ 6400 cm/s (c'est-à-dire la vitesse linéaire au bord du disque considéré de 20 cm tournant à 6150 tr/min) dans une chambre 11 sous vide ayant un diamètre interne d'environ 60 cm, le temps résultant de séjour de 4 ms environ suffit à une purification très poussée. Ce faible temps de séjour, couplé à la petite dimension des disques, rend possible la formation de l'appareil 10 de purification qui est petit et peu encombrant, qui n'a par exemple que 60 cm de diamètre.

L'appareil 10 de purification travaille à un vide poussé, mais le fluide peut être maintenu à une température qui est seulement légèrement supérieure à la température ambiante, afin que le dégagement de l'impureté soit facilité. Par exemple, une dépression de 0,72 bar et une température de fluide contaminé d'environ 55° C donnent des résultats très satisfaisants. Des jauges manométriques et thermométriques 37, 38 contrôlent la dépression et la température de la chambre respectivement. La dépression élevée ne détériore pas ou ne modifie pas notablement le fluide lui-même, étant donné le faible temps de séjour du fluide dans l'appareil purificateur 10. Une purification par un seul passage et l'utilisation d'une faible quantité de chaleur réduisent la quantité d'énergie nécessaire à la purification du fluide.

Lorsque l'impureté volatile a été dégagée de la gouttelette 36, elle est aspirée de la chambre 11 sous vide par le canal 14 d'évacuation vers la pompe à vide (non représentée sur la figure 1). Un ensemble 36a à cloison comprenant un capot 36b et un filtre 36c recouvre le canal 14 d'évacuation. Lorsque l'impureté vaporisée, ou le gaz qui peut se trouver dans la chambre 11, est extraite par le canal 14, le filtre 36c retire du gaz un brouillard d'huile éventuel. Un filtre à orifices de 0,3 mm donne des résultats satisfaisants.

Les gouttelettes purifiées 36' viennent frapper un manchon amovible 39 placé entre l'ensemble 15 et la paroi 32 de la chambre. Comme ce manchon 39 réduit le diamètre interne efficace de la chambre 11, il réduit le temps de séjour des gouttelettes 36, 36'. Une série de manchons amovibles, ayant des diamètres de plus en plus grands, peut être utilisée afin qu'elle permette l'utilisation de temps de séjour de plus en plus grands jusqu'à une valeur maximale déterminée par la paroi de la chambre 32.

Après le choc, les gouttelettes purifiées 36' se rassemblent par coalescence en formant le fluide purifié. Comme les gouttelettes 36' ont une tension superficielle importante compte tenu de leur énergie cinétique disponible, elles se rassemblent par coalescence contre le manchon 39 au lieu de se pulvériser en formant un aérosol secondaire. Le fluide purifié est évacué le long du manchon 39 et se rassemble à la partie inférieure de la chambre 11. Le fluide purifié est retiré de cette dernière par un canal 41 et par une pompe de retour (non représentée sur la figure I) qui est commandée en fonction du 5 niveau par un commutateur 42 placé au fond du carter 12. Ce commutateur 42 comprend un indicateur 43 de niveau élevé qui commande la pompe de retour et un commutateur 44 de niveau faible qui arrête son fonctionnement. Le temps pendant lequel le fluide se trouve dans la chambre 11 est faible. Ce faible temps de séjour, io associé à la purification en un seul passage, donne un temps très réduit de purification et augmente la capacité de l'appareil.

L'appareil 10 de purification de la figure 1 peut être facilement incorporé à un circuit intégré de purification de fluide qui extrait les particules, en plus des impuretés volatiles. Comme l'indique la figure 15 4, ce circuit ou ensemble de purification comporte un ensemble 45 d'entraînement par un fluide hydraulique, un ensemble 46 d'alimentation en fluide contaminé, un ensemble 47 destiné à maintenir le vide, et un ensemble 48 d'extraction du fluide purifié, en plus de l'appareil 10 de purification. Le moteur hydraulique 20 de ce mode de 20 réalisation d'appareil 10 est entraîné par un fluide hydraulique séparé, fourni par l'ensemble 45. Une pompe 49 d'alimentation en fluide hydraulique fait circuler celui-ci entre un réservoir 50 et le moteur 20, le fluide hydraulique pénétrant dans l'appareil par le canal 22 et en sortant par le canal 23.

25 Le fluide contaminé est réchauffé et transmis à l'appareil 10 par l'ensemble 46 d'alimentation. Une pompe 55 fait circuler le fluide contaminé entre un réservoir 56 et un dispositif 60 de chauffage qui maintient le fluide contaminé à une température légèrement supérieure à la température ambiante, contrôlée par une jauge thermo-30 métrique 61 du réservoir. Le fluide contaminé est retiré du réservoir 56 et transmis à l'appareil 10 par la dépression régnant dans ce dernier ou par une pompe éventuelle 62 d'alimentation. Le fluide contaminé traverse une soupape sphérique 63 et un filtre initial 64 qui retire la plupart des particules du fluide. Après ce filtre 64, le 35 fluide contaminé est aspiré par un soupape à pointeau 65, au niveau d'une jauge thermométrique 66 de l'entrée de fluide et dans l'appareil 10 de purification par l'intermédiaire du canal 25 d'alimentation, l'impureté volatile étant alors séparée du fluide comme décrit précédemment.

40 L'ensemble 47 d'entretien du vide retire l'impureté volatile de l'appareil 10, en plus de l'entretien du vide. Une pompe 70 à vide aspire les gaz de l'appareil 10, contenant l'impureté volatile vaporisée, par le canal 14 d'évacuation, le long de la jauge thermométrique 71 de sortie de gaz et par l'intermédiaire d'une plaque 72 à orifices 45 qui régule la circulation du gaz. Comme ce gaz peut aussi contenir des gouttelettes du fluide en cours de purification, le gaz est aussi aspiré par un piège 73 d'huile et par un filtre 74 de coalescence avant évacuation par un silencieux 75. Une soupape 76 de décharge permet la réduction du vide lorsque par exemple un accès à l'appa-5C reil 10 de purification est nécessaire.

L'ensemble 48 d'extraction du fluide purifié comporte une pompe 80 de retour qui est commandée par le commutateur 42 en fonction du niveau dans l'appareil 10. Lorsqu'elle est commandée, cette pompe 80 transmet le fluide purifié de l'appareil 10 au canal 41 55 d'évacuation, le long de la jauge thermométrique 81 de fluide évacué et dans un clapet de retenue 82 qui empêche le retour dans l'appareil 10. Après le clapet 82, le fluide purifié est pompé par un filtre final 83 qui retire les particules et dans le réservoir 84 de fluide purifié.

R

2 feuilles dessins

Claims

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1. Procédé de séparation d'une fraction d'une impureté volatile d'un fluide contaminé, comprenant la mise sous vide d'une enceinte ! I), la rotation d'une plaque (30) placée à l'intérieur de cette enceinte (I) et l'amenée du fluide contaminé sur la surface (31) de la plaque rotative (30), caractérisé en ce que l'on choisit la vitesse de rotation de la plaque (30) assez grande pour que des gouttelettes (36) du fluide contaminé soient projetées à partir du bord de la plaque par effet centrifuge, en ce que l'on rassemble par coalescence les gouttelettes contre une surface (39) disposée dans l'enceinte (I), le bord de la plaque rotative (30) étant séparé de la surface de rassemblement par coalescence par une distance suffisante pour que le temps de séjour des gouttelettes dans l'enceinte (I) permette la séparation de la fraction de l'impureté volatile du fluide contaminé lorsque chaque gouttelette se déplace entre le bord de la plaque rotative et la surface de rassemblement par coalescence, et en ce que l'on recueille le fluide purifié.

2. Appareil pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant une chambre à vide (11), au moins une plaque rotative (30) disposée dans la chambre (11), un dispositif (25) d'amenée du fluide sur une surface (31) de la plaque, et une surface (39) distante de la plaque et destinée à provoquer le rassemblement des gouttelettes par coalescence, caractérisé par un moteur (20) d'entraînement de la plaque (30), et en ce que le dispositif d'amenée (25) est conçu de manière à amener le fluide dans l'axe de rotation de la plaque (30).

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REVENDICATIONS

3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une pile de disques (29) séparés les uns des autres et montés au-dessus de la plaque (30), les centres des disques se trouvant sur une droite perpendiculaire à la surface des disques, le dispositif d'introduction (25) étant en outre destiné à déposer le fluide sur une surface au moins (31) de chaque disque.

4. Appareil selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte des manchons amovibles (39) de diamètres différents destinés à modifier la distance comprise entre le bord de la plaque (30) et la surface (39) de rassemblement par coalescence.

5. Appareil selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte un collecteur de fluide purifié (42) placé dans la chambre (11) et un dispositif (14) communiquant avec la chambre, destiné à retirer l'impureté dégagée hors de la chambre sous vide.

6. Appareil selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le moteur est un moteur hydraulique (20) monté à l'intérieur de la chambre (11).

7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moteur hydraulique (20) est raccordé au dispositif d'amenée (25,26) de manière que le fluide contaminé entraîne le moteur (20).

8. Installation de purification d'un fluide contaminé pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, installation contenant l'appareil selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif (46) faisant circuler le fluide contaminé à travers l'installation, un filtre initial (64) retirant une partie au moins des particules du fluide contaminé, un collecteur (42) de fluide purifié, un dispositif (41,48) d'extraction du fluide purifié, et un dispositif (14,47) d'évacuation des impuretés volatiles muni d'un filtre (74) de coalescence, et en ce que l'appareil de séparation (10) est placé en aval du filtre (64).

9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le dispositif (41, 48) d'extraction du fluide purifié comporte un filtre final (83).

10. Installation selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisée en ce que le dispositif de circulation (46) comporte un dispositif (60) de chauffage du fluide contaminé.