La présente invention concerne un dispositif de séparation granulométrique sélective de matières pulvérulentes solides, à action centrifuge, ainsi qu'un procédé d'utilisation d'un tel dispositif.

Ce type de dispositif permet de séparer un flot de particules présent dans un courant de gaz en deux fractions, l'une fine inférieure à une granulométrie déterminée, l'autre grossière supérieure à ladite granulométrie. Un tel dispositif est également dénommé dans le milieu industriel correspondant « Sélecteur à air à action centrifuge ».

La séparation est réalisée à l'aide d'un rotor cylindrique à axe vertical, muni de pales régulièrement réparties sur sa périphérie, et entre lesquelles les particules sont soumises à des forces antagonistes, à savoir, d'une part, la force centrifuge générée par la rotation du rotor et qui tend à les rejeter, et d'autre part, la force de traînée générée par la vitesse d'un gaz aspiré vers le centre du rotor, et qui tend à les entraîner avec lui vers la sortie dudit gaz.

Ainsi, la force centrifuge est plus élevée pour les particules de dimensions les plus grosses et la force de traînée plus élevée pour les particules de dimensions les plus faibles, ce qui réalise la sélection granulométrique des matières traitées. Les matières aux dimensions inférieures à une granulométrie déterminée de sélection sont donc entraînées avec le gaz vers la sortie dudit gaz, tandis que les matières aux dimensions supérieures à ladite granulométrie déterminée retombent et sont collectées de façon gravitaire.

De tels dispositifs à haute performance de séparation sont notamment décrits dans les documents FR-2.642.994 ou FR-2.658.096.

L'alimentation des matières à traiter peut être réalisée à la fois par la partie supérieure de façon gravitaire, dans lequel cas les matières sont généralement dispersées par un plateau tournant solidaire du rotor, ou comme une suspension dans le gaz entrant, ou encore en combinant les deux modes d'alimentation précédents.

Dans les appareils connus de l'état de la technique, la collecte de matières dont les dimensions sont supérieures à la granulométrie déterminée de sélection est réalisée par l'intermédiaire d'une trémie en forme de cône inversé, située sous le rotor. Les parois de la trémie doivent avoir une pente importante par rapport à l'horizontale, généralement de 50 à 60 °, pour assurer l'écoulement gravitaire des matières vers la sortie, à la pointe du cône. Cette pente détermine la hauteur de la trémie conique, qui constitue une partie substantielle de la hauteur de l'appareil complet. La hauteur de cette trémie ne peut ainsi être réduite et peut poser des problèmes d'intégration dans certaines installations.

En outre, la structure et l'encombrement de cette trémie inférieure impose de prévoir la motorisation du rotor à la partie supérieure du dispositif. A cette fin, la sortie des gaz est suivie immédiatement d'un coude afin de pouvoir positionner le moteur du rotor au-dessus de ce coude. Cette configuration nécessite toutefois de prévoir l'arbre de rotation reliant le moteur et le rotor d'une longueur suffisante afin de pouvoir traverser le coude. A l'intérieur de ce coude, l'arbre de rotation doit être protégé par une gaine dont le revêtement extérieur, spécifique, doit résister à l'abrasion.

On connaît toutefois du document GB 943722 un sélecteur de génération antérieur apte à séparer des matières pulvérulentes en deux fractions, l'une de granulométrie fine, l'autre de granulométrie grossière, et enseignant une collecte des matières grâce à un système de collecte à lit fluidisé, de faible pente, afin de réduire la hauteur du dispositif.

Un autre inconvénient de ce type d'appareil est que la séparation entre les grains de dimensions inférieures et supérieures n'est pas parfaite, une partie des grains fins, inférieurs à ladite granulométrie déterminée, chutant avec les grains les plus gros dans la trémie. Le taux desdits grains fins rejetés avec les matières grossières est couramment appelé « by-pass de sélection » et constitue une imperfection. Cette imperfection peut être le résultat d'un effet de groupe, les grains fins, attachés à des grains plus gros, étant rejetés par le rotor, chutant ainsi dans la trémie, voire d'une mauvaise alimentation des matières pulvérulentes dans le dispositif. Le but de la présente invention a pour objet de pallier tout ou partie des inconvénients précités.

Plus particulièrement, le but de la présente invention est de proposer un tel dispositif, voire un procédé, permettant de réduire le by-pass de sélection, à savoir le taux des matières fines rejetées avec les matières grossières.

Un autre but de la présente invention peut être de proposer un dispositif de séparation granulométrique d'encombrement en hauteur limitée.

Un autre but de la présente invention peut être de proposer un tel dispositif dont l'architecture de motorisation du rotor est sensiblement simplifiée.

D'autres buts et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter.

L'invention concerne tout d'abord un dispositif de séparation granulométrique sélective de matières pulvérulentes solides, à action centrifuge, apte à séparer les matières en deux fractions, une fraction de matières fines et une fraction de matières grossières, comprenant :

- une enveloppe,

- un rotor cylindrique, rotatif par rapport à ladite enveloppe selon un axe vertical, interne à ladite enveloppe, muni de pales réparties sur la périphérie dudit rotor,

- des moyens d'alimentation dans ladite enveloppe d'un flux gazeux rentrant au travers desdites pales dans ledit rotor,

- un ensemble d'aubes, internes à ladite enveloppe et entourant ledit rotor, fixes par rapport à ladite enveloppe et éventuellement orientables, disposées coaxialement en vis-à-vis des pales pour être traversées par ledit flux gazeux rentrant,

- des moyens d'introduction des matières solides à trier dans ladite enveloppe,

- une sortie du rotor, ladite sortie permettant l'évacuation dudit flux de gaz et des matières entraînées, fines,

- des moyens de collecte, inférieurs audit rotor, pour les matières non entraînées, grossières, ayant chuté.

Selon l'invention, lesdits moyens de collecte comprennent un système périphérique à lit fluidisé, dont le lit s'étend autour de l'axe dudit rotor cylindrique, au moins en dessous desdites aubes et de Tinter espace compris entre lesdites aubes et ledit rotor, la vitesse du gaz de fluidisation dans une section horizontale du lit fluidisé étant inférieure à 1 m/s de telle façon à produire une nouvelle séparation entre les matières fines et les matières grossières pour laquelle lesdites matières fines sont renvoyées dans Tinter espace entre lesdites aubes et ledit rotor.

L'invention concerne également un procédé d'utilisation d'un dispositif de séparation granulométrique conforme à l'invention dans lequel on introduit une fraction de matière pulvérulente dans ladite enveloppe entre les aubes et le rotor du dispositif et on la divise, d'une part, en une fraction de matière fine, de dimension de particules inférieures à une granulométrie déterminée, entraînée par ledit flux gazeux rentrant au travers du rotor vers la sortie, notamment supérieure, du dispositif et, d'autre part, en une fraction grossière, de dimension de particules supérieures à ladite granulométrie déterminée, rejetée par le rotor vers lesdits moyens de collecte du dispositif, procédé dans lequel on détermine la vitesse moyenne d'air de fluidisation dans une section horizontale du lit fluidisé inférieure à 1 m/seconde et de telle façon à minimiser dans les rejets le taux des particules inférieures à ladite granulométrie déterminée.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée des dessins en annexe parmi lesquels :

- La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de séparation granulométrique de l'état de la technique,

- la figure 2 est une vue d'un dispositif de séparation granulométrique conforme à l'invention selon un mode de réalisation,

- la figure 3 et une vue schématique d'un dispositif conforme à l'invention selon un second mode de réalisation,

- la figure 4 est un graphique illustrant pour une installation de l'état de la technique selon la figure 1 , le taux de rejet en fonction du diamètre de particules,

- la figure 5 est une vue schématique d'un dispositif conforme à l'invention selon un troisième mode de réalisation.

La figure 1 est un schéma illustrant un dispositif de séparation de l'état de la technique.

Ce dispositif l' comprend une enveloppe 6', à l'intérieur de laquelle un rotor 2', muni de pales 3' sur sa périphérie, peut tourner selon un axe de rotation vertical.

Un ensemble d'aubes T entoure le rotor 2', en vis-à-vis des pales. Les aubes permettent de guider un flux gazeux en direction des pales 3' vers le centre du rotor. Les aubes sont munies de pivots, selon un axe vertical, qui permettent leur mouvement afin d'ajuster leur orientation pour adapter la vitesse des gaz atteignant le rotor à la vitesse de rotation du rotor.

Les pivots de toutes les aubes directrices sont reliés à un même dispositif permettant d'orienter en même temps toutes les aubes selon un même angle par rapport à la surface périphérique du rotor.

Une trémie 10', disposée inférieure au rotor et aux aubes du dispositif, permet la collecte des matières ayant chuté, rejetées par le rotor, tandis que les matières entraînées par les gaz aspirés, sont évacuées par la sortie 9'.

Cette sortie 9' est immédiatement suivie d'un coude 90' afin d'autoriser le positionnement de la motorisation du rotor au-dessus de ce coude. L'arbre de rotation 21', appartenant conjointement au rotor et à sa motorisation (non illustrée), traverse ce coude à l'intérieur duquel il est protégé par une gaine 22'.

L'alimentation en gaz du dispositif est réalisée par l'enveloppe 6' ainsi que par une gaine verticale 5' prolongeant ladite enveloppe 6' vers le bas en englobant la trémie 10'. Les matières à trier peuvent être en suspension dans le courant de gaz alimenté, ou encore être déversées à la partie supérieure du rotor au niveau de points d'introduction 8'.

Comme il peut être constaté sur la figure 1 , selon l'état de la technique, la trémie 10' présente une hauteur substantielle pour le dispositif, et participe donc à l'encombrement en hauteur. La trémie oblige en outre de positionner la motorisation au dessus du rotor 2'.

L'invention concerne un dispositif 1 de séparation granulométrique sélective de matières pulvérulentes solides, à action centrifuge, comprenant : - une enveloppe 6,

- un rotor cylindrique 2, rotatif par rapport à ladite enveloppe selon un axe vertical, interne à ladite enveloppe, muni de pales 3 réparties sur la périphérie dudit rotor,

- des moyens d'alimentation dans ladite enveloppe 6 d'un flux gazeux rentrant au travers desdites pales 3, dans ledit rotor 2,

- un ensemble d'aubes 7, internes à ladite enveloppe 6 et entourant ledit rotor 2, fixes par rapport à ladite enveloppe et éventuellement orientables, disposées coaxialement en vis-à-vis des pales pour être traversées par ledit flux gazeux rentrant, - des moyens d'introduction des matières solides à trier dans ladite enveloppe 6,

- une sortie, notamment supérieure audit rotor 2, notamment agencée par rapport auxdits moyens d'alimentation d'un flux gazeux de telle façon à engendrer un flux de gaz ascendant à l'intérieur dudit rotor, ladite sortie 9 permettant l'évacuation dudit flux de gaz, notamment ascendant, et des matières entraînées, fines, - des moyens de collecte 10, inférieurs audit rotor 2, pour les matières non entraînées, grossières, ayant chuté.

On entend par le fait que les aubes 7 sont fixes par rapport à l'enveloppe 6 le fait qu'elles ne tournent pas avec les pales 3 du rotor. Ces aubes sont néanmoins éventuellement orientables afin d'adapter la vitesse du gaz atteignant le rotor à la vitesse de rotation dudit rotor.

A cette fin, les aubes 7 peuvent être munies de pivots selon un axe vertical, les pivots de toutes les aubes directrices étant reliés à un même dispositif qui permet d'orienter, en même temps, toutes les aubes selon le même angle par rapport à la surface périphérique du rotor.

Selon l'invention, lesdits moyens de collecte 10 comprennent un système périphérique à lit fluidisé, dont le lit s'étend autour de l'axe A dudit rotor cylindrique 2, au moins en dessous desdites aubes 7 et en dessous de Tinter espace compris entre lesdites aubes 7 et le rotor 2. En outre, afin de réduire le by-pass de sélection, la vitesse du gaz de fluidisation dans une section horizontale du lit fluidisé est inférieure à 1 m/s, notamment comprise entre 30 et 50 mm/s, de telle façon à produire une nouvelle séparation entre les matières fines et les matières grossières pour laquelle lesdites matières fines sont renvoyées dans Tinter espace entre lesdites aubes 7 et ledit rotor 2.

Tel qu'illustré, selon l'exemple de la figure 2, le système périphérique à lit fluidisé peut comprendre une auge 11 formant un couloir périphérique, le fond dudit couloir présentant des moyens 16, 17, 18 de soufflage d'air. Ladite auge 11 , dans un plan sensiblement horizontal, est construite de telle façon à constituer ledit lit fluidisé pour les matières granuleuses ainsi recueillies.

Les moyens de soufflage d'air peuvent prendre la forme d'une paroi poreuse 18, telle qu'une toile, définissant le fond de ladite auge en aval d'un plénum 17 pourvu d'une alimentation en gaz 16.

Alternativement, les moyens de soufflage d'air peuvent prendre la forme d'une pluralité de buses, notamment métalliques, réparties sur le fond de ladite auge, en avant d'un plénum pourvu d'une alimentation en gaz.

Le couloir périphérique de ladite auge peut être constitué d'un ensemble de gouttières droites, mises bout à bout, selon une configuration en polygone.

Le dispositif peut présenter des moyens pour déverser les matières collectées dans ladite auge dans un ou plusieurs collecteurs 22. A cette fin, ces moyens peuvent prendre la forme d'une surverse, d'une sous- verse, de moyens de soutirage, ou autres.

Selon un exemple non illustré, chaque gouttière droite du polygone peut présenter une faible pente, les tronçons du couloir constituant alors ainsi autant d'aéroglissières. Un collecteur peut être prévu en bas de chacune desdites aéroglissières pour recueillir les matières granulaires. Selon un autre mode de réalisation, tel qu'illustré à la figure 2, il s'agit d'un collecteur 22 intérieur au couloir périphérique. Selon cet exemple, les matières sont évacuées du couloir périphérique par débordement ou surverse.

Le ou les collecteurs 22 peuvent être ainsi situés intérieurs au couloir périphérique, tel qu'illustré à la figure 2, positionnés sur le couloir périphérique notamment aux angles d'un polygone, ou encore prévus extérieurs au couloir périphérique.

Une fois la matière recueillie dans le collecteur 22, celle-ci peut être évacuée par un dispositif de manutention 23. Le dispositif de manutention 23 peut être une aéroglissière, ou encore un convoyeur mécanique tel que vis d'Archimède, un convoyeur à chaîne, un couloir vibrant, un convoyeur à bande ou autres.

Avantageusement, la sortie 14 des moyens de collecte 10 peut être à une distance verticale réduite par rapport à la position du rotor. La matière alimentée dans ladite enveloppe 6 peut être apportée avec le flux gazeux rentrant sous forme d'une suspension. Alternativement ou additionnellement, la matière alimentée peut être apportée de façon gravitaire au-dessus du rotor et être dispersée par un plateau tournant 24 solidaire en rotation du rotor. Dans tous les cas, la matière alimentée arrive en grande quantité dans la zone entre les aubes et les pales du rotor, zone où se fait la grande partie de la sélection.

Nous décrivons maintenant l'exemple des figures 2 et 3. L'exemple de la figure 2 comprend un rotor 2 de forme cylindrique à axe vertical A muni à sa périphérie de pales 3 régulièrement espacées. Le rotor 2 est traversé par un courant gazeux chargé de particules, qui pénètre par sa surface latérale et ressort au centre de sa base supérieure dans une direction axiale vers la sortie 9. L'autre base inférieure 25 est totalement fermée.

Le rotor 2 est mû par un ensemble moteur par l'intermédiaire d'un arbre vertical 26. Par l'effet de la rotation du rotor 2, les particules sont soumises à la force centrifuge qui s'oppose à leur entrée à travers les pales 3 tandis que la vitesse des gaz imprime une force de traînée qui entraîne les particules vers le centre. L'équilibre entre les deux forces est telle que les particules les plus fines sont entraînées avec le gaz vers la sortie 9 alors que les particules grossières sont rejetées par le rotor et tombent pour être collectées par les moyens de collecte 10.

Selon l'invention, les moyens de collecte 10 comprennent un système périphérique à lit fluidisé dont le lit s'étend autour de l'axe A du rotor 2 cylindrique au moins en dessous des aubes 7 et en dessous de Tinter espace compris entre lesdites aubes 7 et le rotor 2 du dispositif. Se faisant le lit recouvre ainsi ledit inter espace entre les aubes 7 et les pales 3 du rotor, inter espace à partir duquel tombe la majorité des matières non entraînées, rejetées par le rotor.

Le rotor 2 est entouré par une rangée d'aubes verticales 7 régulièrement espacées, disposées selon un cylindre virtuel. Ces aubes sont munies de pivots, selon un axe vertical, qui permettent leur mouvement afin d'ajuster leur orientation pour adapter la vitesse du gaz atteignant le rotor à la vitesse de rotation du rotor. Les pivots de toutes les aubes 7 sont reliés à un même dispositif qui permet d'orienter en même temps toutes les aubes selon le même angle par rapport à la surface périphérique du rotor. Le rotor 2 est également muni de pales 27 situées entre les pales périphériques 3 et l'arbre 26, servant à guider vers l'orifice de sortie les veines de gaz qui sortent des pales 3 périphériques, évitant ainsi la formation d'un vortex à l'intérieur du rotor.

La matière alimentée vers le rotor 2 est apportée par des points d'introduction 81 , supérieurs et est dispersée par un plateau 24. Une partie des matières pulvérulentes peut être également apportée avec le flux gazeux 51. Les matières dispersées, ou encore en suspension dans le flux gazeux sont triées en majeure partie dans Tinter espace entre les aubes et le rotor. Selon cet exemple de la figure 2, les moyens d'alimentation d'un flux gazeux sont constitués par ladite enveloppe 6 ainsi que par une gaine verticale 5 prolongeant ladite enveloppe 6 vers le bas. L'ensemble enveloppe/gaine verticale englobe ainsi, du bas vers le haut, lesdits moyens de collecte 10, ainsi que l'ensemble aubes 7/rotor cylindrique 2. Selon cet exemple de la figure 2, les moyens de collecte 10 comprennent une auge formant un couloir périphérique constitué d'une succession de gouttières droites, mises bout à bout. Selon cet exemple non limitatif, le déversement des matières granuleuses du lit fluidisé se fait par surverse. Telle qu'illustrée, la rive extérieure 21 de ladite auge est à un niveau supérieur à la rive intérieure 20, ladite rive intérieure constituant un bord de déversement de matières vers un collecteur 22. Le collecteur 22 évacue la matière grâce à un dispositif de manutention 23 globalement à l'horizontale, tel que par exemple par une aéroglissière.

L'exemple de la figure 3 diffère de celui de la figure 2 par la forme des moyens d'alimentation d'un flux gazeux.

Selon cet exemple de la figure 3, lesdits moyens d'alimentation d'un flux gazeux sont constitués par ladite enveloppe 6 qui entoure l'ensemble aubes 7/rotor cylindrique 2, à l'exception desdits moyens de collecte 10 qui restent libres d'accès, notamment en cas de maintenance. Lesdites aubes 7 matérialisent la surface latérale d'un cylindre virtuel coaxial à l'axe A du rotor cylindrique 2. Le volume défini entre la paroi intérieure de ladite enveloppe 6 et la surface latérale dudit cylindre virtuel forme une volute.

Les autres éléments du dispositif de la figure 3 sont identiques à ceux de la figure 2. La section droite de la volute, dans chaque plan radial coupant l'axe du rotor peut être décroissante, notamment linéairement, en fonction de l'angle au centre ayant pour origine l'entrée d'alimentation 61 en gaz.

Dans le cas de matières pulvérulentes alimentées comme une suspension dans le flux gazeux, l'enveloppe 6, formant la paroi extérieure de la volute, peut présenter une double inclinaison avec une section de paroi inférieure 64 inclinée, notamment d'un angle par rapport à l'horizontale supérieur ou égal à 30°, et une section de paroi supérieure 65 verticale.

La paroi inférieure inclinée 64 permet, par sa pente, d'éviter le dépôt des matières pulvérulentes et ainsi la formation d'une couche de matière stagnante dans la volute. Avantageusement, selon un mode de réalisation illustré à la figure 5, le système périphérique à lit fluidisé peut permettre de laisser un dégagement 30 intérieur audit système, permettant de motoriser le rotor par le bas avec une mise en œuvre beaucoup plus simple qu'une motorisation supérieure. Selon cette configuration, on remarque que l'encombrement en hauteur peut être encore limité grâce à un arbre de rotation 26 de longueur réduite. Selon cet exemple, les divers tronçons formant le couloir périphérique de ladite auge 11 peuvent présenter une ou plusieurs pentes au bas de la ou desquelles un ou plusieurs collecteurs de matière peuvent être prévus, tel que précédemment décrit.

L'avantage de l'invention réside dans l'agencement et le mode de fonctionnement des moyens de collecte, plus particulièrement du lit fluidisé dans le but de réduire le by-pass.

Ainsi, avantageusement, la vitesse du gaz du lit fluidisé dans une section horizontale peut être inférieure à 1 m/seconde, notamment comprise entre 30 à 50 mm/s, de telle façon à minimiser la quantité de particules les plus fines entraînées avec les rejets grossiers.

Cette vitesse moyenne d'air de fluidisation est déterminée afin qu'il se produise un nouveau tri (nouvelle séparation) dans lequel seuls les grains les plus fins, de dimensions inférieures à la granulométrie déterminée sont entraînés par l'air qui s'échappe du couloir, et renvoyés dans le courant de flux gazeux rentrant dans Tinter espace entre les pales et aubes du dispositif. Ainsi, une partie des grains les plus fins qui ont été rejetés au cours du premier processus de sélection par le rotor peuvent retourner dans la zone de tri, en avant du rotor. Si au contraire dans ce processus de fluidisation des grains de taille grossière, de dimensions supérieures à la granulométrie de sélection déterminée sont entraînés par le flux d'air qui s'échappe du couloir, ces grains seront soumis à nouveau au processus de tri, rejetés par le rotor, n'introduisant aucun risque de dégradation de la performance de l'appareil. Ainsi, l'invention concerne également un procédé d'utilisation d'un dispositif 1 de séparation granulométrique sélective de matières pulvérulentes solides, à action centrifuge selon l'invention, dans lequel on introduit une fraction de matières pulvérulentes dans ladite enveloppe 6 entre les aubes et le rotor du dispositif et on la divise, d'une part, en une fraction de matières fines, de dimensions de particules inférieures à une granulométrie déterminée, entraînées par ledit flux gazeux rentrant au travers du rotor vers la sortie, notamment supérieure, du dispositif, et d'autre part, en une fraction de matières grossières, de dimensions de particules supérieures à ladite granulométrie déterminée, rejetées par le rotor cylindrique et chutant dans lesdits moyens de collecte du dispositif.

Selon le procédé de l'invention, on détermine la vitesse moyenne d'air de fluidisation dans une section horizontale du lit fluidisé inférieure à 1 m/s et de telle façon à minimiser dans les rejets le taux des particules inférieures à ladite granulométrie déterminée.

Naturellement, d'autres modes de réalisation auraient pu être mis en œuvre sans pour autant sortir du cadre de l'invention définie par les revendications ci-après.