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Séparateur centrifuge à assiettes


Le séparateur (ou centrifugeuse) à assiettes est une centrifugeuse à axe vertical. Il est utilisé dans la séparation et la clarification des liquides. Les mélanges solides-liquides ou liquides-liquides y sont séparés par la force centrifuge. Le séparateur se distingue d’un décanteur tant du point de vue technique que par son champ d’applications.

Principe de fonctionnement d’un séparateur

Sédimentation

Un séparateur à assiettes repose sur le principe de la sédimentation appliqué dans les décanteurs.
Principe de la sédimentation et de la zone de clarification

Dans un mélange solides-liquides, les corps solides, plus denses, s’accumulent au fond du conteneur. La gravité les fait chuter. Les particules solides qui ne disposent pas d’un temps suffisant pour sédimenter entièrement, subsistent en sortie du système. La séparation ne se fait pas en totalité.

L’utilisation de plaques empilées, permet d'accroitre le rendement de la sédimentation. La séparation proprement dite s’effectue dans l’espace entre les plaques. Plus les plaques sont nombreuses, plus la zone de clarification est importante. Pour prévenir une obstruction par les sédiments, les surfaces sont  inclinées. Les particules solides glissent ainsi vers le fond.

Sous gravité terrestre (1 g, 9,81 m/s²), la séparation s’effectue lentement et n’est pas efficace dans de nombreuses applications industrielles. Les séparateurs à assiettes accélèrent significativement cette séparation. Ces derniers séparent le mélange de la phase solide et de la phase liquide par la force centrifuge. Une accélération jusqu'à 12000 g peut être obtenu.

Le séparateur à assiettes permet de séparer:

  • des liquides de différentes densités, comme, par exemple, des gouttelettes d’huile dans l’eau, ou des gouttelettes d’eau dans l’huile
  • des solides denses dispersés dans un liquide moins dense (par exemple des résidus métalliques dans l'huile de lubrification)

Effet centrifuge

Un corps de masse "m", ayant un mouvement de rotation autour d'un axe situé à une distance "r", subit une force F qui tend à l'éloigner de cet axe. Cette force est proportionelle à:
  • la masse du corps
  • la distance de l'axe de rotation (rayon du cercle décrit par le mouvement)
  • le carré de la vitesse de rotation "N"

F = 0,011 × m × r × N²

Il est souvent plus évocateur d'exprimer l'effet centrifuge en rapport avec la gravité terrestre; on l'exprimera alors en nombre de "g":

γ = 0,011 ⁄ 9,81 × r × N²

avec:
r: en mètre
N: en tours par minute

exemple:
une centrifugeuse de 40 cm de diamètre tournant à 2500 t/mn génèrera une accélération égale à:
γ = 0,011 ⁄ 9,81 × (0,4 ⁄ 2) × (2500)² = 1400g soit 1400 fois la gravité terrestre.

Structure d’un séparateur à assiettes

Structure et principe d’un séparateur

Le mélange à séparer arrive via un tube d’alimentation fixe (1) (alimentation) dans le distributeur du bol rotatif (2). Il est ici soumis à une accélération à la vitesse périphérique du bol du séparateur. Lors de la distribution du mélange, des efforts de cisaillement trop importants doivent être évités qui pourraient détruire les fines particules et créer des émulsions.
Sur la périphérie du distributeur, se trouvent des orifices par lesquels le produit à séparer pénètre dans le système d’assiettes. La séparation s’effectue dans ce système d’assiettes (3).

Les solides accumulés s’écoulent par une sortie dédiée (sortie solides). Il existe des séparateurs à assiettes avec bol auto-nettoyant (ou auto-débourbage) (séparateurs continus) et des séparateurs manuels. Pour les séparateurs avec bol auto-nettoyant, le bol dispose d’un mécanisme de libération par lequel les solides séparés sont déversés à intervalles réguliers (6). Dans ce cas, le bol (en deux parties) comprend une partie inférieure sur lequel agit un mécanisme hydraulique, ainsi qu’un couvercle supérieur.

Grâce au mécanisme hydraulique, la partie inférieure descend et libère les solides accumulés dans le compartiment. Après l’évacuation de la phase solide, le bol se referme à nouveau. Cette ouverture ne dure que quelques dixièmes de seconde.

Animation du fonctionnement d'un séparateur centrifuge à assiettes

Domaines d’application des centrifugeuses

Les séparateurs sont destinés à des tâches de séparation qui exigent une précision de séparation élevée ou qui nécessitent la séparation de fines particules. Ils sont également utilisés pour la séparation de mélanges solides-liquides présentant une faible différence de densité. Les possibilités d’application des séparateurs à assiettes sont nombreuses et se retrouvent dans les secteurs industriels les plus variés, dont notamment :
  • dans le secteur agro-alimentaire et les boissons ;
  • dans l’industrie des graisses et huiles animales et végétales ;
  • dans la chimie, le secteur pharmaceutique et la biotechnologie ;
  • dans les huiles minérales et l’énergie ;
  • dans la protection de l’environnement.
Les séparateurs sont principalement utilisés :
  • Comme clarificateur de liquides. La clarification correspond à la séparation de particules solides très fines et en faible quantité. La clarification des turbidités du jus de fruit en est un exemple.
  • Comme séparateur d'un liquide à faible densité et d’un liquide avec une densité plus élevée. La séparation de gouttelettes d’eau contenues dans de l’huile minérale en est un exemple. Les solides peuvent être séparé en même temps.


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