WO1995032810A1

WO1995032810A1 - Dispositif et procede de separation et de qualification de particules formant un produit granuleux

Info

Publication number: WO1995032810A1
Application number: PCT/CH1995/000126
Authority: WO
Inventors: Laurent Dürst
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-06-01
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 1996-12-01
Also published as: FR2720666B1; US5871103A; JP3485572B2; ATE166006T1; DE69502495T2; DE69502495D1; JPH10500894A; EP0760713A1; CA2191365A1; FR2720666A1; EP0760713B1

Abstract

Le dispositif (10) comporte un bac de séparation (11) des particules comportant un canal de guidage (16) cylindrique communiquant avec un récipient inférieur (17) formé de deux parois planes parallèles (21) écartées d'une distance inférieure à la largeur maximale du canal de guidage. Ce dispositif comporte en outre un générateur de mouvements (24) agencé pour générer un flux de fluide sensiblement laminaire dans le canal de guidage, des moyens d'amenée (18) desdites particules dans le canal de guidage et des moyens de récupération (13) de ces particules triées. Les particules introduites dans le canal de guidage (16) reçoivent de l'énergie cinétique du flux de fluide, tombent dans le récipient inférieur (17) et arrivent sur les moyens de récupération (13) en des positions dépendant de leur masse et de la quantité d'énergie cinétique reçue.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE SEPARATION ET DE QUALIFICATION DE PARTICULES FORMANT UN PRODUIT GRANULEUX

La présente invention concerne un dispositif de séparation et de qualification de particules formant un produit granuleux, ce dispositif comportant un bac de séparation des particules, des moyens d'amenée des particules dans le bac, un organe de séparation de ces particules formé d'au moins un générateur de mouvements agencé pour générer dans ledit bac de séparation, un flux longitudinal d'un fluide véhiculant lesdites particules, et des moyens de récupération desdites particules.

Elle concerne également un procédé de séparation et de qualification de particules formant un produit granuleux, dans lequel on introduit progressivement lesdites particules dans un dispositif de séparation tel que défini ci-dessus, et l'on récolte les particules sur des moyens de récupération placés sous ledit bac, en tenant compte de leur position longitudinale sur ces moyens de récupération.

II existe actuellement plusieurs procédés permettant la séparation de particules constituant un produit granuleux tel qu'une poudre, des pastilles ou des graines.

Parmi ces procédés, on peut citer la séparation par tamisage qui consiste à disposer le produit sur une série de tamis superposés ayant des mailles de plus en plus fines, et à récupérer le produit sur chaque tamis.

Ce procédé présente différents inconvénients dus notamment au colmatage des tamis et à l'érosion des particules contre les mailles du tamis.

Un autre procédé permettant la séparation et la qualification des particules d'un produit granuleux, ainsi que le dispositif pour sa mise en oeuvre, sont décrits dans le brevet américain publié sous le numéro US-A-4 213 852. Le dispositif comporte un bac fermé dans lequel est disposé un tube ayant une extrémité amont et une extrémité aval. Une trémie est placée au-dessus de ce tube à proximité de son extrémité amont et permet l'introduction des particules. Un ventilateur est monté à proximité de l'ouverture aval du tube et génère un flux d'air en circuit fermé circulant dans un sens dans le tube et dans l'autre sens entre le tube et le bac fermé. Des fils sont disposés à proximité de l'extrémité amont du tube de façon à diminuer les turbulences du flux d'air et à créer ainsi un flux le plus laminaire possible. Des bacs de récupération sont disposés dans le fond du tube, perpendiculairement à l'axe de ce tube. L'ensemble du dispositif est agencé pour diminuer au maximum les pertes de charge dans le tube.

Lorsque les particules sont introduites dans le tube par la trémie, elles sont entraînées par le flux d'air sur une distance dépendant de leur poids et de leur surface perpendiculaire au flux d'air. Ces particules tombent alors dans les bacs de récupération et sont séparées en tranches.

Ce dispositif présente différents inconvénients. En particulier, le flux laminaire recherché est difficile à réaliser avec un dispositif de ce type du fait de la forme du bac et du circuit que l'air doit effectuer. En pratique, un flux sensiblement laminaire ne peut être obtenu que pour des vitesses de flux relativement faibles, ce qui ne permet pas de trier des particules lourdes. Ce dispositif est destiné à trier des particules dont le diamètre est compris entre 10 et 1000 μm.

La présente invention se propose de pallier ces inconvénients en réalisant un dispositif et un procédé permettant d'obtenir un flux homogène pour des vitesses de flux élevées, ce qui permet de séparer des particules de taille importante et de diversifier ainsi les applications industrielles du dispositif.

Ce but est atteint par un dispositif tel que défini en préambule et caractérisé en ce que le bac de séparation comporte un canal de guidage dans lequel circule ledit flux de fluide, et un récipient inférieur dans lequel le flux de fluide ne circule pas, ce canal et ce récipient étant en communication sur toute leur longueur.

Selon une forme de réalisation préférée, le canal de guidage est sensiblement cylindrique et est ouvert à ses deux extrémités.

Le récipient inférieur comporte de préférence deux parois planes parallèles et un fond comportant au moins une ouverture, la distance entre ces deux parois planes étant inférieure à la largeur maximale du canal de guidage. Selon un mode de réalisation avantageux, le générateur de mouvements comporte une pompe disposée en amont du canal de guidage et agencée pour propulser le fluide à travers ce canal.

Le dispositif comporte de préférence au moins une source de fluide agencée pour générer un flux de fluide descendant, perpendiculaire au flux longitudinal de fluide généré par le générateur de mouvements.

Selon une forme de réalisation avantageuse, le dispositif comporte au moins un générateur de vibrations agencé pour générer une vibration du fluide dans le canal de guidage, dans une direction transversale par rapport au flux longitudinal généré par le générateur de mouvements.

Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif comporte des moyens de pesage agencés pour mesurer la masse des particules en fonction de leur position sur lesdits moyens de récupération, et un dispositif de traitement de données agencé pour enregistrer ces masses et ces positions.

Ce but est également atteint par un procédé tel que défini en préambule et caractérisé en ce que l'on génère un flux longitudinal d'un fluide dans le canal de guidage, sans générer de flux du fluide dans le récipient inférieur.

Selon une première forme de réalisation, on pèse chaque portion transversale de particules sur les moyens de récupération, on établit une courbe de la masse de chaque portion en fonction de sa position sur les moyens de récupération et l'on compare la courbe de la masse de chaque portion en fonction de sa position sur les moyens de récupération à une courbe similaire réalisée en utilisant un produit granuleux de référence dont les caractéristiques sont connues.

Selon une variante de réalisation, on génère un flux de fluide descendant dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction du flux longitudinal de fluide généré par ledit générateur de mouvements.

Selon une autre variante de réalisation, on génère des vibrations horizontales transversales dans le dispositif de séparation. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux en référence à des modes de réalisation préférés de la présente invention et aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 est une vue d'ensemble du dispositif selon la présente invention;

- la figure 2 est une vue en perspective du bac de séparation et des moyens de récupération du dispositif selon la présente invention;

- la figure 3 est une courbe illustrant la quantité de produit obtenue en fonction de la position sur les moyens de récupération; et.

- les figures 4 à 6 illustrent des variantes de réalisation du dispositif selon la présente invention.

En référence aux figures 1 et 2, le dispositif 10 selon la présente invention, comporte essentiellement un bac de séparation 11 des particules composant le produit granuleux, un organe de séparation 12 desdites particules, des moyens de récupération 13 de ces particules, des moyens de pesage 14 et un dispositif 15 de traitement de données.

Le bac de séparation 11 est formé d'un canal de guidage 16 cylindrique ouvert à ses deux extrémités, et d'un récipient inférieur 17 fermé à ses deux extrémités et disposé sous le canal de guidage. Le canal 16 et le récipient 17 communiquent sur toute leur longueur.

Le canal de guidage est associé à des moyens d'amenée 18 desdites particules, ces moyens d'amenée comprenant par exemple un ruban convoyeur 19 agencé pour transporter des particules du produit granuleux à séparer d'une source de particules (non représentée) à une première extrémité 20, dite extrémité aval, du canal de guidage 16.

Le récipient inférieur 17 est formé de deux parois 21 planes parallèles espacées d'une distance inférieure à la largeur maximale du canal de guidage 16 et supérieure à la dimension la plus grande des particules à trier. Ce récipient 17 comporte un fond 22 ouvert et disposé au-dessus des moyens de récupération 13. Ces derniers comportent un convoyeur sans fin 23, placé sur toute la longueur du bac 11.

L'organe de séparation 12 comprend un générateur de mouvements 24 disposé à l'extrémité aval 20 du canal de guidage 16 et placé de telle manière qu'il génère un flux de fluide sensiblement homogène et longitudinal dans ce canal. Le générateur de mouvements 24 peut par exemple être une pompe, une soufflerie ou une source d'eau et sa nature dépend du produit à séparer. Il doit pouvoir transmettre une partie de l'énergie du flux de fluide aux particules, sans présenter aucune interaction chimique avec ces particules.

Les moyens de pesage 14 sont placés en dessous d'une extrémité du ruban convoyeur 23 de sorte qu'en déplaçant ce ruban, une partie des particules qu'il porte tombe sur ces moyens de pesage.

Le dispositif 15 de traitement de données est connecté aux moyens de pesage 14 et est agencé pour enregistrer les masses mesurées par ces moyens de pesage ainsi que les déplacements du convoyeur sans fin 23.

Le dispositif de séparation 10 décrit ci-dessus est essentiellement utilisé pour trois opérations différentes, à savoir la réalisation d'une courbe de référence, la qualification d'un produit et le tri des particules qui constituent un produit granuleux.

Pour réaliser une courbe de référence, on procède de la manière suivante:

- on introduit dans le bac de séparation 11, un produit granuleux de référence dont les caractéristiques sont connues;

- on génère simultanément dans le canal de guidage 16 un flux de fluide sensiblement homogène et longitudinal, d'amplitude constante. Ce flux est par exemple un flux d'air;

- le ruban convoyeur sans fin 23 étant immobile, on fait passer toutes les particules dans le dispositif.

Le flux de fluide transmet une partie de son énergie cinétique aux particules. Chaque particule reçoit une quantité d'énergie cinétique qui dépend de différents paramètres tels que sa surface transversale qui peut varier à tout instant, et le coefficient de frottement entre les particules et le fluide. Ces particules ont donc une vitesse ayant une composante horizontale due au flux de fluide et une composante verticale due à l'attraction terrestre. Les particules suivent une trajectoire parabolique et tombent sur les moyens de récupération 13 en des endroits dépendant des différents paramètres mentionnés ci-dessus. Le flux de fluide subit une perte de charge dans le canal de guidage 16, cette perte de charge étant utilisée pour améliorer la séparation des particules. Le fluide ne fournit donc pas aux particules une énergie constante quel que soit l'endroit du canal de guidage où se trouvent ses particules, mais il présente un gradient d'énergie.

- On avance le ruban convoyeur 23 d'une distance correspondant à la résolution de mesure souhaitée;

- on pèse les particules tombées sur les moyens de pesage 14; - on enregistre cette masse ainsi qu'une référence de positionnement dans le dispositif 15 de traitement de données;

- on évacue les particules des moyens de pesage 14, on avance de nouveau le ruban convoyeur et l'on pèse les particules tombées sur les moyens de pesage. Cette opération est répétée jusqu'à ce qu'il ne reste plus de particules sur le ruban convoyeur.

On peut ainsi établir une courbe de référence telle qu'illustrée par la figure 3, qui est représentative de la répartition des particules d'un produit de référence donné pour des conditions de mesure données.

Lorsque l'on désire qualifier un produit granuleux, on procède de la même manière que ci-dessus, afin d'obtenir une courbe de répartition des particules de ce produit. On compare ensuite cette courbe de répartition à la courbe de référence, ce qui permet d'observer le déplacement éventuel des pics de la courbe de répartition par rapport à la courbe de référence. Le déplacement des pics peut par exemple être un signe de vieillissement du produit, de l'effritement ou de l'agglomération des particules. Il peut également traduire une déshydratation ou une absorption d'eau.

Finalement, la troisième opération que l'on peut réaliser au moyen du dispositif de séparation des figures 1 et 2, à savoir le tri des particules formant un produit, consiste à séparer ces particules en différentes classes dépendant de leur position sur le ruban convoyeur et à n'utiliser que la ou les classes intéressantes.

Le dispositif de séparation 30 tel qu'illustré par la figure 4 diffère de celui des figures 1 et 2 essentiellement par les moyens de récupération 31. Ceux-ci comportent un élément de séparation 32 réalisé sous la forme d'un conteneur 33 disposé sous le fond du bac entre deux butées de positionnement 34. Ce dispositif est essentiellement utilisé pour séparer des particules d'un produit dont seule une fraction présente un intérêt. Le conteneur est placé dans une position telle que la fraction intéressante du produit granuleux tombe dans ce dernier lorsque la totalité des particules traverse le bac de séparation. Ainsi, le conteneur permet de récolter un produit dont la teneur en particules présentant un intérêt est particulièrement élevée, alors que le produit tombant sur les moyens de récupération en dehors du conteneur 33, a une teneur en particules intéressantes faible, voire nulle.

Le dispositif de séparation 40 illustré par la figure 5 comporte trois générateurs de vibrations 41 disposés le long du canal de guidage 42 dans la partie supérieure de ce dernier. Ces trois générateurs de vibrations engendrent une onde acoustique transversale dans ce canal, ces ondes ayant chacune une fréquence propre et/ou une amplitude différentes. Elles ont pour objet de modifier la trajectoire des particules passant à leur proximité immédiate. Les particules légères se déplaçant devant l'un de ces générateurs 41 auront leur trajectoire fortement déviée alors que les particules lourdes ne seront que faiblement influencées par ces ondes acoustiques. Ainsi, la répartition des particules sur les moyens de récupération peut être modifiée par l'adjonction de ces générateurs de vibrations. Un conteneur 43 est en outre placé sous chacun de ces générateurs 41 légèrement décalés vers l'avant, afin de récupérer les particules en trois lots distincts. Il est possible de modifier l'amplitude et la fréquence des vibrations, ainsi que la vitesse du flux de fluide de façon à obtenir une séparation optimale.

Dans le dispositif de séparation 50 illustré par la figure 6, trois sources 51 de fluide sont disposées au-dessus du canal de guidage 52 de manière à générer dans ce canal, un flux de fluide vertical descendant. Ces sources 51 de fluide ont la même fonction que les générateurs de vibrations 41 illustrés par la figure 5. Les moyens de récupération 53 comportent deux conteneurs 54, 55 dont l'un

54 est ouvert et relié à des moyens d'évacuation (non représentés) et dont l'autre

55 est fermé. Ce dispositif est particulièrement adapté pour séparer les particules utilisables d'un mélange de particules. Comme dans le mode de réalisation illustré par la figure 5, il est possible de varier les vitesses des différents flux, de façon à obtenir la meilleure séparation possible. Ces vitesses de flux sont déterminées expérimentalement en fonction du type de produit à trier et du résultat souhaité.

Le dispositif selon la présente invention peut être utilisé dans de nombreux domaines pour la séparation, le tri, la qualification et le contrôle de produits granuleux. Pour chaque type d'utilisation et pour chaque forme de résultat souhaitée, les différents composants du dispositif et notamment le générateur de mouvements et les moyens de récupération doivent être adaptés. Parmi les nombreuses applications possibles, on peut citer quelques exemples.

Dans une chaîne de fabrication dans laquelle intervient un produit granuleux tel qu'une poudre alimentaire par exemple, on souhaite contrôler la stabilité de divers paramètres du produit, ces paramètres pouvant être sa composition, la dimension des particules qui le forme, leur teneur en eau, etc. Pour cela, il suffit de réaliser une courbe représentant la masse de particules par tranches transversales sur le ruban convoyeur et de comparer cette courbe à une courbe de référence. Ce type de mesure permet un contrôle en continu de la qualité d'un produit. Il est ainsi possible de réagir de façon quasi-immédiate lorsque ce produit ne répond plus aux critères imposés, ce qui se traduit par un décalage ou une déformation de la courbe de répartition du produit par rapport à la courbe de référence.

Lorsque l'on désire séparer une fraction utilisable d'un mélange de particules contenant une fraction inutilisable, comme des graines en cours de germination dans un lot de graines à différents stades de maturité, on place un élément de séparation sur les moyens de récupération. Cet élément de séparation peut être constitué d'une paroi transversale ou d'un bac de récupération dans lequel tombe la fraction intéressante du mélange. La détermination de la position de la paroi ou du bac permet de choisir la fraction utilisée du mélange. Le dispositif selon la présente invention peut par exemple également être utilisé pour séparer une poudre aurifère de la roche qui la contient. A cet effet, la roche est broyée en fines particules, puis introduite dans le dispositif. Dans ce mode de réalisation, le fluide circulant dans le canal de guidage est de l'eau. Trois jets d'eau verticaux sont disposés au sommet du bac. Les particules sont entraînées par le flux d'eau longitudinal. Lorsqu'elles traversent le premier jet d'eau vertical, les particules lourdes ont une grande énergie cinétique et leur trajectoire n'est pratiquement pas affectée par le jet d'eau. Les particules peu denses par contre sont entraînées au fond du bac par ce premier jet d'eau. Lorsque les particules arrivent au niveau du deuxième jet d'eau, elles ont perdu une partie de leur énergie cinétique par perte de charge. Le deuxième jet d'eau peut ainsi capturer les particules les moins denses. Finalement, le troisième jet capture les particules les plus denses qui peuvent être récupérées dans un conteneur indépendant. Les particules aurifères étant les plus denses, le premier récipient contiendra un fort pourcentage d'or.

Il est à noter que le procédé de séparation de la présente invention est totalement compatible avec les procédés courants de l'art antérieur. Ainsi, il est possible de réutiliser des courbes de référence de produits donnés, établies selon d'autres méthodes. Ce procédé permet en outre une analyse particulièrement fine et précise des produits granuleux. Il est donc possible d'affiner les courbes de référence de l'art antérieur.

Le procédé de séparation selon la présente invention permet en outre l'étude de la friabilité d'un produit. Cette étude peut être réalisée en faisant passer un lot de produit dans le dispositif, en soumettant ensuite ce produit à une contrainte et en faisant passer ce même lot dans le dispositif. La comparaison des deux courbes de répartition des particules permet de caractériser la friabilité du produit.

Afin de pouvoir utiliser un tel dispositif de façon correcte, il est essentiel que le flux de fluide circulant dans le canal de guidage soit le moins turbulent possible. Ceci est obtenu très facilement dans le dispositif selon la présente invention, en raison de la forme géométrique de ce dispositif. Le flux de fluide circule essentiellement dans le canal de guidage. Ce flux est peu affecté par la présence des particules puisqu'elles ne traversent ce canal que pendant un laps de temps très court. Le flux peut être relativement peu turbulent, même pour des vitesses élevées, ce qui permet de trier des particules de grande dimension.

Les produits utilisés peuvent par exemple être des poudres alimentaires, des graines végétales, des pièces mécaniques telles que des pièces d'horlogerie, des mélanges minéraux ou des granules pharmaceutiques. Le fluide utilisé pour générer un flux peut par exemple être un gaz tel que de l'air ou un gaz neutre, ou un liquide tel que de l'eau ou du mercure.

Le canal de guidage peut avoir une forme annulaire de façon que le fluide circule en circuit fermé dans le dispositif. De cette manière, seule une faible quantité de fluide est nécessaire et celui-ci n'est pas gaspillé ce qui peut être intéressant dans le cas d'un fluide cher ou polluant par exemple.

La largeur du récipient inférieur pourrait être réglable de façon à être adaptée aux dimensions des particules à trier.

Les moyens de récupération pourraient être formés d'un convoyeur placé perpendiculairement au canal de guidage. Cette forme de réalisation est similaire aux cas illustrés par les figures 4 et 5 dans lesquels les moyens de récupération comportent un conteneur. Ces moyens de récupération peuvent également comporter un conteneur disposé entre les parois parallèles du bac.

Le procédé selon la présente invention peut être utilisé soit uniquement pour séparer les particules formant le produit granuleux, soit pour les séparer et les qualifier.

Il est en outre possible de charger électriquement le canal de guidage de façon à séparer des particules ayant également une charge électrique, telles que par exemple des particules de polyéthylène ou de chlorure de polyvinyle chargées.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de séparation et de qualification de particules formant un produit granuleux, ce dispositif comportant un bac de séparation des particules, des moyens d'amenée des particules dans le bac, un organe de séparation de ces particules formé d'au moins un générateur de mouvements agencé pour générer dans ledit bac de séparation, un flux longitudinal d'un fluide véhiculant lesdites particules, et des moyens de récupération desdites particules, caractérisé en ce que le bac de séparation (11) comporte un canal de guidage (16, 42, 52) dans lequel circule ledit flux de fluide, et un récipient inférieur (17) dans lequel le flux de fluide ne circule pas, ce canal et ce récipient étant en communication sur toute leur longueur.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal de guidage (16, 42, 52) est sensiblement cylindrique et ouvert à ses deux extrémités.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récipient inférieur (17) comporte deux parois planes parallèles (21) et un fond (22) comportant au moins une ouverture, la distance entre ces deux parois planes (21) étant inférieure à la largeur maximale du canal de guidage (16, 42, 52).

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de mouvements (24) comporte une pompe disposée en amont du canal de guidage (16) et agencée pour propulser le fluide à travers ce canal.

5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une source de fluide (51) agencée pour générer un flux de fluide descendant, perpendiculaire au flux longitudinal de fluide généré par le générateur de mouvements (24).

6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un générateur de vibrations (41) agencé pour générer une vibration du fluide dans le canal de guidage (42), dans une direction transversale par rapport au flux longitudinal généré par le générateur de mouvements.

7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de pesage (14) agencés pour mesurer la masse des particules en fonction de leur position sur lesdits moyens de récupération, et un dispositif (15) de traitement de données agencé pour enregistrer ces masses et ces positions.

8. Procédé de séparation et de qualification de particules formant un produit granuleux, dans lequel on introduit progressivement lesdites particules dans un dispositif de séparation selon la revendication 1, et l'on récolte les particules sur des moyens de récupération placés sous ledit bac, en tenant compte de leur position longitudinale sur ces moyens de récupération, ce procédé étant caractérisé en ce que l'on génère un flux longitudinal d'un fluide dans le canal de guidage (16, 42, 52), sans générer de flux du fluide dans le récipient inférieur (17).

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on pèse chaque portion transversale de particules sur les moyens de récupération et en ce que l'on établit une courbe de la masse de chaque portion en fonction de sa position sur les moyens de récupération (13).

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on compare la courbe de la masse de chaque portion en fonction de sa position sur les moyens de récupération (13) à une courbe similaire réalisée en utilisant un produit granuleux de référence dont les caractéristiques sont connues.

11. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on génère un flux de fluide descendant, dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction du flux longitudinal de fluide généré par ledit générateur de mouvements (24).

12. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on génère des vibrations horizontales transversales dans le dispositif de séparation (50).