Principe de fonctionnement d’un séparateur
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.
Comment fonctionne un séparateur ?
Un séparateur à assiettes repose sur le principe de base de la sédimentation. Dans un mélange solides-liquides, les corps solides, plus denses, s’accumulent au fond du conteneur. La gravité les fait chuter. (1) Dans un système de séparation solides-liquides fonctionnant en continu, les particules solides ne disposent pas d’un temps suffisant pour sédimenter entièrement. La phase liquide reste donc largement chargée de solides en sortie du système. La séparation ne se fait pas en totalité. Pour assurer un meilleur rendement, l’utilisation de plaques empilées, plus communément appelées assiettes, est une solution commune. (2) La séparation proprement dite s’effectue dans l’espace entre le système d’assiettes. Plus il existe d’assiettes disponibles, plus la zone de clarification est importante. Pour prévenir une obstruction éventuelle des plaques ou des assiettes, les surfaces ne sont pas horizontales mais inclinées. Les particules solides glissent vers le fond. (3)
Le principe du séparateur 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.
Sous gravité terrestre (1G), 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. La « zone de clarification équivalente » résulte de la surface géométrique (zone de clarification) et de l’accélération centrifuge.Elle permet de mesurer la performance d’un séparateur.
Structure d’un séparateur à assiettes
Le mélange à séparer arrive via un tube d’alimentation fixe (1) (alimentation) dans le distributeur du bol rotatif (2) (conteneur, dans lequel se trouve le mélange). Il est ici soumis à une accélération à la vitesse périphérique du bol du séparateur. Il est important que, lors de la distribution du mélange, aucun effort de cisaillement inutile n’apparaisse. Il pourrait 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).
Le solide se dirige vers l’extérieur et s’accumule dans le compartiment dit ‘compartiment solides’ (4). Les phases liquides séparées circulent dans le système d’assiettes vers la partie supérieure du bol et s’écoulent ensuite à travers une turbine centripète (turbine fixe) ou un déversoir vertical fixe (5). La configuration utilisée dépend du domaine d’application.
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.
Le séparateur est généralement entraîné par un dispositif à courroies trapézoïdales ou à courroies plates à nervures. Cela dépend de la taille du séparateur. L’alimentation du moteur d’entraînement s’effectue à l’aide d’un variateur de fréquence.
Domaines d’application des séparateurs
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 pour trois procédés de séparation différents :
- Comme clarificateur pour la clarification de liquides La clarification correspond à la séparation de particules solides très fines d’un liquide. Le séparateur est utilisé pour les mélanges à faible teneur en matières solides. Pour un mélange à clarifier avec une grande quantité de solides, le décanteur est le bon choix. La clarification des turbidités du jus de fruit est un exemple d’application type pour un séparateur.
- Comme purificateur/séparateur pour la séparation de mélanges de liquides. La séparation consiste à séparer un liquide à faible densité d’un liquide avec une densité plus élevée. Un exemple d’utilisation d’un séparateur est la séparation de gouttelettes d’eau contenues dans de l’huile minérale. Les solides peuvent se séparer en même temps.
- Pour la concentration de liquides. La concentration est la séparation d’un liquide léger et d’un liquide lourd. L’extraction d’huile essentielle de l’eau à l’aide du séparateur en est un exemple. La séparation simultanée de solides est possible.
Source
Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik [Technique alimentaire et procédés bio], H.G. Kessler
Separation Technology