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"Procédé et dispositif d'épuration d'une solution ou émulsion aaueuse d'une substance déterminée"
La présente invention concerne un procédé d'épuration d'une solution ou émulsion aqueuse d'une substance déterminée, qui contient des particules magnétisables en suspension, de l'huile dispersée ainsi que de l'air dissous.
Le procédé a pour but un recyclage de l'émulsion ou solution pour qu'elle puisse être à nouveau utilisée comme une émulsion ou solution fraîche, sans particules et avec un minimum d'huile dispersée non désirable, afin d'éviter soit son rejet dans le circuit des eaux usagées soit son filtrage coûteux par exemple sur papier. Ce filtrage sur papier présente en fait les désavantages considérables suivants. Le papier après utilisation est irrécupérable et augmente les poids et volume des produits à éliminer. De plus le papier après utilisation est imprégné d'une quantité d'émulsion ou solution qui est ainsi éliminée au lieu d'être recyclée.
Il en résulte une perte de quantités importantes de la substance susdite. En outre, la présence de l'eau de l'émulsion ou solution dans le papier peut nuire à une utilisation ultérieure des produits à éliminer, utilisables sinon par exemple comme combustibles. Aussi l'entretien des dispositifs de filtrage sur papier augmente le coût considérable de l'épuration susdite, résultant de l'achat d'un papier de qualité et résistance déterminées.
Le rejet de l'émulsion ou solution dans le circuit des eaux usées est contraire à la politique de
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la CEE pour l'environnement et peut être coûteux en taxes et frais de traitement.
Pour résoudre ces problèmes, suivant l'invention le procédé comprend : une magnétisation des particules magnétisables dans l'émulsion ou solution souillée, - un enrobage des particules magnétisées par l'huile présente dans l'émulsion en solution, - une flottation, au moyen de l'air dissous, des particules enrobées, et - une collecte, d'une part, à la surface de l'émulsion ou solution des particules et d'au moins une partie de l'huile et, d'autre part, de l'émulsion ou solu- tion épurée.
Par particules magnétisables, il faut comprendre aussi des particules dont la susceptibilité magnétique () va de 1 à plusieurs milliers. Le diamètre des particules est généralement de l'ordre de 0,5 microns et peut atteindre plusieurs dizaines de microns.
Il est à noter que la magnétisation consiste essentiellement en une préparation des particules et non en une capture de celles-ci.
Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'huile dispersée dans l'émulsion étant d'une part une huile soluble en proportion déterminée et d'autre part de l'huile dite contaminante, l'enrobage a lieu en majeure partie avec l'huile contaminante.
Parmi les huiles contaminantes de l'émulsion, on trouve toutes les huiles indésirables qui s'ajoutent à l'émulsion au cours de l'utilisation de cette dernière. Ces huiles indésirables peuvent être aussi mises en flottation par la magnétisation et donc être extraites des huiles formant l'émulsion de départ.
D'autres modes de réalisation particulièrement avantageux du procédé suivant l'invention découlent des autres revendications secondaires de procédé.
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L'invention concerne aussi un dispositif d'épuration d'une émulsion ou solution aqueuse d'une substance déterminée, qui contient des particules magnétisables en suspension, de l'huile dispersée ainsi que de l'air dissous.
Suivant l'invention, le dispositif d'épuration comporte : - au moins un bac de flottation, - au moins un circuit d'amenée de la solution ou émulsion à une entrée du bac, un dispositif de magnétisation des particules magné- tisables dans l'émulsion ou solution à épurer, - des moyens de collecte desdites particules et éven- tuellement d'au moins une partie de l'huile, à la surface de l'émulsion ou solution dans le bac, et une sortie du bac, pour l'émulsion ou solution épurée, disposée à l'écart de l'entrée du bac.
Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'invention, le dispositif d'épuration comporte dans le bac des tôles inclinées par rapport à la surface de l'émulsion ou solution dans ce dernier et écartées l'une de l'autre, les tôles s'étendant, de préférence parallèlement, d'une part entre l'entrée du bac et la sortie de celui-ci et d'autre part entre le fond du bac et la surface de l'émulsion ou solution, à distance du fond et de cette surface.
D'autres formes de réalisation particulièrement avantageuses du dispositif suivant l'invention ressortent des autres revendications secondaires de dispositif.
De plus, d'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description des dessins qui sont annexés au présent mémoire et qui illustrent, à titre d'exemple non limitatif, le procédé d'épuration et une forme de réalisation particulière du dispositif d'épuration suivant l'invention.
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La figure 1 est une représentation schématique d'un bac de flottation, vu en plan, pour la mise en oeuvre du procédé d'épuration suivant l'invention et faisant partie du dispositif d'épuration suivant l'invention.
La figure 2 est, à une autre échelle, une coupe transversale schématique, suivant la ligne II-II, du bac de la figure 1, les tôles traversées par le plan de coupe étant supprimées pour la clarté du dessin.
La figure 3 est, à une autre échelle une section longitudinale schématique partielle, suivant la ligne III-III, du bac de la figure 1, afin de montrer la disposition des tôles.
La figure 4 est un détail agrandi de la coupe longitudinale au travers des tôles, pour montrer leur fixation réciproque.
La figure 5 est, à une autre échelle et en coupe longitudinale suivant la ligne V-V, une vue schématique d'un agencement particulier de collecte aux extrémités longitudinales du bac de flottation.
Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analogues.
La figure 6 montre schématiquement une implantation avantageuse de différents composants formant un dispositif particulier suivant l'invention.
Le dispositif d'épuration de la présente invention est décrit ci-dessous à titre d'exemple dans le cadre d'une épuration d'émulsion aqueuse d'huile soluble, utilisée par exemple lors de la fabrication de tubes en acier pour un refroidissement et une lubrifiation ou une protection anti-rouille de ceux-ci.
Une émulsion de ce genre est chimiquement complexe et l'huile soluble peut être une huile dite normale ou une huile dite d'extrême pression. L'huile dite normale comporte des additifs qui favorisent
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l'émulsion (sulfonates, savons), des anti-oxydants (amines complexes, composés phénolés), éventuellement des colorants (en faibles traces), des bactéricides du genre fongicides, etc. L'huile dite d'extrême pression comporte en outre du soufre, du chlore, etc.
La stabilité de l'émulsion peut être altérée par plusieurs facteurs qui seront examinés ultérieurement.
Dans le cas de cette description exemplaire, l'émulsion à épurer comporte en outre des particules étrangères à l'émulsion, qui sont magnétisables parce qu'elles sont par exemple métalliques, et des huiles et/ou graisses dispersées qui se mélangent à l'émulsion au cours de ladite fabrication des tubes (ces graisses étant reprises dans ce mémoire sous le vocable général d'huile ou particulier d'huile contaminante, cette dernière désignant les huiles et graisses qui ne font pas partie de l'émulsion propre du départ). L'émulsion comporte aussi de l'air dissous.
Suivant la figure 6, le dispositif suivant l'invention comporte par exemple deux bacs de flottation 1 (figures 1 et 2), un circuit 2 d'amenée de l'émulsion à une entrée 3 de chaque bac de flottation 1, un dispositif de magnétisation, pour chaque bac, représenté schématiquement en 4.
Ce dispositif de magnétisation 4 peut être formé par plusieurs inducteurs cylindriques 5 (figure 2) agencés chacun autour d'une conduite 6 d'amenée de l'émulsion dans le bac de flottation 1. Ce genre d'inducteur 5 est connu en soi. Dans le cas du bac 1 de la figure 1, on a prévu 9 conduites d'amenée 6 et donc 9 inducteurs 5.
Ces inducteurs 5, par exemple alimentés en courant, magnétisent les particules par exemple métalliques à susceptibilité magnétique négative, de type ferromagnétique, (comme le fer, le nickel, le cobalt,
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l'acier, des oxydes genre Fe304). Le courant d'alimentation est de préférence continu redressé non filtré. Avantageusement, les éléments magnétisables des inducteurs 5 sont en matière à hystérésis pratiquement nul, comme de la ferrite, afin de pouvoir stopper la magnétisation en cas de besoin, par exemple si une accumulation de particules magnétisées attirées par le champ magnétique ainsi obtenu tend à colmater la conduite 6. La magnétisation desdites particules magnétisables provoque leur expulsion de l'huile dispersée qui les retient.
Le dispositif suivant l'invention comporte en outre des moyens de collecte 7 (figure 5) desdites particules et d'au moins une partie de l'huile soluble, mais surtout de l'huile dite contaminante, les particules et l'huile étant montées par flottation à la surface de l'émulsion dans le bac 1. Ce dernier présente une sortie 8 pour l'émulsion épurée.
De préférence, suivant l'invention, il y a dans chaque bac de flottation 1, pour augmenter le parcours des éléments en flottation (huile et particules) des tôles 9, par exemple fixes, inclinées (figures 2 à 5) par rapport à la surface 10 de l'émulsion dans le bac 1. Les tôles s'étendent, avantageusement parallèlement et à distance l'une de l'autre, entre l'entrée 3 et la sortie 8 du bac de flottation 1 et entre le fond 11 de ce bac 1 et la surface 10, en étant maintenues à distance de cette dernière et du fond 11 ainsi qu'à distance des entrée 3 et sortie 8. L'inclinaison des tôles 9 par rapport à la surface 10 est d'environ 58 à 600. Le bac 1 étant d'allure générale parallélépipédique, ces tôles 9 peuvent être perpendiculaires aux deux longs côtés parallèles verticaux 12 du bac 1.
Alors pour éviter des zones à flottation non contrôlée par les tôles 9, il y a entre chacun des deux autres côtés verticaux 13 (figure 3) du bac 1 et la tôle inclinée 9
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la plus proche de ce côté 13 un compartiment 113 étanche à l'émulsion à épurer.
Comme le montre un agencement exemplaire de la figure 4, les tôles 9 peuvent avantageusement présenter des saillies 14 qui sont réparties en plusieurs endroits de l'une de leurs grandes faces et qui ont une hauteur sensiblement égale pour maintenir entre deux tôles 9 voisines un écartement déterminé, par exemple 5 mm (les tôles 9 ayant par exemple 1 mm d'épaisseur).
Chaque saillie 14 peut être le résultat d'un emboutissage en forme de portion de sphère. Alors une tôle 9 peut être soudée par au moins deux de ses saillies 14 à la tôle 9 qui repose sur ces dernières.
Pour améliorer la flottation, on peut prévoir par exemple à l'entrée 3 du bac 1 des moyens provoquant un apport d'air dissous dans l'émulsion. Ces moyens peuvent comporter (figure 2) un déversoir 15 où l'émulsion emporte de l'air par suite de l'agitation qu'elle y subit naturellement et une chicane 16 qui augmente la dispersion dans l'émulsion de l'air ainsi emporté (l'écoulement est indiqué par des flèches).
Avantageusement, un échangeur de chaleur 17 (figure 6) peut être prévu dans le circuit d'amenée 2 de l'émulsion, de préférence avant le dispositif de magnétisation 4 en considérant le sens d'écoulement de la solution à épurer. Par exemple pour une émulsion d'huile soluble, l'échangeur 17 est prévu pour qu'à sa sortie la température de l'émulsion soit comprise entre 15 et 20 C, ceci permet d'optimiser la teneur en air dissous dans l'émulsion. L'échangeur 17 comporte en 18 une entrée et une sortie de fluide de refroidissement, par exemple de l'eau, agencées de façon connue.
Les moyens 7 de collecte suivant l'invention comportent par exemple comme cela est illustré à la figure 5 :
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un cylindre 19 dont l'axe est sensiblement parallèle à la surface 10 de l'émulsion et est situé au-dessus de cette surface 10 pour que le cylindre 19 trempe partiellement dans l'émulsion le cylindre 19 étant mis en rotation dans le sens de la flèche par un moteur non représenté, un racleur 20 dont un côté 21 est disposé parallèle- ment audit axe et est agencé pour racler la périphé- rie du cylindre 19 au-dessus de ladite surface, de préférence au-dessus de l'axe du cylindre 19, et dont le côté 22 opposé au côté 21 précité est situé plus bas que ce dernier, et un réservoir 23 de stockage séparé du bac 1 et dont un orifice d'entrée est situé sous le côté opposé 22 susdit.
On peut prévoir, dans le dispositif d'épuration suivant l'invention, des moyens 24 (figure 6) pour injecter, dans l'émulsion à épurer, de l'huile ou une substance aidant à la mise en flottation des particules à éliminer. Dans le cas présent ces moyens comportent un réservoir 25, une pompe 26 (à noter le symbole utilisé pour une pompe et le sens d'écoulement à la sortie de celle-ci) dont l'entrée est alimentée par le réservoir 25 et dont la sortie est raccordée par exemple au circuit d'amenée 2, vers les bacs 1, par des vannes 27 respectives. (On notera le symbole utilisé pour une vanne).
Le raccordement des vannes 27 au circuit d'amenée 2 a lieu de préférence chaque fois entre l'échangeur de chaleur 17 et le dispositif de magnétisation 4 correspondant.
Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'invention, le dispositif d'épuration (figure 6) peut comporter un réservoir principal de collecte 28, par exemple pour collecter une émulsion à épurer qui provient de plusieurs points d'utilisation A, B et C et
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pour recevoir l'émulsion épurée à renvoyer à ces points d'utilisation A, B, C.
A ce réservoir principal de collecte 28 peuvent dont être raccordés : - le départ du circuit d'amenée 2 pour chaque bac de flottation 1, via l'échangeur de chaleur 17, - la sortie 8 de chaque bac de flottation 1, - le départ des circuits 29 vers les points d'utilisa- tion A, B, C, et - les sorties 30 de réservoirs secondaires 31, de collecte d'émulsion à épurer, situés aux points d'utilisation (par exemple, le réservoir secondaire
31A sert pour le point A seul et le réservoir secon-
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daire 31B, C sert aux deux points d'utilisation B et C).
De plus, il peut être avantageux de prévoir dans chaque circuit 29 vers un point d'utilisation A, B, C une dérivation 32 vers le réservoir secondaire de collecte 31 correspondant.
On peut avantageusement prévoir dans le dispositif d'épuration d'une émulsion suivant l'invention, d'une part, des moyens de détection connus en soi (non représentés), par exemple optiques, pour déterminer la proportion d'huile soluble dans l'émulsion épurée ainsi que d'autre part, une conduite 33 d'amenée d'eau et une conduite 34 d'amenée d'huile soluble stockée par exemple dans un réservoir 35 équipé d'une pompe 36. Les moyens de détection peuvent de préférence être raccordés à un dispositif automatique (non représenté) de comparaison, d'une valeur de proportion détectée et d'une valeur de consigne de dosage, qui peut être raccordé à la vanne de la conduite d'eau 33 et/ou à la pompe 36.
Pour la détection susdite ainsi que pour, par exemple, une détection du pH de l'émulsion, on peut préférer agencer à la sortie 8 de chaque bac 1 un autre bac (non représenté), du genre du bac 1 avec des tôles
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du genre des tôles 9, qui permet d'éliminer quelques des dernières traces de contamination de l'émulsion épurée. Une partie du flux qui sort de cet autre bac, est conduite dans un canal où elle ne stagne pas et où une mesure automatique en continu peut être faite de façon fiable pour déterminer par contrôle optique la concentration ou proportion de l'émulsion épurée et, le cas échéant, pour contrôler automatiquement le pH, pour par exemple en déduire un niveau de pollution bactérienne.
Dans le dispositif d'épuration exemplaire suivant la figure 6, les pompes et vannes sont représentées à titre d'exemple non limitatif.
On remarque à la figure 2, qu'à la sortie 8 on a prévu un système de chicanes 136 pour permettre une décantation additionnelle de particules arrivées jusque là. Le sens d'écoulement est indiqué par des flèches.
Un dispositif d'asservissement automatique de la commande du dispositif d'épuration peut être conçu par l'homme de métier qui, à cette fin, peut déterminer quels détecteurs de niveau, de débit, etc. sont nécessaires dans les différents bacs 1 et réservoirs 25,28, 31,35 pour cet asservissement. L'homme de métier peut aussi déterminer les vannes à commande manuelle ou électrique pour cet asservissement automatique.
Dans la représentation de la figure 6, on montre une situation où les vannes sont choisies et réglées pour un fonctionnement d'épuration, en circuit fermé, de l'émulsion contenue dans le système. Une telle épuration peut être réalisée par exemple à un moment où les points d'utilisation A, B, C ne consomment ni ne rejettent une émulsion. A cet effet les vannes portant la lettre 0 sont ouvertes et les vannes marquées par la lettre F sont fermées. Seules les vannes 27 et la vanne dans la conduite 33 peuvent passer de la position fermée (F) à une position ouverte, s'il y a lieu de rétablir certains équilibres.
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Le procédé d'épuration suivant l'invention est décrit ci-dessous à titre d'exemple dans le cadre de l'épuration d'une émulsion d'huile soluble dans l'eau, cette émulsion à épurer comportant comme ci-dessus des particules magnétisables en suspension et de l'huile et/ou graisse contaminante provenant de traitements ou usinages de pièces métalliques.
Suivant l'invention, le procédé consiste alors en : une magnétisation par le dispositif 4 des particules magnétisables dans l'émulsion ou solution souillée, un enrobage dans le bac 1 des particules magnétisées par l'huile présente dans l'émulsion en solution, - une flottation dans le bac 1, au moyen de l'air dissous, des particules enrobées, et une collecte, d'une part, à la surface 10 de l'émul- sion dans le bac 1 des particules et d'au moins une partie de l'huile dite contaminante et éventuellement de l'huile soluble et, d'autre part, de l'émulsion épurée, à la sortie 8 du bac 1.
La flottation envisagée ici est une flottation par air dissous naturellement dans l'émulsion.
D'autres flottations existent et peuvent être prévues selon les cas, par exemple la flottation en insufflant de l'air dans l'émulsion.
De préférence, la magnétisation a lieu en dehors du bac 1 et l'on exécute alors un transfert de l'émulsion magnétisée dans ledit bac 1.
L'enrobage des particules magnétisées par de l'huile a lieu de préférence avec de l'huile dite contaminante et partiellement avec de l'huile soluble et abîmée qui se libère de l'émulsion. Il a été constaté de façon surprenante qu'une dispersion additionnelle d'huile surtout dite contaminante dans l'émulsion, par exemple par les moyens 24, favorise la flottation des particules ferromagnétiques.
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Suivant l'invention, afin d'avantageusement augmenter le temps d'enrobage des particules magnétisées et donc la quantité d'huile et/ou d'air fixée à cellesci pour qu'elles puissent flotter et emporter un maximum d'huile contaminante, on prévoit dans le bac 1 un passage de l'émulsion à épurer entre des tôles 9 inclinées par rapport à la surface de l'émulsion, et un glissement et/ou roulement desdites particules en flottation sur une tôle 9 correspondante qui en ralentit soit la montée vers la surface soit la descente vers le fond.
L'émulsion perdant, par la flottation, de l'air dissous, il est avantageux d'y apporter un complément d'air, par exemple à l'entrée 3 du bac 1 comme expliqué ci-dessus, par des chicanes 16 et/ou déversoirs 15.
Un échange de chaleur est prévu de préférence avant la magnétisation afin de modifier la température de l'émulsion et de la maintenir entre 150 et 200C pour les raisons indiquées précédemment. Il s'agit par exemple d'abaisser cette température d'émulsion chauffée par des opérations d'usinage, etc.
Par les moyens de détection connus, on contrôle avantageusement la proportion ou concentration de l'huile soluble dans l'émulsion, de préférence épurée, et l'on peut agir pour maintenir cette proportiÏn par exemple entre des valeurs limites supérieure et inférieure admissibles. Pour agir, suivant le cas on peut injecter par la conduite 34 de l'huile soluble et/ou par la conduite 33 de l'eau. On peut aussi compenser ainsi des pertes d'émulsion par évaporation, par flottation...
Un contrôle du pH de l'émulsion permet de résoudre des problèmes de contamination par des sels de calcium et de magnésium et/ou de chlorures de fer et par des impuretés qui sont contenues dans l'eau et qui
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s'opposent à une émulsion stable. Une contamination bactérienne provenant de déchets jetés dans l'émulsion est aussi améliorée, au moins en partie, par le contrôle du pH, afin de ne pas exagérer une éventuelle addition de produits biocides et/ou bactéricides à l'émulsion.
Dans le cas d'émulsions chargées de chlorures de fer, ceux-ci se trouvent aussi mis en flottation par la magnétisation et donc extraits avantageusement de l'émulsion épurée. Cette situation permet d'épargner de coûteuses installations d'épuration de l'eau utilisée pour réaliser l'émulsion (coûteuses à l'installation et à l'utilisation).
Les particules enrobées remontent à la surface 10 en une couche 110 qui atteint la périphérie du cylindre 19 (figure 5). Celui-ci, mis en rotation par ledit moteur, dans le sens des flèches, emporte progressivement par adhérence naturelle cette couche 110, à l'écart de la surface 10, jusqu'au contact avec le côté 21 du racleur 20 susdit. Ladite couche 110 passe alors sur la face supérieure du racleur et le quitte à son côté 22 pour tomber dans le réservoir de stockage 23.
Le résidu de la flottation, accumulé dans le réservoir 23 s'y décante en par exemple 3 couches de produits séparés : de l'eau dans le fond, des huiles au milieu et des particules enrobées d'huile et d'air dissous et encore magnétisées. Il est ainsi possible de récupérer l'eau à remettre dans le circuit, les huiles qui, parce que pauvres en eau, peuvent être facilement incinérées et/ou recyclées par exemple dans le procédé comme huile favorisant la flottation des particules, et les particules enrobées d'huiles, contenant 1 % maximum d'eau et qui peuvent de ce fait être éliminées à meilleur marché ou vendues comme combustible. Tout ceci démontre la valeur du procédé et du dispositif d'épuration suivant l'invention, comparé à la filtration sur papier ou autre système discutée au début.
Cette valeur
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est encore augmentée par une faible consommation d'énergie en regard de ladite filtration et par un coût d'entretien des plus réduits en raison de l'automatisation complète possible du dispositif.
De plus, les émulsions de ce genre, puisque recyclables à coûts réduits, peuvent servir, outre à la lubrification et au refroidissement, par exemple aussi à du nettoyage de matériel, à du traitement d'air à épurer par passage dans un rideau ou un plan d'émulsion, etc.
A titre d'exemple, on peut citer un cas de traitement d'une émulsion d'huile soluble contaminée provenant d'une fabrication de tubes d'acier. Pour un débit de 50 m3/h d'émulsion à traiter, on prévoit 9 inducteurs de magnétisation 5 traitant chacun un débit d'environ 5,5 m3/h. Chaque inducteur de magnétisation 5 développe un champ magnétique d'environ 70 Oe, soit 5565 A/m pour une puissance électrique consommée de 400 w. Dans la cuve elle-même, l'émulsion a une vitesse de circulation telle que le temps de passage y est de 5 à 6 mn. La teneur en particules magnétisables (fines de fer) restant dans l'émulsion épurée est inférieure à 100 ppm/litre d'émulsion.
Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et que bien des modifications peuvent être apportées à ces
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dernières sans sortir du cadre de la présente invention. ern d
Ainsi, le procédé et le dispositif d'épuration peuvent être aisément transposés par l'homme de métier à l'épuration de solution aqueuses à base d'ami- nes complexes, d'éléments détergents, etc.
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"Process and device for purifying an aqueous solution or emulsion of a given substance"
The present invention relates to a process for the purification of an aqueous solution or emulsion of a given substance, which contains magnetizable particles in suspension, dispersed oil as well as dissolved air.
The aim of the process is to recycle the emulsion or solution so that it can be used again as a fresh emulsion or solution, without particles and with a minimum of undesirable dispersed oil, in order to avoid either its rejection in the wastewater circuit, ie its costly filtering, for example on paper. This filtering on paper in fact has the following considerable disadvantages. The paper after use is irrecoverable and increases the weight and volume of the products to be eliminated. In addition, the paper after use is impregnated with an amount of emulsion or solution which is thus eliminated instead of being recycled.
This results in a loss of significant amounts of the above substance. In addition, the presence of water in the emulsion or solution in the paper can hinder further use of the products to be eliminated, which can be used, for example, as fuel. Also the maintenance of filtering devices on paper increases the considerable cost of the abovementioned purification, resulting from the purchase of a paper of determined quality and resistance.
The rejection of the emulsion or solution in the wastewater circuit is contrary to the policy of
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the EEC for the environment and can be costly in taxes and processing costs.
To solve these problems, according to the invention the method comprises: a magnetization of the magnetizable particles in the emulsion or soiled solution, - a coating of the particles magnetized by the oil present in the emulsion in solution, - a flotation, by means dissolved air, coated particles, and - a collection, on the one hand, on the surface of the emulsion or solution of the particles and at least part of the oil and, on the other hand, the emulsion or purified solution.
By magnetizable particles, we must also understand particles whose magnetic susceptibility () ranges from 1 to several thousand. The particle diameter is generally of the order of 0.5 microns and can reach several tens of microns.
It should be noted that magnetization essentially consists in preparing the particles and not in capturing them.
According to an advantageous embodiment of the invention, the oil dispersed in the emulsion being on the one hand a soluble oil in a determined proportion and on the other hand of the so-called contaminating oil, the coating takes place for the most part with contaminating oil.
Among the contaminating oils of the emulsion are all the undesirable oils which are added to the emulsion during the use of the latter. These undesirable oils can also be floated by magnetization and therefore be extracted from the oils forming the starting emulsion.
Other particularly advantageous embodiments of the process according to the invention follow from the other secondary process claims.
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The invention also relates to a device for purifying an emulsion or aqueous solution of a given substance, which contains magnetisable particles in suspension, dispersed oil and dissolved air.
According to the invention, the purification device comprises: - at least one flotation tank, - at least one circuit for supplying the solution or emulsion to an inlet to the tank, a device for magnetizing the particles which can be magnetized in the emulsion or solution to be purified, - means for collecting said particles and possibly at least part of the oil, on the surface of the emulsion or solution in the tank, and an outlet from the tank, for the emulsion or purified solution, placed away from the entrance to the tank.
According to an advantageous embodiment of the invention, the purification device comprises in the tank sheets inclined with respect to the surface of the emulsion or solution in the latter and spaced from one another, the sheets s 'extending, preferably in parallel, on the one hand between the inlet of the tank and the outlet thereof and on the other hand between the bottom of the tank and the surface of the emulsion or solution, away from the bottom and this surface.
Other particularly advantageous embodiments of the device according to the invention emerge from the other secondary claims of the device.
In addition, other details and particularities of the invention will emerge from the description of the drawings which are annexed to this specification and which illustrate, by way of nonlimiting example, the purification process and a particular embodiment of the device. of purification according to the invention.
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Figure 1 is a schematic representation of a flotation tank, seen in plan, for the implementation of the purification process according to the invention and forming part of the purification device according to the invention.
Figure 2 is, on another scale, a schematic cross section, along the line II-II, of the tray of Figure 1, the sheets through which the cutting plane is removed for clarity of the drawing.
Figure 3 is, on another scale a partial schematic longitudinal section, along the line III-III, of the tray of Figure 1, to show the arrangement of the sheets.
Figure 4 is an enlarged detail of the longitudinal section through the sheets, to show their mutual fixing.
Figure 5 is, on another scale and in longitudinal section along the line V-V, a schematic view of a particular arrangement of collection at the longitudinal ends of the flotation tank.
In the various figures, the same reference notations designate identical or analogous elements.
Figure 6 schematically shows an advantageous layout of different components forming a particular device according to the invention.
The purification device of the present invention is described below by way of example in the context of the purification of an aqueous emulsion of soluble oil, used for example in the manufacture of steel tubes for cooling and lubrication or rust protection of these.
An emulsion of this kind is chemically complex and the soluble oil can be a so-called normal oil or a so-called extreme pressure oil. The so-called normal oil contains additives which promote
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emulsion (sulfonates, soaps), antioxidants (complex amines, phenol compounds), possibly dyes (in weak traces), bactericides of the fungicidal genus, etc. The so-called extreme pressure oil also contains sulfur, chlorine, etc.
The stability of the emulsion can be affected by several factors which will be discussed later.
In the case of this exemplary description, the emulsion to be purified further comprises particles foreign to the emulsion, which are magnetizable because they are for example metallic, and dispersed oils and / or fats which mix with the emulsion during said manufacture of the tubes (these fats being included in this thesis under the general term of oil or particular of contaminating oil, the latter designating the oils and greases which are not part of the clean emulsion of the departure) . The emulsion also contains dissolved air.
According to FIG. 6, the device according to the invention comprises for example two flotation tanks 1 (FIGS. 1 and 2), a circuit 2 for supplying the emulsion to an inlet 3 of each flotation tank 1, a device for magnetization, for each tank, shown schematically in 4.
This magnetization device 4 can be formed by several cylindrical inductors 5 (FIG. 2) each arranged around a pipe 6 for feeding the emulsion into the flotation tank 1. This type of inductor 5 is known per se. In the case of the tank 1 in FIG. 1, 9 supply lines 6 and therefore 9 inductors 5 are provided.
These inductors 5, for example supplied with current, magnetize the particles, for example metallic with negative magnetic susceptibility, of ferromagnetic type, (such as iron, nickel, cobalt,
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steel, Fe304 type oxides). The supply current is preferably continuous rectified unfiltered. Advantageously, the magnetizable elements of the inductors 5 are made of material with practically zero hysteresis, such as ferrite, in order to be able to stop the magnetization if necessary, for example if an accumulation of magnetized particles attracted by the magnetic field thus obtained tends to clog line 6. The magnetization of said magnetizable particles causes their expulsion of the dispersed oil which retains them.
The device according to the invention further comprises means 7 for collecting (FIG. 5) said particles and at least part of the soluble oil, but especially of the so-called contaminating oil, the particles and the oil being mounted. by flotation on the surface of the emulsion in the tank 1. The latter has an outlet 8 for the purified emulsion.
Preferably, according to the invention, there are in each flotation tank 1, to increase the path of the flotation elements (oil and particles) of the sheets 9, for example fixed, inclined (FIGS. 2 to 5) relative to the surface 10 of the emulsion in the tank 1. The sheets extend, advantageously parallel and at a distance from each other, between the inlet 3 and the outlet 8 of the flotation tank 1 and between the bottom 11 of this tank 1 and the surface 10, being kept at a distance from the latter and from the bottom 11 as well as at a distance from the inlet 3 and outlet 8. The inclination of the sheets 9 relative to the surface 10 is approximately 58 to 600. The tank 1 being generally parallelepipedic in shape, these sheets 9 can be perpendicular to the two long vertical parallel sides 12 of the tank 1.
So to avoid areas of flotation not controlled by the sheets 9, there is between each of the other two vertical sides 13 (FIG. 3) of the tank 1 and the inclined sheet 9
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the closest on this side 13 a compartment 113 sealed to the emulsion to be purified.
As shown in an exemplary arrangement of FIG. 4, the sheets 9 may advantageously have projections 14 which are distributed in several places on one of their large faces and which have a substantially equal height to maintain a spacing between two neighboring sheets 9 determined, for example 5 mm (the sheets 9 having for example 1 mm thick).
Each projection 14 may be the result of a stamping in the form of a portion of a sphere. Then a sheet 9 can be welded by at least two of its projections 14 to the sheet 9 which rests on the latter.
To improve the flotation, it is possible for example to provide, at the inlet 3 of the tank 1, means causing a supply of air dissolved in the emulsion. These means can comprise (FIG. 2) a weir 15 where the emulsion takes air as a result of the agitation which it naturally undergoes and a baffle 16 which increases the dispersion in the emulsion of the air thus carried (the flow is indicated by arrows).
Advantageously, a heat exchanger 17 (FIG. 6) can be provided in the supply circuit 2 of the emulsion, preferably before the magnetization device 4 by considering the direction of flow of the solution to be purified. For example for a soluble oil emulsion, the exchanger 17 is provided so that at its output the temperature of the emulsion is between 15 and 20 C, this makes it possible to optimize the content of air dissolved in the emulsion . The exchanger 17 has at 18 an inlet and an outlet for cooling fluid, for example water, arranged in a known manner.
The collection means 7 according to the invention comprise for example as illustrated in FIG. 5:
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a cylinder 19 whose axis is substantially parallel to the surface 10 of the emulsion and is situated above this surface 10 so that the cylinder 19 partially dips in the emulsion, the cylinder 19 being rotated in the direction of the boom by a motor not shown, a scraper 20, one side 21 of which is disposed parallel to said axis and is arranged to scrape the periphery of the cylinder 19 above said surface, preferably above the axis of the cylinder 19, and whose side 22 opposite the aforementioned side 21 is located lower than the latter, and a storage tank 23 separate from the tank 1 and an inlet of which is located under the opposite side 22 above.
One can provide, in the purification device according to the invention, means 24 (FIG. 6) for injecting, into the emulsion to be purified, oil or a substance helping in the flotation of the particles to be eliminated. In the present case, these means comprise a reservoir 25, a pump 26 (note the symbol used for a pump and the direction of flow at the outlet thereof) whose inlet is supplied by the reservoir 25 and whose outlet is connected for example to the supply circuit 2, to the tanks 1, by respective valves 27. (Note the symbol used for a valve).
The connection of the valves 27 to the supply circuit 2 preferably takes place each time between the heat exchanger 17 and the corresponding magnetization device 4.
According to an advantageous embodiment of the invention, the purification device (FIG. 6) may include a main collection reservoir 28, for example for collecting an emulsion to be purified which comes from several points of use A, B and C and
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to receive the purified emulsion to return to these points of use A, B, C.
To this main collection tank 28 can therefore be connected: - the start of the supply circuit 2 for each flotation tank 1, via the heat exchanger 17, - the outlet 8 of each flotation tank 1, - the start circuits 29 to the points of use A, B, C, and - the outlets 30 of secondary tanks 31, for collecting emulsion to be purified, located at the points of use (for example, the secondary tank
31A is used for point A only and the secondary tank
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daire 31B, C is used at the two points of use B and C).
In addition, it may be advantageous to provide in each circuit 29 to a point of use A, B, C a bypass 32 to the corresponding secondary collection tank 31.
One can advantageously provide in the device for purifying an emulsion according to the invention, on the one hand, detection means known per se (not shown), for example optical, for determining the proportion of oil soluble in the emulsion purified as well as on the other hand, a pipe 33 for supplying water and a pipe 34 for supplying soluble oil stored for example in a tank 35 equipped with a pump 36. The detection means can preferably be connected to an automatic comparison device (not shown), of a detected proportion value and of a dosage setpoint value, which can be connected to the valve of the water pipe 33 and / or to the pump 36.
For the aforementioned detection as well as for, for example, a detection of the pH of the emulsion, it may be preferable to arrange at the outlet 8 of each tank 1 another tank (not shown), of the kind of tank 1 with sheets
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of the kind of sheets 9, which makes it possible to eliminate some of the last traces of contamination of the purified emulsion. Part of the flow leaving this other tank is conducted in a channel where it does not stagnate and where an automatic continuous measurement can be made reliably to determine by optical control the concentration or proportion of the purified emulsion and, if necessary, to automatically control the pH, for example to deduce a level of bacterial pollution.
In the exemplary purification device according to FIG. 6, the pumps and valves are shown by way of nonlimiting example.
Note in FIG. 2, that at the outlet 8, a system of baffles 136 has been provided to allow additional settling of particles which have reached this point. The direction of flow is indicated by arrows.
A device for automatic control of the control of the purification device can be designed by a person skilled in the art who, for this purpose, can determine which level, flow, etc. detectors. are required in the various tanks 1 and tanks 25, 28, 31, 35 for this control. A person skilled in the art can also determine the manually or electrically controlled valves for this automatic control.
In the representation of FIG. 6, a situation is shown where the valves are chosen and adjusted for a purification operation, in a closed circuit, of the emulsion contained in the system. Such a purification can be carried out for example at a time when the points of use A, B, C neither consume nor reject an emulsion. For this purpose the valves marked with the letter 0 are open and the valves marked with the letter F are closed. Only the valves 27 and the valve in the line 33 can pass from the closed position (F) to an open position, if it is necessary to restore certain equilibria.
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The purification process according to the invention is described below by way of example in the context of the purification of a water-soluble oil emulsion, this emulsion to be purified comprising, as above, particles magnetisable in suspension and contaminating oil and / or grease from treatments or machining of metal parts.
According to the invention, the method then consists of: magnetization by the device 4 of the magnetizable particles in the emulsion or soiled solution, a coating in the tank 1 of the particles magnetized by the oil present in the emulsion in solution, - a flotation in the tank 1, by means of the dissolved air, of the coated particles, and a collection, on the one hand, on the surface 10 of the emulsion in the tank 1 of the particles and of at least one part of the so-called contaminating oil and possibly of the soluble oil and, on the other hand, of the purified emulsion, at the outlet 8 of the tank 1.
The flotation considered here is a flotation by air dissolved naturally in the emulsion.
Other flotation exists and can be provided as appropriate, for example flotation by blowing air into the emulsion.
Preferably, the magnetization takes place outside of tank 1 and a transfer of the magnetized emulsion is then carried out in said tank 1.
The coating of the magnetized particles with oil preferably takes place with so-called contaminating oil and partially with soluble and damaged oil which is released from the emulsion. It has surprisingly been found that an additional dispersion of oil, especially a contaminating oil, in the emulsion, for example by means 24, promotes the flotation of ferromagnetic particles.
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According to the invention, in order to advantageously increase the coating time of the magnetized particles and therefore the quantity of oil and / or air fixed to them so that they can float and carry a maximum of contaminating oil, we provides in the tank 1 a passage of the emulsion to be purified between sheets 9 inclined with respect to the surface of the emulsion, and a sliding and / or rolling of said particles in flotation on a corresponding sheet 9 which slows down the rise towards the surface or the descent to the bottom.
Since the emulsion loses dissolved air by flotation, it is advantageous to add additional air to it, for example at the inlet 3 of tank 1 as explained above, by baffles 16 and / or weirs 15.
A heat exchange is preferably provided before magnetization in order to modify the temperature of the emulsion and to maintain it between 150 and 200C for the reasons indicated above. This involves, for example, lowering this heated emulsion temperature by machining operations, etc.
By known means of detection, the proportion or concentration of the soluble oil in the emulsion, preferably purified, is advantageously controlled, and action can be taken to maintain this proportion, for example between admissible upper and lower limit values. To act, as the case may be injected through line 34 of soluble oil and / or through line 33 of water. We can also compensate for emulsion losses by evaporation, by flotation ...
Controlling the pH of the emulsion makes it possible to solve problems of contamination by calcium and magnesium salts and / or iron chlorides and by impurities which are contained in the water and which
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oppose a stable emulsion. Bacterial contamination from waste thrown into the emulsion is also improved, at least in part, by controlling the pH, so as not to exaggerate any possible addition of biocidal and / or bactericidal products to the emulsion.
In the case of emulsions loaded with iron chlorides, these are also found in flotation by magnetization and therefore advantageously extracted from the purified emulsion. This situation saves expensive installations for purifying the water used to make the emulsion (expensive to install and use).
The coated particles rise to the surface 10 in a layer 110 which reaches the periphery of the cylinder 19 (FIG. 5). The latter, set in rotation by said motor, in the direction of the arrows, progressively carries away by natural adhesion this layer 110, away from the surface 10, until contact with the side 21 of the above-mentioned scraper 20. Said layer 110 then passes over the upper face of the scraper and leaves it at its side 22 to fall into the storage tank 23.
The residue from the flotation, accumulated in the tank 23 is decanted therein for example 3 layers of separate products: water in the bottom, oils in the middle and particles coated with oil and dissolved air and again magnetized. It is thus possible to recover the water to be returned to the circuit, the oils which, because they are poor in water, can be easily incinerated and / or recycled for example in the process as an oil promoting the flotation of the particles, and the coated particles. oils, containing a maximum of 1% water and which can therefore be eliminated at a lower cost or sold as fuel. All this demonstrates the value of the process and of the purification device according to the invention, compared to filtration on paper or other system discussed at the beginning.
This value
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is further increased by a low energy consumption compared to said filtration and by a reduced maintenance cost due to the possible complete automation of the device.
In addition, emulsions of this kind, since they can be recycled at reduced costs, can be used, in addition to lubrication and cooling, for example also for cleaning equipment, for treating air to be purified by passing through a curtain or a emulsion plan, etc.
By way of example, one can cite a case of treatment of an emulsion of contaminated soluble oil originating from a manufacture of steel tubes. For a flow rate of 50 m3 / h of emulsion to be treated, 9 magnetization inductors 5 are provided, each treating a flow rate of approximately 5.5 m3 / h. Each magnetization inductor 5 develops a magnetic field of approximately 70 Oe, or 5565 A / m for a consumed electrical power of 400 w. In the tank itself, the emulsion has a circulation speed such that the passage time is 5 to 6 min. The content of magnetizable particles (iron fines) remaining in the purified emulsion is less than 100 ppm / liter of emulsion.
It should be understood that the invention is in no way limited to the embodiments described and that many modifications can be made to these
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last without departing from the scope of the present invention. ern d
Thus, the purification process and device can be easily transposed by a person skilled in the art to the purification of aqueous solutions based on complex amines, detergent elements, etc.