Réduction de la quantité des matières en suspension dans l'eau grâce à la centrigugation

Introduction

La centrifugation est un procédé de séparation liquide-liquide ou solide-liquide. En effet elle est utilisée lorsque différentes phases ou des solides en suspension d'un échantillon liquide sont à séparer. L'échantillon est introduit dans une chambre (le bol de la centrifugeuse) qui est entraînée à une vitesse de rotation très importante (de 2000 à 10000 tr/min). Ainsi le phénomène de sédimentation, qui consiste à laisser reposer l'échantillon afin d'effectuer une séparation "naturelle" en laissant agir la force de gravitation et qui peut prendre beaucoup de temps, est accélérée grâce à la force centrifuge. La centrifugation est utilisée dans de nombreux domaines : les industries chimique et alimentaire, la médecine ou encore le nucléaire.

L'étape précédente, le dessablage, a permis d'éliminer les particules abrasives de taille importante - le sable et les autres particules lourdes (dont le diamètre est supérieur à 100 µm) - qui peuvent endommager les appareils du procédé. La centrifugation nous permet d'enlever la quasi totalité des particules solides en suspension dont le diamètre est supérieur au micron. Le courant sortant purifié pourra ainsi être traité dans les autres opérations unitaires de cette usine sans les abîmer.

Dimensionnement de la centrifugeuse

Cette partie vise à déterminer le débit limite d'alimentation de la machine, au-delà duquel la séparation serait de mauvaise qualité. Pour cela, il faut dans un premier temps choisir le type de centrifugeuse désirée. Nous décidons d'utiliser le modèle AC2500 KFD de Flottweg Separation Technology, dont les caractéristiques sont fournies dans le tableau 1. Cette centrifugeuse a été sélectionnée grâce à sa grande capacité d'alimentation (jusqu'à 70 m3/h).

 

 

 

(Source: http://www.sincaninc.com/mater/fweg/bev/disk/ac20002500.pdf)

Le tableau ci-dessous présente les grandeurs, valeurs et symboles associés qui nous permettront d'obtenir le débit limite :

Le diamètre limite des particules pouvant être séparées par centrifugation est fixé à 1µm. Leur densité est de 1,02, proche de celle de l'eau. La viscosité du mélange est prise égale à celle de l'eau. Et, au vue de la géométrie de la centrifugeuse, le rayon interne est fixé à 10 cm et le rayon externe à 65 cm.
 

La relation permettant de définir le débit limite est: Qlim = Vs * Seq .
Où Vs désigne la vitesse de sédimentation qui est obtenue grâce à la relation : $$ V_s = \frac {d^2 (\rho_p - \rho_f) g} {18 \eta} $$

Seq représente la surface équivalente, c'est-à-dire l'aire nécessaire à la séparation par simple sédimentation, et est définie par: $$ S_{eq} = \frac {2 \pi n \omega^2 tan(\phi) (r_1^3-r_2^3)} {3 g} $$

On obtient ainsi une vitesse de sédimentation de 1,09.10-8 m/s et une surface équivalente de 2,95 km².
Le débit limite qui en découle alors a une valeur de 0,032 m3/s soit:

Qlim = 115,8 m3/h

Cette valeur représente la valeur limite de débit qui assure une bonne sédimentation pour les caractéristiques des particules données. Nous choisissons alors de nous placer à un débit d'alimentation de 60 m3/h (soit 52% du débit limite), afin d'éviter d'éventuels bacs de stockage entre les différentes opérations unitaires (confere débits calculés pour les étapes suivantes).

 


Bibliographie

http://www.sincaninc.com/mater/fweg/bev/disk/ac20002500.pdf

B. Veynachter et P. Pottier, Centrifugation et Décantation,Technique de l'Ingénieur.

P.Y. Pontalier, support du cours "Procédés de Dépollution", ENSEEIHT.