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(11) |
EP 1 260 273 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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13.10.2004 Patentblatt 2004/42 |
(22) |
Anmeldetag: 24.04.2002 |
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(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC)7: B04B 1/20 |
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(54) |
Vollmantel-Schneckenzentrifuge
Solid-bowl screw centrifuge
Centrifugeuse à vis
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR |
(30) |
Priorität: |
23.05.2001 DE 10125096
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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27.11.2002 Patentblatt 2002/48 |
(73) |
Patentinhaber: Hiller GmbH |
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84137 Vilsbiburg (DE) |
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(72) |
Erfinder: |
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- Oberhauser, Josef
84184 Tiefenbach (DE)
- Rodriguez, Benito Castillo
14600 Montoro (Cordoba) (ES)
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(74) |
Vertreter: Gustorf, Gerhard, Dipl.-Ing. |
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Patentanwalt,
Bachstrasse 6 A 84036 Landshut 84036 Landshut (DE) |
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Entgegenhaltungen: :
EP-A- 0 785 029 US-A- 2 308 559
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DE-A- 2 166 909 US-A- 3 784 091
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge zum kontinuierlichen Trennen
eines aus mehreren Phasen bestehenden, fließfähigen Gemisches, umfassend einen aus
einer zylindrischen und einer konischen Trommel zusammengesetzten Rotor mit Austragsöffnungen
für die voneinander getrennten Phasen und eine innerhalb des Rotors drehbare Förderschnecke
für den Transport der schwersten Phase zu der entsprechenden Austragsöffnung, wobei
Mittel für den Zulauf des zu trennenden Gemisches in die Zentrifuge vorgesehen sind
und auf der Förderschnecke wenigstens eine Stauscheibe angebracht ist.
[0002] Schneckenzentrifugen dieser Bauart werden vor allem eingesetzt, um aus Oliven möglichst
reines Olivenöl zu gewinnen, das frei von Wasser und Trübstoffen sein soll. Weitere
Einsatzmöglichkeiten auf dem Lebensmittelsektor sind beispielsweise die Herstellung
von Frucht- und Gemüsesäften oder die Gewinnung tierischer oder pflanzlicher Öle und
Fette.
[0003] Die IT-PS 675 801 beschreibt ein System zur Gewinnung von Olivenöl, das die bis dahin
gebräuchlichen, hydraulischen Pressen ablösen sollte, die keinen kontinuierlichen
Betrieb ermöglichten. Zur Lösung dieses Problems ist die Verwendung einer Zentrifuge
vorgesehen, in der auf einer Seite die Feststoffe und auf der anderen Seite das aus
Öl, Wasser und kleinen Fruchtresten bestehende Flüssigkeitsgemisch abgezogen wird,
das anschließend einem Separator zugeführt werden muß. Die Erfahrung hat allerdings
gezeigt, daß die flüssige Phase noch einen hohen Anteil an Feststoffen enthielt, was
eine aufwendige und teure Nachbehandlung erforderlich machte, um die flüssige Phase
von den darin enthaltenen Feststoffpartikeln zu befreien.
[0004] Um bei der Gewinnung von Olivenöl die aufgezeigten Probleme zu lösen, hat man daher
einen anderen Weg eingeschlagen, wie er etwa in der DE-PS 42 06 006 erläutert ist.
Dort wird der aufgeschlossene Fruchtbrei in einer Zweiphasen-Schneckenzentrifuge in
Öl und ein Feststoff-Wasser-Gemisch aufgetrennt. Um aus diesem Feststoff-Wasser-Gemisch
einen Feststoff zu gewinnen, der einen möglichst geringen Flüssigkeitsanteil hat,
ist eine umfangreiche Nachbehandlung bei Extraktion, Trocknung und Transport erforderlich.
[0005] Um diesen Nachteil der aufwendigen Nachbehandlung des mit Flüssigkeit vermischten
Feststoffaustrages zu vermeiden, hat man daher versucht, in einer Zweiphasen-Trennung
einen möglichst trockenen Austrag des Feststoffanteils zu erzielen, was jedoch nur
bis zu einem bestimmten Grad möglich war, weil mit sinkendem Flüssigkeitsanteil in
der trockenen Phase nicht zu vermeiden war, daß die leichtere, flüssige Phase mit
einem unzulässig hohen Feststoffanteil vermischt war.
[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verfügung zu
stellen, die es ermöglicht, den Anteil der flüssigen Phase in der festen Phase mit
konstruktiv und wirtschaftlich geringem Aufwand um einen beträchtlichen Anteil zu
verringern.
[0007] Bei einer Schneckenzentrifuge der eingangs angegebenen Bauart wird diese Aufgabe
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einer der Wendelgänge der Förderschnecke, der
in Förderrichtung hinter der Stauscheibe liegt, wenigstens eine Rücklauföffnung für
die leichteren Phasen aufweist. Vorzugweise ist die Rücklauföffnung in dem Wendelgang
vorgesehen, der unmittelbar hinter der Stauscheibe liegt.
[0008] Mit der Erfindung hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß man auf der einen
Seite eine gegenüber den bisher eingesetzten Zweiphasen-Systemen trockenere Feststoffphase
erhält, während auf der anderen Seite die leichtere Phase sehr geringe Feststoffanteile
enthält, die, sofern notwendig, anschließend problemlos separiert werden können. Im
Fall der Gewinnung von Olivenöl hat die abgezogene Feststoffphase einen kleineren
Anteil an Fruchtwasser, während die leichtere Phase aus weitgehend feststofffreiem
Öl und Wasser besteht und damit wirtschaftlicher trennbar ist.
[0009] Da bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung einer der Wendelgänge der Förderschnecke,
der in Förderrichtung hinter der Stauscheibe liegt, eine oder mehrere Rücklauföffnungen
aufweist, findet die vom Feststoff abgetrennte Flüssigkeit bzw. das abgetrennte Flüssigkeitsgemisch
einen Weg, um anschließend unter der Stauscheibe hindurch zu den entsprechenden Austragsöffnungen
zurückzuströmen. Diese bestehen in aller Regel aus einem radial einstellbaren Wehr
oder einem gleichwirkenden Organ, dessen Öffnungsweite das gewünschte Niveau der abzutrennenden
Flüssigkeit bestimmt.
[0010] Die Rücklauföffnung kann jede Form haben, die es der flüssigen Phase oder den flüssigen
Phasen gestattet, aus dem Bereich der Förderschnecke, der sich an die Stauscheibe
anschließt, zu dieser hin zurückzufließen. Konstruktiv einfache Lösungen sind Bohrungen
oder Fenster im Wendelgang, wobei es günstig sein kann, wenn der radial innere Rand
des Fensters oder der Fenster auf der Mantelfläche der Welle liegt, die die Förderschnecke
trägt. Ein derartiges Fenster kann beispielsweise von einem Abschnitt der Förderschnecke
erzeugt werden, der als Bandschnecke oder als von der Kreisform abweichender Schneckenteil
ausgebildet ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Rücklauföffnung durch
eine Unterbrechung im Wendelgang herzustellen, etwa durch einen sich in Umfangsrichtung
erstreckenden Spalt oder eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Diskontinuität
des Wendelgangs, die eine Überlappungsstelle bildet.
[0011] Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbeispielen erläutert, die in der Zeichnung
dargestellt sind. Es zeigen:
Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Dekantierzentrifuge
gemäß der Erfindung,
Figur 2 eine Variante der Figur 1 und
Figur 3 eine weitere Variante.
[0012] Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist ein Rotor 10 einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge
12 dargestellt, der durch einen nicht gezeigten, an sich bekannten Antrieb in Drehung
versetzt wird. Der Rotor 10 besteht aus einer zylindrischen Trommel 14 und einer sich
daran anschließenden, konischen Trommel 16. In dem Rotor 10 ist eine Förderschnecke
18 drehbar gelagert, deren Drehantrieb ebenfalls nicht dargestellt ist. Die Förderschnecke
18 wird mit einer anderen Drehzahl als der Rotor 10 angetrieben. Die Schneckenwendel
20 der Förderschnecke 18 ist auf einer Hohlwelle 22 angebracht und so angeordnet,
daß die Förderrichtung von der zylindrischen Trommel 14 zur konischen Trommel 16 hin
erfolgt. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 hat die Hohlwelle 22 über die gesamte
Länge des Rotors 10 einen gleichbleibenden Durchmesser.
[0013] Auf der Hohlwelle 22 ist im Bereich des Übergangs von der zylindrischen Trommel 14
in die konische Trommel 16 eine Stauscheibe 24 angebracht, deren radial äußerer Rand
26 eine ringförmige Durchtrittsöffnung 28 zur Innenwand 30 des Rotors 10 freiläßt.
Selbstverständlich kann die Stauscheibe 24 auch an einer anderen Stelle der Hohlwelle
22 befestigt sein.
[0014] Über nicht weiter dargestellte, an sich bekannte Mittel wird das zu trennende Gemisch
32 in Richtung des eingezeichneten Pfeiles in die Hohlwelle 22 geleitet, um anschließend
durch Aufgabeöffnungen 34 in den Bereich der Schneckenwendel 20 auszutreten. Die Förderschnecke
18 transportiert das Gemisch 32, von dem sich aufgrund der Zentrifugalwirkung allmählich
die leichte und ggf. eine mittlere, ebenfalls flüssige Phase 46 abtrennt, in die konische
Trommel 16, an deren verjüngtem Ende Austragsöffnungen 38 vorgesehen sind, über welche
die schwere Phase als weitgehend trockener Feststoff 40 abgegeben wird.
[0015] Gemäß der Erfindung hat der Wendelgang 42 der Förderschnecke 18, der in Förderrichtung
entsprechend dem Pfeil 32 hinter der Stauscheibe 24 liegt, Rücklauföffnungen 44. Es
konnte festgestellt werden, daß über diese Rücklauföffnungen 44 der flüssige Anteil
im Feststoff 40, der sich bereits im Bereich der konischen Trommel 16 befindet, nochmals
merklich verringert werden kann, offensichtlich deshalb, weil die dort abgetrennte
Flüssigkeit 46 über die Rücklauföffnungen 44 einen Weg zurück durch die Durchtrittsöffnung
28 in den Bereich der zylindrischen Trommel 14 findet.
[0016] Dabei hat sich herausgestellt, daß aufgrund des über die Rücklauföffnungen 44 und
die Stauscheibe 24 zurückströmenden Flüssigkeitsanteils die Ausbeute der zu gewinnenden
Flüssigkeit (Öl, Fruchtsaft o. ä.) nochmals gesteigert wird, da das zurückströmende
Wasser diese auszutragende Flüssigkeit mitreißt.
[0017] In Figur 1 ist angedeutet, daß im Bereich des Eingabeendes des Rotors 10 in bekannter
Weise ein Wehr 48 oder ein ähnliches Organ angebracht ist, dessen radiale Durchtrittsöffnung
eingestellt werden kann, um das Niveau der abzutrennenden Flüssigkeit 46 zu bestimmen.
Figur 1 zeigt, daß die Rücklauföffnungen 44 auf diesem Niveau 50 liegen.
[0018] Figur 2 zeigt eine Variante der Figur 1, bei der die Hohlwelle 22 keinen durchgehend
gleichbleibenden Durchmesser hat, sondern im Bereich der konischen Trommel 18 ebenfalls
konisch ausgebildet ist.
[0019] Im Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist gezeigt, daß bei sonst gleichbleibender Ausbildung
der Schneckenzentrifuge 12 die Hohlwelle 22 der Förderschnecke 18 im Bereich der konischen
Trommel 16 ebenfalls - wie beim Beispiel der Figur 1 - zylindrisch ausgebildet ist,
jedoch einen Durchmesser hat, der kleiner als der Durchmesser der Hohlwelle 22 im
Bereich der zylindrischen Trommel 14 ist. Auf diese Weise wird zwischen der Stauscheibe
24 und dem folgenden Wendelgang 42 der Förderschnecke 18 eine Stufe 52 gebildet, die
möglicherweise dazu beiträgt, die Rückströmung der Flüssigkeit 46 über die Rücklauföffnungen
44 und durch die Durchtrittsöffnung 28 hindurch nochmals zu verbessern.
[0020] In vielen Fällen empfiehlt es sich, zur Weiterverarbeitung der abgetrennten, leichteren
Phasen hinter der Schneckenzentrifuge 12 einen Separator vorzusehen, der die flüssige
Phase nochmals in eine leichte und eine mittlere Phase trennt, beispielsweise Öl und
Wasser oder Fruchtsaft/Gemüsesaft und Wasser. Alternativ wäre es auch möglich, die
Schneckenzentrifuge als Dreiphasendekanter auszubilden, um die flüssigen Phasen getrennt
voneinander abzuführen.
[0021] Der Feststoff 40, der über die Austragsöffnung 38 abgegeben wird, kann in einem nachgeordneten
Dekanter der erläuterten Bauart weiter behandelt werden, um die Ausbeute der "edlen
Phase" (Öl, Fruchtsaft etc.) nochmals zu erhöhen und den Flüssigkeitsanteil im Feststoff
nochmals zu verringern.
[0022] Versuche mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Dekantierzentrifuge haben ergeben,
daß aufgrund der Rücklauföffnungen 44 der ausgetragene Feststoff 40 so trocken ist,
daß die anschließende Trocknung wesentlich wirtschaftlicher durchgeführt werden kann,
was sich vorteilhaft auf die aufzubringende Heizenergie und auf die Betriebskosten
(Transportkosten etc.) auswirkt. Wesentlich bei diesem Ergebnis ist es auch, daß die
Ausbeute an der "edlen Phase" sehr groß ist.
[0023] Die Zentrifuge gemäß der Erfindung kann zur Trennung aller mehrphasigen Produkte
verwendet werden. Neben der bereits angesprochenen Lebensmittelindustrie ist ein Einsatz
auch möglich in der Chemie, Pharmazie, Altölaufbereitung, Biotreibstoffproduktion
u.v.m.
1. Vollmantel-Schneckenzentrifuge zum kontinuierlichen Trennen eines aus mehreren Phasen
bestehenden, fließfähigen Gemisches, insbesondere eines Feststoff-Flüssigkeits-Gemisches,
umfassend einen aus einer zylindrischen und einer konischen Trommel (14, 16) zusammengesetzten
Rotor (10) mit Austragsöffnungen für die voneinander getrennten Phasen und eine innerhalb
des Rotors drehbare Förderschnecke (18) für den Transport der schwersten Phase zu
der entsprechenden Austragsöffnung (38), wobei Mittel für den Zulauf des zu trennenden
Gemisches in die Zentrifuge vorgesehen sind und auf der Förderschnecke (18) wenigstens
eine Stauscheibe (24) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Wendelgänge (42) der Förderschnecke (18), der in Förderrichtung hinter
der Stauscheibe (24) liegt, wenigstens eine Rücklauföffnung (44) für die leichteren
Phasen (46) aufweist.
2. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Rücklauföffnung (44) in dem Wendelgang (42) vorgesehen ist, der
unmittelbar hinter der Stauscheibe (24) liegt.
3. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklauföffnung (44) aus einem Fenster besteht.
4. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der radial innere Rand des Fensters auf der Mantelfläche der die Förderschnecke (18)
tragenden Welle (22) liegt.
5. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklauföffnung (44) aus einer Unterbrechung des Wendelgangs (42) besteht.
6. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechung durch einen sich in Umfangsrichtung der Förderschnecke (18) erstreckenden
Spalt gebildet wird.
7. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Unterbrechung im Wendelgang (42) eine in Umfangsrichtung verlaufende Überlappung
gebildet wird.
8. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecke (18) eine Welle (22) mit zwei unterschiedlichen Durchmessern hat,
wobei die Stauscheibe (24) auf dem Abschnitt der Welle (22) mit größerem Durchmesser
befestigt ist, während der die Rücklauföffnung (44) aufweisende Wendelgang (42) wenigstens
teilweise auf dem sich daran über eine Stufe (52) anschließenden Abschnitt der Welle
(22) mit kleinerem Durchmesser sitzt.
9. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Austragsöffnung für die leichteren Phasen (46) ein Separator nachgeschaltet ist.
1. A solid-bowl screw centrifuge for the continuous separation of a multi-phase, free-flowing
mixture, in particular a solid-liquid mixture, comprising a rotor (10) composed of
a cylindrical and a conical drum (14, 16) having discharging orifices for the phases
to be separated from one another and a conveyor screw (18) rotatable within the rotor
for transporting the heaviest phase to the corresponding discharging orifice (38),
means being provided for the inflow of the mixture to be separated into the centrifuge
and at least one baffle (24) being attached to the conveyor screw (18), characterised in that one of the helical turns (42) of the conveyor screw (18), which turn is positioned
behind the baffle (24) in the conveying direction, has at least one return orifice
(44) for the lighter phases (46).
2. A solid-bowl screw centrifuge according to Claim 1, characterised in that the at least one return orifice (44) is provided in the helical turn (42) positioned
immediately behind the baffle (24).
3. A solid-bowl screw centrifuge according to Claims 1 or 2, characterised in that the return orifice (44) consists of a window.
4. A solid-bowl screw centrifuge according to Claim 3, characterised in that the radially inner margin of the window rests against the outer surface of the shaft
(22) bearing the conveyor screw (18).
5. A solid-bowl screw centrifuge according to Claim 1, characterised in that the return orifice (44) consists of a discontinuation in the helical turn (42).
6. A solid-bowl screw centrifuge according to Claim 5, characterised in that the discontinuation is formed by a gap extending in the circumferential direction
of the conveyor screw (18).
7. A solid-bowl screw centrifuge according to Claim 5, characterised in that an overlap extending in the circumferential direction is formed by the discontinuation
in the helical turn (42).
8. A solid-bowl screw centrifuge according to any one of the preceding claims, characterised in that the the conveyor screw (18) has a shaft (22) of two differing diameters, the baffle
(24) being fixed to the portion of the shaft (22) having the larger diameter, while
the helical turn (42) having the return orifice (44) is positioned at least partially
on the portion of the shaft (22) having the smaller diameter, which portion adjoins
the former via a step (52).
9. A solid-bowl screw centrifuge according to any one of the preceding claims, characterised in that a separator is connected downstream of the discharging orifice for the lighter phases
(46).
1. Centrifugeuse à vis à bol plein pour la séparation en continu d'un mélange coulant
constitué de plusieurs phases, notamment d'un mélange solide/liquide, composée d'un
rotor (10) comprenant un tambour cylindrique et un tambour conique (14, 16) et présentant
des orifices d'évacuation pour les phases séparées entre elles, et d'une vis sans
fin (18) tournant sur un axe à l'intérieur du rotor et destinée au transport de la
phase la plus lourde jusqu'à l'orifice d'évacuation correspondant (38), des moyens
étant prévus pour amener jusque dans la centrifugeuse le mélange à séparer, et au
moins un disque de retenue (24) étant monté sur la vis sans fin (18), caractérisée en ce que l'un des pas d'hélice (42) de la vis sans fin (18) qui est situé, dans le sens du
transport, derrière le disque de retenue (24), présente au moins un orifice de retour
(44) pour les phases plus légères (46).
2. Centrifugeuse à vis à bol plein selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'au moins un orifice de retour (44) est prévu dans le pas d'hélice (42) qui se trouve
immédiatement derrière le disque de retenue (24).
3. Centrifugeuse à vis à bol plein selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'orifice de retour (44) est constitué d'une fenêtre.
4. Centrifugeuse à vis à bol plein selon la revendication 3, caractérisée en ce que le bord radialement intérieur de la fenêtre se trouve sur la surface latérale de
l'arbre (22) qui porte la vis sans fin (18).
5. Centrifugeuse à vis à bol plein selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'orifice de retour (44) est constitué d'une interruption du pas d'hélice (42).
6. Centrifugeuse à vis à bol plein selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'interruption est formée par une fente qui s'étend dans le sens de la circonférence
de la vis sans fir (18).
7. Centrifugeuse à vis à bol plein selon la revendication 5, caractérisée en ce que du fait de l'interruption dans le pas d'hélice (42), il se forme un recouvrement
dans le sens de la circonférence.
8. Centrifugeuse à vis à bol plein selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la vis sans fin (18) a un arbre (22) avec deux diamètres différents, le disque de
retenue (24) étant fixé sur le tronçon de l'arbre (22) avec le diamètre le plus grand,
tandis que le pas d'hélice (42) muni de l'orifice de retour (44) repose au moins en
partie sur l'arbre (22) avec le diamètre le plus petit, plus précisément sur son tronçon
qui se rattache par un gradin (52) à l'arbre avec le diamètre le plus grand.
9. Centrifugeuse à vis à bol plein selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un séparateur est monté en aval de l'orifice d'évacuation pour les phases plus légères
(46).