Brevet FR2254357A1 — publié le 19750711

La présente invention est relative à un procédé pour séparer en continu une suspension liquide ( filtrat ) d'une suspension de fibres au moyen d'un élément filtrant qui se déplace suivant un trajet sans fin dans un récipient fermé à 11 intérieur duquel il délimite une chambre pour le filtrat qui est complètement rempli de la suspension liquide ( le filtrat ), par rapport à une chambre de séparation de liquide et à une chambre de séparation des fibres complètement remplie avec la suspension de fibres. La chambre de séparation des fibres succède immédiatement à la chambre de séparation de liquide dans le sens du mouvement de l'élé- ment filtrant.Suivant le procédé on amène la suspension de fibres dans la chambre de séparation de liquide, on l'astreint à s'écouler à peu près dans le sens du mouvement de l'élément filtrant et on l'évacue à partir de la chambre de séparation des fibres. Le filtrat est évacué de la chambre de filtrat en quantité telle, par unité de temps, que dans cette chambre de filtrat la pression est réduite par rapport à celle qui règne dans la chambre de sépa- ration de liquide et est adaptée à la perméabilité de l'élément de filtrage, ce qui oblige la suspension liquide à s'écouler à travers l'élément filtrant et à produire une concentration de fibres sur la surface de cet élément filtrant qui est tournée vers la chambre de séparation de liquide. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, comprenant un tambour symètrique en rotation, dont l'enveloppe est formée par un élément filtrant pouvant être traversé par la suspension liquide C le filtrat ), mais imperméable aux fibres, 1' intérieur du tambour délimitant une chambre de filtrat reliée à un orifice de sortie de filtrat ; un récipient fermé ayant deux extrémités opposées dans lequel le tambour est monté rotatif et dont l'enveloppe enferme l'enveloppe du tambour à une certaine distance de celle-ci, vers 1 'extérieur ; un orifice d'alimentation et un orifice de sortie pour la suspension de fibres traversant l'enveloppe du récipient et s'étendant tous deux à peu près sur la totalité de la longueur du tambour, paral lèlement à l'axe de rotation de celui-ci ; une cloison entre les orifices d'alimentation et d'évacuation,qui s'étend entre les enveloppes du récipient et du tambour , une chambre de séparation de liquide et une chambre de séparation de fibres entre les enveloppes du récipient et du tambour,la chambre de séparation de liquide s'étendant dans le sens de rotation du tambour, depuis un coté de la cloison jusqu'au voisinage de son autre côté, où elle débouche dans la chambre de séparation des fibres qui est reliée à l'orifice de sortie. La séparation de la suspension liquide et de la suspension de fibres, également appelée concentration ou épaississement, est nécessaire à différents stades du processus de fabrication de pâte, par exemple le lavage, le tamisage, le blanchiment,l'emmagasinage et le séchage. Le dispositif le plus couramment utilisé dans ce but est un dispositif dénommé épaississeur ou filtre à pâte, qui est centrifuge, mais on l'utilise également des épaississeurs à presse et à vis. Tous ces appareils sont ouverts, ce qui signifie que la suspension et/ou le filtrat sont en contact avec l'air. L'aération produit souvent dès perturbations considérables dans les phases consécutives du processus de fabrication de pâte. Des appareils d'épaississement fermés de différents types ont été réalisés et l'un de ceux-ci est décrit dans le brevet suédois n0 347.779. Aucun des appareils d'épaississement fermés proposés nta réussi à trouver d'application pratique jusqu'à présent dans l'industrie de la pâte et du papier. Suivant les descriptions de ces appareils, la raison semble être un fonctionnement non satisfaisant et une faible capacité par rapport à la consommation d'énergie et aux frais d'investissement. Le but de l'invention est de fournir un procédé pour séparer en continu au moyen d'un élément filtrant une suspension liquide d'une suspension de fibres et un dispositif fermé, complètement rempli de liquide pour la mise en oeuvre de ce procédé, qui présente un rendement élevé de'séparation par unité de surface de l'élé- ment filtrant, et dans lesquels les inconvénients des techniques antérieures soient supprimées ou tout au moins considérablement réduits. Le problème que l'invention se propose de résoudre concerne tout d'abord la façon dont les fibres recueillies sur l'élément filtrant, au cours de la séparation de la suspension liquide et de la suspension de fibres, sont extraites en continu et remportées avec la suspension fibreuse épaissie. Ce problème concerne également la façon dont les fibres et autres particules qui se sont fixées dans les trous de l'élément filtrant au cours du filtrage et bloquent ces trous sont extraites, c'est-à-dire le nettoyage continu de l'élément filtrant, ce qui constitue un impératif pour la poursuite du filtrage. Grâce à une adaptation des pressions hydrostatiques des suspensions de fibres entrantes et sortantes et du filtrat sortant, et à une réalisation des différentes parties du trajet d'écoulement de la suspension fibreuse de façon telle que le débit, et ainsi la pression hydrostatique, le long de l'élément filtrant, sont adaptés à la fonction prévue pour chacun de ces composants, on produit une inversion de ltecoulement du filtrat à travers l'élément filtrant, entre le processus de filtrage et le processus consécutif d'enlèvement des fibres et de nettoyage. L'invention procure une série d'avantages qui ont été vérifiés par des essais pratiques extensifs à tous les degrés. Une capacité élevée de séparation du liquide par unité de surface de l'élément filtrant permet, par rapport aux techniques antérieures de réaliser des dispositifs de dimension plus faible et moins en combrants. La conception et la construction sont simples, ce qui signifie de faibles investissements et une fiabilité élevée en fonctionnement. Le dispositif présente une grande souplesse en ce qui concerne l'adaptation à des suspensions de pâtes de différentes consistances ayant des propriétés#d'écoulement différentes. La suspension et le filtrat ne sont pas exposés à l'air. La forme de l'appareil permet de préparer facilement un espace pour des dispositifs supplémentaires qui pourraient être nécessaires pour certains types d'opérations Par exemple, lorsque l'on filtre des suspensions ayant un effet d'encrassement prononcé sur le filtre, une rampe à eau sous pression est disposée afin d'amplifier la-puissance de nettoyage par une distribution de filtrat ou d'eau propre sous une pression élevée. Si l'on désire obtenir un filtrat de grande pureté, la capacité de l'élément filtrant à séparer des petites fibres et des parties est accrues en déposant une mince couche de fibres sur l'élément filtrant à l'entrée de la chambre de séparation de liquide grâce à la disposition en ce point un collecteur à filtrat, le filtrat recueilli dans ce collecteur étant soutiré séparément. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples et dans lesquels la Fig.1 est une vue en coupe verticale d'un appareil suivant l'invention, suivant la ligne I-I de la Fig.2 ; la Fig.2 est une vue en coupe verticale suivant la ligne Il-Il de la Fig.1 la Fig.3 montre à une plus grande échelle les moyens d'évacuation de la suspension de fibres épaissie la Fig.4 montre une variante des organes représentes à la Fig.3. La Fig.1 montre un tambour vertical cylindrique rotatif 11 comportant une enveloppe 13 qui est constituée par une plaque perforée, ou toute autre matière, pouvant être facilement traversée par un liquide, recouverte extérieurement d'un tissu filtrant à mailles fines ou une tale finement perforée pouvant être traversée par des liquides, mais à peu près imperméable aux fibres ou autres types de particules. La partie supérieure du tambour 11 comporte une plaque d'extrémité 15 et sa partie inférieure une plaque d'extrémité 17 qui, ensemble avec l'enveloppe 13 délimitent une chambre 19 à filtrat. La plaque d'extrémité 17 comporte un pivot 21 tandis que la plaque d'extrémité 15 comporte un raccord tubulaire 23 servant également-de pivot, et le tambour 11 est monté au moyen de ces pivots à l'intérieur d'un récipient 25 comportant une enveloppe 27.Le pivot 21 du tambour 11 est monté dans un roulement 29 ajusté dans une plaque d'extrémité 31 à la partie inférieure du récipient, et le raccord tubulaire 23 est monté au moyen d'un palier étanche 33 dans une plaque d'extrémité 35 à la partie supérieure du récipient 25. Comme on le voit mieux à la Fig.2; le tambour de filtrage 11 est disposé dans le récipient 25 de telle sorte que son enveloppe 13 délimite avec l'enveloppe 27 du récipient une chambre annulaire 39 de séparation du liquide.La distance radiale entre les enveloppes 13 et 27 diminue progressivement à partir d'un orifice d'alimentation 41, prévu sur l'enveloppe 27 du récipient jusqu'à une chambre 43 de séparation des fibres qui se trouve immédiatement avant l'orifice d'alimentation 41 dans le sens de rotation du tambour 11, là où la chambre 39 de séparation de liquide s'élargit brusquement. Immédiatement avant que la chambre 39 de séparation de liquide atteigne la chambre 43 de séparation des fibres dans le sens de la rotation du tambour 11, une plaque d'étranglement 45 est montée le long de la génératrice du récipient 25 dans la chambre 39 de séparation de liquide, cette plaque étant incurvée à peu près de façon correspondante à la courbure de l'enveloppe 27 du récipient 25.La dimension radiale de la chambre 39 de séparation de liquide entre les enveloppes 13 et 27, au voisinage de la chambre 43 de séparation des fibres, peut être réglée au moyen de dispositifs à vis 47. L'orifice d'alimentation 41 est pourvu d'un raccord d'entrée 49 et la chambre 43 de séparation de fibres est pourvu d'un orifice de sortie 51 qui est muni dlun raccord de sortie 53. Le tambour 11 est entraîné par un moteur ( non représenté) qui est relié par des courroies 55 à section en V à une poulie 57 fixée sur le raccord tubulaire 23. Un coude fixe 59 ayant le même diamètre externe que le raccord tubulaire 23 est directement relié à celui-ci, à l'intérieur d'un palier étanche 61. Une rampe étroite 63 d'application d'eau sous pression, située à l'intérieur du tambour 11 prend appui contre l'enveloppe 13 de celui-ci dans la chambre 43 de séparation des fibres à l'endroit où celle-ci est séparée de la chambre 39 par une lame de râclage 65 prenant appui contre l'extérieur de l'enveloppe 13 et montée sur une cloison 67 entre l'orifice d'alimentation 41 et l'orifice de sortie 31. La rampe à eau sous pression 63 est soutenue et maintenue en position par un tuyau d'alimentation 69 qui est reliée à son extrémité supérieure et elle est soutenue à son extrémité inférieure par un bras de support 71 relié de façon rotative au pivot 21. La posisition de la rampe à eau sous pression 63, dans le sens de rotation du tambour 11 # par rapport à la lame de râclage 65 peut être réglée en faisant tourner un tuyau d'alimentation 69 qui traverse une boite de raccordement 73 prévue sur le coude 59. Les moyens pour régler et positionner la rampe à eau sous pression ne sont pas représentés au dessin. Un collecteur 75 de filtrat est relié au côté interne de l'enveloppe 13 au voisinage de l'orifice d'alimentation 41 immédiatement après la lame de râclage 65, dans le sens de rotation du tambour 11.Le collecteur 75 de filtrat est porté par un tuyau de sortie 77 auquel il est relié et par un organe de support 79 qui est monté à la partie inférieure du collecteur de filtrat. Le récipient 25, ainsi que tous les organes de l'appareil, est soutenu par des pieds 81 fixés sur un socle. La Fig.4 montre une variante de réalisation permettant de détacher la couche de fibre de l'enveloppe 13, qui est plus approprié lorsque la couche est-relativement mince. La plaque d'étranglement 45 est prolongée dans le sens de rotation du tambour 11 et forme un canal 83 de section rectangulaire et une plaque de guidage associée 85 à l'emplacement où la chambre 39 de séparation de liquide diverge rapidement, dans le sens de rotation du tambour 11. Le dispositif fonctionne de la façon suivante Le tambour 11 est entraîné en rotation et la suspension de fibres dont le liquide doit être séparé, est amenée en continu à travers le raccord d'entrée 49 et l'orifice d'alimentation 41 dans la chambre 39 de séparation de liquide sous une pression positive relativement faible de 5 à 20m d'eau. On peut également utiliser des pressions plus élevées mais elles nécessitent une construction de l'appareil plus robuste et plus coûteuse. Une partie du liquide se trouvant dans la suspension de fibres traverse l'enveloppe 13 et passe dans la chambre à filtrat 19 qui est agencée pour être à une pression moindre que celle régnant dans la chambre 39 de séparation de liquide.La suspension de fibres s'écoule le long de la chambre 39 de séparation de liquide avec le tambour 11, dans le sens de rotation de celui-ci ; une quantité de liquide décroissant progressivement dans le sens de rotation est séparée à travers l'enveloppe 13 et la suspension de fibres s'épaissie dans la chambre 39 jusqu'à la chambre 43 de séparation des fibres. Le filtrat séparé de la suspension de fibres est aspiré en continu dans la chambre à filtrat 19 à travers le raccord tubulaire 23 et le coude 59. Une couche de fibres est formée sur l'enveloppe 13 du tambour 11, et sa concentration va en augmentant à partir de l'orifice d'alimentation 41 en direction de la chambre 43 de séparation des fibres.Une différence de pression à peu près constante est maintenue entre la pression régnant dans la chambre 39 et celle régnant à l'intérieur de la chambre 19 par des organes de commande classiques du débit de filtrat sortant de la chambre 19 (non représentés). La distance radiale entre les enveloppes 13 et 27, dans la chambre 39 de séparation de liquide, ayant son augmentation brusque à l'emplacement de la chambre 43 de séparation des fibres, est adaptée pour que la pression le long de l'enveloppe 13 dans la chambre de séparation des fibres peut par une action d'éjection être maintenue plus basse que la pression régnant à l'intérieur de la chambre 19. Une partie du filtrat s'écoule alors de l'intérieur de la chambre 19 vers l'extérieur à travers l'enveloppe 13 immédiatement après l'agrandissement brusque de la chambre 39, ce qui détache de l'enveloppe 13 la couche de fibres formée sur cette dernière qui est nettoyée simultanément par une petite partie du filtrat s'écoulant de l'intérieur de la chambre 19 vers l'extérieur, à travers l'enveloppe 13, après que la couche de fibres ait été détachée. La séparation de la couche de fibres de l'enveloppe 13 dans la chambre 43 est assurée par la lame de râclage 65 sur laquelle on peut monter de façon appropriée une lame en matière plastique ou un dispositif à lame d'eau.Après que la couche de fibres ait été détachée de l'enveloppe 13, elle est partiellement diluée par le filtrat s'écoulant de la chambre 19 vers la chambre 43 et une suspension de fibres épaissie est soutirée du dispositif par l'intermédiaire du raccord 53 de sortie. La rampe 63 à eau sous pression est destinée à être utilisée pour nettoyer le tissu filtrant disposé sur ltenveloppe 13, ceci étant nécessaire pour l'extraction d'un liquide d'une suspension de fibres contenant des boues ou contenant des charges, telles que kaolin, des colorants , etc. Le nettoyage du tissu filtrant avec de l'eau propre est alors nécessaire et il est effectué en amenant de l'eau purifiée à la rampe 63 à travers le conduit d'alimentation 69, sous une pression supérieure à la pression régnant dans la chambre 43 de séparation des fibres. Pour obtenir un filtrat liquide d'un degré de pureté élevé dans la chambre 19, i'enveloppe 13 peut être pourvue, immédiatement après le dispositif à lame de râclage 65, d'une mince couche de fibres sur l'étendue du collecteur 75 de filtrat le long de l'enveloppe 13, dans le sens de rotation du tambour 11. Le filtrat recueilli dans le collecteur 75 contient des impuretés d'un type qui peut traverser le tissu filtrant, et ce filtrat est renvoyé de façon appropriée par l'intermédiaire du tuyau de sortie 77 dans la suspension de fibres amenée au dispositif pour l'extraction du liquide. Après qu'une mince couche de fibres ait été formée sur l'enveloppe 13, le filtrat qui s'écoule à travers cette enveloppe présente un degré de pureté élevé.La pureté du filtrat est également assurée du fait que le dispositif est construit de façon qu'aucune suspension de, fibres dont le liquide doit être extrait n'ait la possibilité de pénétrer dans la chambre 19 audelà du dispositif d'étanchéité ou de toute autre façon qu'à travers l'enveloppe 13 du tambour 11. Par une limitation appropriée de l'écoulement de sortie par le tuyau de sortie 77, l'écoulement à travers l'enveloppe 13 dans le collecteur 75 peut être adapté de façon que la traversée du fluide ne se produise pas trop rapidement et qu'ainsi les fibres se fixent d'elles-mêmes solidement sur le tissu filtrant. Le réglage de l'extraction du liquide ( consistance de la suspension de fibreuse évacuée ) est possible dans une plage particulièrement large par une modification de la dimension radiale de la chambre de séparation de liquide délimitéeentre les enveloppes 13 et 27, au voisinage de la chambre 43 de séparation des fibres, au moyen de la plaque d'étranglement 45 et des dispositifs à vis 47 et par un réglage simultané de la vitesse du tambour 11 et de la quantité de filtrat s'écoulant de la chambre 19. Un rendement optimal est obtenu lorsque la vitesse périphérique du tambour 11 coincide avec le débit de la suspension de fibres dans la chambre 39, et que la différence de pression optimale pour la suspension de fibres en question est maintenue entre les pressions régnant dans la chambre 39 et dans la chambre 19.Au lieu de commander la dimension radiale de la chambre de séparation de liquide entre les enveloppes 13 et 27 au voisinage de la chambre 43 au moyen des dispositifs à vis 47, on peut commander cette dimension radiale au moyen d'un effort appliqué par voie pneumatique ou hydraulique sur la plaque d'étranglement 45 avec une pression constante contre la couche de fibres dans la chambre 43, indépendamment de la quantité de suspension de fibres s'écoulant à travers la chambre 39. Si la quantité de filtrat soutirée à travers la chambre 19 est maintenue constante, toutes variations de la consistance de la suspension de fibres amenée se retrouve dans la suspension de fibres épaissie évacuée à travers le raccord 53 de sortie, dont le débit est maintenu constant. La consistance de la suspension fibreuse épaissie,# évacuée peut être réglée de façon appropriée au moyen d'un dispositif classique de commande de consistance et être maintenue constante en régularisant la quantité de filtrat soutirée de la chambre 19 au moyen d'un vanne de commande réglée par le dispositif de commande de consistance. Ce dispositif classique de commande est fixé de façon appropriée dans la tuyauterie et n'est par conséquent pas représenté au dessin. Un dispositif comportant une plaque d'étranglement 45 telle que représenté à la Fig.4 fonctionne à peu près de la même façon que le dispositif représenté aux Fig.l à 3. Le détachement effectif de la couche de fibres de l'enveloppe 13 du tambour 11 se produit avec une action d'éjection plus prononcée par le canal 83 et la plaque de guidage 85, au moyen de laquelle la couche de fibres est aspirée de sur l'enveloppe 13. Cependant, pour que le dispositif fonctionne, il est nécessaire de donner au tambour 11 une vitesse périphérique relativement élevée par comparaison avec celle du dispositif réalisé avec un agrandissement brusque de la chambre 39 comme représenté aux Fig.2 et 3, et par suite d'avoir un débit plus élevé de la suspension de fibres dans la chambre 39 de séparation de liquide. REVENDICATIONS 1. Procédé pour extraire en continu une suspension liquide (filtrat) d'une -suspension de fibres au moyen d'un élément filtrant qui est déplacé suivant un trajet sans fin dans un récipient fermé à l'intérieur duquel il sépare une chambre de filtrat complètement remplie de la suspension liquide d'une chambre de séparation de liquide et d'une chambre de séparation des fibres complètement remplie de la suspension de fibres, la chambre de séparation de fibres étant située immédiatement après la chambre de séparation de liquide dans le sens au mouvement de l'élément filtrant, procédé selon lequel la suspension de fibres est amenée à la chambre de séparation de liquide est astreinte à s'écouler à peu près dans le sens du mouvement de l'élément filtrant, et est évacué à partir de la chambre de séparation des fibres, le filtrat étant déchargé hors de la chambre de filtrat en une quantité telle par unité de temps qu une pression réduite par rapport à la pression régnant dans la chambre de séparation de liquide et adaptée à la perméabilité de l'élément filtrant est établie dans la chambre de filtrat, astreignant ainsi. la suspension liquide à traverser l'élément filtrant et produisant une concentration de fibres sur la face de cet élément filtrant qui est tournée vers la chambre de séparation de liquide. Procédé caractérisé en ce que la suspension de fibres s'écoule depuis la chambre de séparation de liquide jusque dans la chambre de séparation des fibres avec une vitesse telle que le long de la face de l'élément filtrant tournée vers la chambre de séparation des fibres la pression est réduite par rapport à la pression dans la chambre de filtrat 2.Dispositif pour l'extraction en continu d'une suspension liquide (filtrat) d'une suspension de fibres suivant le procédé selon la revendication 1, comprenant un tambour (11) symétrique en rotation dont ltenveloppe (13) est formée d'un élément filtrant pouvant être traversé par la suspension liquide (le filtrat) mais ne pouvant pas être traversé par les fibres, et dont-l'intérieur forme une chambre de filtrat (19)- reliée à un orifice (59) de sortie du filtrat; un récipient fermé, ayant deux extrémités (51,35) opposées, dans lequel le tambour (11) est monté rotatif, et qui comporte une enveloppe (27) entourant l'enveloppe (15) du tambour (11) à une certaine distance à l'extérieur de cette dernière; un orifice d'alimentation (41) et un orifice (51) de sortie pour la suspension de fibres qui traversent l'enveloppe (27) du récipient (25) et stétendent tous les deux à peu près sur la totalité de la longueur du tambour (11), parallèlement à l'axe de rotation de celui-ci, une cloison (67) disposée entre les orifices d'alimentation et de sortie (4-1, 51) entre les enveloppes (27, 13) du régi; pient (25) et du tambour (11); une chambre (39) de séparation de liquide et une chambre (43) de séparation des fibres entre les enveloppes (27, 13) du récipient (25) et du tambour (11), la chambre (39) de séparation de liquide s'étendant dans le sens de rotation du tambour (ll) depuis un côté de la cloison (67) jusqu'au voisinage de son autre caté où elle débouche dans la chambre (43) de séparation-des fibres relié à 11 orifice (51) de sortie, dispositif caractérisé en ce que la distance radiale entre les enveloppes (13) du tambour (11) et (27) du récipient (25) diminue progressivement depuis l'entrée de la chambre (39) de séparation de liquide jusqu'à la fin de cette chambre, cette distance augmentant immédiatement à la transition entre la chambre (39) de séparation de liquide et la chambre (43) de séparation des fibres. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'orifice de sortie de la chambre (39) de séparation de liquide dans la chambre (43) de séparation des fibres comporte un organe (45) d'étranglement qui peut être ajusté radialement contre le tambour (11) et qui s'étend dans le sens longitudinal de ce dernier. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe d'étranglement (45) comporte un canal (83) qui débouche dans la chambre (43) de séparation des fibres et-qui s'étend dans le sens longitudinal du tambour (11). 5. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe d'étranglement (45) comporte une plaque de guidage (85). 6. Dispositif suivant l'une des revendications2-à 5, caractérisé en ce que la cloison (67) comporte une lame de raclage (65) agissant contre l'enveloppe (13) du tambour t11). 7. Dispositif suivant l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'un collecteur de filtrat (75) disposé à l'intérieur du tambour (11) est monté contre l'enveloppe (13) de ce tambour, et forme le commencement de la chambre (39) de séparation de liquide. 8. Dispositif suivant-la revendication 2, caractérisé en ce qu'une rampe sous-pression (63) disposée à l'intérieur du tambour (ll) est montée contre l'enveloppe (13) de ce tambour et constitue la-limite de la chambre (43) de séparation des fibres.