Brevet FR2281781A1 — publié le 19760312

La présente invention concerne un dispositif de filtration adapté pour être interposé dans un dispositif de tuyauterie, dont le coté entrée alimente le fluide â filtrer vers leilître, et sur le caté décharge duquel sont soutirés, d'une part, le produit retenu, n'ayant pas traversé le filtre, et, d'autre part, le produit filtré ayant passé à travers le filtre Dans la filtration par diaphragme qui, suivant le type de procédé et le niveau de pression dans le filtre, est dénommée "ultra-filtration" et 'thyper-filtration" ou osmose inversée, le liquide est amené à traverser des diaphragmes semi-perméaSles, à une pression qui peut varier entre 2 kg/cm2 et 100 kg/cm2, ou éventuellement davantage. Les installations de filtration à diaphragme peuvent etre conçues pour un fonctionnement par fournées, dans lesquelles le liquide est mis en circulation à partir d'un réservoir d'alimentation à travers un filtre à diaphragme et est ramené au réservoir. Ce cycle est répété jusqu'à l'obtention d'une concentration désirée du liquide, par exemple sous la forme du contenu en matière sèche plus élevé. Les installations de filtration à~diaphragme peuvent également etre conçues pour un fonctionnement en continu. Dans ce cas, du liquide brut à filtrer est alimenté en continu et soutiré également en continu, une certaine quantité du liquide étant remise en circulation en continu dans un circuit intérieur dont le filtre à diaphragme est une partie constituante. Dans ce qui suit, le liquide ou produit qui ne traverse pas le diaphragme est désigné sous la dénomination de "produit retenu", et le liquide ayant traversé le diaphragme est désigné par "produit filtre",. Au-cours du passage à travers les diaphragmes du filtre, il est nécessaire, comme il a e'été dit , de prévoir une pression élevée avec un débit d'écoulement suffisamment élevé pour que soit évitée la formation de dépôts sur la surface du diaphragme. Dans les installations opérant par fournées, il est donc nécessaire de pomper une quantité de liquide relativement grande par unité de temps, à travers le filtre Habituellement, la pression est abaissée à la pression atmosphérique par étranglement lorsque le liquide est ramené dans le cycle au réservoir d'alimentation. - Il est compréhensible que cela implique des pertes d'énergie, meme dans le cas de l'ultra-filtration où la pression opératoire est située entre 2 et 10 kg/cm2.Dans les installations â fonctionnement en continu, la quantité de matière retenue sur le filtre et retirée par soutirage est plus faible, mais les installations d'hyper-filtration ont une pression opératoire 2 de l'ordre -comprise entre 40 et lOOkg/cm , ce qui signifie que, dans ce cas, il se produit également des pertes d'énergie importantes. Le dispositif conforme à l'invention est du type dans lequel est prévu au moins un diaphragme semi-perméable pourttinsertion ou pour la séparation d'au moins un composant d'un mélange de fluides, une grande surface du diaphragme définissant un passage d'écoulement pour le fluide, et l'autre grande surface faisant face à des moyens de drainage. Ce dispositif est principalement adapté pour séparer des solutions et mélanges liquides par ultra-filtration et hyperfiltration ou osmose inversée, dans laquelle un liquide soumis à une pression de l'ordre de 2 à 100 bars est maintenu en déplacement constant sur le ou les diaphragmes semi-perméables. Le filtre est destiné à être utilisé dans des opérations telles qu'une concentration de la teneur en protéine de lait et pour la purification de l'eau contenant peut-e"tre des substances dissoutes indésirables, telles que du sel. Au moyen de diaphragmes semi-perméables de diamètres de pores différents, il est possible de séparer des solutions à composants multiples en un certain nombre de fractions. L'opération apporte, en outre, la possibilité de récupération de substances de valeur à partir des eaux d'égout. Les champs d'application sont tellement nombreux que toute #description en est rendue impossible. Le dispositif conforme à l'invention est caractérisé en ce que les moyens d'évacuation comprennent une plaque qui est pourvue, dans sa grande surface faisant face au diaphragme, d'une série de gorges de drainage espacées sur la surface, débouchant dans celle-ci, et qui communiquent avec au moins un perçage de décharge prévu dans une portion de bord de la plaque et la traversant. Cette disposition apporte la double possibilité, d'une part, d'un support efficace du diaphragme sur toute sa surface active, et, d'autre part, d'un drainage d'évacuation du produit filtré à travers les passages intérieurs du dispositif. La description ci-après se rapporte â des exemples de rEali- sation avec référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue sunematique en elévation Latérale d'un filtre à diaphragme 3 la figure 2 est une vue de dessus d'un diaphragme utilisé dans le filtre de la figure 1 la figure 3 est une vue agrandie et plus détaillée d'une partie du filtre représenté schématiquement dans la figure 1 ; la figure 4 est une vue de dessus d'une partie d'une plaque 1 du dispositif de la figure 1 la figure 5 est une vue de dessus d'une partie dtune plaque 3 du dispositif de la figure 3 la figure 6 est une vue en coupe de la plaque de la figure 5 par la ligne VI-VI de la figure 5 la figure 7 est une vue de la section A de la plaque de la figure 5 avec un raccord ajouté ; -la figure 8 est une vue de dessus de ltensemble de la plaque de la figure 4, avec indication des lignes de joint étanche la figure 9 est une seconde réalisation de la plaque de la figure 8 ~ ~ la figure 10 est une vue agrandie et détaillée du filtre de la figure 1, et la figure Il est une vue de dessus dsune partie d'une plaque 1 du dispositif de la figure 10. Le filtre conforme à la présente invention est du type ayant une pile de plaques composée de deux types de plaques alternés avec des diaphragmes semi-perméables interposés. La structure et son mode de fonctionnement sont représentés dans la figure 1, dans laquelle un type de plaque définit un passage 2 pour le fluide à filtrer, tandis que le second type de plaque 3 sert au drainage d'évacuation du produit filtré. A leurs extremites opposées, les deux types de plaques sont pourvus d'orifices de passage 4 formant des canaux d'écoulement verticaux. La structure représentée comprend, en outre, des plaques 5 exemptes d'ouvertures de passage 4 â une extrémité, et qui, par conséquent, sont capables d'inverserla direction dJécoulement du fluide en établissant une connection en série indiquée par des flèches. Des diaphragmes semi-permeables sont suspendus entre les plaques I et 3 (voir figure 3). Ces diaphragmes ne sont pas montrés dans la figure 1. Un mode de réalisation des diaphragmes est repré sente' dans la figure 2 et désigné par la référence 6. Le diaphragme a des dimensions extérieures analogues à celles des plaques 1 et 3. Il est pourvu â ses extrémités opposées d'ouvertures de passage 4' correspondant aux orifices de passage 4 dans les plaques 1 et 3. Dans un but de clarté, les parties individuelles de la section représentée dans la figure 3 ont eété quelque peu espacées entre elles. Dans cet exemple, les plaques 1 et 3 ont à leurs extremites une épaisseur differente de llépaisseur en leur centre. La plaque 1 est ainsi nettement plus épaisse à ces extremités près des orifices de passage 4 que dans la zone du passage 2. Il a eété possible de cette manière de minimiser la chute de pression qui se produit, lorsque le fluide s'écoule à partir des orifices de passage 4 dans le passage 2 le long du diaphragme 6. Dans la conception de filtres à diaphragme du type en question, on doit autant que possible tenir compte de deux intérêts opposés, qui sont, d'une part, le désir d'éviter des dépôts sur le diaphragme, lequel désir peut etre satisfait en imprimant au fluide qui s'écoule le long du diaphragme un débit élevé, et, d'autre part, le désir d'un bon fonctionnement économique, qui peut etre assuré par une faible vitesse du liquide et une faible résistance à 1'écoulement. Le fluide qui s'écoule maintenant à partir des orifices de passage -4 dans le passage 2 est capable d'y pénétrer avec un débit suffisamment élevé pour empeche---les dépôts sur les diaphragmes 6 sans une augmentation excessive de fluide circulant et sans consommation excessive d1 anergie. Au cours de son écoulement à travers le passage 2, le fluide passera, comme représente, le long de deux diaphragmes 6, un sur chaque coté du passage 2 Par-comparaison avec des#dispositifs dans lesquels le fluide sur un catie stécoule le long d'une surface de diaphragme, et sur le côte opposé le long d'une plaque qui n'inter vient pas dans le processus de filtration, le dispositif représenté dans la figure 3 est particulièrement avantageux du point de vue économie d'énergie, étant donné qu'il n'exige la circulation que de la moitié de fluide par rapport à la surface de diaphragme. Cet avantage rapplique en particulier à la filtration sur diaphragme de liquides visqueux. Près du diaphragme 6 sont disposées des feuilles poreuses 7, qui peuvent être en papier; filtre et qui servent au drainage d'eva- cuation du produit filtré. D'autres feuilles 8 sont poreuses et contiennent des fibres particulièrement solides capables de supporter le diaphragme 6 pour éviter sa rupture dans des emplacements où il se trouve moins bien supporté. Les feuilles 7 et 8 ont une forme et une dimension identiques à celles du diaphragme 6 (voir fig. 2). La plaque 3 est la plus mince au voisinage des orifices de passage 4 et est un peu plus épaisse dans la zone de la pile voisine du passage 2 de la plaque 1. Comme le montrent les figures 3 et 5, des surfaces également grandes de la plaque 3 sont pourvues de gorges de drainage transversales 9 débouchant sur les surfaces de plaque. Les gorges 9s'étendent transversalement à la plaque, et avec celle-ci, transversalement à la direction dlécoulementdans le passage 2. Du fait que les plaques 1 et 3 ont une épaisseur variable comme décrit, des épaulements opposés sont formés entre la région des plaques voisines des orifices 4 et la région des plaques le long des passages 2, ces épaulements étant désignés par la par rapport à la plaque 1 et par 3a par rapport à la plaque 3. Dans l'assemblage de plaques, les epaulements la et 3a coopèrent avec le diaphragme 6 et les feuilles 7 et 8, pour former un joint efficace. Dans la figure 3, les gorges de drainage 9 sont montées en section transversale. La figure 5 montre un détail de la structure de drain. Les gorges de drainage sont désignées par 9a, 9b, 9c et 9d; Les gorges 9a en-dessous de la plaque 3 collectent le produit filtré vers un canal collecteur 10 disposé sur le dessus de la plaque. Les gorges 9b sur le dessus de la plaque drainent le produit filtré vers un canal Il qui est prévu en-dessous de la plaque. Au bord opposé, non représenté, de la plaque, les gorges 9c situées sur le dessus de la plaque et les gorges 9d situées en-dessous de la plaque servent au drainage. Les canaux collecteurs 10 et 11 se terminent dans un trou 12. En règle générale plusieurs trous de ce genre sont prévus dans la plaque. Ils sont alignes avec les trous 12a prévus dans le diaphragme 6 et les feuilles 7 et 8, et avec les trous 12b dans la plaque 1. Les trous 12, 12a et 12b forment, dans l'ensemble de plaques, des canaux traversants qui évacuent le produit filré à partir des plaques à travers les canaux intérieurs dans le dispositif. En negligeant les trous 12b dans une plaque 1 et en prévoyant dans une plaque adjacente 3, un raccord 13, connecté à un trou 12 dans la plaque, il est possible, si on ie désire, de drainer et d'évacuer le produit filtré à partir de points sélectionnés dans la pile La position des plaques I et 3 et celle du diaphragme 6 et des feuilles 7 et 8 relativement les uns aux autres, est guidée au moyen de trous 14 dans les diaphragmes 6 et dans les feuilles 7 et 8, de saillies de guidage 14a sur les plaques 3 (voir figure 6) et de trous de guidage 14b dans les plaques 1 (figure 4), les trous 14b n'ayant pas besoin d'etre traversants.Comme le montre la figure 2, les moyens de guidage 14, 14a, 14b sont espacés inégalement des bords d'extrémité des organes, pour assurer une orientation correcte du diaphragme 6. Les petites porosités dans le diaphragme peuvent en pratique avoir une section transversale conique et seraient bouchées si les diaphrágmes étaient inversés. Comme indiqué, le fluide à filtrer est alimenté aux passages 2 à travers les orifices de passage 4. Comme le montrent les figures 2, 4 et 5, un grand nombre de ces orifices sont prévus le long des portions d'extrémité opposées des plaques I et 3, ces derniers étant de forme rectangulaire. Les diaphragmes 6 et les feuilles 7 et 8 sont de configuration similaire. Comme montré, les orifices 4 peuvent être allongés avec leur axe longitudinal orienté comme celui de la plaque 1. Des ponts 1-5 sont prévus entre les orifices 4 pour entourer la plaque 1 au voisinage des orifices 4. Cette structure donne la possibilité de prévoir un écoulement uniforme du fluide qui ne causera en aucun point de dépôts sur les diaphragmes et sans qu'il en résulte jamais un débit d'ôcouîement excessif.-Le fluide est déchargé à 1 t extrémité opposée du passage 2 à travers des orifices de passage similaires. Les orifices 4 communiquent avec le passage 2 à travers une série de courts canaux, à savoir deux canaux 16 pour chaque trou dans le dispositif. Chaque canal comprend un canal supérieur 16b et un canal inférieur l6a Comme le montre la figure-4, il en résulte que la paroi superieure 17a et la paroi inferieure 17b des canaux suivent chacune une ligne en méandres ces deux lignes en meandres étant en opposition de phase. La #structure présente l'avantage que tous les orifices 4' dans le diaphragme 6 et dans les feuilles 7 et 8 peuvent etre identiques. Les parois limites 17a et 17b, comme les portions de bords des plaques 1 et 3, forment des lignes de joint étanche pour coopé- rer avec les diaphragmes 6 et les feuilles 7 et 8, qui forment à leur tour les joints étanches nécessaires entre les plaques. Pour accroître l'effet d'étanchéité, les plaques peuvent, le long de leurs lignes de joint étanche, être formées avec des nervures 18, saillantes, par exemple, de 0,1 à 0,2 mm, par rapport à la surface. Les parois limites 17a et 17b maintiennent les diaphragmes 6 et les feuilles 7 et 8 en engagement ferme avec les plaques 3, de sorte que l'écoulement du fluide, à partir des orifices 4, directement vers les gorges de drainage 9 est empêché, Une extrémité' similaire en forme de méandres est utilisée le long des gorges 9a, 9b, 9c et 9d là où elles débouchent dans les canaux collecteurs 10. Cette structure est repre'sente'e dans la figure 8, et elle est réalisée en vue du fait qu'il faut s'attendre à ce que les diaphragmes 6, en réponse à la pression du fluide seront quelque peu repousses a' l'intérieur des gorges de drainage 9.Pour empêcher que le produit retenu stechappe à travers les fentes ainsi formées, les parois limites en forme de méandres des extrémités sont passées autour des extrémités des gorges de drainage 9. La figure 8 montre une de ces parois 19 faisant face au sommet de la plaque et passée à l'in*érieur d'un canal collecteur 10a en-dessous de la plaque La paroi limite correspondante avec méandres de phase opposee, en-dessous de la plaque, n'est pas représentée.L'ensemble de la structure est entouré par(me ligne de joint étanche 20 Les deux plaques 1 et 3 sont réalisées chacune en une seule pièce pour "etre fabriquées par moulage par injection de matière sylithetîque Mais les plaques pourraient eAtre#realisees de manière différente, par exemple par estampage et en une autre matière, par exemple du metal. La plaque 3 est une pièce intégrale solide capable de maintenir solidement les plaques 1 en place par friction, même Si le filtre est somalis à une pression intérieure excessive. La disposition représentée dans les figures 10 et il se distingue de celle de la figure 3 par le fait que les plaques 1' et 3t possèdent, à leurs extrémites voisines des orifices de passage 4, une épaisseur correspondant a celle de la région du passage 2. En vue de ne pas adopter une section de passage 2 très différente de celle montrée dans la figure 3, le passage 2 de la plaque 1 est pourvu d'un élément de remplissage 22, qui divise le passage en deuxparties 2a et 2b. L'élément de remplissage 22 possède des nervures 21 qui déterminent l'épaisseur de la couche de liquide. En dehors de cela, la configuration et l'interaction des organes sont identiques à celles du dispositif précédemment décrit. Ce dispositif possède une résistance mécanique particulièrement élevée. En conséquence, il convient pour un fonctionnement à une pression élevée de fluide, Cependant, il nécessite une action accrue de la pompe pour faire circuler le fluide et en conséquence il convient plutot au traitement de liquides très fluides L'invention nTest pas limitez aux exemples décrits et représen-- tés. Diverses modifications et variantes restent possibles sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention -REVENDICATIONS- 1. Dispositif de filtration, du type danytequel est prevu au moins un diaphragme semi-perméable, pour l'insertion ou pour la séparation d'au moins un composant dtun mélange fluide, une grande surface du diaphragme définissant un passage dlécoulement pour le liquide filtre, et l'autre; grande surface faisant face à des moyens de drainage, ce dispositif étant caractérisé en ce que les moyens de drainage d'évacuation comprennent une plaque qui est pourvue, dans sa grande surface faisant face au diaphragme, d'une série de gorges de drainage espacées le long de la surface et débouchant dans celle-ci, et qui communiquent avec au moins un trou de décharge prévu dans une portion de bord de la plaque et la traversant. 2, Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les gorges de drainage s'étendent transversalement à la direction dtécoulement dans le passage d'écoulement. 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications l ou 2, caractérisé en ce que la connection entre la gorge de drainage et le trou de décharge est constituée par un canal formé dans la surface de la plaque. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications l à 3, caractérisé par la prévision de gorges de drainage dans chacune des grandes surfaces de la plaque. 5, Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les gorges de drainage sont connectées en groupes à une série de trous de décharge, les gorges formées sur une surface étant connectées à au moins un trou de décharge à travers au moins un canal de communication formé dans la face opposée de la plaque. 6, Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par la prévision, près des extrémités des gorges de drainage, d'au moins une paroi limite s'étendant le long d'une ligne en méandres pour bloquer les extrémités des gorges de drainage, et s'étendant également entre un canal de communication et le bord de la plaque. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé par la prévision, le long dtun bord de plaque, de deux parois limites, une sur chaque face de la plaque, les parois limites de surface à surface étant adjacentes entre elles avec leurs lignes de méandres en opposition de phase. 8, Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le trou de décharge est connecté à un raccord.