Brevet FR2440217A1 — publié le 19800530

Domaine technique. L'invention concerne les perfectionnements aux filtres à tube poreux où la suspension à filtrer est admise à l'ln- térieur des tubes. Le dispositif de l'invention est destiné à la séparation continue de particules solides dans un fluide, liquide ou gazeux, dans lequel ces particules se trouvent en suspension. Etat de la technique antérieure et inconvénients. Il existe actuellement de nombreux filtres susceptibles de réaliser cette séparation. Ceux qui sont simples sont généralement à fonctionnement discontinu. Quand on veut une installation fonctionnant de manière continue, on aboutit à des dispositifs très complexes. L'invention tieht compte de deux données simples a) quand dans un filtre on peut animer la suspension à filtrer d'une vitesse importante dans une direction perpendiculaire à celle que doit prendre le fluide pour traverser la membrane filtrante, on observe que les particules solides en suspension sont en majeure partie entraînées dans le courant fluide et ne peuvent se déposer sur la membrane filtrante ce qui retarde ainsi le colmatage de celle-ci. b) le débit d'un filtre, toutes choses égales par ailleurs, est proportionnel à la différence de pression existant, en fonctionnement, entre les deux faces de la membrane filtrante. Il s'ensuit que la construction la plus économique est celle où la forme géométrique donnée à la membrane filtrante lui confère seule une importante résistance à la pression au moins sur une face. La forme tubulaire, très simple a un maximum de résistance à la pression intérieure. Les disposi tifs existants, qu'ils soient continus ou discontinus font appel à des formes géométriques planes ou courbes, qui ndces sitent le plus souvent pour supporter les membranes filtrantes une plaque ouvragée et onéreuse, et la circulation du fluide au voisinage de la membrane filtrante est souvent à vitesse nulle (filtres-presses, filtres à plateaux, filtres à bande) ou à vitesse très faible (filtre à bougies, à tambour, etc...). La présente invention est destinée à remédier à ces inconvénients. Exposé de l'invention. L'invention est caractérisée principalement par le fait que la matière à filtrer traverse entièrement et constamment l'ensemble des tubes depuis un collecteur d'entrée sous pression jusqu'à un collecteur de sortie, celui-ci présentant un moyen destiné à maintenir une pression suffisante dans l'in- térieur des tubes, la section globale des tubes allant en diminuant depuis l'entrée jusqu'à la sortie suivant une relation de constance approximative entre le débit de fluide restant à filtrer et ladite section des tubes audit endroit, les tubes étant placés dans au moins une enceinte de récupération du filtrat. Le moyen maintenant la pression suffisante dans les tubes est soit une conformation appropriée de ceux-ci telle qu'une réduction importante de leur section vers la sortie pour assurer la perte de charge suffisante soit une valve d'étranglement de l'écoulement du fluide à la sortie de l'appareil, ladite valve étant régulée par un pressostat. Suivant une forme préférée de réalisation, les tubes sont arrangés en groupes de longueurs données, chaque groupe, étant disposé entre deux collecteurs, chaque groupe présentant successivement un nombre plus faible de tubes que le groupe précédent au fur et à mesure de la progression de la suspension à filtrer. Dans une première réalisation, les groupes de tubes sont placés les uns à la suite des autres, en ligne, et sont enfermés dans un récipient unique de section décroissante. Dans une deuxième forme de réalisation, les groupes de tube sont placés les uns après les autres, chaque groupe étant enfermé dans un récipient séparé comportant chacun une évacuation de filtrat. Dans ce cas, de préférence, les récipients contenant les tubes sont disposés les uns au-dessous des autres et communiquent ensemble, en série, pour l'évacuation du filtrat. Dans une troisième réalisation, les groupes de tubes sont enfermés dans un récipient unique, cylindrique, chaque groupe de tubes aboutissant à un collecteur qui est commun à la sortie des tubes du groupe précédent et à l'entrée du groupe suivant, la suspension effectuant ainsi successivement un parcours dans un sens, dans un groupe, puis un parcours en sens inverse, dans le groupe suivant de tubes. Dans une quatrième réalisation, les groupes de tubes sont enfermés dans un récipient unique dont un bout seulement peut s'ouvrir, les tubes étant conformés en épingle à cheveux dont une extrémité par d'un collecteur et l'autre extrémité aboutit à un autre collecteur, chacun des collecteurs intermédiaires étant ainsi simultanément collecteur de sortie pour les tubes précédents et collecteur d'entrée pour les tubes suivants. La matière des tubes poreux n'est pas déterminante dans l'invention. Toutefois, suivant une réalisation préférée, ils sont en matière textile tissée, tricotée ou tressée. Comme la pression n'est pas toujours admise à l'intérieur des tubes, par exemple lorsqu'on veut réaliser une circulation à contrecourant destinée au décolmatage, il faut alors empecher l'aplatissement des tubes. Pour cela on place un raidisseur intérieur qui peut être soit un profilé à ailettes étoilé, soit un profilé à ailettes hélicoidal. On peut aussi renforcer le tube extérieurement par une frette qui est généralement héllcoidale. Solution au problème et avantages. Le filtre de l'invention permet une circulation à vitesse relativement grande de la suspension fluide à l'intérieur des tubes filtrants. Cette vitesse dépend de la viscosité du fluide, de la nature, de la densité et de la concentration de la suspension. Toutefois la vitesse sera telle qu'elle évite une sédimentation des matières en suspension pouvant déterminer un colmatage des parois filtrantes. La répartition de la section globale des tubes, c'est-à-dire pratiquement le nombre de tubes filtrant, tout au long du filtre, dépend de la vitesse de filtration et elle est conçue pour que cette vitesse soit supérieure à la vitesse de sédimentation dans tous les tubes, que ce soit au début ou à la fin du filtre.On pourra même prévoir une augmentation de cette vitesse dans la partie terminale du filtre car, à ce moment, la concentration de la suspension est parti culièrement élevée et il faut éviter le dépôt des résidus boue, gâteau, etc... à la sortie du filtre. C'est en effet une caractéristique très importante du filtre de l'invention que la suspension à filtrer ressort partiellement à la sortie du filtre où elle est particulière ment concentrée en matière en suspension. Cette matière concentrée peut être traitée par d'autres installations appropriées. La relation de constance approximative entre le débit Q de fluide restant à filtrer à un endroit du parcours de ce fluide depuis l'entrée est la section "s" des tubes audit endroit telle que Q/s = K c'est-à-dire une constante approximative. En d'autres termes, le débit Q est proportionnel à la section à un endroit donné. Cela veut dire que l'on maintient une vitesse d'écoulement quasi constante tout au long du filtre. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après qui en donne quelques exemples non limitatifs de réalisation pratique et qui sont illustrés par les dessins joints. Brève description des figures. La figure l est une coupe schématique longitudinale suivant la version dans laquelle des groupes de tubes sont enfermés dans un récipient unique à section décroissante. La figure 2 est une coupe shématique longitudinale de la version suivant laquelle les groupes de tubes sont enfermés dans des récipients séparés disposés les uns au-dessous des autres et communiquant ensemble, en série. La figure 3 est une coupe suivant I-I de la figure 2. La figure 4 est une coupe suivant II-II de la figure 2. La figure 5 est une coupe suivant III-III de la figure 2. La figure 6 est une coupe suivant IV-IV de la figure 2. La figure 7 est une coupe suivant V-V de la figure 2. La figure 8 est une coupe verticale d'une troisième variante du filtre de l'invention. La figure 9 est une coupe suivant VI-VI de la figure 8. La figure 10 est une coupe verticale longitudinale d'une quatrième version du filtre de l'invention. La figure ll est une coupe suivant VII-VII de la figure 10. La figure 12 est une vue en perspective d'un tube poreux en matière textile comprenant un raidisseur intérieur avec profilé à ailettes étoilé. La figure 13 est une vue de côté d'un raidisseur à ailettes hélicoidal. La figure 14 est une coupe transversale d'un tube filtrant équipé d'un raidisseur intérieur et d'une frette exté- rieure. La figure 15 est une coupe longitudinale du tube filtrant de la figure 14. La figure 16 est une coupe longitudinale du détail de fixation d'un tube sur la paroi de fond du récipient. La figure 17 est une vue en perspective d'une installation de filtration avec les filtres de l'invention. DescrlDtlon de quelques modes de réalisation. Dans la réalisation de la figure 1, on comprend aisément le principe du filtre de l'invention qui consiste à faire circuler d vitesse élevée de la suspension fluide qui entre par le conduit I dans le collecteur d'entrée 2 sur lequel sont branchés le premier groupe de tubes poreux 3 qui aboutissent au collecteur de sortie 4. Sur le collecteur 4 est branché un deuxième groupe de tubes poreux 5 qui aboutit au collecteur 6 et ainsi de suite avec le troisième groupe de tubes poreux 7, le collecteur 8, le quatrième groupe de tubes poreux 9, le collecteur 101 le cinquième groupe de tubes poreux ll qui aboutit à la sortie 12.A chaque fois que l'on passe d'un groupe de tubes poreux au suivant, le nombre de tubes le constituant va en diminuant Dans l'exemple représenté, il diminue de 1 à chaque fois. L'ensemble des tubes poreux est situé dans une enceinte de récupération de filtrat 13 dont la section va aussi en diminuant Le filtrat est évacué par la sortie 14. Le fluide surchargé en matière de suspension sort par la sortie 12 et il est maintenu sous pression par la valve d'étranglement 15. Comme l'alimentation du conduit 1 est continue, la sortie des résidus (boue, gateaux, etc...) est continue à la sortie 12, tandis que le fluide filtré passe à travers les tubes poreux 3, perpendiculairement au sens du flux principal, et il est recueilli au bas de l'enceinte 13 pour s'écouler par la sortie 14. Pour maintenir tout au long du parcours de la suspen sion une vitesse de circulation suffisante et éviter un dépôt colmatant on s 'arrange pour que la section globale libre pour ladite circulation en suspension décroisse en même temps que diminue son débit global. Naturellement on pourrait utiliser des tubes de section décroissante mais la réalisation de ceux-ci est délicate et onéreuse. On préfère donc utiliser une conception du type qui vient d'être décrit et illustré par la figure 1. De toute façon on s'arrange pour que la vitesse d'écoulement dans le dernier tube filtrant, tel que 11, soit suffisante pour ne pas subir une sédimentation qui viendrait colmater et peut être même obturer ce tube jusqu'à la valve d'étranglement 15 qui est éventuellement pilotée par un dispositif régulateur de pression. Suivant une deuxième forme de réalisation représentée à la figure 2, les groupes de tube 16, 17, 18, 19, 20 sont placés les uns après les autres, chaque groupe étant enfermé dans un récipient cylindrique tel que 21, 22, 23, 24, 25 qui comporte chacun une évacuation de filtrat 26, 27, 28, 29, 30. Dans l'exemple représenté, les récipients 21 à 25 sont disposés les uns au-dessus des autres et communiquent ensemble en série pour l'évacuation du filtrat par lesdites évacuations 26 à 30. L'entrée de la suspension 31 admet celle-ci dans un premier collecteur 32 suivant une construction qui est largement connue et employée pour les faisceaux tubulaires d'échangeur de chaleur avec des plaques support telles que 33. Chaque récipient 21 à 25 est conçu de la même façon avec un collecteur d'entrée tel que 32 et un collecteur de sortie tel que 34 délimité par une plaque support telle que 33. Les différents collecteurs de sortie et d'entrée sont reliés l'un à l'autre par des tubes de liaison 35, 36, 37, 38 qui assurent la liaison en série des différents appareils en ce qui concerne la suspension à filtrer qui s'enrichit progressivement pour sortir par le tube 39 qui comporte une valve d'étranglement 40. Dans la troisième réalisation de la figure 8, on retrouve pratiquement les mêmes éléments, à savoir un récipient 41 contenant cinq groupes de tube 42, 43, 44, 45 et 46. L'admis- sion de suspension à filtrer se fait par l'entrée 47 et la sortie se fait en 48 avec la présence d'une valve d'étranglement 49. La différence réside dans la constitution des plaques supports 50 et 51 qui sont chacune en deux parties 501-502 et 511-512, les parties 501 et 512 présentant des excavations 52, 53, 54, 55, 56 qui constituent les collecteurs reliant les différents groupes de tubes 42 d 46. La figure 16 est une vue de détail de la disposition des deux parties 501 et 502 de la plaque support 50 qui fait ressortir l'excavation 53 et la fixation d'un tube 42 sur la partie 502 de la paroi 50. Ceci se fait au moyen d'une douille taraudée intérieurement 57 enmanchée à force dans un trou circulaire de la partie 502 en ménageant un logement destiné à placer un joint torique interchangeable 58. La douille taraudée 57 reçoit une vis tubulaire 59 qui coince le tube poreux 42. Dans la version des figures 10 et 11, les groupes de tubes 60 à 64 sont enfermés dans un récipient unique 65 dont un bout seulement peut s'ouvrir et est constitué par une plaque 66 conformée de manière similaire à la plaque 50, comme il vient dlêtre expliqué. Dans cette plaque 6 La particularité des tubes 60 à 64 est d'etre conformés en épingle à cheveux et d'aboutir dans des excavations 68 à 71 qui constituent les collecteurs précédemment décrits. Le parcours de la suspension est similaire à ce qui a été décrit précédemment c'est-h-dire que la suspension entre par l'entrée 72 et il sort des boues par la sortie 73 comportant une valve d'étranglement 74. Le filtrat, qui a traversé les tubes 60 à 64r est évacué par la sortie 75. Malgré la circulation du fluide à grande vitesse, il est fréquent que les filtres qui viennent d'être décrits nécessitent un nettoyage ou un decolmatage. Ce dernier se fait de façon classique par inversion du sens d'écoulement du fluide propre, c'est-à-dlre que l'on fait rentrer du filtrat par les sorties 14, 30, 75 et 76. Pour cela il faut que les tubes poreux et filtrants soient réalisés pour résister aussi, sans s'aplatir, à la pression extérieure. Par ailleurs, dans la réalisation de grosses unités, à très long parcours de suspension, il apparaît des pertes de charges qui s'ajoutent à la différence de pression nécessaire dans les derniers groupes de tube et engendrée par les valves d'étranglement 15, 40, 49 et 74. Il en résulte des pressions importantes dans les premiers groupes de tubes et il faut que ceux-ci aient la résistance nécessaire qui doit cependant aller de pair avec la porosité de ces tubes, conditions qui se contrarient l'une l'autre. Une solution pratique à ces deux problèmes consiste à utiliser des tubes poreux en matière textile tissés, tricotés ou tressés qui sont raidis intérieurement par un profilé à ailettes 77 (figure 12) obtenu par filage ou extrusion de métal ou d'une matière quelconque. On peut aussi prévoir un raidisseur avec des ailettes en spirale tel que celui qui est représenté à la figure 13 et qui a pour avantage de provoquer des turbulences à l'intérieur des tubes poreux. Pour augmenter la résistance des tubes tels que 16 à la pression intérieure, on utilise une frette extérieure 78 (figure 14) qui peut avoir la forme hélicoidale 79 représentée à la figure 15. Comme représenté à la figure 14 on a donc un tube 16 renforcé intérieurement par le profilé 80 et extérieurement par la frette 78. D'une manière générale, dans la constitution des filtres de l'invention, on s'arrange pour que la section des différentes parties où s'effectue l'écoulement des fluides soient déterminées pour obtenir une vitesse d'écoulement constante et suffisamment élevée pour éviter toute ségrégation, sédimenta tion ou accumulation de dépôt dans des recoins où s'établiraient des zones de calme. La figure 17 donne un exemple d'installation d'une batterie de filtration dans laquelle deux filtres continus 81, 82 multitubulaires, du type de l'invention, sont montés en paral lèle en autorisant ainsi, pendant la marche du filtre 81, le décolmatage et les opérations d'entretien sur le filtre 82 et inversement. La suspension, aspirée par le conduit 83 et la pompe 84, est refoulée par le conduit 85 vers l'un ou l'autre conduit 86 ou 87 par le robinet à trois voies 88. Le filtrat est récupéré par les conduits 89 et 90. Les boues sont évacuées Par les conduits 91 et 92 qui comportent aussi des robinets à trois voies 93 et 94 utilisés pour le décolmatage, de façon classique par inversion du sens d'écoulement du filtrat introduit par les conduits 95 ou 96 suivant la position de la vanne à trois voies 97. On voit ainsi que, manière simple, avec une Pompe 84 classique, pour animer l'ensemble, on a réalisé une installation puissante capable de fonctionner automatiquement sans surveillance, pendant très longtemps avec un prix de revient et un entretien modiques. Aslication industrielle. Bien que principalement conçu pour la séparation solide/liquide ce type de filtre peut aussi être utilisé pour des séparations solides/gaz moyennant certaines précautions. Il s'en suit que ce type d'appareil rendra de très grands services pour un coût minime en énergie dans toutes les installations fixes ou mobiles de dépollution. A côté des très nombreux procédés de l'industrie chimique qui font également intervenir ces différents types de séparation il faut citer l'extraction solide/liquide des matières pulvérulentes ou similaires par des solvants où ce type de filtre permet d'arriver aisément a un procédé connu d'extraction méthodique à contre courant, en circuit fermé à l'abri de l'air. REVENDICATIONS 10j Perfecttonnements aux filtres à tubes poreux où la suspension à filtrer est admise à l'intérieur des tubes c a r a c t é r i s é s par le fait que la matière à filtrer traverse entièrement et constamment l'ensemble des tubes depuis un collecteur d'entrée sous pression Jusqu'à un collecteur de sortie, celui-ci présentant un moyen destiné à maintenir une pression suffisante dans l'intérieur des tubes, la section globale des tubes allant en diminuant depuis lettrée jusqu'à la sortie suivant une relation de constance approximative entre le débit de fluide restant à filtrer à un endroit du parcours de ce fluide depuis l'entrée et ladite section des tubes audit endroit, les tubes étant placés dans'au moins une enceinte de récupération du filtrat. 20/ Filtre, tel que défini dans la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait que le moyen maintenant la pression suffisante dans les tubes est une conformation appropriée de ceux-ci telle qu'une réduction importante de leur section vers la sortie pour assurer la perte de charge suffisante. 30/ Filtre, tel que défini dans la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait que le moyen maintenant la pression suffisante dans les tubes est une valve d'étranglement de l'écoulement du fluide à la sortie de l'appareil, ladite valve étant régulée par un pressostat. 40/ Filtre, tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 3, prise isolément, c a r a c t é r i s é par le fait que les tubes sont arrangés en groupes de longueurs données, chaque groupe étant disposé entre deux collecteurs chaque groupe présentant successivement un nombre plus faible de tubes que le groupe précédent au fur et à mesure de la progres sion de la suspension à filtrer. 50/ Filtre, tel que défini dans la revendication 4, c a r a c t é r i s é par le fait que les groupes de tubes sont placés à la suite les uns des autres, en ligne, et sont enfermés dans un récipient unique de section décroissante. 60/ Filtre, tel que défini dans la revendication 4, c a r a c t é r i s é par le fait que les groupes de tubes sont placés les uns après les autres, chaque groupe étant enfermé dans un récipient séparé comportant chacun une évacuation de filtrat. 70/ Filtre, tel que défini dans la revendication 6, c a r a c t é r i s é par le fait que les récipients contenant les tubes sont disposés les uns au-dessous des autres et communiquent ensemble, en série, pour l'évacuation du filtrat. 80/ Filtre, tel que défini dans la revendication 4, c a r a c t é r i s é par le fait que les groupes de tubes sont enfermés dans un récipient unique, cylindrique, chaque groupe de tubes aboutissant à un collecteur qui est commun à la sortie des tubes du groupe précédent et à l'entrée du grou Pe suivant, la suspension effectuant ainsi successivement un parcours dans un sens, dans un groupe, puis un parcours en sens inverses dans le groupe suivant de tubes. 90/ Filtre, tel que défini dans la revendication 4, c a r a c t é r i s é par le fait que les groupes de tubes sont enfermés dans un récipient unique dont un bout seulement peut s'ouvrir, les tubes étant conformés en épingle à cheveux dont une extrémité part d'un collecteur et l'autre extrémité aboutit à un autre collecteur, chacun des collecteurs intermé diaires étant ainsi simultanément collecteur de sortie pour les tubes précédents et collecteur d'entrée pour les tubes suivants. 100/ Filtre, tel que défini dans l'une quelconque des revendications précédentes, prise isolément, c a r a c t é r i s é par le fait que les tubes poreux sont en matière textile tissée, tricotée ou tressée et comportent des raidisseurs intérieurs. 11 / Filtre, tel que défini dans la revendication 10, c a r a c t é r i s é par le fait que le raidisseur inté- rieur est un profilé à ailettes étoilé. 120/ Filtre, tel que défini dans la revendication 10, c a r a c t é r i s é par le fait que le raidisseur intérieur est un profilé à ailettes hélicoldal. 130/ Filtre, tel que défini dans l'une quelconque des revendications 10, 11 ou 12, prise isolément, c a r a c t é r i s é par le fait que le tube est renforcé extérieurement par une frette.