Brevet FR2473342A1 — publié le 19810717

La présente invention se rapporte aux dispositifs filtrants destinés à extraire le liquide d'une suspension en mouvement. On entend ici principalement par suspension des fibres contenant une matière cellulosique en suspension dans un liquide, qui peut être de l'eau ou un liquide de traitement chimique mais la suspension peut en principe être constituée par n'importe quelle matière solide en suspension dans un liquide. On a constaté que, pendant cette opération d'extrac- tion du liquide, on devait nécessairement pour nettoyer les ouvertures de l'élément filtrant du dispositif, faire circuler une partie du filtrat extrait en sens inverse à travers ls ouvertures et, de préférence en mettant aussi l'élément iltrant en mouvement par rapport à la suspension pendant la circulation inverse. On connait déjà un dispo- sitif de ce genre par le brevet suédois 75.04309-1 qui correspond au brevet US 4 041 560). Dans cette construction, un élément filtrant mobile est monté dans un support fixe placé en position centrale dans le dispositif et la circu- lation en sens inverse du liquide de la suspension à tra- vers les ouvertures de l'élément filtrant est obtenue par le fait que le volume intérieur de l'élément filtrant dimi- nue pendant le déplacement de l'élément filtrant. L'invention a pour but principal de perfectionner la construction connue de manière à obtenir la réduction de volume désirée et par voie de conséquence le lavage des ouvertures de l'élément filtrant par inversion du sens de circulation. Un autre but de l'invention consiste à réaliser un dispositif filtrant qui possède une plus grande surface filtrante effective pour une longueur donnée. Un troisième but de l'invention consiste à créer un appareil qui puisse être construit dans n'importe quelle dimension, aussi grande soit-elle sans que l'écoulement de la suspension soit notablement perturbé par de grandes dimensions. Un quatrième but de l'invention est de réduire la consommation d'énergie des appareils de filtration connus. D'autres buts de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un appareil suivant l'invention avec passage central de la suspension; la Fig. 2 est une coupe longitudinale d'un appareil qui, comparativement à celui de la Fig. 1, présente un passage périphérique de la suspension au lieu d'un passage central; la Fig. 3 est une coupe longitudinale d',un appareil qui constitue une combinaison des appareils de la-Fig. 1 et de la Fig. 2, dans lequel la suspension s'écoule dans un espace annulaire de sorte que l'appareil présente des surfaces filtrantes aussi bien sur la face interne que sur la face externe; la Fig. 4 représente une cuve rectangulaire vue-de dessus, dans-laquelle sont agencés plusieurs éléments fil- trants droits; la Fig. 5 est une vue en perspective et eh-coupe suivant la ligne A-A de la Fig. 4; la Fig. 6 représente une cuve circulaire vue de des- sus dans laquelle sont agencés plusieurs éléments filtrants circulaires; la Fig. 7 est une vue en perspective et en coupe d'un élément filtrant de forme annulaire de l'appareil de la Fig. 6; Sur la Fig. 1, la référence 1 désigne un corps ou une enveloppe de forme générale cylindrique dont l'extré- mité inférieure ouverte 2 est munie d'une bride destinée à raccorder l'appareil à une canalisation ou à un autre appareil. A l'extrémité supérieure 4 du corps, qui est également ouverte et munie d'zune bride 5, est raccordé un -35 coude muni d'une sortie 7. Le corps est équipé intérieu- rement d'un manchon ou support concentrique 8 qui délimite. avec le corps un espace annulaire 9-formé par une bague 10 à son extrémité inférieure. A -l'intérieur du manchon 8 est - C7 disposé un élément filtrant 11 percé de trous de filtre indiqués par des points. Au niveau de son bord inférieur, l'élément filtrant 11 est relié au manchon 8 à joint étanche et à contact glissant au moyen d'une garniture d'étanchéité 12 et, à son bord supérieur, il est relié au corps à joint étanche au moyen d'une garniture d'étan- chéité mobile 13, de sorte que le corps sert aussi de support. De cette façon, l'élément filtrant 11 et le corps délimitent un espace annulaire 14 qui est fermé à son extrémité inférieure par une bague 15 et à son extrémité supérieure par une bague 16. La bague 16 et l'élément fil- trant 11 sont fixés par des voiles 17 à une tige 18 qui peut être mise en mouvement alternatif par un dispositif d'entraînement 19 situé à l'extérieur du coude 6. Une garniture d'étanchéité 20 est disposée à l'endroit o la tige traverse la paroi du coude. Dans l'espace annulaire 9 est prévue une sortie de liquide 21. La suspension à traiter traverse l'appareil de la façon représentée par les flèches 25, 26, 27 et 28. Lorsque l'élément filtrant 11 est animé d'un mouvement alternatif solidairement avec ses garnitures d'étanchéité 12 et 13, le volume de l'espace annulaire 14 varie du fait que les parois du corps et du manchon 8 ont des diamètres différents et, par conséquent des sections différentes. Il en résulte que, lorsque l'élément filtrant avance dans le sens de l'écoulement de la suspension, le volume croit tandis que, lorsqu'il recule, le volume décroît. De cette façon, on obtient dans un sens une aspiration qui se manifeste à travers les trous pour extraire le liquide et, dans l'autre sens, une contre- pression qui fait refluer le liquide vers la suspension à travers les trous de l'élément filtrant. Sur la Fig. 2, est représenté un appareil corres- pondant à celui de la Fig. 1 mais avec cette principale différence que la suspension s'écoule dans un espace annu- laire situé à l'extérieur de l'élément filtrant au lieu de parcourir cet élément suivant son axe. Les références 1 à 7 et 14 désignent donc les mêmes détails sur cette figure et sur la Fig. 1. L'élément filtrant 30 coulisse sur un sup- port 33 au niveau de son bord supérieur, au moyen d'une bague 31 et d'une garniture d'étanchéité 32 tandis qu'au niveau de son bord inférieur, il coulisse par une bague 34 et une garniture d'étanchéité 35 sur un autre support, 36 qui est de plus grand diamètre que le support 33. De même que sur la Fig.l, l'élément filtrant est fixé par des voiles 17 à une tige 18 qui est mue par un dispositif 19 et qui traverse la paroi du coude 6 avec interposition d'une garniture d'étanchéité 20. La tige 18 est guidée dans le support 33, à l'extrémité supérieure de ce dernier, avec interposition d'une autre garniture-d'étanchéité 37. Le support 33 est fixé à l'intérieur du corps par des voiles 38 dont au moins l'un présente une cavité 39 munie d'une sortie 21 pour laisser s'écouler le liquide. Le - support inférieur 36 est fixé à l'intérieur du corps par des voiles 41. La suspension s'écoule dans le sens des flèches , 51, 52 et 53. Sur la Fig. 3, est représenté un appareil qui cons- titue une combinaison des appareils des Fig. 1 et 2. En effet, la partie centrale de l'appareil de la Fig. 3 com- prend un élément filtrant mobile et des supports analogues de ceux de la Fig. 2 et désignés par les mêmes références, tandis que les parties périphériques de cet appareil comprennent un élément filtrant mobile muni de surfaces glissantes qui coulissent le long du corps et le long d'un support annulaire, les références étant les mêmes que celles des parties correspondantes de la Fig. 1. Les élé- ments filtrants 11 et 30 sont reliés l'un à l'autre par des voiles 55, les voiles 55 sont en nombre voulu pour satisfaire aux règles de l'art et ils sont de préférence en nombre égal à celui des voiles 17 situés plus près du centre. L'un au moins des voiles 55 peut présenter une cavité intérieure servant à transmettre le liquide de la chambre intérieure de l'élément filtrant 30 à la chambre périphérique 14. La sortie de liquide supérieure 21 située à droite peut donc être supprimée et la totalité du liquide extrait peut être évacuée par la sortie inférieure gauche 21. La suspension circule dans le sens des flèches 60, 61, 62 et 63. Sur la Fig. 4, est représenté un corps rectangulaire vu de dessus, dans lequel la suspension peut circuler dans deux espaces 101 et 102 dont chacun est délimité sur ses grands côtés par des éléments filtrants mobiles 103, 104, 105 et 106. On peut également se référer à la Fig. 5. La Fig. 5 est une vue en coupe suivant la ligne A-A de laFig. 4, qui explique comment les parties fixes et mobiles sont agencées. L'appareil filtrant, avec ses élé- ments filtrants et ses supports, est en principe construit de la même façon que l'appareil à section circulaire représenté sur la Fig. 3 et décrit plus haut, la principale différence consistant en ce que les surfaces filtrantes et les surfaces glissantes sont droitesau lieu d'être circulaires. Par ailleurs, sur la Fig. 3, le support central est divisé en une partie supérieure et une partie infé- rieure et la tige passe à travers le support tandis que, sur la Fig. 5, la tige est fixée sur la face supérieure de l'élément filtrant central au moyen d'une chape 113. Les éléments filtrants extérieures glissent, à une extrémité sur la paroi extérieure du corps et, à l'autre extrémité sur une paroi fixée à la paroi extérieure tandis que l'élé- ment filtrant central est supporté par un support fixe 115 monté dans la cuve. Ce support peut être fixé aux parois terminales en 111 et 112. Les éléments filtrants extérieurs et l'élément filtrant central sont assemblés par des bras creux 116 et 117 servant au transport du liquide et, par ailleurs, on peut les faire monter et descendre à l'aide d'une ou de plusieurs tiges munies de dispositifs d'entrai- nement 114 qui agissent de part et d'autre du support fixe par l'intermédiaire de la chape 113. De cette façon, le dispositif d'entraînement 114 fait monter et descendre tous les éléments filtrants. Le support 115 peut éventuel- lement être creux, ses parois étant percées de trous qui débouchent dans les cavités de l'élément filtrant qui entourent ce support, pour permettre au liquide de passer de ces cavités à l'intérieur du support, une sortie de l'appareil pouvant être agencée dans paroi supérieure et/ou dans la paroi le corps, dans la supérieure de ce corps vu sur la Fig. 4. De cette façon, il n'est pas nécessaire que les bras 116 et 117 soient creux. Sur la Fig. 6 est représenté un corps circulaire vu de dessus et muni de plusieurs éléments filtrants circulaires dont l'élément-central 150 est construit en principe de la même façon que l'élément filtrant suivant la Fig. 2 et dont l'élément filtrant extérieur 151 est:: construit de la même façon que celui de la Fig. 1, avec une surface qui glisse le long de la paroi du corps tandis ' que les éléments filtrants intermédiaires 152 et 153 sont - courbes, avec une section analogue à celle des éléments - filtrants 103 et 105 de la Fig. 5, et ainsi qu'on l'a représenté avec plus de détails sur la Fig. 7. - La Fig. 7- représente un fragment des éléments fil-.- trants intermédiaires de l'appareil de la Fig. 6, comme indiqué par la flèche 154. Pour 'simplifier, le fragment a été représenté sous une forme rectiligne au lieu d'une forme courbe mais la figure montre le principe. de construc- tion. Dans ce cas, le dispositif de monte-et-baisse peut être constitué par des dispositifs d'entraînement 114 placés chacun au-dessusd'une chape 113, comme sur la Fig. 4, auquel cas ces dispositifs doivent travailler en syn- chronisme; ou encore ce dispositif de monte-et-baisse peut être constitué par un seul dispositif d'entraînement central agencé comme le dispositif 19 de la Fig. 2. Le liquide qui est extrait est transporté par les bras de liaison creux 155 et 156, les bras correspondants étant décalés de 90 et espacés- des ouvertures.157 le long de la périphérie. A cet effet,.le support 115 peut comporter des ouvertures transversales 120 de sorte qu'il-s'établit une communication pour le passage du liquide entre les cavités des éléments filtrants 152 et 153. Dans le cas.de grands appareils, il va de soi qu'on peut agencer plusieurs élé- ments filtrants annulaires analogues aux éléments 152 et 153 dans la section du corps afin d'obtenir une extraction aussi uniforme que possible du liquide de la suspension. 3. . * À *. ? Ceci est en principe également valable pour le corps à éléments filtrants rectilignes des Fig. 4 et 5. Dans les corps munis de plusieurs éléments filtrants, ces éléments peuvent en général être couplés les uns aux autres, comme on l'a représenté sur les Fig. 5 et 6 mais, dans certains cas, ces éléments peuvent également se déplacer en mouvement alternatif de façon indépendante. Les mouvements peuvent alors être commandés de façon synchrone, tous les filtres avançant lentement avec la suspension et revenant plus rapidement en arrière. Pour d'autres applications, on peut estimer que la synchronisation des mouvements n'a pas une aussi grande importance, de sorte qu'on peut admettre que les éléments filtrants se dépla- cent indépendamment les uns des autres. Plus précisément, les appareils fonctionnent de la façon suivante. Ainsi qu'il ressort de la description détaillée des différentes figures qui a été donnée ci- dessus, tous les modes d'exécution sont basés sur le même principe consistant à créer alternativement une dépression et une pression dans les cavités des éléments filtrants et à faire coulisser chaque élément filtrant, à ses extrémités avant et arrière respectivement, sur des surfaces de glis- sement qui ont des sections différentes. En imprimant à un élément filtrant des mouvements d'avance et de recul dans la direction principale de l'écoulement de la suspen- sion, on fait croître et décroître respectivement le volume de la cavité de cet élément. Pendant le mouvement d'avance, la dépression régnant dans la cavité croit de sorte que l'appareil aspire du liquide prélevé sur la suspension à travers les trous de la surface filtrante. Ce liquide est ensuite transmis de la cavité à l'extérieur de l'appareil par des sorties appropriées. Etant donné que la configuration circulaire de l'appareil est particulièrement appropriée pour traiter les suspensions circulant à des pressions supérieures à la pression atmos- phérique, il est nécessaire d'étrangler l'écoulement du liquide dans les sorties de liquide à l'aide de dispositifs appropriés de manière à obtenir une différence de pression appropriée de part et d'autre des trous de l'élément fil- trant. On doit faire en sorte que la différence de pression n'atteigne pas une valeur trop élevée parce que, dans ce cas, les particules de la suspension boucheraient rapide- ment les trous de l'élément filtrant. Indépendamment de la pression à laquelle l'appareil fonctionne, la pression régnant à l'intérieur de l'élément filtrant croit lorsque cet élément filtrant-se déplace en sens inverse de l'écou- lement de la suspension, de sorte que le liquide reflue alors à travers les trous de l'élément filtrant et, que dans ce mouvement il détache les particules éventuellement coincées dans ces trous et, en même temps, facilite la poursuite de l'écoulement de la suspension à travers les trous de cet élément. Toute cette séquence se répète en continu puisque la suspension traverse uniformément l'appareil en même temps que le liquide est extrait de cette suspension pendant un certain temps et qu'ensuite, le liquide est renvoyé à la suspension en une quantité beaucoup plus petite et pendant un temps très court cepen- dant qu'aussi bien pendant le mouvement d'avance que pen- dant le mouvement de recul de l'élément filtrant, le liquide est continuellement soutiré de l'appareil par la sortie ou les sorties qui évacuent le liquide de cet appareil. La capacité de l'appareil dépend principalement du type de suspension qu'il s'agit de débarrasser de son eau. Avec les versions de l'appareil qui ne comportent qu'un seul élément filtrant, comme représenté sur les Fig. 1 et 2, on est relativement limité en capacité puisqu'avec ces appareils, on ne peut extraire le liquide que sur une face de la section de la veine de suspension mais, étant donné que l'on peut donner une longueur relativement grande aux éléments filtrants logés dans le corps tubulaire, la capacité peut encore atteindre une valeur acceptable. Si l'on compare les appareils suivant les Fig. 1 et 2, on remarque l'avantage apporté par l'appareil de la Fig. 1 puisqu'il permet, avec un même diamètre de corps, de placer l'élément filtrant le long de la périphérie interne du corps et, par conséquent, d'obtenir une surface filtrante plus grande dans un corps ayant la même longueur qu'à la Fig. 2. Toutefois, si l'on désire obtenir une surface filtrante encore plus grande, on peut réaliser l'appareil conformément à la Fig. 3, auquel cas la suspen- sion circule dans un espace annulaire dans lequel elle est exposée à l'extraction du liquide à la fois sur la surface interne et sur la surface externe, de sorte que la capacité d'extraction s'accroit. On obtient les mêmes avantages avec les dispositions des Fig. 4, 5, 6 et 7, dans lesquelles, comme on l'a indiqué plus haut, on peut disposer plusieurs éléments filtrants droits ou circulaires dans la section du corps, de sorte qu'on peut placer les surfaces filtrantes à des distances appropriées et obtenir de cette façon le meilleur épaississement possible de la suspension. Comparativement aux constructions connues antérieu- rement, l'appareil suivant l'invention a également comme avantage de n'engendrer qu'une très faible interaction avec l'écoulement de la suspension puisqu'on peut donner à l'élé- ment mobile une surface de section relativement petite par rapport à la section de la veine de suspension à son extré- mité avant et à son extrémité arrière, spécialement si l'on donne à l'élément filtrant un profil conique ou en coin, tel.que la section de la veine de la suspension croisse dans le sens de la circulation de cette suspension. Ces ' considérations sont valables même pour les appareils de grandes dimensions. En même temps, la consommation d'énergie sera relativement basse, puisqu'elle est fonction du poids de la pièce mobile et que cette pièce est de poids relati- vement faible. L'appareil suivant l'invention peut être utilisé dans divers domaines de l'industrie. Par exemple, il peut être utilisé dans l'industrie de la pâte à papier pour la récu- pération des fibres contenues dans les liqueurs, l'épaissis- sement des fractions acceptées des filtres ou hydrocyclones l'épaississement des suspensions en amont des appareils à déplacement de liquide, par exemple du type diffuseur ainsi que pour les opérations d'épaississement, de régu- lation de 'la concentration et d'échange de matière exécutées sur des liquides contenant des particules et des de réaction dissous ou sous forme gazeuse, cette opération s'effectuant par addition'd'un liquide tion simultanée d'un autre liquide. produits dernière et extrac- - 1 il REVENDICATIONS 1. Appareil destiné à l'extraction continue du liquide d'une suspension en circulation, spécialement d'une pàte cellulosique, essentiellement composé d'un corps (1, 100, 160) que la suspension parcourt axialement et dans lequel est agencé au moins un élément filtrant (11, 30, 103, 104, 105, 106, 150, 151, 152, 153) à volume intérieur variable, (14) mis en mouvement alternatif dans la direction de l'écoulement de la suspension par un dispositif comportant une tige (18), et de sorties (21, 157) servant pour l'évacuation du liquide filtré, caracté- risé en ce que l'élément filtrant est limité dans ses régions avant et arrière, considérées dans le sens de l'écoulement de la suspension, par des portées lisses étanches (12, 13, 32, 35) dont les surfaces d'appui ont des sections différentes, de sorte que le volume de la cavité varie pendant le mouvement de l'élément filtrant. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les portées d'au moins un élément filtrant (11, 104, 106, 151) sont en contact avec la périphérie du corps, de sorte que la suspension s'écoule à l'intérieur de l'élément filtrant. 3. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les portées d'au moins un élément filtrant (30, 103, 105, 150) sont en contact avec un support continu ou interrompu (33, 36, 115) de sorte que la suspension s'écoule sur la face latérale de l'élément filtrant. 4. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un élément filtrant (11, 104, 106, 151) dont les portées sont en position périphérique à - l'intérieur du corps et au moins un élément filtrant (30, 103, 105, 150) dont les portées sont en position centrale dans le corps, de sorte que la suspension s'écoule entre les éléments filtrants. 5. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le corps est de section rectangulaire et en ce que, dans ce corps, est agencé au moins un élément filtrant de forme droite (103, 104, 105, 106) disposé dans une direction parallèle à la direction du mouvement de la suspension. 6. Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que plusieurs éléments filtrants longitudinaux (103, 104, 105, 106) sont disposés parallèlement les uns aux autres entre les parois du corps à des distances mutuelles à peu près égales. 7. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le corps est de section circulaire et renferme un ou plusieurs éléments filtrants (152, 153) de forme annulaire, disposés concentriquement, qui comportent des surfaces filtrantes disposés face à face et réparties sur la section du corps.