Brevet FR2487214A3 — publié le 19820129

FR 2487214 A3 19820129 FR 8016560 A 19800728 DISPOSITIF POUR L'ULTRAFILTRATION DES MILIEUX LIQUIDES La présente invention se rapporte à des dispositifs d'épuration, de séparation et de concentration des solutions colloldales par ultrafiltration ainsi qu'aux dispositifs d'épuration de solutions réelles par ultrafiltration. Le dispositif selon la presente invention trouve son application la plus efficace dans l'industrie alimentaire,par exemple pour la production de concentrés protéiques à partir du lait et du petit-lait, pour l'épuration des liquides alimentaires contenant des microorganismes (par exemple, pour la pasteurisation de la bière), pour l'élimination des constituants colloldaux contenus dans les solutions de sucres, etc Les dispositifs selon la présente invention sont avantageusement applicables à l'industrie chimique et pharmaceutique, et notamment au domaine médical, au traitement de l'eau pour la rendre apte à divers usages (par exemple, pour la stérilisation de l'eau, pour la séparation des agents colloïdaux contenus dans l'eau), ainsi qu'un traitement de purification des eaux résiduaires quelle qu'en soit l'origine. On connaît déjà, notamment, un dispositif comprenant un ensemble de pièces plates alternées, et notamment d'éléments filtrants et de plaques séparatrices (voir le brevet français NO 2127155). Une garniture élastique est interposée entre chaque élément filtrant et chaque plaque séparatrice. Un élément filtrant est constitue par une plaque de base ayant des ouvertures de déversement, par deux plaques de drainage situées des deux cotés de la plaque de base dans des évidements prévus à cet effet, et par deux membranes disposées des deux côtés de la plaque de base sur lesdites plaques de drainage. L'étanchement de la membrane suivant son pourtour, ainsi qu'autour des ouvertures de déversement, est assuré par la garniture élastique et par la plaque séparatrice. Ce dispositif connu est cependant peu compact, ce qui est dû au grand nombre de plaques séparatrices qu'il comporte, (le nombre des plaques séparatrices est égal à celui des éléments filtrants). On connaît également un dispositif comprenant un ensemble d'éléments filtrants séparés par des garnitures élastiques (voir le Certificat d'auteur d'invention de l'URSS N0 471104). Chaque élément filtrant est constitue par une plaque de base présentant au moins une ouverture de déversement et servant si multanément de plaque de drainage, et par des membranes disposées des deux côtés de la plaque de base. Les membranes présentent des crans faits dans les endroits correspondant à la disposition des ouvertures de déversement pratiquées dans les plaques de base. La configuration des crans correspond à celle des ouvertures réalisées dans les plaques de base.Les bords des crans dans les mem branessitués sur les cotes de la plaque de base sont réunis par collage suivant tout le pourtour de l'ouverture, afin d'assurer l'étanchement de la membrane autour des ouvertures de déversement. L'étanchement des membranes suivant leur pourtour est assuré par des garnitures élastiques. Le dispositif qui vient d'être décrit se différencie avantageusement du dispositif précédent par sa grande compacité. Cependant, le montage de ce dispositif est compliqué et exige beaucoup de main d'oeuvre du fait de la nécessité de procéder au collage des membranes; par ailleurs, le fonctionnement de ce dispositif n'est pas suffisamment fiable du fait de la faible résistance des membranes dans les endroits assemblés par collage. On connaît également un dispositif comprenant des plateaux d'extrêmité entre lesquels sont serres des éléments filtrants qui sont chacun constitues par des plaques de base plates comportant des ouvertures de déversement ayant la forme de fentes et des ouvertures d'évacuation du filtrat, des membranes, des garnitures élastiques et des plaques intermédiaires (cf le Brevet de l'URSS NO 592334). Chaque élément filtrant du dispositif précité comprend une plaque de base presentant au moins une ouverture de déversement et une ouverture d'évacuation du filtrat, deux plaques de drainage disposées des deux côtés de la plaque de base dans des évidements prévus à cet effet, une membrane disposée des deux côtes de la plaque de base sur les plaques de drainage, et des pièces d'écartement disposees dans des encoches prévues à cet effet dans la plaque de base au voisinage des ouvertures de -déversement. L'étanchement de la membrane à proximité de l'ouverture de déversement est assuré par mise en place du bord de la membrane dans l'encoche et par son serrage dans ladite encoche au moyen d'une pièce d'écar- tement. Le corps du dispositif possède une tubulure d'amenée du liquide à traiter, ainsi qu'une tubulure d'évacuation du liquide traité. Lors du fonctionnement du dispositif, le liquide à traiter est envoyé sous une pression créée par une pompe, dans la tubulure d'entrée. Ensuite, le liquide a traiter arrive à un conduit de déversement- distributeur, d'où il pénètre dans les conduits filtrants constituant des espaces entre les éléments filtrants, dans lesquels il se produit une séparation d'une partie du solvant et des substances a bas poids moléculaire ainsi que la concentration des subtances colloldales et à haut poids moléculaire. Le liquide traité en provenance des conduits filtrants, arrive au conduit de déversement - collecteur, puis à la tubulure de sortie du dispositif. Le cas échéant, le dit traitement peut être répété plusieurs fois. Le dispositif précité est relativement simple et conduit à une fiabilité élevée de l'étanchement des membranes à proximité des ouvertures de déversement. Ce dispositif connu est cependant peu compact, d'un montage compliqué, nécessite l'utilisation de membranes à résistance élevée et possède un grand volume mort résultant des ouvertures supplémentaires nécessaires dans les plaques de base pour permettre la fixation des membranes. La présente invention a pour objet un dispositif d'ultrafiltration des milieux liquides comportant des membranes et des plaques de base qui permettent un montage plus simple, la réduction des exigences relatives à la résistance des membranes, la diminution du volume mort et l'augmentation de la compacité du dispositif. La présente invention a pour objet un dispositif d'ultrafiltration des milieux liquides, du type comprenant des plaques d'extrémité entre lesquelles sont serrées des éléments filtrants qui sont chacun formés de plaques de base rectangulaires plates munies d'ouvertures de déversement ayant la forme de fentes et d'ouvertures d'évacuation du filtrat, de plaques de drainage et de membranes, ainsi que de garnitures élastiques et éventuellement de. plaques intermédiaires, chaque membrane ayant la forme d'une bande traversant l'ouverture de déversement à forme de fente correspondante, présentant une largeur égale à la longueur de l'ouverture de deversement et étant posée sur la plaque de base au moins depuis ladite ouverture de déversement en forme de fente jusqu'au bord opposé de la plaque de base, chaque garniture élastique étant sous forme d'un cadre recouvrant la bande correspondante suivant son pourtour. Il est avantageux que l'ouverture de déversement en forme de fente par laquelle passe la bande, et ceci pour chaque plaque de base des éléments filtrant soit pourvue d'une languette partant de celle des grandes faces qui est externe, l'autre extrémité étant distante du côté opposé de l'ouverture de déversement en forme deifente d'une longueur au moins égale à l'épaisseur de la bande (de 0,2 à 10 mm); il est également avantageux que chaque garniture élastique présente une ouverture interne divisée par une partie en saillie formant deux conduits parallèles reliés entre eux a une extrémité, la partie en saillie de la garniture élastique etla languette de la plaque de base se superposant pendant le montage. Il est avantageux que la plaque intermédiaire,si elle est présente, soit pourvue d'une ouverture de déversement en forme de fente disposee d'un seul côte de la plaque intermédiaire, la largeur de ladite ouverture étant égale a celle de l'ouverture de déversement en forme de fente de la plaque de base, et sa longueur étant égale a la distance entre la languette et le bord de l'ouverture de déversement en forme de fente de la plaque de base, suivant le sens de la longueurde cette dernière ouverture. En outre, il est aussi avantageux que l'élément filtrant comporte deux plaques de base dont chacune présente des épaulements sur les cotés qui se font face: et qui forment, au montage des plaques de base, des logements dans lesquels s'engagent les bords des membranes et les garnitures élastiques supplémentaires munies d'ouverture coïncidant avec les ouvertures de déversement en forme de fente des plaques de base. La présente invention permet d'augmenter la compacité de la disposition des membranes grâce à la diminution du volume mort, de supprimer lors du montage toute opération de collage et de réduire les exigences relatives à la résistance des membranes. L'épaisseur de la plaque de base peut atteindre 0,5 mm, et celle des plaques de drainage 0,2 mm. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et des exemples concrets de réalisation de la présente invention faits en référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente schématiquement un dispositif d'ultrafiltration des milieux liquides, vu de côté; à des fins de simplification les boulons de serrage ne sont pas représentés; la figure 2 représente une vue de côté d'un élément filtrant pourvu d'une ouverture de déversement; la figure 3 représente une vue de dessus de la garniture élastique superposée à l'élément filtrant de la figure 2; la figure 4 représente une vue en coupe selon l'axe de symétrie d'un ensemble de deux éléments filtrants et d'une garniture élastique; chaque élément filtrant oemprenduneouverture de déversement munie d'une languette; la figure 5 représente une vue de dessus de la plaque de base selon la figure 4 et de son ouverture de déversement comportant une languette; la figure 6 représente une vue de dessus de la garniture élastique selon la figure 4 munie d'une partie en saillie; la figure 7 représente une vue de dessus de la plaque intermédiaire destinée a permettre l'assemblage en série d'ensemble d'éléments filtrants tels que représentés sur la figure 4; la figure 8 représente une vue en coupe d'un elementfiltrant pourvu de deux ouvertures de déversement; la figure 9 représente une vue de dessus de la garniture élastique présentant une encoche; la figure 10 représente une vue de dessus de la garniture élastique presentant une protubérance;; la figure 11 représente en coupe, une vue d'un dispositif selon l'invention dans lequel les conduits filtrants sont montés en série; la figure 12 représente une vue en coupe du dispositif selon l'invention dans lequel les conduits filtrants sont en communication selon un montage mixte. Le dispositif suivant la présente invention représenté figure 1 comprend des plateaux d'extrêmite 1 pourvus d'une tubulure 2 d'amenée du liquide à traiter et d'une tubulure 3 d'évacuation dudit liquide hors du dispositif. Entre les plateaux d'extrémité 1 est enserré un ensemble d'éléments filtrants rectangulaires plats 4 séparés par des garnitures élastiques 10. L'élément filtrant représenté figure 2 est formé d'une plaque de base 6 présentant une ouverture de déversement 7, de deux plaques de drainage 8 disposées des deux côtés de la plaque de base 6, et d'une membrane 9 ayant la forme d'une bande continue qui passe à travers l'ouverture de déversement 7 et dont la largeur est égale à la longueur de ltouverture de déversement précitée. La figure 3 représente une garniture élastique 10 superposée sur l'élément filtrant 4. En fait, les éléments filtrants 4 sont séparés les uns des autres par des garnitures élastiques 10. Pour réduire la résistance hydrodynamique > les éléments filtrants peuvent être disposés en parallèle, auquel cas (figure 4) chacun des éléments filtrants 4, est formé d'une plaque de base 11 présentant une ouverture de déversement 12, de deux plaques de drainage 8 disposées des deux côtés de la plaque de base 11, et d'une membrane 9 ayant la forme d'une bande qui passe à travers l'ouverture de déversement 12. Une garniture élastique 13 est insérée entre les éléments filtrants 4. L'ouverture de déversement 12 pratiquée dans la plaque de base 11 comporte une languette 14 (figure 5). Cette languette 14 est séparée du bord opposé de l'ouverture d'une distance au moins égale à l'épaisseur de lamembrane. De préference, cette distance est égale à 0,5 mm, c'est-à-dire, à la somme de l'épaisseur de la membrane (0,3 mm) et de la largeur des tolérances de montage ou jeu (0,2 mm). Dans ce jeu peut le cas échéant être intercale un élément d'étanchement élastique pour diminuer la section de passage du liquide à traiter d'un conduit de déversement dans un autre, et donc pour éviter la formation de canaux préférentiels nuisibles au fonctionnement normal du dispositif. La garniture élastique 13 est un cadre divisé par une partie en saillie 15 en deux conduits parallèles 16 et 17 reliés entre eux à l'extrémité libre de la partie en saillie 15. La languette 14 de l'ouverture de déversement 12 et la partie en saillie 15 de la garniture 13 sont réalisées de façon que lors de la superposition de la garniture 13 à l'élément filtrant 4 la languette 14 et la partie en saillie 15 précitées se superposent aussi (figures 6 et 4). Le cas échéant, les ensembles d'éléments filtrants représentés sur la figure 4 peuvent être raccordés en série. A cet effet, on fait appel à une plaque intermédiaire 18 (figure 7). Cette plaque 18 a une seule ouverture de déversement 19 dont la largeur est égale a celle de l'ouverture de déversement 12 pratiquée dans la plaque de base 11, et dont la longueur est égale a la distance séparant le bord de l'ouverture de déversement 12 dans la plaque 11 de la languette 14,selon le sens de la longueur de cette ouverture. Pour faciliter l'opération d'échange des siembranes dans l'ensemble selon l'invention, l'élément filtrant peut avoir deux ouvertures de déversement (figure 8). L'élément filtrant 4 est en ce cas constitué par deux plaques de base 20 dont chacune est munie d'un épaulement 21 disposé du côté de chaque plaque opposé à celui qui porte la plaque de drainage 8, et de deux ouvertures de déversement 22. Des garnitures élastiques 23 sont disposées entre les plaques de base 20 dans les logements formés par les épaulements 21. Un espace 24 ménagé entre les plaques de base, forme une zone d'accumulation du filtrat et communique avec les plaques de drainage 8 par l'intermédiaire de conduits 25.Les membranes 9 sont disposées sur les plaques de drainage 8 et se présentent sous forme de feuilles dont la largeur est égale a la longueur des ouvertures de déversement 22. Les bords des membranes 9 sont introduits dans les ouvertures de déversement 22 et pincés entre les plaques d'#appui 20 et les garnitures 23. Les garnitures 23 peuvent comporter soit une encoche 26 correspondant a l'ouverture de déversement 22 pratiquée dans la plaque d'appui 20 (figure 9), soit une protubérance 27 correspondant a la même ouverture de déversement 22 (figure 10). Le dispositif d'ultrafiltration des milieux liquides conforme a l'invention est susceptible de fonctionner de façon que la communication entre les conduits filtrants soit en parallèle , en série ou mixte (c'est- -dire partiellement en parallèle et partiellement en série). Le choix du type de communication entre les conduits est déterminé autant par les facteurs technologiques (teneur en substances colloïdales du liquide a traiter), que par des facteurs lies a la construction (caractéristiques de fonctionnement des pompes utilisées pour alimenter le dispositif en liquide). S'il est nécessaire de mettre en communication les conduits filtrants selon un montage en série, on peut utiliser les éléments, filtrants représentés sur la figure 2, et les garnitures représentées sur la figure 3. La figure 11 représente une vue d'ensemble du dispositif dans lequel la communication des conduits filtrants 28 est en série. S'il est nécessaire de mettre en communication les conduits filtrants 28 selon un montage en parallèle, on peut utiliser selon une première variante un ensemble des éléments filtrants 4 (représentes sur la figure 4) et des garnitures 13 (représentées sur la figure 6), ou selon une seconde variante un ensemble des éléments filtrants 4 (représentés sur la figure 8) et des garnitures 10 et 23 (représentées sur les figures 3 et 9). Dans la première variante, on atteint une compacité du dispositif plus grande du fait de l'encombrement plus petit de la plaque de base, tandis que dans la seconde variante, on obtient une résistance hydrodynamique inférieure du dispositif du fait de la longueur inférieure du conduit filtrant. S'il est nécessaire de remplacer le mode de communication en parallèle par le mode de communication dit mixte, on utilise, dans la première variante, en plus, les plaques intermédiaires 18 (figure 7), et,dans la seconde variante, en remplacement d'une partie des garnitures 3 a encoches (figure 9), on utilise les garnitures 23 a protubérance 27 (figure 10). La figure 12 représente un exemple de réalisation du dispositif à mode de communication mixte des conduits. Dans le dispositif représenté sur la figure 12, on constate que lorsque les éléments filtrants 4 (selon la figure 8) sont posés l'un au-dessus de l'autre, les ouvertures de déversement 22 forment les canaux 29 qui jouent le rôle de collecteurs et de distributeurs-du liquide entre les conduitsfiltrants28. Le fonctionnement du dispositif d'ultrafiltration des milieux liquides selon la présente invention, est le suivant. Le liquide à traiter est amené sous pression par une pompe dans la tubulure d'entrée 2, et ensuite passe successivement à travers tous les conduits filtrants 28 montés en parallèle. Sous l'action de la pression, une partie du solvant passe à travers la membrane 9 dans la plaque de drainage 8, et quitte ladite plaque, pour passer dans un réservoir d'accumulation du filtrat (non représenté sur la figure 11). Les substances a bas poids moléculaire dont la dimension des molécules est inférieure a celles des pores de la membrane, passent avec le solvant à travers ladite membrane 9. Les substances à haut poids moleculaires,les additions col lordales et les substances a bas poids moléculaires dont les dimensions des molécules sont supérieures a celles des pores de la membrane, sont retenues par cette dernière et sont concentrées dans le liquide à traiter. Le fort courant de liquide à traiter qui coule dans le conduit filtrant 28 s'oppose au dépôt desdites substances à la surface de laamembrane. Le liquide traité est évacué hors du dispositif par la tubulure de sortie 3. Le cas échéant, il est possible de réaliser un recyclage du liquide à traiter a travers le dispositif. L'étanchement des membranes suivant leur pourtour est assuré par une fixation des bords des membranes entre la plaque de base 6 et la garniture élastique 10. Dans le cas d'une communication selon un montage mixte (figure 12) des conduits filtrants 28, le liquide à traiter en provenance de la tubulure d'entrée 2 passe dans le canal de déversement 29, quitte ce dernier pour passer dans les conduits filtrants 28 qui y sont raccordés. Après passage dans ces conduits 28montes en parallèle, le liquide est recuilli dans l'autre canal de deversement 29, duquel il passe dans un autre système de conduits filtrants 28 également montés en parallèle, et ainsi de suite. Le liquide traité est évacué hors du dispositif par la tubulure de sortie 3. L'épaisseur des plaques de base peut être diminuée > dans le cas précité, grâce à la réduction de leur charge mécanique Dans le dispositif comprenant les éléments filtrants 4 (représentés sur la figure 4), et les garnitures 13 (représentées sur la figure 6), lorsque les éléments filtrants sont posés l'un au-dessus de l'autre, les ouvertures de déversement 12 forment un système de deux conduits de déversement, du fait que chaque ouverture de déversement est divisée en deux parties par la languette 14, la partie en saillie 15 et l'élément d'étanchement. En général, dans d tels cas, il est avantageux de raccorder les conduits en parallèle; toutefois, s'il est nécessaire que le raccordement soit modifie, on peut utiliser la plaque intermédiaire 18 (représentée sur la figure 7). Cette plaque qui recouvre l'un des conduits de déversement, assure le raccordement modifié des conduits filtrants. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles a l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'ultrafiltration des milieux liquides comprenant des plateaux d'extrêmité entre lesquels sont serrés des éléments filtrants 4 qui sont chacun formés de plaques de base plates munies d'ouvertures de déversement p, 12, 22)ayant la forme de fente et d'ouverture d'évacuation du filtrat, formés de plaques de drainage 8, de membranes 9, de garnitures élastiques QO, 13) et éventuellement de plaques intermédiaires, ce dispositif étant c a r a c t é r i s é en ce que chaque membrane 9 a la forme d'une bande qui passe à travers l'ouverture de déversement(7, 12, 22)à forme de fente correspondante, présente une largeur égale a la longueur de ladite ouverture de déversement a forme de fente et est posée sur la plaque de base au moins depuis ladite ouverture jusqu'au bord opposé de la plaque de base, et en ce que chaque garniture élastique 0, 13)est réalisée sous forme d'un cadre recouvrant la bande correspondante suivant tout son pourtour. 2.- Dispositif d'ultrafiltration des milieux liquides, suivant la revendication c a r a c t é r i s é en ce que l'ouverture de déversement (7, 12, 22j en forme de fente par laquelle passe la bande, de chaque plaque de base des éléments filtrants, est pourvue d'une languette 14 partant de celle des grandes faces qui est externe, l'autre extrémité étant distante du côté opposé de l'ouverture de déversement en forme de fente d'une longueur au moins égale-de l'épaisseur de la bande (de 0,2 à 10 mm), et en ce que chaque garniture élastique 13 soit telle que son ouverture interne soit divisée par une partie en saillie 15 formant deux conduits parallèles reliés entre eux a une extrêmité, les parties en saillies 15 de la garniture élastique 13 et la languette 14 de la plaque de base se superposant pendant le montage. 3.- Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, c a r a c t é r i s é en ce que la plaque intermédiaire 18 est pourvue d'une ouverture de déversement 19, ayant la forme d'une fente, disposée d'un seul côté de la plaque intermédiaire, la largeur de ladite ouverture étant égale a celle de l'ouverture de déversement 12 en fente de la plaque de base 11 et sa longueur étant égale a la distance séparant la languette 14 du bord de l'ouverture de déversement en forme de fente de la plaque de base > seloi le sens de la longueur de cette dernière ouverture. 4.- Dispositif suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que l'élé ment filtrant comporte deux plaques de base 20 dont chacune présente des épaulements 21 sur les côtés qui se font face et qui forment au montage des logements dans lesquels s'engagent les bords des membranes 9 et les garnitures élastiques supplémentai res 23 munies d'ouverture 26 coïncidant avec les ouvertures de déversement en forme de fente des plaques de base.