Brevet FR2512123A1 — publié le 19830304

-1- POMPE VOLUMETRIQUE A MEMBRANE POUR SUSPENSIONS DE PARTICULES FRAGILES La présente invention concerne une pompe volumétrique à membrane, des- tinée au transfert de suspensions et, plus particulièrement, de sus- pensions contenant des particules fragiles. L'homme de l'art sait que la pompe à membrane constitue l'un des meil- leurs moyens pour transférer d'un point à un autre d'une installation des suspensions contenant une forte proportion de solides, comme, par exemple, les boues épaisses, les concentrés métallurgiques, les argiles, les pâtes à papier, les pigments, etc Ce genre de pompe présente, cependant, l'inconvénient d'être conçue de façon que, durant la phase de refoulement, la membrane appuie fortement sur lès particules véhiculées au risque de les écraser ou de les briser si elles n'ont pas une résistance mécanique suffisante. Certes, pour la plupart des produits transportés, le maintien de l'in- tégrité physique des particules ne pose pas de problème en raison, soit de leur bonne tenue à la compression, ou parce qu'une modification de leur forme ou de leur état de division n'a aucune importance. Cependant, il n'en va pas de même lorsqu'il s'agit de suspensions con- tenant des particules fragiles telles que des grains de résines échan- geuses d'ions qui doivent être traitées avec ménagement pour éviter la formation de fines préjudiciables à leur durée de vie et au fonctionne- ment des colonnes qu'ils garnissent. C'est pourquoi, la demanderesse a cherché et mis au point une pompe dans laquelle on empêche la dégradation des grains fragiles de la sus- pension véhiculée. Cette pompe comporte une membrane qui sépare un compartiment de comman- de muni de moyens de déplacement de la membrane et un compartiment de transfert dans lequel la suspension, sous l'effet dudit déplacement, est aspirée d'une canalisation d'alimentation, puis refoulée vers une 2512123 - -2 - canalisation d'évacuation par l'intermédiaire de clapets anti-retour, et se caractérise en ce que le compartiment de transfert est prolongé perpendiculairement au plan de la membrane par une capacité addition- nelle, que la canalisation d'évacuation est placée à l'extrémité de la capacité la plus éloignée de la menbrane, que La canalisation d'ali- mentation est placée sur la paroi latérale delacapacitéetquescnxaedi- bouche suivant uoe direction ieêlo é oai 6 n Ie Ia membrane en un point dis- tant du plan horizontal passant par le niveau le plus bas de la mem- brane. Ainsi, cette pompe comporte, comme la plupart de celles de l'art anté- rieur, une membrane disposée horizontalement entre deux compartiments. L'un est dit compartiment de commande parce qu'il renferme le fluide moteur qui assure le déplacement de la membrane; ce fluide étant un liquide ou un gaz sous pression qui est introduit dans le comparti- ment par l'intermédiaire d'une vanne dont l'ouverture est contrôlée par une minuterie -. L'autre est appelé compartiment de transfert, car il est en liaison à la fois avec la canalisation d'alimentation et la canalisation d'éva- cuation, -par l'intermédiaire de clapets anti-retour et assure, sous l'effet du déplacement de la membrane, le passage de la suspension de l'une de ces canalisations à l'autre de la manière suivante: lorsque la membrane s'élève, à partir de sa position basse, il y a accroisse- ment du volume du compartiment de transfert, qui provoque une dépres- sion et, par suite, l'ouverture du clapet d'alimentation et la ferme- ture du clapet de refoulement; une quantité de suspension correspondant au volume généré est ainsi introduite dans la pompe Puis, la membrane redescend jusqu'à sa position basse initiale en exerçant une pression sur la suspension qui la transmet au clapet de refoulement et le fait s'ouvrir, et au clapet d'aspiration qui se ferme; un volume de suspen- sion correspondant au volume admis est alors refoulé par la pompe. Ainsi, chaque cycle complet de la membrane correspond au transfert d'un volume déterminé de suspension, c'est pourquoi, on qualifie ces pompes de "volumétriques". Dans ces conditions de fonctionnement, on peut remarquer que rien n'em- pêche les particules de la suspension de venir en contact avec la mem- 12123 -3- brane et de subir, de ce fait, un effet de choc lorsque cette dernière redescend, d'o peut résulter une désagrégation plus ou moins grande des particules. La demanderesse a modifié ces conditions de marche, en prolongeant le compartiment de transfert par une capacité additionnelle sur laquelle les canalisations d'alimentation et d'évacuation sont placées de ma- nière telle que les particules de la suspension sont en permanence sé- parées de la surface entière de la membrane par une couche de liquide clair et puissent décanter durant la phase de remplissage de la pompe. Les formes de la capacité peuvent être quelconques Toutefois, une certaine symétrie, par rapport à l'axe perpendiculaire à la membrane, est souhaitable C'est ainsi que les génératrices de la surface laté- rale sont, de préférence, parallèles à l'axe de la membrane et s'ap- puient sur une directrice de contour pouvant être carré, rectangulaire, circulaire ou autre Pour des raisons de commodité de montage, la mem- brane étant généralement un disque, la directrice a la forme d'un cer- cle de manière à donner à la capacité une forme cylindrique De plus, il est possible de donner au cylindre une section de contour voisin de celui de la membrane La capacité peut avoir une hauteur variable. Toutefois, pour atteindre les résultats recherchés, on lui donne une valeur minimum égale à trois fois la course de la membrane en son cen- tre. Le canal d'alimentation de la capacité débouche généralement par l'in- termédiaire d'un clapet anti-retour sur la paroi latérale de la capa- cité, suivant une direction qui s'éloigne de la membrane et qui forme, de préférence, avec la verticale un angle inférieur à 60 degrés. En ce e i ocerne lepoint cdétouche l'axe-dela canalisation, il se trouve à une distance du plan horizontal passant par le niveau le plus bas de la membrane égale à au moins la course de la membrane entre ses positions extrêmes. La canalisation d'évacuation est reliée par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour, à l'extrémité de la capacité la plus éloignée de la mem- -4- brane, de manière à permettre un meilleur écoulement des particules. Le diamètre des deux canalisations est fonction des débits de suspen- sion traités et, aussi, des dimensions de la pompe. Au démarrage de l'installation, il est nécessaire de remplir correcte- ment la capacité et, donc, de pouvoir évacuer l'air qui ne peut s'échap- per par refoulement; un piquage de mise à l'air équipé d'une vanne a été placé sur la paroi latérale de la capacité près de la membrane pour réaliser cette fonction. Ce remplissage peut être fait au moyen d'eau désionisée ou de suspen- sion, qu'on laisse soigneusement décanter de manière à former, au con- tact de la membrane, une couche de liquide clair. En fonctionnement, lorsque la membrane s'élève, elle crée un espace libre immédiatement rempli par un volume correspondant de suspension. Les particules solides, de densité plus élevée que le liquide, s'écou- lent vers le bas de la capacité, tandis que la phase liquide surnage mélangée ou non avec L'eau préalablement introduite Dans la capacité se trouve donc un volume de suspension surmonté d'un volume de liquide clair. Lorsque la membrane redescend, elle exerce sa pression sur les particu- les par l'intermédiaire du volume de liquide clair, ce qui provoque l'ouverture du clapet de refoulement et l'évacuation d'un volume de suspension correspondant au volume déplacé par la membrane Puis, la membrane s'élève à nouveau, permettant l'introduction d'un nouveau vo- lume de suspension isolé de la membrane par le volume de liquide clair. Ainsi, les particules ne sont jamais soumises directement à un contact direct avec la membrane et tout risque de dégradation des particules est supprimé. L'invention sera mieux comprise à l'aide du dessin ci-joint. On a représenté, de façon schématique et incomplète, la pompe à mem- brane par sa membrane ( 1), dont le mouvement est assuré par un fluide 12123 - -5- sous pression introduit suivant la flèche ( 2) et limité par un siège ( 3) percé d'une ouverture ( 4) En dessous du siège se trouve la capaci- té ( 5) suivant l'invention Elle a une forme cylindroconique et est munie, sur sa paroi latérale, d'un piquage ( 6) et d'une vanne ( 7), des- tinés à l'évacuation de l'air, d'une canalisation d'alimentation ( 8) en suspension équipée d'un clapet ( 9), d'une canalisation d'évacuation ( 10) équipée d'un clapet ( 11). La capacité est remplie du haut en bas par une couche de liquide clair (IT),etuthauteur de suspension ( 13). L'invention peut être illustrée au moyen de l'exemple d'application suivant: une pompe ayant une membrane en néoprène, de diamètre 400 mm, un siège percé d'une ouverture circulaire de 0 100 mm, fonctionnant avec une source d'air comprimé à 6 bar, a été équipée avec une capacité cylindroconique, ayant un diamètre voisin de celui de la membrane, une hauteur cylindrique de 500 mm, une hauteur conique de 300 mm, munie de deux canalisations de 0 100 mm, l'une d'alimentation, inclinée de 600 par rapport à la verticale et dont l'axe débouche à 300 mm du plan pas- sant par le niveau le plus bas de la membrane, l'autre verticale située à la base du cône Un piquage de purge d'air de 0 15 est placé au ni- veau du siège. La pompe est alimentée avec une suspension de grains de résines ayant une masse spécifique de 1 140 g/l, dans laquelle le rapport solide/li- quide est égal à 1/2 en volume La pompe génère un volume de 4 1 par cycle et est réglée de manière à effectuer 600 cycles/h suivant un ry- thme régulier L'interface entre le liquide clair et la suspension se maintient au niveau du piquage latéral. On constate que le pourcentage de fines dans la suspension, avant et après passage dans la pompe, ne subit aucune évolution. La présente invention s'applique au traitement de suspensions dans les- quels les particules solides sont fragiles et plus denses que la phase liquide. -6- On peut citer, en particulier, la manutention des grains de résines, échangeuses d'ions, dans les installations de fixation ou d'élution en colonnes 12123 -7- REVENDICATIONS 1 / Pompe volumétrique à membrane pour le transfert de suspensions contenant des particules fragiles, comportant un compartiment de com- mande muni de moyens de déplacement de la membrane et un compartiment de transfert, dans lequel la suspension, sous l'effet du déplacement, est aspirée d'une canalisation d'alimentation et refoulée vers une canalisation d'évacuation par l'intermédiaire de clapets anti-retour, caractérisée en ce que le compartiment de transfert est prolongé per- pendiculairement au plan de la membrane, par une capacité additionnelle, que la canalisation d'évacuation est placée à l'extrémité de la capacité la plus éloignée de la membrane, que la canalisation d'alimentation est placée sur la paroi latérale de la capacité et que son axe débouche, suivant une direction qui s'éloigne de la membrane, enun point-distant du plan horizontal passant par le niveau le plus bas de la membrane. / Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la capa- cité additionnelle est un cylindre de section voisine de celle de la membrane. / Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la capa- cité additionnelle a une hauteur supérieure à trois fois la course de la membrane en son centre. 4 / Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la direc- tion de l'axe de la canalisation d'alimentation forme avec la vertica- le un angle inférieur à 60 degrés. / Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'axe de la canalisation d'alimentation débouche en un point qui se trouve à une distance du plan horizontal passant par le niveau le plus bas de la membrane égale à au moins la course de ladite membrane entre ses positions extrêmes.