Brevet FR2539644A1 — publié le 19840727

La présente invention est relative à une plaque filtrante destinée plus particulièrement aux dispositifs de filtration utilisés dans l'industrie de la pâte à papier. On sait que la filtration de la pulpe ou pâte à papier est un procédé es- sentiel, dans la production du papier, car elle permet d'éliminer les impuretés et les tiges présentes dans la masse, lesquelles sont nuisibles à la qualité de la pâte ou de la pulpe Cette filtration est réalisée en différentes étapes à l'aide d'un filtre plan, d'un filtre centrifuge, ou de filtres à pression L'élé- ment le plus important de ces dispositifs est constitué par la plaque filtrante, qui comporte des perforations rondes ou des fentes allongées Dans les filtres à pression et dans les filtres centrifuges, on utilise un ou deux tambours fil- trants cylindriques et concentriques comme éléments filtrants. La force filtrante est la différence de pression entre le matériau délivré au filtre et la partie acceptée (filtrée) de ce matériau, ou la force centrifuge qui applique ladite partie acceptée ou filtrée au travers des perforations ou des fentes de la plaque filtrante et qui applique la partie rejetée contre la surface de la plaque, pour son évacuation. Un écran de pression typique, comprenant un filtre cylindrique, est dé- crit dans le brevet américain N O 3 458 O 83 Le filtre fonctionne lorsqu'il est totalement rempli de liquide, et la pâte ou pulpe est amenée tangentiellement à la partie supérieure du filtre La p Ràte ou la pulpe est transportée entre un élément rotatif et la surface interne du tambour filtrant La partie acceptée ou filtrée est extraite au travers des perforations du tambour filtrant, et la partie rejetée est repoussée le long de la surface de la plaque filtrante, vers le fond du filtre On maintient propre la surface du filtre à l'aide des portions d'un rotor qui se déplace à proximité de la surface filtrante. Les surfaces des plaques filtrantes classiques sont lisses Le brevet canadien N O 972 322 décrit une plaque filtrante à surface non lisse Dans ce brevet, la surface de la plaque filtrante comporte des évidements, afin d'ob- tenir des perforations sur une surface inclinée, de manière que les bords aval des perforations de la plaque filtrante soient situés à un niveau inférieur de celui des bords amont des perforations Dans l'une des applications de ce brevet, on prévoit des rainures en forme de V sur la surface de la plaque filtrante, afin que les perforations soient situées sur le plan latéral amont de la nervure Cependant, cette solution n'est pas la meilleure en ce qui concerne la filtration Lorsqu'on désire obtenir une bonne filtration, on doit remplir deux conditions, qui sont contradictoires D'une part, il faut que la pulpe ou pâte à papier obtenue soit aussi propre que possible, ce qui exige un dispositif filtrant comportant des perforations très petites, et, d'autre part, une quanti- té maximale de matière acceptée (matière filtrée) doit pouvoir être obtenue à partir de la pulpe ou pâte brute; ce qui oblige à prévoir une surface de perfo- rations relativement importante. Les facteurs suivants affectent le mécanisme de filtration, dans les filtres à pression (filtres-presses) a) les conditions hydrodynamiques autour des perforations du filtre b) le feutrage et la filtration, c'està-dire l'interaction entre les fibres c) les différences de dimensions relatives entre le pas des perforations des trous ou des fentes et les particules On a réalisé diverses tentatives pour agir sur ces facteurs, en vue d'obtenir un résultat optimal pour chaque type de pulpe Il existe cependant des facteurs de limitation qui peuvent être éliminés ou atténués, grâce à une plaque filtrante de forme appropriée. Trois couches séparées de pulpe brute sont formées dans la direction radiale du filtre, près de la plaque filtrante Ces couches sont différentes en ce qui concerne leurs teneurs en fibres et en tiges La couche la plus proche de la plaque filtrante comporte essentiellement des fibres de première qualité. La couche suivante contient des fibres longues, des faisceaux de fibres raides et des tiges La couche la plus éloignée de la plaque filtrante contient des fibres et des particules grossières Les propriétés de cette couche sont tout à fait similaires à celles de la pulpe alimentant le filtre. Il est d'une importance décisive, en ce qui concerne le rendement de fil- tration, que de forts écoulements hydrodynamiques soient amenés à agir près des perforations, dans la couche de fibres de première qualité adjacente à la surface de la plaque filtrante Le libre mouvement de ces écoulements est empêché par la couche qui présente une teneur élevée en tiges et en faisceaux de fibres, et qui forme un réseau similaire à un filet Une plaque filtrante selon cette invention réduit l'effet désavantageux provoqué par cette couche,en laissant des espaces libres pour les écoulements, dans des directions axiales. Le filet ne peut pas toucher le fond de la rainure En outre, les bords de la rainure, et le filet placé au-dessus, empêchent tout écoulement radial, ce qui permet d'augmenter les écoulements axiaux. Outre la propreté de la fraction acceptée ou filtrée, un autre résultat recherché, dans un procédé de filtration, est celui de réduire à un minimum la quantité de fibres de première qualité entraînée sur la partie rejetée, -et donc perdue. Afin d'atteindre les conditions idéales de filtration, il est nécessaire que la pulpe demeure dans la zone de filtration sous la forme d'une suspension homo- gène Cependant, en pratique, il se produit encore une floculation et un feu- trage Les flocons de fibres sont facilement rejetés, et, avec eux, sont égale- ment rejetées des fibres de première qualité- Dans la surface de la plaque filtrante selon l'invention, les extrémités supérieures des rainures provoquent des micro-turbulences, qui entraînent la désintégration des flocons de fibres, et empêchent donc la formation de couches de feutre On obtient donc un rendement très élevé en fibres longues, étant donné que ce sont particulièrement ces fibres longues qui ont tendance à feutrer. Lorsque la dimension des trous ou des fentes diminue, la capacité de filtration diminue rapidement, et il est impossible d'augmenter la surface ou- verte du filtre en faisant décroître le pas des perforations, notamment pour des fibres longues Si on le fait, deux trous adjacents tendent à accepter une même fibre, et celle-ci est maintenue par ses deux extrémités dans les deux trous Ce phénomène d'engorgement entraîne rapidement un colmatage du filtre. Par conséquent, la capacité des plaques filtrantes, en particulier, est souvent limitée, en raison de ce phénomène d'engorgement. Dans la plaque de filtration selon la présente invention, la distance effi- cace entre deux fentes ou trous adjacents est sensiblement égale à 1, 5 fois le pas, ce qui permet de diminuer le pas, par rapport à une plaque filtrante clas- sique, sans risque de colmatage On peut ainsi obtenir une capacité très élevée; ce qui constitue un avantage très important, notamment dans des tambours à fente s. Au cours des essais, les théories exposées ci-dessus ont été confirmées par la capacité accrue et la teneur diminuée en tiges de la partie acceptée du matériau. La plaque filtrante selon cette invention est caractérisée en ce que les perforations qu'elle comporte sont situées-au fond de rainures dont la direction É 539644 s'écarte de celle de l'écoulement de la pulpe brute devant être filtrée La forme des rainures est déterminée par les caractéristiques de la pulpe devant être filtrée En modifiant la géométrie des parois latérales des rainures, on peut régler la force de turbulence sur le filet de fibres. Dans le cas o l'on veut obtenir un filtrage lisse, ou, par exemple, dans le cas de filtres vibrants, le plan latéral amont est perpendiculaire à la surface d'enveloppe de la surface filtrante, et les plans latéraux aval sont inclinés par rapport à ladite surface. Si l'on veut utiliser une forte turbulence, pour obtenir une capacité élevée et un effet de désintégration positif, par exemple pour effectuer la filtration de déchets de papier, la plan latéral amont est incliné, et le plan latéral aval est perpendiculaire à la surface filtrante. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés, qui en illustrent divers exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif Sur les de S sins: la Figure 1 représente un tambour filtrant auquel est appliquée la pré- sente invention; la Figure 2 a est une vue agrandie, en coupe selon A-A, de la Figure 1 la Figure 2 b est une vue en coupe,correspondant à la Figure 2 a, d'un autre exemple de réalisation de l'invention; la Figure 3 illustre une variante de l'invention; la Figure 4 illustre une autre variante de cette invention; la Figure 5 représente encore une autre variante de l'invention; la Figure 6 est une vue en coupe verticale d'un filtre vibrant mettant en oeuvre l'invention; et, la Figure 7 est une coupe selon C-C de la Figure 6. En se référant à la Figure 1, on y voit que la surface interne d'un tambour filtrant 1 a été munie de rainures 2, qui sont parallèles à l'axe du tambour La pulpe ou pâte à papier brute constituant, par exemple, le matériau à filtrer, est entraînée en rotation dans le filtre, dans la direction de la flèche B, et elle se déplace en même temps dans la direction de l'axe de rotation, vers l'extrémité de rejet du tambour Etant donné que la composante, dans la direction'de la circonférence du mouvement, est considérablement plus importante que la composante selon l'axe, l'angle que fait la direction des rainures et la direction de l'écoulement de la pulpe n'est pas très différent d'un angle droit. Dans les exemples de réalisation avantageux illustrés par les Figures Za et 2 b, la rainure est constituée d'une plaque de fond 3, sensiblement paral- lèle à la surface d'enveloppe de la surface filtrante, d'un plan latéral amont 4 et d'un plan latéral aval 5. Sur la Figure 2 a, l'angle co entre la surface d'enveloppe de la surface filtrante et le plan latéral amont 4, ou, plus exactement, l'angle que fait le plan tangent à la surface d'enveloppe de la surface filtrante, près de ce plan latéral, avec ce plan latéral, est sensiblement de 90 , et l'angle( que fait la surface d'enveloppe de la surface filtrante avec le plan latéral aval 5 est de l'ordre de à 600, de préférence d'environ 30 Grâce à ces caractéristiques, on ob- tient un mouvement pulsatoire du réseau ou filet de fibres qui est formé sur la surface du filtre, sans que ce réseau soit brisé complètement. La Figure 2 b représente un exemple de réalisation de l'invention qui a pour but de briser vigoureusement le réseau ou le filet de fibres Dans cet exemple de réalisation, l'angle ci indiqué ci-dessus est de 50 à 60 , et l'angle est de 90 Les perforations 6 de la plaque filtrante sont disposées sur les plans du fond 3 des rainures. La largeur 1 du plan du fond de la rainure est au moins aussi impor- tante que le diamètre ou la largeur des perforations La hauteur h du plan latéral amont 5, c'est-à-dire la profondeur des rainures, peut être plus grande ou plus petite que le diamètre ou la longueur des perforations, de préférence de 0, 4 à 4 mm, en fonction de la pulpe devant être traitée La largeur totale L des rainures est déterminée par le pas des fentes ou des trous. La variante de réalisation illustrée par la Figure 3 diffère des exemples de réalisation décrits ci-dessus principalement en ce qu'on prévoit une surface 7 entre les plans latéraux 4 et 5 des rainures 2, dans une direction parallèle à celle de la surface d'enveloppe 9 de la surface filtrante Le rôle de cette sur- face 7 est d'améliorer la résistance à l'usure de la plaque filtrante par rapport à la plaque illustrée par la Figure 2, dans laquelle le point 8, formé par les plans latéraux 4 et 5, peut être sujet à l'abrasion. Dans le mode de réalisation illustré par la Figure 4, les rainures 2 sont en forme d' U, afin que les plans latéraux 4 et 5 soient sensiblement perpendi- culaires à la surface d'enveloppe 9 de la surface filtrante. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la Figure 5, la surface de filtre est une surface ondulée, et les deux côités latéraux 4 et 5 des rainures 2 sont inclinés par rapport à la surface d'enveloppe 9 de la surface filtrante. Le dispositif de filtration représenté sur les Figures 6 et 7 comporte un bac 10 dans lequel est disposée une plaque filtrante Il selon un certain angle par rapport à l'horizontale, l'une des extrémités de cette plaque étant plus haute que l'autre La plaque filtrante est montée élastiquement, et elle est conçue de façon à pouvoir vibrer, de manière connue en soi Le bac 10 com- porte: un orifice d'admission 12, pour l'alimentation de la suspension de ma- tériau non filtré sur la surface supérieure de la plaque filtrante, de manière à constituer un bassin de suspension de matériau au-dessus de la partie inférieure de la plaque filtrante; un orifice d'évacuatuon 13, pour la partie rejetée du ma- tériau, à l'extrémité supérieure de la plaque filtrante, et un orifice d'évacua- tion 14, à la partie inférieure de la cuve, pour la fraction filtrée du matériau ayant traversé les ouvertures de la plaque filtrante La plaque filtrante est en- tralhée en vibration dans une direction indiquée par la flèche D, ce qui provoque un déplacement du matériau présent sur la surface de la plaque filtrante vers son extrémité supérieure et vers l'orifice d'évacuation 13 Les ouvertures de la plaque de filtration 11 sont disposées au fond des rainures 2, dont la direc- tion s'écarte sensiblement de la direction de l'écoulement du matériau à filtrer. Les plans latéraux amont 5 des rainures sont sensiblement perpendiculaires à la surface d'enveloppe de la surface filtrante Les plans latéraux aval 4 des rainures sont inclinés par rapport à la surface d'enveloppe. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux divers exemples de réalisation décrits et représentés, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 Plaque filtrante, notamment pour la filtration de pulpe et de pâte à papier, caractérisée en ce que ses perforations ( 6) sont disposées au fond de rainures ( 2) dont la direction est sensiblement déviée par rapport au sens de l'écoulement du matériau à filtrer. 2 Plaque filtrante selon la revendication 1, caractérisée en ce que les rainures ( 2) sont disposées transversalement au sens de l'écoulement du matériau à filtrer. 3 Plaque filtrante selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les fonds ( 3) des rainures ( 2) sont essentiellement plans. 4 Plaque filtrante selon la revendication 3, caractérisée en ce que les plans des fonds ( 3) des rainures ( 2) sont parallèles à la surface de l'enve- loppe ( 9) de la surface du filtre. Plaque filtrante selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que les deux côtés ( 4, 5) des rainures ( 2) sont in- clinés par rapport à la surface de l'enveloppe ( 9) de la plaque. 6 Plaque filtrante selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'un plan latéral ( 4) des rainures ( 2) est sensiblement per- pendiculaire à la surface de l'enveloppe ( 9) de la surface de la plaque filtrante, et en ce que l'autre plan latéral ( 5) est incliné par rapport à la surface de l'en- veloppe. 7 Plaque filtrante selon la revendication 6, caractérisée en ce que le plan latéral aval ( 5) des rainures ( 2) est sensiblement perpendiculaire à la surface d'enveloppe de la surface du filtre. 8 Plaque filtrante selon la revendication 6, caractérisée en ce que le plan latéral amont ( 4) des rainures ( 2) est sensiblement perpendiculaire à la surface d'enveloppe de la surface du filtre. 9 Plaque filtrante selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'un plan latéral des rainures forme un angle de 600 5 par rapport à la surface d'enveloppe de la surface du filtre. Plaque filtrante selon la revendication 9, caractérisée en ce que le plan latéral aval ( 5) des rainures ( 2) forme un angle de l'ordre de 300 par rapport à la surface d'enveloppe de la surface du filtre. 11 Plaque filtrante selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que le plan latéral aval ( 5) et le plan latéral amont ( 4) des rainures ( 2) sont reliés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'une surface ( 7), sensiblement parallèle à la surface d'enveloppe de la surface du filtre. 12 Dispositif de filtration qui comprend: une plaque filtrante ( 11) ayant une extrémité plus haute que l'autre et faisant un angle déterminé par rapport à l'horizontale; un bac ( 10) pour recevoir la fraction filtrée du maté- riau, dans lequel ladite plaque filtrante est montée élastiquement pour en per- mettre les vibrations; un orifice d'admission ( 12) -pour assurer l'alimentation du matériau non filtré sur les surfaces supérieures de la plaque filtrante, vers la partie inférieure de celle-ci; un orifice d'évacuation ( 13), pour la fraction rejetée du matériau, situé à l'extrémité supérieure de la plaque filtrante, et un orifice d'évacuation ( 14) ménagé dans ledit bac, pour la fraction filtrée du ma- tériau ayant traversé les ouvertures de la plaque filtrante, ce dispositif étant caractérisé en ce que les ouvertures ( 6) de la plaque filtrante sont disposées au fond de rainures ( 2) dont la direction s'écarte sensiblement de celle de l'écoulement du matériau à filtrer, en ce que le plan latéral amont ( 4) de ces rainures est sensiblement perpendiculaire à la surface d'enveloppe de la sur- face du filtre, et en ce que le plan latéral aval ( 5) de ces rainures est incliné par rapport à la surface de l'enveloppe.