Brevet FR2539320A1 — publié le 19840720

L'invention a pour objet un filtre dynamique pour condenser, ddpurer et/ou laver des matières en suspension difficiles à filtrer. On connais ddjA un mode de filtration dynamique qui consiste à agiter intensivement la matière en suspension divise et/ou lavée de manière à ne laisser sur les cloisons de filtration aucun dépôt ou seulement un ddpBt partiel, ce qui réduit la rzsis- tance à l'écoulement du filtrat, et ce dans le but d'obtenir un rendement accru de filtration par unité de surface. On connaît deux types principaux de filtres dynamiques a disques de diverses constructions. L'un des modes de solution est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amdrique nc 3 477 575. Le filtre pre- sente la forme d'un rdservoir à pression et roulement, renfermant les éléments de filtration. Ces éléments de filtration sont des cloisons fixes de forme annulaire, solidaires des parois du récipient, où des cloisons rotatives sont: pr# vues entre les cloisons fixes, dga- lement en forme de disques montés sur un arbre d'entratnement creux dispose dans l'axe du récipient.Cet arbre creux entraine les cloisons et constitue un canal collecteur du filtrat. Les cloisons fixes de filtration sont munies de tubulures pour l'dvacuation du filtrat tandis que le récipient sous pression prEseate une tubulure pour l'alimentation en matières suspendues et une tubulure pour l'évacuation des matières en suspension concentrdes par passage a travers le système de cloisons fixes et mobiles. Un autre type connu de filtre dynamique à disques est décrit dans le brevet Polonais n 94 528, dans lequel on utilise des agita tueurs montes sur un axe commun plein, au lieu des cloisons rotatives dderites par J. Soudek. Les cloisons fixes de filtration sont munies de tubulures pour la rdception du filtrat. On a également prévu, dans le corps de l'appareil, des tubulures pour l'alimentation en eau de lavage des divers étages successifs de l'appareil. Compte tenu du mode de mélange des matieresen suspension, c'est-à-dire du type d'agitateur et de la vitesse de sa rotation, chacun desdits types de filtres dynamiques à disques se caractérise par une autre valeur de concentration maximale des matières en suspension, par un autre rendement de filtration par unité de surface de cloison de filtration et un autre coefficient de dépense d'énergie pour obtenir une unité de capacité de filtrat. C'est pourquoi l'application d'un type quelconque de filtre dynamique n'est pas motivé pour séparer des matières quelconques en suspension. Bien que les filtres du premier type soient plus économiques dans la gamme de concentration primaire et/ou lavage des matières en suspension, c'est l'application des filtres du second type qui est plus économique pour des concentrations poussées. Par exemple, l'application d'un filtre,composd de cloisons fixes de filtration et de cloisons mobiles de filtration pour obtenir un taux poussé de concentration des matières en suspension, implique en fait que dans les derniers étages du filtre la concentration atteint une valeur maximale caractéristique pour le type d'agitateurs donné. Ce qui fait que, dans ces datages, les matières en suspension ne sont pas séparées, et toute la dépense d'énergie d'agitation a été faite inutilement, augmentant la température des matières en suspension par effet de dissipation. Par contre, l'application d'un filtre équipé de turbo-agitateurs pour la séparation des matières en suspension à faible concentration, par exemple pour les déptirations prévues, implique en fait, que malgré l'accrois- semant de la dépense en énergie, il n'y a aucun accroissement du débit de rendement de filtration, si ce n'est un rendement faiblement accru, qui ne compense pas l'énergie consommée. Ainsi dans les deux exemples décrits, il y a une augmentation sans raison de la dépense en énergie par unité de volume de filtrat obtenu.La conduite économique de la pleine concentration des matières en suspension depuis des concentrations très faibles Jusqu'aux concentrations les plus poussées nécessite l'emploi de deux filtres assemblés en série et de typsdifférents.Compte tenu des propriétés physico-chimiques des matières en suspension ainsi que des exigences technologiques, il faudrait donc concevoir chaque filtre à part, ce qui rendrait impossible la mise en oeuvre de ce dispositif pour diverses natures de matières en suspension. Si ce mode de solution est acceptable pour la production unitaire, la production industrielle des dispositifs entraînera de nombreuses complications. Les deux modes de solution décrits sont adaptés a l'alimentation en eau de lavage de chaque étage du filtre et au dé lavage des composants solubles à partir des matières en suspension filtrées. S'il est possible dans un filtre à turbo-agitateurs de séparer un filtrat à fortes concentrations de composants solubles d'un filtrat dilué dans les étages de lavage, il n'en est-pas de même dans un filtre à disques rotatifs de filtration, où le mélange des deux flux de filtrat s'effectue dans l'arbre creux d'entraînement ainsi que le coupage superflu de la solution, ne permettant pas le recyclage de l'eau de lavage. L'invention a pour objet la construction d'un--filtre dynamique disques destiné à surmonter les défauts ci-dessus et permettant une meilleure application du dispositif en fonction de la nature des matières en suspension, des concentrations a l'entrée et a la sortie et d'autres exigences technologiques, et présentant par ailleurs les avantages de construction et d'exploitation des filtres# connus jusqu'à présent. Il s'est avéré que ce mode de construction pouvait être réalisé de manière simple, si le filtre dynamique disques qui constitue le récipient sous pression, renferment les éléments de filtration fixes de forme annulaire équipés de tubulures pour l'évacuation du filtrat, d'une part, et de tubulures pour l'alimentation en eau de lavage, est équipé complémentairement, dans les étages primaires et intermédiaires de concentration, d'éléments rotatifs interchangeables de filtration de forme annulaire, tandis que, dans les étages finaux, il est équipé de turbo-agitateurs interchangeables, lesdits éléments rotatifs de filtration et les agitateurs étant montés sur un arbre d'entraînement commun, présentant des canaux pour l'évacuation hors du filtre du filtrat, deux de ces canaux au moins étant avantageusement disposés de telle manière que, par l'un d'entre eux,s'écoule le filtrat du filtre à étages de concentration, et par l'autre le filtrat des étages de lavage. Le filtre dynamique selon l'invention est illustré sur le dessin unique qui présente une vue en coupe longitudinale du dispositif selon l'invention. Dans ce dessin le dispositif de l'invention comprend une tubulure d'alimentation 1, un élément rotatif de filtration 2, un arbre de commande 3, un élément fixe de filtration 4, un turboagitateur 5, une tubulure 6 pour l'évacuation du filtrat des étages de concentration, un tube de décharge 7 pour les matières concentrées en suspension, une tubulure de sortie 8, un moteur d'entrainement 9, un récipient sous pression 10, des tubulures d'alimentation en eau de lavage 11, un canal 12 pour l'évacuation du filtrat des étages de concentration, un canal 13 pour l'évacuation du filtrat des étages de lavage, une chambre de réception 14 du filtrat des étages de concentration, une chambre de réception 15 du filtrat des étages de lavage et une tubulure 16 pour l'évacuation du filtrat des étages de lavage. Le mode de fonctionnement du dispositif selon l'invention est le suivant : la matière brute en suspension est convoyée par la tubulure 1 jusqu'au récipient sous pression lo; où elle est introduite dans la zone d'action de l'élément rotatif de filtration 2. Cet élément provoque le tourbillonnement de la matière en suspension et la conduit vers la surface poreuse de l'élément fixe de filtration 4, que le liquide traverse pour etre ensuite évacué par la tubulure 6 à l'extérieur du filtre. Simultanément, le filtrat s'écoule de l'intérieur de l'élément rotatif de filtration 2 vers l'arbre d'entrarnement 3, pour être évacué hors du filtre au moyen des canaux aménagés dans le corps de l'arbre. La matière en suspension, partiellement concentrée, passe au travers d'une lumière aménagée entre l'élément fixe 4 et l'arbre dentraînement 3 et s'écoule vers la chambre filtrante suivante en étant a nouveau fortement agitée et-separee sur les surfaces des éléments de filtration 2 et 4.Ainsi, la matière en suspension, après avoir traversé les diverses zones de suintement, est graduellement concentrée jusqu'au moment où elle atteint le degré de concentration qui jusqu'alors s'était avéré non économique dans un agitateur disques tel que l'élément rotatif de filtration. Ayant atteint ce taux de concentration, la matière en suspension est refoulée vers les étages suivants composés d'éléments fixes de filtration 4 et de turbo-agitateurs 5 à coupage rapide. Ainsi la matière en suspension, après avoir passé les divers étages, est graduellement concentrée au taux consigné et s'écoule finalement par le tube de décharge 7 et la sortie 8. Le lavage de la matière en suspension peut se faire simultanément au cours du processus de filtration. Le liquide de lavage est amené par des tubulures il vers les étages de filtre choisis en fonction des exigences technologiques.Le liquide de lavage ainsi amené est mélangé à la matière en suspension pendant que le filtrat est évacué avec les composants solubles des éléments fixes de filtration par des tubulures 16 et des éléments rotatifs de filtration disposés dans les étages de lavage, par un canal 13 et une chambre 15, Le filtrat recueilli simultanément des étages de concentration s'écoule par un canal 12 vers une chambre 14 à éléments rotatifs de filtration ainsi que par des tubulures 6, à partir des éléments fixes de filtration. Le produit obtenu selon l'invention présents un taux consigné de concentration et est dépourvu de composants solubles, avec la plus faible dépense possible d'énergie par unité de volume de filtrat. Le rapport du nombre de disques tournants de filtration au nombre d'agitateurs est fonction des exigences technologiques et d'exploitation et de la nature des matières en suspension. Exemple On a comparé l'efficacité de filtration d'un filtre dynamique selon l'invention avec celle de filtres dynamiques connus, au moyen d'essais comparatifs utilisant trois appareils différents, et respectant des conditions identiques de filtration et d'exigences technologiques.Ces essais ont été effectués sur trois filtres à dix étages du type dynamique, dont le récipient a un diamètre de 0,5 met dont le premier filtre est équipé de Il éléments rotatifs de filtration et 10 éléments fixes de filtration, le second filtre étant muni de 11 turbo-agitateurs a six palettes ouvertes, et le dernier filtre ayant 9 éléments de filtration, deux turbo-agitateurs et 10 éléments fixes de filtration. Pour les essais on a appliqué une solution aqueuse de matière en suspension à base de kaolin au taux de 10 %. Les essais ont été réalisés sous une pression de 3.104NPa et à une vitesse de rotation des agitateurs de 8 ms -1. Tous les essais effectués ont donné un produit final ayant un taux de concentration de 62 %. Les résultats de ces essais ont remontré que l'énergie dépensée pour obtenir une unité de volume de filtrat était la suivante - dans le filtre a éléments rotatifs de filtration 2,41 . 104 KWsm -3 - dans le filtre à turbo-agitateurs 2,95 . 104 KWsm-3 - dans le filtre selon l'invention 2,08 . 104 kWsm-3 REVENDICATIONS Filtre dynamique constituant un récipient sous pression d'écoulement, où sont logés des éléments fixes de filtration présentant une forme annulaire et munis #de tubulures d'alimentation en eau de lavage, caractérisé en ce qu'il comporte, dans les chambres de préconcentration et de concentration intermédiaire de filtration, des éléments de filtration interchangeables (2) présentant une forme annulaire d'une part, en ce que dans les chambres finales de filtration sont logés des éléments interchangeables rotatifs de type turbo-agitateurs (5 d'autre part, et en ce que lesdits éléments rotatifs de filtration (2) et agitateurs (5) Sont montés sur un arbre commun d'entraîfiement (3) présentant des canaux particuliers (12 et 13) pour évacuer le filtrat des étages de concentration, au travers d'une chambre (14), et des étages de lavage par une chambre (15) et hors dudit filtre.