Brevet FR2539050A1 — publié le 19840713

La présente invention a pour objet un filtre électromagnétique permettant une évacuation en conti- nu des produits de filtration et un procédé de filtra- ge utilisant un tel filtre Elle trouve une applica- $ tion notamment dans le retraitement des combustibles irradiés. Dans une te Ile'appllcation une unité de fil- trage doit répondre à des exigences particulières: en premier lieu, elle doit assurer une excellente clarification des solutions provenant de la dissol tion des matières à retraiter, elle doit permettre un très bon rinçage des solides retenus dans le filtre et leur évacuation sous forme d'une suspension aqueuse, il est souhaitable qu'elle puisse travailler en con- tinu, sa structure doit être telle qu'il n'y ait pas de' pièces mécaniques en mouvement, que les conduits et traversées soient simples, sûrs et en nombre limité, elle doit avoir la capacité de traiter des solutions dont les suspensions sont à fort dégagement thermi- que, sans apporter de contraintes de conception ou d'exploitation excessives, ce qui est impératif pour le rettaitement des solutions provenant des réac- teurs à neutrons rapides. Ces exigences ont conduit à utiliser, dans le passé, deux types d'appareils, à savoir les décan- teuses pendulaires centrifuges (D P C) et les filtres pulsés, les premières étant les plus répandues dans les usines de retraitement existantes Pour les DPC, on doit reconnaître cependant que la clarification ob- tenue n'est pas excellente et que le rinçage des soli- des nécessite un arrêt de la fonction clarification. Par ailleurs, des pièces mécaniques sont en mouvement. Enfin, la réalisation de ces appareils est délicate et la possibilité de les employer avec des produits for- tement exothermiques n'est pas démontrée. Les filtres pulsés sont constitués par une cartouche en métal fritté à travers laquelle filtre la solution à clarifier; le principe de filtration est nettement différent de celui de'la présente invention. La présente invention concerne un filtre spécialement adapté à cette application dans la mesure o il permet l'évacuation des produits de filtration l O en continu au tout au moins sans arrêt prolongé, une perturbation. de courte durée étant néanmoins inévitable) avec une installation simple, sans pièces en mouvement et s'ac=- Commodant parfaitement de la présence de produits exo- thermiques dans la solution. Le filtre de l'invention est du type élec- tromagnétique On sait qu'un tel filtre est essentiel- lement constitué par une enveloppe en matériau non ma- gnétique remplie d'un garnissage magnétisable et pla- cée à l'intérieur d'un enroulement Le passage d'un courant électrique dans l'enroulement provoque l'ap- parition d'un champ magnétique ayant pour effet de ma- gnétiser le garnissage Le garnissage peut être fixe, sous forme de bourre, de toile de fils d'acier ou d'empilement de grilles Mais il est le plus souvent réalisé par un lit de-billes d'acier. L'application d'un champ magnétique aux billes du garnissage provoque leur magnétisation et, corrélativement, l'apparition de forts gradients de champ magnétique dans les espaces entre billes. Lorsqu'un fluide chargé d'impuretés présen- tant des caractéristiques magnétiques convenables, à savoir une susceptibilité magnétique positive (corps paramagnétiques, ferromagnétiques), traverse le lit de billes ainsi aimantées, les impuretés sont transpor- tées des zones à faible champ magnétique vers les zo- nes à fort champ magnétique, c'est-à-dire vers les p 8- les magnétiques des billes Par le jeu des forces ma- gnétiques, les impuretés s'accrochent sur les billes et le garnissage joue ainsi le rôle de filtre. : Jusqu'à présent de tels filtres électroma- c gnét Iques ont été proposés surtout dans les réacteurs nucléaires o-ils peuvent prendre place soit dans les circuits primaires, soit dans les ciruits secondcaî+ res. 01 Le filtre de l'invention est de ce type et, à -ce titre, il comprend une sectirn dé filtration- constituée d'un garnissage-magnétisable associé à un moyen d'application d'un champ magnétique, un conduit d'introduction d'une solution chargée en produits à filtrer débouchant à la partie supérieure de cette section et un conduit d'extraction de la solution cla- rifiée débouchant à la partie inférieure de la sec- tion Selon l'invention, ce filtre est caractérisé par le fait qu'il comprend en outre, disposée au-dessus de la section de filtration, une section d'évacuation des produits de filtration, cette section étant constituée d'un garnissage magnétisable associé à un moyen d'ap- plication d'un champ magnétique réglable, cette sec- tion d'évacuation possédant un conduit d'évacuation débouchant à sa partie supérieure; le fi-ltre -comprend en outre une jambe de pulsation débouchant-à la partie inférieure de la section de filtration et apte à pro- duire au moins une pulsation comprenant une première phase dans laquelle la colonne de solution présente dans le filtre est soumise à un mouvement ascendant et une seconde phase dans laquelle cette colonne est sou- mise à un mouvement descendant De préférence, les moyens d'application des champs magnétiques aux garnissages des sections de filtration et d'évacuation sont réglables en synchro- nisme avec la pulsation, de telle sorte que ces champs soient aptes à provoquer, dans les garnissages des deux sections, la filtration de la solution qui les traverse pendant la seconde phase de la pulsation et que ces champs soient réduits à une valeur qui permet leur entraînement pendant la première phase. De préférence encore, le filtre de l'inven- tion comprend en outre au moins une section de lavage à contre-courant des produits évacués, cette section étant disposée entre la section de filtration et la section d'évacuation et constituée par un garnissag 4 magnétisable associé à un moyen d'application d'un champ magnétique réglable en -synchronisme avec les champs appliqués aux garnissages de section de filtra- tion et d'évacuation, cette section de lavage possé- dant un conduit d'introduction d'une solution de lava- ge débouchant à la partie supérieure de ladite sec- tion. De préférence encore, la-pulsation est asy- métrique et comprend une-première phase dans laquelle la colonne de solution présente dans le filtre est soumise à un mouvement ascendant rapide et une seconde phase dans laquelle cette colonne est soumise à un mouvement descendant lent. La présente invention a également pour objet un procédé de filtrage d'une solution chargée en pro- duits à filtrer Le procédé est du genre de-ceux dans lesquels on introduit cette solution à la partie supé- rieure d'une section de filtration constituée d'un garnissage magnétisable auquel on applique un champ magnétique et on extrait une solution clarifiée à la base de cette section Ce procédé est caractérisé en ce qu'on effectue en outre une opération d'évacuation des produits de filtration qui consiste à appliquer à la base de la section de filtration une pulsation com- prenant une première phase dans laquelle la solution contenue dans le filtre est soumise à un mouvement ascendant qui fait traverser à au moins une partie de la solution une section d'évacuation disposée au-des- sus de la section de filtration et composée d'un gar- nissage magnétisable auquel on applique un champ ma- gnétique réglable, et une seconde phase dans laquelle la solution est soumise àa un mouvement descendant qui fait retraverser à ladite p rtie le garnissage de la section d'évacuation, l'évacuation des produits de filtration s'effectuant par la parti supériewre de la secti On d'évacuation. De préférence, on applique aux garnissages un champ magnétique apte à provoquer dans ceux-ci une filtration pendant la seconde phase de la pulsation et un champ magnétique réduit apte à diminuer cette fil- tration pendant la première phase de la pulsation. Dans un cas particulier, on applique un champ magnétique nul aux garnissages pendant la pre- mière phase de la pulsation. De préférence encore, la pulsation est asy- métrique et comprend un mouvement ascendant rapide et un mouvement descendant lent. De préférence, on effectue en outre une ope- ration de lavage à contre-courant des produits de fil- tration évacués, qui consiste à faire traverser à la solution, au cours de la première phase de la pulsa- tion, au moins une section de lavage disposée entre la section de filtration et la section d'évacuation, cet- te section de lavage étant composée d'un garnissage magnétisable auquel on applique un champ magnétique réglable, et on introduit à la partie supérieure de cette section de lavage une solution de lavage. Les caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre expli- catif et nullement limitatif Cette description se ré- fère à des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente une variante simple du-filtre de l'invention, dans laquelle une section de filtration est surmontée d'une section d'évacuation, la figure 2 représente une variante com- prenant en outre une section' de lavage, la figure 3 représente une variante plus -10 élaborée avec deux sections de lavage, la figur 4 représente un filtre dans le- quel les fonctions de clarification et de lavage sont remplies par des filtres différents placés en série, la figure 5 illustre enfin les différentes phases du procédé de l'invention et permet de compren- dre le fonctionnement du filtre. A titre explicatif, dans la description qui suit, on supposera la pulsation asymétrique, et formée d'un mouvement ascendant rapide et d'un mouvement des cendant lent. Le filtre électromagnétique représenté sur- la figure 1 comprend, de manière classique, une sec- tion de filtration 10 constituée d'un garnissage ma- gnétisable 11 associé à un moyen d'application d'un champ magnétique 12 Cette section est reliée à un conduit d'introduction d'une solution chargée en pro- duits à filtrer 13 débouchant à la partie supérieure et un conduit d'extraction de la solution clarifiée 14 débouchant à la partie inférieure de la section Les flux de ces deux solutions sont notés respectivement FA et FF Le filtre représenté est caractérisé par le fait qu'il comprend en outre, disposée au-dessus de la section de filtration 10, une section d'évacuation des produits de filtration 20, cette dernière étant cons- tituée d'un garnissage magnétisable 21 associé à un moyen d'application d'un champ magnétique réglable 22. Cette section d'évacuation possède un conduit d'éva- cuation 23 débouchant à sa partie supérieure Par ail- leurs, le filtre comprend une jambe de pulsation 24 débouchant à la partie inférieure de la section de filtration 10 Cette jambe est apte, à produire au moins une pulsation asymétrique comprenant une premie- re phase dans laquelle la colonne de solution pr êsente dans le filtre est soumise à un mouvement ascendant rapide et une seconde phase dans laquelle cettecolon- ne est soumise à un mouvement de cenda t lent. Dans la variante illustrée -sur la figure 2, le filtre comprend en outre une section 30 de lavage à contre-courant des produits évacués, cette section étant disposée entre la section de filtration 10 et la section d'évacuation 20 Elle est constituée par un garnissage magnétisable 31 associé à un moyen d'appli- cation d'un champ magnétique réglable 32 commandé en synchronisme avec les champs appliqués aux garnissages 11 et 21 des sections de filtration et d'évacuation; cette section de lavage 30 possède un conduit d'intro- duction 33 d'une solution de lavage débouchant à là partie supérieure de ladite section, le flux de la solution de lavage étant noté FL. Sur la figure 3 est représenté un filtre se- lon-l'invention qui est caractérisé en ce qu'il com- prend plusieurs sections de lavage superposées 30 V, 302 ' chacune alimentée en solution de lavage par un conduit particulier 331 332 (par exemple une solution acide et de l'eau). Le filtre représenté sur la figure 4 com- prend un premier filtre sans section de lavage (sec- tions de filtration 101 et d'évacuation 201) et un second filtre avec une section de lavage 302, le con- duit d'évacuation 231 du premier filtre étant relié au conduit d'introduction de la solution chargée du se- cond 132 Cette disposition permet d'adapter les di- mensions des filtres à leur fonction et en particulier de donner à la section de lavage 30, une section plus faible que celle de la section de filtration l O Sur la figure 4, les moyens 261, 262 dispo- sés à la partie supérieure des filtres sont des moyens d'agitation de la solution destinés à maintenir en suspension les produits solides. La figure 5 représente les différentes pha- ses dé fonctionnement du filtre de l'invention, dans- le cas o x la section de lavage est présente Dans sa. variante la plus élaborée, le fonctionnement comprend six phases représentées par les schémas a à f - phase a: c'est le régime permanent, avec un flux FA de solution chargée, un flux FF de solu- tion clarifiée, un flux FL de solution de lavage, un flux FS de solution d'évacua- tion des solides lavés; pendant cette- phase un champ magnétique E est appliqué aux garnissages des différentes sec- tions; phase b: les flux FA, FL et FS sont coupés; phase c: le champ magnétique est coupé; des volu- mes V 1 et V 2 sont marques sur le dessin, dont on va suivre les déplacements dans les phases ultérieures; le centre de gra- vité des solides présents dans ces volumes sont notés G 51 et G 52; dans cette phase c, ces centres de gravité sont naturelle- ment confondus avec les centres géométri- ques des volumes; - phase d: la première phase de la pulsation asymé- trique est appliquée; elle déplace bru- talement la colonne de liquide vers le 2539050. haut; les volumes V 1 et V 2 se retrouvent en V'1 et V'2; les centres de gravité GS'1 et GS'2 des produits en suspension peuvent se trouver légèrement plus bas que les centres géométriques du fait de la difficulté plus grande que ces produits rencontrent à la traversée des garnissa- ges ou d 'un retard à leu'r -décrochage in i- tial du garnissage; on observera que cet- te première phase de la pulsation asymé trique permet d'arracheé les produits de. filtration qui colmatent le garnissage de la section de filtration, de remonter ces produits dans la section de lavage et de faire passer les produits situés à la par- tie supérieure de cette section de lavage (du fait de pulsations antérieures), dans la section d'évacuation; phase e: le champ magnétique est rétabli dans les garnissages; les propriétés de filtrage de ces garnissages sont restituées, ce qui permet de fixer les solides en suspen sion; phase f: la seconde phase de pulsation asymétrique est appliquée; elle provoque une descen- te lente de la colonne de liquide, les so- lides en suspension étant retenus dans les garnissages; les centres de gravité GS" 1 et GS" 2 de ces solides sont maintenant si- tués au-dessus des volumes de liquide re- venus en positions V"i, V" 2; globale- ment, les solides ont donc été déplacés vers le haut du filtre. La répétition d'un tel cycle permet donc de faire passer progressivement les solides de la section 2539050, de filtration à la section de rinçage, avec un lavage à contre-courant dans toute la section de lavage (la solution de lavage cirçule de haut en bas et les soli des de bas en haut). Dans l'exemple illustrée le champ magnéti- que est nul pendant la première phase de la pulsation, pour permettre aux solides de remonter à travers les garnissages Mais cette situation extrême n'est pas obligatoire: il est possible de réduire seulement le -é champ, sans l'annuler Dans certains cas, il est même possible de le maintenir à sa- valeur nominale, si la- dissym 4 trie entre le mouvement ascendant et le mouve- ment descendant de la colonne est suffisamment marqu 4 e et autorise l'entraînement des solides piégés dans le garnissage au cours de la montée du liquide. REVENDICATIONS 1 Filtre électromagnétique, du genre de ceux qui comprennent une section de filtration ( 10) constituée d'un garnissage magnétisable ( 11) associé à un moyen d'application d'un champ magnétique ( 12), un conduit d'introduction d'une solution chargée en pro- duits à filtrer ( 13) débouchant à la partie supérieure de cette section et un conduit d'extraction de la so- lution clarifiée ( 14) débouchant à la partie inféTileu- re de la section, ce filtre étant caractérisé par le fait qu'il comprend en outre, disposée au-dessus de la. section de filtration, une sectiond'évacuation des produits de filtration ( 20), cette section étant cons- tituée d'un garnissage magnétisable ( 21) associé à un moyen d'application d'un champ magnétique réglable ( 22), cette section d'évacuation possédant un conduit d'évacuation ( 23) débouchant à sa partie supérieure, et par le fait qu'il comprend une jambe de pulsation ( 24) débouchant à la partie inférieure de la section de filtration ( 10), cette jambe étant apte à produire au moins une pulsation comprenant une premiere phase dans laquelle la colonne de solution présente dans le filtre est soumise à un mouvement ascendant et une seconde phase dans laquelle cette colonne est soumise à un mouvement descendant. 2 Filtre électromagnétique selon-la reven- dication 1, caractérisé par le fait que les moyens ( 12, 22) d'application des champs magnétiques aux gar- nissages ( 11, 21) des sections de filtration et d'éva- cuation sont réglables en synchronisme avec la pulsa- tion, de telle sorte que ces champs soient aptes à provoquer dans les garnissages des deux sections, la filtration de la solution qui les traverse pendant la seconde phase de la pulsation et réduits à une valeur qui diminue cette filtration pendant la première pha- se. 2539050, 3 Filtre électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre au moins une section ( 30) de lavage à contre-courant des produits évacués, cette section étant disposée entre la section de fil- tration ( 10) et la section d'évacuation ( 20) et cons- tituée par un garnissage magnétisable ( 31) associé à un moyen ( 32) d'application d'un champ magnétique ré- glable en synchronisme avec les champs appliqués aux garnissages ( 1 l, 21) des sections de filtration et d'évacuation, cette section de lavage ( 30) possédant' un conduit ( 33) d'introduction-d'une solution de lava- ge débouchant à la partie supérieure de ladite sec- tion. 4 Filtre électromagnétique selon la reven- dication 3, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs sections de lavage superposées ( 301, 302) chacune ali- mentée par un conduit ( 331 332) parcouru par une so- lution de lavage particulière. 5 Filtre électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 et selon la re- vendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un premier -filtre sans section de lavage ( 101, 201), et un second filtre avec au moins une section de lavage ( 102, 202, 302), le conduit d'évacuation ( 23 k) du pre- mier filtre étant relié au conduit d'introduction de la solution chargée du second ( 132). 6 Filtre électromagnétique selon la reven- dication 2, caractérisé en ce que la section de lavage présente une section plus faible que celle de la sec- tion de filtration. 7 Filtre électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pulsation produite par la jambe est asymétrique 2539 O 50 et provoque un mouvement ascendant rapide de la colon- ne de solution présente dans le filtre et un mouvement descendant lent de cette colonne. 8 Procédé de filtrage d'une solution char- gée en produits magnétiques au moyen d'un filtre con- forme a la revendication 1, procédé du genre de ceux dans lesquels on introduit cette solution à la partie supérieure d'une section de filtration ( 10) constituée d'un garnissage magnétisable ( 11) auquel on applique un champ magnétique et on extrait une solution clari- fi.ée à la base de cette sect ion, caract 4 risé en ce qu'on effectue en outre une opération d'évacuationç d O s produits de filtration qui consiste à appliquer à la base de la section de filtration une pulsation compre- nant une première phase dans laquelle la solution con- tenue dans le filtre est soumise à un mouvement ascen- dant qui fait traverser à au moins une partie de la solution une section d'évacuation ( 20) disposée au- dessus de la section de filtration et composée d'un garnissage magnétisable ( 21) auquel on applique un champ magnétique réglable, et une seconde phase dans laquelle la solution est soumise à un mouvement des- cendant qui fait retraverser à ladite partie le gar- nissage de la section d'évacuation, l'évacuation des produits de filtration s'effectuant par la partie su- périeure de la section d'évacuation. 9 Procédé selon la revendication 8, carac- térisé en ce qu'on applique aux garnissages un champ magnétique apte à provoquer dans ceux-ci une filtra- tion pendant la seconde phase de la pulsation et un champ magnétique réduit apte à diminuer cette filtra- tion pendant la première phase de la pulsation. Procédé selon la revendication 9, carac- térisé en ce qu'on applique aux garnissages un champ magnétique nul pendant la première phase de la pulsa- tion. 11 o Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'on effectue en outre une opération de lavage à contre-courant des produits de filtration évacués, qui consiste à faire traverser à la solution, au cours de la première phase de la pulsation, au moins une section de lavage dispo- sée entre la section de filtration et la section d'évacuation, cette section de lavage étant composée d'un garnissage magnétisable auquel on applique un champ agnétique réglable, et à introduire à la partie supérieure de cette section de lavage une solution de- lavage. 12 Procédé selon l'une quelconque des re- vendicatiens 8 à 11, caractérisé en ce que la pulza- tion appliquée à la base de la section de filtration est asymétrique et comprend une première phase ascen- dante rapide et une seconde phase descendante lente.