Brevet FR2568140A1 — publié le 19860131

La présente invention concerne la séparation des matières solides en suspension dans un liquide. L'utilisation d'un filtre formé d'une mousse hydrophobe pour la séparation d'une matière solide d'un courant a déjà été décrite dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 4 310 424 et 4 303 533 et dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n 564 720 déposée le 23 décembre 1983 et cédée à la Demanderesse. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 212 737 concerne aussi une mousse hydrophobe plutôt qu'hydrophile. Dans les descrip- tions antérieures des brevets de la Demanderesse, un cylindre coucheur, une douche ou un autre dispositif mécanique a été utilisé pour la séparation de la matière solide de la surface de la mousse. Ces procédés mécaniques risquent de provoquer un tassement de la matière solide dans la structure réticulée de la mousse étant donné la pression appliquée à la surface. Le résultat final est une réduction du débit à travers la matière de filtration. L'invention concerne des procédés de séparation de fibres réduisant au minimum l'accumulation de la matière solide à la surface de la structure formée par la mousse réticulée et dans cette structure, et maintenant ainsi le débit volumique du filtre. L'invention.concerne un filtre à courroie, à tambour rotatif ou à dispositif analogue recouvert d'une couche d'une mousse hydrophobe à cellules ouvertes. L'épaisseur de la mousse est supérieure à 3,15 mm et sa porosité dépasse 16 pores par centimètre linéaire. D'autres caractéristiques de la mousse sont décrites dans les brevets précités des Etats-Unis d'Amérique n 4 303 533 et 4 310 424. Par exemple, le courant d'alimentation en liquide contenant la matière solide en suspension est introduit dans un réservoir contenant un tambour rotatif recouvert d'une mousse hydrophobe à cellules ouvertes. Indépendam- ment de l'appareil particulier de support mobile de la mousse, le courant est filtré lorsqu'il passe à travers la mousse, et il laisse une partie ou la totalité de la matière solide à la surface, le reste étant piégé dans la structure réticulée de la mousse. Le filtrat propre est retiré de l'intérieur du tambour ou de la courroie et est réutilisé ou jeté. La matière piégée dans la mousse peut être récupérée par des procédés d'expul- sion tels que décrits dans les brevets précités des Etats- Unis d'Amérique n 4 303 533 et 4 310 424. Le procédé selon l'invention destiné à la sépa- ration d'une matière solide de la surface de la mousse et de la structure réticulée de la mousse comprend l'en- traînement d'une partie au moins de la matière solide dans un fluide passant à travers la mousse. Les modes de réalisation du procédé mettent en oeuvre (1) l'aspira- tion de la matière sous vide à partir de la surface de la mousse et de la structure réticulée de celle-ci par entraînement dans un fluide dirigé transversalement, (2) l'utilisation d'un cylindre coucheur pour l'enlèvement de la plus grande partie des fibres de la surface de la mousse puis par aspiration de la surface et de la structure réticulée afin que le reste des-matières solides soit entraîné, (3) l'utilisation d'une buse d'aspiration ou d'un cylindre coucheur aspirant pour l'enlèvement des matières solides de la surface et de la structureréticulée de la mousse, et (4) l'utilisation d'une pulvérisation d'eau ou d'air depuis l'intérieur de l'appareil de support mobile de la mousse afin que les matières solides res- tantes soient libérées et entraînées après enlèvement initial de la plus grande partie de la matière solide à l'aide d'une buse sous vide ou d'un cylindre coucheur aspirant. Dans tous les cas, il est important que l'élément mécanique, au moins en ce qui concerne ses parties fixées rigidement, soit placé à distance afin que son contact avec la mousse soit minimal ou nul. Le milieu chargé et mobile s'oppose par lui-même aux modifications de son intégrité géométrique et peut avoir des régions espacées de manière variable de l'appareil de séparation. Lorsque la mousse formant le milieu de filtration a un contact régulier important avec les parties fixées rigidement de l'appareil de séparation, elle s'use, se déforme ou se dégrade d'une manière indésirable. Dans le cas d'un cylindre coucheur aspirant ou non, le feutre mobile de fibres formé à la surface de la mousse assure l'espacement, même lorsqu'une petite compression minimale est effectuée sous le cylindre. Dans le cas d'une buse d'aspiration par exemple, un capot souple peut être disposé à partir de la buse au contact de la mousse afin que l'entraînement soit accru. Un avantage de l'invention est que la capacité élevée du filtre, c'est-àdire son débit volumique maximal, peut être conservée par enlèvement efficace, continu et poussé des matières solides de la surface de filtration et de la structure réticulée si bien que la tendance à l'accumulation de la matière solide ou ou bouchage, pouvant réduire la capacité, est minimale. Un autre avantage de l'invention est que la sélection de diverses combinaisons de procédés de sépara- tion permet l'adaptation de la consistance des matières solides en fonction de l'application particulière. Par exemple, les matières solides peuvent être séparées de la mousse avec une consistance comprise entre 1 et 4 %, par utilisation d'une aspiration seule, et jusqu'à une consistance de 19 % lors de l'utilisation en combinaison d'un cylindre coucheur et d'une aspiration, dans le cadre de l'invention. D'autres caractcéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris a la lecture de la descrip- tion qui suit d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation schématique d' n dispositif de séparation à mousse formant un tambour selon l'invention, ayant une buse d'aspiration pour la séparation des matières solides de la surface de la mousse et de la structure réticulée de celle-ci; la figure 1A est une coupe partielle agrandie d'une partie de l'appareil de la figure 1,. représentant le capot souple monté sur la buse d'aspiration; la figure 2 est analogue à la figure 1 mais représente un appareil de séparation à mousse formant une courroie selon l'invention, avec un cylindre coucheur suivi par un dispositif de pulvérisation d'air depuis l'intérieur du tambour; et la figure 3 est analogue à la figure 1 mais représente un appareil de séparation à mousse à tambour. Les figures 1 à 3 représentent des filtres ou appareils de séparation par une mousse destinés à être utilisés sur un courant de pâte de traitement de papier. Les appareils peuvent avantageusement être utilisés pour la récupération et la concentration des fibres dans les courants ayant une charge temporaire ou continue en fibres qui est élevée, de la manière décrite dans la suite. Sur les diverses figures, les références identiques dé- signent des éléments analogues. L'appareil 10 de séparation et d'épaississement ou concentration de la figure I comprend un tambour rota- tif 12 ayant une mince couche d'une mousse hydrophobe 14 qui est élastique et à cellules ouvertes, ayant une épaisseur comprise entre 3,15 et 51 mm, de préférence de l'ordre de 25 mm, la porosité étant comprise entre 16 et 32 pores par centimètre linéaire et de préférence entre 26 et 32 pores par centimètre linéaire. D'autres caractéristiques de la mousse sont décrites dans les brevets précités des Etats-Unis d'Amérique n 4 303 533 et 4 310 424. La suspension de la pâte ou le courant d'alimen- tation est une solution aqueuse d'une pâte cellulosique qui circule normalement à partir des opérations de fabri- cation de pâte ou de papier et qui contient les fibres souhaitables, des petites quantités d'impuretés et de petites parties de fibres indésirables. Le courant d'ali- mentation est introduit dans une cuve 16 qui contient un tambour rotatif 12, par l'intermédiaire d'une tuyau- terie 18 d'entrée. Le courant est filtré lorsqu'il passe à travers la mousse 14, et laisse la plus grande partie des fibres souhaitables les plus grosses 20 à la surface de la mousse. La mousse laisse passer la plupart des impuretés et des fibres de petite dimension avec le fil- trat liquide 22 qui quitte l'intérieur du tambour par une tuyauterie 24 de sortie. La différence de hauteur entre le niveau du liquide à l'extérieur, dans la cuve 16, et le niveau du liquide sous forme du filtrat 22, à l'intérieur, crée une différence de pression AP. Le dispositif de séparation à tambour de la figure 1 a un dispositif 26 de séparation à buse d'aspira- tion qui retire le feutre de fibres ou la plus grande partie des matières solides de la surface de la mousse et les particules restantes de fibres de la structure réticulée de la mousse lorsque de l'air et de l'eau rési- duelle de la mousse traversent celle-ci et _entraînent les particules vers l'extérieur, vers la buse d'aspira- tion et dans celle-ci. Des dispositifs de pulvérisation peuvent être utilisés ensuite pour le nettoyage de la surface de la mousse le cas échéant. Le dispositif 26 de séparation à buse d'aspira- tion dépose les matières solides et le liquide résiduel associé dans un séparateur 27 relié par une tuyauterie 28 à un ventilateur 29 et à une sortie 29A d'air. Les matières solides qui sont par exemple des fibres ayant une consis- tance comprise entre 1 et 4 % (1 % correspond à 10 000 ppm) dans le mode de réalisation de la figure 1, sont retirées du séparateur 27 par une tuyauterie 30 de sortie. Le ventilateur 29 crée au niveau de la buse une dépression qui est par exemple d'environ 20 à 30 cm d'eau. Par rapport aux autres filtres à tambour, le dispositif de séparation de la figure 1 présente les avantages suivants. 1. Des débits continus nettement accrus, de Z568140 l'ordre de 610 à 1220 1/m2/min peuvent être obtenus, alors qu'ils ne sont que de 410 à 820 l/m2/min dans le cas d'un concentrateur sous vide ou d'un concentrateur par gravité à plaque perforée ou à toile métallique de type classique. 2. La consistance des fibres peut être maintenue de façon continue entre 12 et 19 % alors qu'elle est de 12 % au maximum dans le cas des appareils de concen- tration ou d'épaississement à plaque perforée ou à toile, lorsque plusieurs dispositifs de séparation sont utilisés. Ces avantages résultent sans doute des causes indiquées dans la demande précitée de brevet des Etats- Unis d'Amérique n 564 720. La résistance à l'écoulement d'une grille d'un concentrateur ou épaississeur est supérieure à celle de la mousse ayant la porosité et l'épaisseur comprises dans les plages indiquées, et ces plages, étant donné la porosité et la volume des cavités, permettent un en- lèvement meilleur des fluides et une augmentation de la force d'entraînement par rapport à celle qui est obtenue dans les appareils de concentration couverts d'une toile métallique. L'invention permet l'entretien d'un tel débit. La figure 1A représente une partie de l'appareil de la figure 1, avec la fixation d'un capot souple 26a à une buse rigide d'aspiration. De cette manière, la struc- tur rigide de la buse ne peut pas détériorer la mousse par contact, mais la dépression permet un meilleur entraî- nement par réduction au minimum du débit de fluide à l'extérieur et par transmission de la plus grande partie du fluide transversalement à travers la mousse. Le capot souple 26a ne détériore pratiquement pas la mousse. La figure 2 représente un filtre 110 à courroie. de mousse qui a, comme milieu de séparation 114, une mousse d'épaisseur et de porosité convenables. Le milieu 114 formé par une mousse est entraîné en rotation autour d'organes rotatifs 112a et 112b. Le schéma du dispositif 112 représente une cuve 116 d'alimentation qui dépose un courant d'alimentation sur la courroie 114 et un dispo- '68 140 sitif d'aspiration d'un filtrat 122 dans un réservoir 123, le filtrat étant retiré par une tuyauterie 124 de sortie. Le feutre 120 de fibres est séparé par un dispo- sitif de raclage 226 de la surface d'un cylindre coucheur 125. Une buse 128 d'aspiration est destinée à nettoyer la surface de la courroie formée par le mousse et sa structure réticulée, apres l'enlèvement. Un séparateur 127, une sortie 128a d'air et une tuyauterie 130 de sortie des fibres complètent l'installation représentée. Un ventilateur (non représenté) est raccordé comme repré- senté sur la figure 1 afin qu'il assure l'aspiration au niveau de la buse 128o La figure 3 représente un appareil 210 analogue à l'appareil 10 de la figure 1, ayant une cuve 216, un tambour 212 et une mousse 214. L'appareil 210 a un cylindre coucheur aspirant 226 dont le dispositif 226a de raclage retire les fibres qui tombent par gravité sur'une glissière 231 et dans un réservoir 232 ayant une tuyauterie 230 de sortie de fibres. Une buse 240 dirige un fluide qui est de l'air, de l'eau ou un mélange des deux, transversalement la mousse rotative 214 afin que les matières solides se trouvant à la surface et dans la structure réticulée et qui n'ont pas été entraZnees par le cylindre coucheur aspirant 226 soient enlevées et déposées sur la glissière 231. Lors de l'utilisation de l'appareil de sépara- tion des modes de réalisation de l'invention, les avantages de la filtration par une mousse peuvent être obtenus pen- dant de longues périodes, avec une charge ou une obtura- tion minimale de la structure réticulée de la mousse. Un essai de filtration sur une mousse d'eau usée de blanchiment de type alcalin, à l'aide d'un appareil ayant une buse d'aspiration du type représenté sur la figure 1, d'une mousse rigide de 25 mm d'épaisseur et 26 pores par centimètre linéaire, sur un tambour tournant à 2,5 tr/min, a donné les résultats suivants. Temps écoulé: 47 h (utilisation de la mousse) Débit (à l'entrée): 238 1/min Débit (matière ayant: 1136 1/m2.min de surface efficace traversé) - Dépression: 20 cm d'eau (AP) Courant: TSS Cendres TS T pH (ppm) (%) (ppm) C charge: 294 14 5 092 47 9,6 filtrat: 80 40 4 812 47 9,6 fibres: 15 558 2 19 636 47 9,6 Légende: TSS = matières solides au total en suspension TS = matières solides au total T = température ( C) L'utilisation d'un appareil de filtration sur une mousse avec récupération à l'aide d'un cylindre coucheur uniquement peut donner une consistance des fibres pouvant atteindre 18 %, mais cette consistance ne peut pas être conservée facilement à l'aide d'un entraînement par aspira- tion ou autre du fluide assurant la récupération de la matière de la structure réticulée de la mousse et empêchant ainsi sa charge ou son bouchage. Un autre essai sur une eau blanche d'une machine de papeterie ayant une buse d'aspiration analogue à celle de l'appareil de la figure 1, constituant un "économiseur", à l'aide d'une mousse rigide de 25 mm d'épaisseur et 32 pores/cm, sur un tambour tournant à 3,5 tr/min, a donné les résultats suivants. Temps écoulé: 43 h (utilisation de la mousse) Débit (à l'entrée): 329 1/min Débit (matière qui: 114 l/m2.min de surface efficace traverse) Dépression: 15 cm d'eau (AP) Courant: TTS Cendres TS T pH (ppm) (%) (ppm) C charge: 3 353 23 4 670 38 5,8 filtrat: 27 29 1 369 38 5,8 fibres:38 084 20 39 950 - 6,0 Cet essai a donné la séparation la plus impor- tante des fibres parmi tous les essais n'utilisant qu'une buse d'aspiration, le résultat ayant approché 4 %. Les fibres ayant cette consistance peuvent être directement recyclées dans le circuit d'une machine à papier. Evidem- ment, la combinaison du cylindre coucheur et d'une aspira- tion serait plus efficace pour la récupération et l'épais- sissement des fibres à partir de la mousse de filtration, jusqu'à une consistance de 19 % permettant un stockage ou une évacuation. Un essai plus caractéristique du type "écono- miseur" réalisé avec la même mousse de filtration et le même courant d'alimentation formé d'une eau blanche, le tambour tournant à 2,0 tr/min, a donné les résultats suivants. Temps écoulé: 24 h (utilisation de la mousse) Débit (à l'entrée): 674 1/min Débit (matière qui: 2441/m2.min de surface efficace traverse) Dépression: 20 cm d'eau (AP) Courant: TSS Cendres TS T pH (ppm) (%) (ppm) C charge: 2 594 15 3 574 28 5,3 filtrat: 67 63 1 537 28 5,4 fibres:24 912 13 26 372 27 5,1 La séparation des matières solides en suspension des courants utilisés dans les papeteries, à l'aide de l'appareil de séparation de fibres par un filtre de mousse selon l'invention, peut se poursuivre de nombreuses heures. Ceci est important car les circuits traitent par exemple de 5,9 à 18,6 tonnes de fibres par jour. L'analyse des fibres séparées, notamment leur indice d'égouttage, leur viscosité, leur indice de permanganate et la longueur des fibres, montrent qu'elles se trouvent toutes habituel- lement dans la plage normale des fibres souhaitables et utilisables. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux procédés qui vien- nent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limtatifs sans sortir ducadre de l'invention. I 1 REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de suspensions de matières solides dans un liquide, afin qu'une partie im- portante des matières solides soit séparée du liquide, le procédé comprenant l'augmentation au maximum du débit volumique de liquide traversant un milieu de séparation (14) formé d'une mousse hydrophobe réticulée à cellules ouvertes, et l'augmentation au maximum de la séparation pendant une longue période, ledit procédé étant caracté- risé en ce qu'il comprend: la disposition d'un milieu de séparation (14) formé d'une mousse hydrophobe réticulée à cellules ouvertes dont l'épaisseur est au moins égale à 3,15 mm et dont la porosité est supérieure à 16 pores par centimère linéaire, l'application, au milieu (14) de séparation formé d'une mousse, d'une différence de pression et d'un courant de la suspension afin qu'un courant de liquide soit formé dans le milieu et à travers celui-ci, la plus grande partie des matières solides se déposant à la surface du milieu et une partie au moins de la partie restante se déposant dans la structure réticulée de la mousse, et la séparation d'une-partie au moins des matières solides de la surface de la mousse et de la structure réticulée par entraînement des matières solides dans un fluide dirigé vers l'extérieur, se déplaçant transver- salement au contact du milieu. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le fluide se déplace à l'intérieur de la structure réticulée. 3. Procédé selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le fluide se déplace à travers la structure réticulée. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide est déplacé par une buse d'aspiration (26) placée à distance dudit milieu. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la buse d'aspiration (26) est rigide et porte un capot souple (26a) au contact de la partie des matières solides qui se trouvent à la surface du milieu (14). 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie des matières solides se trouvant à la surface du milieu (14) est pratiquement retirée par un cylindre coucheur (125) avant que le fluide ne soit déplacé transversalement et dirigé vers l'extérieur et au contact du milieu. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un dispositif de raclage (126) est utilisé pour l'enlèvement des matières solides du cylindre coucheur (125), et le fluide qui entraîne les matières solides restant à la surface du milieu et dans la structure réti- culée du milieu agit après le cylindre coucheur. 8. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un cylindre coucheur aspirant (226) dirige le fluide vers l'extérieur depuis l'intérieur de la structure réticulée du milieu. 9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le fluide est transmis depuis l'intérieur d'une structure rotative portant le milieu (14). 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une dépression est appliquée par l'intermédiaire d'un cylindre coucheur (226) afin que le fluide soit déplacé. 11. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le milieu est monté sur une courroie sans fin.