Brevet FR2578440A1 — publié le 19860912

" Dispositif comportant des membranes pour la s6paration d'une ou plusieurs substances." L'invention concerne un dispositif avec des membranes qui sont empilées à une certaine distance les uines des autres et qui comportent un perçage central interne, dispositif destiné à la séparation d'une ou plusieurs subs- tances à partir d'un mélange de substances, et qui comporte une adduction du mélange de substances ainsi qu'une évacua- tion des substances séparées de ce mélange ainsi que des restes de ce mélange de substances, par l'intermédiaire de raccordements sur deux plaques frontales, les membranes étant parcourues diamétralement par le mélange de substances et la (les) substance (s) étant évacuée centralement. Un tel dispositif est connu par le document DE-OS 28 11 826. Dans le cas de ce dispositif, les différen- tes cellules de membranes sont toutefois empilées à une distance constante les unes des autres. Chaque cellule de membrane est ancrée par l'intermédiaire de son bord externe dans une masse de coulée introduite en supplément dans la chambre, de sorte qu'un démontage ou un échange ultérieur n'est pas possible. Ce type de support implique en outre, toujours une enveloppe de compression sur laquelle adhère la masse de coulée. Ce mode de réalisation est très onéreux en temps et très coûteux. Le problème posé à l'invention consiste alors 2.- à réaliser un dispositif du type initialement mentionné de façon qu'il puisse être équipé avec des moyens simples pour la séparation de substances par osmose réversible, ultra- filtration, séparation de gaz ou pervaporation, et qu'il puisse être notamment mis en oeuvre pour le traitement d'eau chargée et/ou boueuse avec un risque important d'entartrage et d' encrassement' Ce problème est résolu conformément à l'inven- tion en ce que: a) les membranes sont montées sur des cadres de soutien com- portant des anneaux externes et internes, b) les anneaux externes et internes entourent des chambres permettant l'arrivée du mélange de substances le long des surfaces des membranes, c) les anneaux internes avec les évidements des membranes forment un canal central pour l'évacuation des substances séparées, d) une partie de la paroi externe est susceptible d'être constituée par l'ensemble des anneaux externes. D'autres formes de réalisation avantageuses et des compléments de l'invention sont caractérisés en ce que: le volume des chambres, ou bien la distance entre les membranes de chambres voisines contenant le fluide brut, est susceptible d'être réglé par l'épaisseur des an- neaux externes et internes associés l'un à l'autre pour une surface utile de membrane restant la même; les anneaux externes et internes de cadres de supports voisins d'appliquent l'un sur l'autre avec interpo- sition des membranes et/ou de joints d'étanchéité; entre les anneaux externes et internes est disposée une grille; la grille soutient, tout au moines dans les zones partielles, les membranes de chambres voisines contenant le fluide brut; la grille comporte sur des zones partielles, des saillies; 3.- Les anneaux externes comportent au moins sur une face frontale un joint d'étanchéité périphérique; Deux membranes peuvent respectivement être as- semblées pour constituer des poches de membranes qui sont séparées l'une de l'autre par une couche poreuse et qui sont étanchées à la périphérie au moyen d'une.bordure, la couche est susceptible d'être prévue avec une épaisseur croissant vers l'évidement;la couche peut être prévue, en outre, avec un disque résistant à la pression; un joint d'étanchéité est disposé sur le bord externe de l'anneau interne ou bien entre l'anneau interne et la membrane, une étanchéité est établie. U avantage particulier de l'invention réside en ce qu'il peut être tenu compte des modifications de vis- cosité du fluide brut ou bien du mélange de substances dd au prélèvement de permeat ou bien de substances par des modi- fications de sections transversales d'écoulement des cham- bres. Un autre avantage qui en résulte est que les modifica- tions de vitesse pouvant être ainsi obtenues se traduisent par des modifications de différences de pression et la durée de séjour du mélange de substances par exemple dans la zone de concentration élevée à la fin de la ligne de traitement peut être influencée. Il est également possible de régler l'évolution de la pression le long de la ligne de traitement de façon que vers la fin de cette ligne de traitement, un gain de pression puisse encore être obtenu avec une augmen- tation de la production des membranes. L'invention va être exposée plus en détail ci-après en se référant à deux exemples de réalisation se- lon les figures 1 à 9. Dans le dispositif représenté en coupe sur la figure 1, (pour des raisons de clarté les détails de construction des différentes chambres de fluide brut 6 ont été omis) un empilage avec des chambres de fluide brut 6 est bridé et branché en série entre deux plaques frontales -4. - 1 et 2 avec l'adduction 3 pour le fluide brut et les évacua- tions 4, 4' pour le permeat ou bien 5 pour le concentrat. Chaque chambre de fluide brut 6 est délimitée vers l'inté- rieur vers le canal central 4, 4' par un joint d'étanchéité en substance molle 7 ou bien 15 et vers l'extérieur par la zone de bordure du support de membrane ou cadre de support 8 (voir figures 2a à 2d). Les c8tés sont constituée par deux poches de membranes voisines 9 (voir figurés 2a à 2d). Les sections transversales d'écoulement des chambres de fluide brut 6 sont susceptibles d'être réduites de l'entrée à la sortie de l'empilage par l'introduction de supportsde membranes8 d'épaisseurs différentes. Cela est notamment avan- tageux dans le cas oh la viscosité du fluide brut ns se modifie pas ou bien ne se modifie que très peu du fait du prélèvement de permeat (4, 4'). Dans le cas opposé, il peut être même nécessaire, selon les circonstances, d'élargir l'intervalle et donc la section transversale d'écoulement. La grandeur absolue de la section transversale d'écoulement se détermine d'après la quantité de fluide brut à traiter et d'après ses propriétés. Les sections transversales d'écoulement peuvent être optimalisées à l'aide d'un pro- gramme de calculs pour tendre à un rendement maximal de permeat pour une énergie mise en oeuvre aussi réduite que possible et des intervalles de temps aussi longs que possi- ble entre les rinçages. Dans le cas représenté, les sec- tions transversales d'écoulement se modifient d'une chambre de fluide brut 6 à l'autre. Les différents cadres de soutien 8 empilés les uns sur les autres comportent dans leurs zones de bordures des joints d'étanchéité 10 grêce auxquels les chambres de fluide brut 6 sont étanchées vers l'extérieur sans enveloppe de protection supplémentaire. Pour le canal central 4, 4' aucun tube de garniture n'est nécessaire: le permeat s'écoule radialement à partir des différents poches de membranes 9 directement dans ce canal central. Les deux plaques fron- 5.- tales 1, 2, sont bridées ensemble avec interposition des chambres de fluide brut 6 (boulons passant à travers les perçages 11 répartis sur la périphérie). Des coupes respectives d'une moitié de cadres de soutien 8 et de poches de membrane 9 (indiquées à une certaine distance) sont représentées à titre d'exemples sur les figures 2a à 2d. La forme utilisée pour le dispositif selon la figure 1 est celle correspondant à la figure 2a. Le cadre de soutien 8 est constitué d'un anneau externe 12 et d'un anneau interne 13 entre lesquels est disposée une grille 14 ou bien un tissu à flet 21. Un joint d'étanchéité 1 5 (ou bien 7) en une substance molle sépare la chambre de fluide brut 6 du canal central 4, 4'. L'anneau externe 12 comporte une feuillure périphérique 16 servant d'appui pour le bord 17 (bord de collage) de la poche de membrane 9. La poche de membrane 9 est placée sur la grille 14, sur l'an- neau interne 13 et sur le joint d'étanchéité 15, de sorte que le perméat peut, sans difficulté, arriver depuis la face arrière des membranes 22, 23 à travers la couche poreu- se 24 à 27 par le canal central 4, 4', tandis que le fluide brut est empoché d'arriver dans ce canal central 4, 4' par le Joint d'étanchéité 15 en matière molle. Les poches de membranes 9 ont un évidement interne 29 qui correspond au diamètre interne de l'anneau interne 13 et qui délimite le canal central 4, 4'. La grille 14 peut, tout au moins à certains emplacements, comporter des saillies 18 qui soutiennent la poche de membrane 9. Sur sa face frontale supérieure, chaque anneau externe 12 comporte le joint d'étanchéité 10 s'éten- dant dans une rainure périphérique 19 (voir figure 1). Les figures 2b à 2d montrent des variantes de solutions par rapport à l'exemple selon la figure 2a, mais ces solutions du fait de l'absence du joint d'étanchéité 10 ne peuvent être mises en oeuvre que sous certaines réserves- sans enveloppe de bottier supplémentaire. Sur la figure 2b, 6.- l'anneau externe 12 ne comporte encore qu'un bord relevé, contre lequel le bord 17 de la poche de membrane 9 est ancré ou étanché par un emplacement de serrage 20. Dans le cas de l'exemple selon la figure 2c, ce bord relevé manque éga- lement, tandis que selon la figure 2d, la grille 14 est remplacée par un tissu. Les différentes parties 12, 13, 14 ou bien 21 du cadre de soutien 8, peuvent être montées sous forme de pièces individuelles ou bien être réalisées sous forme d'un ensemble (y compris le Joint d'étanchéité 15 en matière molle ou même encore avec le joint d'étanchéité 10), par exemple en étant moulées par injection. Sur la figure 3 est représentée une forme de réalisation particulière de la poche de membrane 9. Deux mem- branes 22, 23 s'étendent depuis le bord 17 vers le canal central 4, 4', ces membranes étant respectivement en contact avec -une chambre voisine 6 de fluide brut. A la différence des réalisations standards dans lesquelles les membranes 22, 23 sont maintenues à une distance constante l'une de l'autre au moyen d'un matériau poreux revêtant par exemple la forme de toisons 24, 25, on a ici une variation de l'épaisseur de ces toisons vers le canal central 4, 4' grâce à des toi- sons supplémentaires 26. De ce fait, un meilleur guidage du permeat est obtenu si cela est nécessaire. L'épaisseur d'une toison 24 à 26 est d'environ 0,15 mm. La figure 4 montre en vue de dessus un cadre de soutien 8 de forme carrée, tel que celui représenté sur la figure 2a. Sur la face supérieure de l'anneau externe 12, s'étend le joint d'étanchéité 10 et sur l'anneau interne 13 le Joint d'étanchéité 15 en matière molle. La grille 14 com- porte dans les deux coins placés diagonalement par rapport au canal central 4, 4' des saillies 18 servant à maintenir à une certaine distance ou bien à soutenir les parties des membranes 22 ou 23 placées en-dessous ou bien placées en- dessus. Le fluide brut s'écoule dans le cas présent depuis le dessus du plan de la figure dans la chambre de fluide 7.- brut 6 et circule ensuite dans la direction des deux flèches vers le coin opposé oh il s'écoule par l'évidement 28 dans la poche de membrane 9 à l'intérieur de la chambre de fluide brut placée au-dessous. Sur la figure 5 est représentée, à plus grande échelle et avec plus de détails de construction, une partie circulaire A de la coupe de la figure 1. On peut voir notam- ment l'empilage des différents cadres de soutien 8 avec l'étan- chement côté externe (joints d'étanchéité 10) sur les an- neaux externes 12, ainsi que la disposition de la grille 14 de la poche de membrane 9. Les chambres 6 remplies de fluide brut sont alimentées les unes derrière les autres, les po- ches de membranes 9 sur la figure 6 étant à cet effet res- pectivement décalées de 180 , de sorte que grâce à l'évilde- ment 28 (voir figure 4), il y a toujours un débordement vers la chambre de fluide brut 6 immédiatement suivante. Pour un montage en série des chambres de fluide brut 6, et pour une forme carrée des cadres de soutien 8, les poches de membranes 9 ont la forme représentée sur la figure 6. Un coin 26 est éliminé pour constituer un évide- ment 28. Si les chambres de fluide brut 6 doivent 8tre ali- mentées en parallèle et sous forme de paquets, alors on en- lève deux coins diamétralement opposes de la poche de mem- brane 9 selon la figure 7 pour créer des orifices de passage. Sur la figure 8 est représentée une autre partie interne B faisant partie de la zone du canal central 4, 4' de la figure 1. Les anneaux internes 13 des cadres de soutien 8, ainsi que les Joints d'étanchéité 15 en matiè- re molle délimitent les chambres de fluide brut 6 par rap- port au canal central 4, 4'. Entre eux sont placies respec- tivement des poches de membranes 9du type déjà décrit, mais avec des membranes 22, 23 s'étendant parallèlement l'une à l'autre. Les toisons 24/25 permettent le passage du per- meat à partir de la face arrière de la membrane 22/23 dans le canal central 4, 4'. Les bords internes des grilles 14 8.- (dans la mesure o toutes les pièces ne sont pas moulées par injection d'un seul tenant) sont maintenus par les joints d'étanchéité 15 en matière molle. Dans le mode de réalisation selon la figure 9, qui correspond en principe à celui de la figure 1 et qui comporte simplement en supplément une enveloppe externe 31, une garniture 32 pour le canal central 4, 4' ainsi que deux plaques frontales d'impact 33, 34, l'adaptation de la section transversale d'écoulement au fluide brut est réalisée par l'intermédiaire de la hauteur de canal différente des poches de membranes 9 alimentées en parallèle par paquets. Le per- meat s'écoule dans le canal central 4, 4' par des orifices ménagés régulièrement dans l'enveloppe de la'garniture 32. De plus, une chambre collectrice peut être prévue autour de la garniture. 9.- REVENDICATIONS R E V E N D I C à T I 0 X S 1.- Dispositif avec des membranes qui sont empilées à une certaine distance les unes des autres et qui comportent un perçage central interne, dispositif des- tiné à la séparation d'une ou plusieurs substances à partir d'un mélange de substances, et qui comporte une adduction du mélange de substances ainsi qu'une évacuation des subs- tances séparées de ce mélange ainsi que des restes de ce mélange de substances, par l'intermédiaire de raccordements sur deux plaques frontales, les membranes étant parcourues diamétralement par le mélange de substances et la (les) substance (s) étant évacuée centralement, dispositif carac- térisé en ce que s a) les membranes (9; 22, 23) sont montées sur des cadres de soutien (8) comportant des anneaux externoe et internes(12, 13), b) les anneaux externeset internes(12, 13) délimitent des chambres (6) permettant l'arrivée du mélange de substances le long des surfaces des membranes (9; 22, 23), c) les anneaux internes (13)avec les évidements (29) des mem- branes (9; 22, 23) formeant un canal central (4, 4') pour l'évacuation des substances séparées, d) une partie de la paroi externe est susceptible d'être constituée par l'ensemble des anneaux externes (12). 2.- Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le volume des chambres (6), ou bien la distance entre les membranes (22, 23) de chambres voisines (6) contenant le fluide brut, est susceptible d'être réglé par l'épaisseur des anneaux externes et internes associés l'un à l'autre (12, 13) pour une surface utile de membrane restant la même. 3.- Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 et 2, caractérisé en ce que les anneaux exter- nes et internes (12, 13) de cadres de supports voisins (8) s'appliquent l'un sur l'autre avec interposition des membranes 10. (22, 23) et/ou de Joints d'étanchéité (10, 15). 4.- Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce qu'entre les anneaux ex- ternes et internes (12, 13) est disposée une grille (14). 5.- Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 4, caractérisé en ce que la grille (14) soutient, tout au moins dans les zones partielles, les mem- branes (22, 23) de chambres voisines (6) contenant le flui- de brut. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 5, caractérisé en ce que la grille (14) comporte sur des zones partielles, des saillies (18). 7.- Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 6, caractérisé en ce que les anneaux ex- ternes (12) comportent au moins sur une face frontale (19) un joint d'étanchéité périphérique (10). 8.- Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 7, caractérisé en ce que deux membranes (22, 23) peuvent respectivement être assemblées pour constituer des poches de membranes (9) , qui sont séparées l'une de l'autre par une couche poreuse (24 à 27) et qui sont étan- chées à la périphérie au moyen d'une bordure. 9.- Dispositif selon la revendication 8, ca- ractérisé en ce que la couche (24 à 27) est susceptible d'être prévue avec une épaisseur croissant vers l'évidement (29). 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la couche (24 à 27) peut être prévue en outre, avec un disque (30) résistant à la pression. 11.- Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'un joint d'étan- chéité (15) est disposé sur le bord externe de l'anneau interne (13) ou bien qu'entre l'anneau interne (13) et la membrane (22, 23) une étanchéité est établie.