Brevet FR2587234A1 — publié le 19870320

L'invention se rapporte à un concentrateur com- prenant une cuve dans laquelle tourne un tambour de con- centration et qui est équipé de moyens permettant d'in- troduire le produit à concentrer dans le concentrateur et de décharger le produit concentré et le filtrat du concentrateur. Les machines de ce type sont actuellement extrê- mement répandues, en particulier, dans les industries de la pate à papier et du papier. En général, ces machines sont utilisées pour extraire l'eau d'un mélange d'eau et de matières solides tout en maintenant le mélange dans un état tel qu'il puisse encore être pompé, de manière que le mélange puisse être envoyé à un point successif aussi facilement que possible. Ces machines sont plus particulièrement destinées à séparer les matières soli- des d'un liquide. Jusqu'à présent, la concentration s'effectue classiquement dans une machine dans laquelle un mélange dilué de liquide et de matières solides est refoulé dans un bassin situé à l'extérieur d'un tambour qui tourne au- tour de son axe. Le liquide filtré s'écoule à travers une couche formée par les matières solides et par une toile filtrante située à l'intérieur du tambour, d'o il s'écoule ensuite dans une cuve prévue pour le recevoir. La différence de pression nécessaire pour la concentra- tion est produite en maintenant le niveau du liquide à l'extérieur du tambour à un niveau plus élevé qu'à l'in- térieur du tambour. A son maximum, la différence de pres- sion dans ces machines est de 0,5 fois le diamètre du tambour (mesurée en hauteur de colonne liquide) et la surface de filtration est au maximum de 50 % de la surfa- ce du tambour. Ces particularités sont quelques-uns des inconvénients de la machine, parce que le rendement de la machine n'est pas aussi bon que cela serait possible. Dans les machines connues, la toile filtrante est lavée par pulvérisation d'eau de l'extérieur du tambour vers l'intérieur, c'est-à-dire dans le même sens que le fil- trat lorsqu'il traverse la toile. En pratique, ce mode opératoire est désavantageux parce que la couche de ma- tières solides qui adhère à la surface de la toile est en même temps comprimée contre la toile. Un exemple de telles machines connues serait la machine décrite dans le mémoire de brevet finlandais 32 541. Le but de l'invention est de réaliser une machi- ne qui évite les inconvénients des machines déjà con- nues. Ce résultat est obtenu par une machine selon l'in- vention qui est caractérisée en ce que le produit à con- centrer est introduit d'une façon connue en soi, dans le tambour de concentration à travers une extrémité de la cuve, de sorte que les matières solides contenues dans le produit à concentrer forment une couche filtrante con- nue en soi sur la face interne de la robe du tambour de concentration, le filtrat issu du produit à concentrer s'écoulant d'une façon connue en soi de l'intérieur du tambour de concentration vers l'extérieur à travers la paroi filtrante pour pénétrer dans la cuve; en ce qu'au moins une cloison divisant le volume intérieur du tam- bour de concentration en compartiments successifs dans la direction axiale est montée en position fixe dans le tambour de concentration, cette cloison étant munie d'au moins une ouverture pour l'écoulement du produit à con- centrer et d'au moins une ouverture pour l'écoulement de l'air dans la direction longitudinale du tambour de con- centration; et en ce que le produit concentré est dé- chargé du tambour de concentration à travers un trop- plein prévu à une extrémité de la cuve. Un avantage de la machine selon l'invention con- siste dans son rendement élevé, du fait que la différen- ce de pression régnant dans le concentrateur peut être facilement portée à une valeur de 1,6 à 1,8 fois plus élevée. En même temps, la surface de filtration est por- tée à environ 75 % de la surface du filtre. Un très grand avantage de la machine selon l'invention, consiste en ce que la surface de filtration peut-être multipliée par un facteur de 2 à 4, comparativement à une machine de mime taille déjà connue. En outre, on obtient une grande surface de filtration par unité de volume, de sor- te que le concentrateur peut être mis sous pression d'une façon très avantageuse. L'invention sera décrite de façon plus détail- lée ci-après à propos de certaines formes préférées de réalisation illustrées par les dessins annexés sur les- quels, la figure 1 est une vue générale de c8té d'une forme de réalisation d'un concentrateur selon l'inven- tion; la figure 2 est une vue en coupe du concentra- teur de la figure 1, prise selon la ligne Il-II tracée sur la figure 1; la figure 3 est une vue générale de côté d'une autre forme de réalisation du concentrateur selon l'in- vention; la figure 4 est une vue en coupe du concentra- teur de la figure 3, prise selon la ligne IV-IV tracée sur la figure 3; la figure 5 représente un détail de construc- tion du tambour de concentration du concentrateur des fi- gures 1 et 2 et le fonctionnement de ce tambour; et la figure 6 représente un détail de construc- tion du tambour de concentration du.concentrateur des fi- gures 3 et 4 et son mode de fonctionnement. Dans la forme de réalisation des figures 1 et 2, la référence 1 désigne une cuve et la référence 2 dé- signe le tambour de concentration proprement dit. Le tam- bour de concentration est muni d'extrémités ouvertes et il est monté pour tourner dans la cuve 1, laquelle entou- re l'arbre du tambour. Le tambour de concentration 2 est entratné en rotation au moyen du moteur 3 dans le sens représenté par la flèche N. Les extrémités du tambour de concentration 2 sont fermées par des joints d'étanchéité annulaires 4 et 5. Ces joints 4 et 5 peuvent être, par exemple, des joints à rainure en V ou des joints plats. Le concentrateur comprend en outre des moyens servant à introduire le produit à concentrer dans le concentrateur et des moyens correspondants pour décharger le produit et le filtrat du concentrateur après la phase de concen- tration. Une entrée pour le produit à concentrer est in- diquée par la flèche K, une sortie pour le produit con- centré par la flèche L, et la sortie du filtrat par la flèche M. Selon l'invention, un mélange, qui possède de préférence une teneur en matières solides de moins de 2 %, est introduit par l'extrémité de la cuve 1 dans le volume intérieur du tambour de concentration 2 pour y su- bir une concentration. Les matières solides contenues dans le mélange forment de cette façon une couche fil- trante 6 connue en soi sur la surface interne du tambour de concentration 2. En raison de la position du produit à concentrer, le filtrat séparé du produit tend à s'écou- ler à travers la paroi filtrante du tambour de concentra- tUon 2 de IPintérieur du tambour vers l'extérieur, de sor- te que le filtrat se rassemble au fond de la cuve 1. Une différence de pression Ap qui est d'une importance vita- le pour la filtration, est également indiquée sur la fi- gure 2. Ainsi qu'il ressort de cette figure, cette dif- férence de pression peut être portée à une valeur très élevée, comparativement aux solutions connues. La même observation est valable pour la surface de filtration disponible. Selon l'invention, le produit concentré est déchargé du tambour de concentration 2 à travers un trop-plein 7 prévu à une extrémité de la cuve 1, de pré- férence à son extrémité supérieure. Selon l'invention, au moins une cloison 9 est prévue & l'intérieur du tambour de concentration 2 pour tourner avec ce tambour, et divise le volume intérieur du tambour de concentration en des compartiments succes- sifs dans la direction axiale. Cette ou ces cloison(s) 9 permet(tent) de mattriser entièrement l'écoulement du produit à concentrer d'une extrémité du concentrateur à l'autre, de sorte que les conditions de fonctionnement du concentrateur sont considérablement améliorées compa- rativement à la technique antérieure. Le principe des cloisons consiste à empêcher le brassage dans la direc- tion axiale du tambour de concentration, de sorte que la consistance des matières solides s'accroit continuelle- ment sur toute la longueur du tambour de concentration. Toutefois, il est évident que les cloisons 9 doivent être munies d'ouvertures pour le passage du produit à concentrer et de l'air, puisque la machine ne travaille- rait pas de la façon désirée en l'absence de telles ou- vertures d'écoulement du produit et que, en l'absence d'ouvertures d'écoulement de l'air, la pression ne serait pas équilibrée dans le tambour de concentration 2. Les ouvertures d'écoulement du produit peuvent être prévues dans -la cloison 9 de différentes façons, ainsi qu'on le décrit plus bas. Les ouvertures destinées à l'écoulement de l'air doivent au contraire être placées sur la périphérie extérieure de la cloison 9, parce qu'elles doivent être disposées au-dessus de la surface libre du liquide afin que la pression puisse être équili- brée d'une façon avantageuse. Il s'est révélé extrêmement avantageux dans le concentrateur selon l'invention de former le tambour de concentration 2 en montant une toile filtrante connue en soi, notamment une toile métallique, sur la structure de carcasse du tambour, de sorte que la dimension des ouver- tures de la toile, ainsi que les autres propriétés de la toile peuvent ainsi être choisies de façon à s'adapter au résultat à obtenir dans chaque cas particulier. En ou- tre, il est prévu une toile d'appui tendue sur la toile filtrante, laquelle toile d'appui possède une résistance telle que le tambour de concentration puisse être rempli du mélange de liquide et de matières solides à concen- trer alors que la cuve 1 est entièrement vide. Les figures 3 et 4 montrent à leur tour une au- tre forme préférée de réalisation du concentrateur selon l'invention. Cette forme de réalisation correspond à cel- le des figures 1 et 2 dans toutes ses parties essentiel- les. La différence essentielle réside dans le fait que la cuve 21 de la forme de réalisation -des figures 3 et 4 est mise sous pression. Le tambour de concentration22 est entratné en rotation au moyen d'un moteur 23. Les ex- trémités du tambour de concentration 22 sont fermées au moyen de joints d'étanchéité 24 et 25. L'introduction du produit à concentrer est indiqué par la flèche K ' et, de même, les sorties du produit qui a été concentré et du filtrat sont désignées respectivement par les flèches L' et M'. Le sens de rotation du tambour est à son tour in- diqué par la flèche N'. En principe, le mélange de liquides et de mati- ères solides est introduit dans le tambour 2 de la même façon que dans la forme de réalisation des figures 1 et 2, de sorte qu'il se forme une couche filtrante 26 con- nue en soi sur la face interne du tambour de concentra- tion 22. L'écoulement du filtrat se produit de la même façon qu'on l'a décrit plus haut en regard des figures 1 et 2. Une différence de pression A p est également indi- quée sur la figure 4. Le produit qui a été concentré sort de même du tambour en passant par le trop-plein 27. Selon l'invention, la surface filtrante du tam- bour peut être très fortement agrandie,au point de repré- senter plusieurs fois celle des machines de la technique antérieure. Cet agrandissement de la surface filtrante peut être obtenu, par exemple, en munissant la paroi fil- trante du tambour de filtration d'une surface plissée. Cette forme de réalisation est représentée sur les figu- res 3 et 4. A tous autres égards, la structure du tam- bour de filtration 22 est identique à celle qui a été dé- crite plus haut en regard des figures i et 2. Il est pré- vu & l'intérieur de ce tambour au moins une cloison 29 qui tourne avec le tambour 22, laquelle cloison divise le volume intérieur du tambour dans la direction axiale en compartiments successifs de la même façon qu'on l'a décrit à propos de la forme de réalisation des figures 1 et 2. Les ouvertures d'écoulement pour le produit à con- centrer et pour l'air peuvent être placées de la même fa- son que dans la forme de réalisation des figures 1 et 2. Naturellement, les cloisons de cette forme de réalisa- tion travaillent de la même façon qu'on la décrit an re- gard des figures 1 et 2. Les ouvertures d'écoulement des cloisons 9, 29 peuvent être disposées de différentes façons, ainsi qu'on l'a mentionné plus haut. Différentes variantes sont représentées schématiquement sur les figures 5 et 6. Une ou plusieurs ouvertures peuvent être placées sen- siblement au centre de la cloison ou des cloisons pour donner passage à la majeure partie du produit contenue dans le tambour de concentration. L'ouverture ou les ou- vertures d'écoulement de l'air est ou sont disposée(s) sur la périphérie extérieure de la cloison ou des cloi- sons, de sorte qu'elle(s) se trouve(nt) par intermitten- ce au-dessus de la surface libre du liquide pendant la rotation du tambour, en permettant ainsi à l'air de pas- ser de l'autre côté de la cloison. Toutefois, l'ouvertu- re ou les ouvertures d'écoulement du produit à concen- trer et de l'air peut -ou peuvent également être pla- cée(s) sur la périphérie extérieure de la cloison 9, 29. Ces ouvertures peuvent également être uniformément répar- ties sur toute la surface de la cloison ou des cloisons 9, 29, de sorte que les ouvertures situées sur la péri- phérie extérieure de la cloison servent d'ouvertures d'écoulement de l'air lorsqu'elles sont situées au-des- sus de la surface libre du produit à concentrer. Sur les figures 5 et 6, l'écoulement du produit à concentrer et l'écoulement de l'air à travers des ouvertures situées en différentes positions sont illustrés par des flèches. L'écoulement du produit à concentrer, c'est-à-dire, du mélange de liquide et de matières solides est indiqué par les flèches NV et l'écoulement de l'air par les flè- ches IV. Le concentrateur selon l'invention comprend en outre des moyens de pulvérisation 8, 28 connus en soi qui sont placés à l'extérieur du tambour de concentra- tion 2, 22, au niveau de la partie supérieure de ce tam- bour. Ces moyens de pulvérisation 8, 28 servent à pulvé- riser un liquide de nettoyage sur la paroi filtrante du tambour de concentration 2, 22, ce liquide pouvant être, par exemple, de l'eau ou le filtrat issu du concentra- teur. Ce liquide de nettoyage est particulièrement effi- cace en raison du fait que la couche 6, 26 formée par les matières solides ne tend pas à être poussée à tra- vers la surface. Le sens de l'écoulement du liquide de nettoyage est ainsi inversé comparativement au sens de l'écoulement du filtrat. De cette façon, la surface fiI- trante est nettoyée de façon extrêmement efficace. Un autre avantage de la construction selon l'in- vention consiste en ce que le niveau de déversement du trop-plein 7, 27 peut facilement être rendu réglable dans la direction verticale. Cette possibilité de régla- ge est indiquée par les flèches H, H' sur les figures des dessins. Le concentrateur selon l'invention travaille es- sentiellement de la façon suivante. Lorsque la quantité de produit refoulé dans le tambour de concentration 2, 22 et qu'il s'agit de concentrer dans ce tambour, de- vient supérieure à la quantité de filtrat déchargé, qui traverse la surface du tambour, le niveau du liquide & l'intérieur du tambour de concentration commence à s'éle- ver. Le niveau du liquide continue à s'élever jusqu'à ce qu'il atteigne le niveau de déversement du trop-plein 7, 27, prévu à une extrémité de la cuve. Le produit qui a été concentré passe par une ouverture de tropplein pour parvenir au traitement suivant. Le filtrat qui s'est égoutté dans la cuve est immédiatement évacué. La couche filtrante 6, 26 formée par les matières solides sur la face interne du tambour de concentration 2 tombe par gra- vité pendant la rotation du tambour et-se mélange au con- tenu du tambour. La surface filtrante du tambour de concentra- tion 2, 22 est lavée, de sa face externe vers l'inté- rieur, à l'aide des moyens de pulvérisation 8, 28, de sorte que la couche filtrante 6, 26 qui adhère à la face interne du tambour de filtration se détache et tombe vers le bas. Il est particulièrement facile de rendre plus efficace le décollement de la couche filtrante 6, 26 et le nettoyage de la toile métallique en créant une légère dépression dans la partie supérieure du tambour de concentration au moyen d'un ventilateur, de manière que l'air ou le gaz s'écoule en sens inverse du sens de la filtration. De cette façon, la toile formant la surfa- ce filtrante est maintenue propre même lorsqu'il s'agit de matières difficiles à traiter. Le ventilateur qui crée la dépression peut être raccordé, par exemple, à un point de raccordementlO (figure 1). La consistance du produit qui est déchargé du concentrateur par le trop-plein peut facilement être ré- glée par variation de la vitesse de rotation du tambour. En accroissant la vitesse de rotation du tambour, on aug- mente la quantité de filtrat en même temps qu'on réduit le débit de trop-plein, c'est-à-dire que le produit de- vient plus consistant. Au moyen du concentrateur selon l'invention, on peut élever la consistance finale à n'im- porte quelle valeur voulue pourvu que le produit soit en- core sous la forme liquide. La différence de pression utilisée dans le con- centrateur peut également être réglée par variation de la position du niveau de trop-plein ou, si nécessaire, par réglage du niveau du liquide du filtrat contenu dans la cuve 1. Dans les conditions normales, la cuve 1 est presque vide. A son maximum, la différence de pression A p peut être de 0,8 fois le diamètre du tambour. Dans un tel cas, la cuve 1 est vide. Les formes de réalisation décrites ci-dessus ne doivent aucunement être considérées comme limitatives de l'invention mais, au contraire, elles peuvent être modi- fiée de différentes façons tout en restant dans le domai- ne de l'invention. Il est donc facile de comprendre que le filtre ou les différentes parties de ce filtre ne doi- vent pas nécessairement être exactement analogues à cel- les représentées sur les figures mais qu'il est égale- ment possible d'adopter d'autres formes de réalisation. On peut également adopter une surface plissée pour le cy- lindre de filtration également dans la forme de réalisa- tion qui n'est pas mise sous pression et, de même, on peut utiliser une surface lisse dans la forme de réalisa- tion comportant une mise sous pression, si ces modifi- cations sont considérées comme nécessaires. En outre, il est évident que la cuve et le tambour de concentration peuvent être équipés des éventuels raccordements de sor- tie d'air et de dépression en des points appropriés pour les objectifs visés et pour la construction dans chaque cas particulier. Naturellement, la ou les cloison(s) peut ou peuvent être fixée(s) au tambour de concentra- tion de n'importe quelle façon appropriée. C'est ainsi que les cloisons peuvent être supportées, par exemple, par un support central monté sur l'axe de symétrie du tambour, de sorte qu'une fente peut ainsi être ménagée entre la périphérie extérieure des cloisons et la face interne du tambour, cette fente formant alors une ouver- ture d'écoulement pour le produit et pour l'air, selon sa position. Toutefois, il est également possible de fixer la périphérie des cloisons à la face interne du tambour. Naturellement, dans ce cas, il est nécessaire de munir les cloisons d'ouvertures pour l'écoulement du produit et de l'air. On peut librement combiner des cloi- sons possédant différentes sortes d'ouvertures d'écoule- ment dans un seul et même tambour de concentration. Les formes de réalisation représentées sur les figures 5 et 6 représentent des exemples d'utilisation de différentes sortes de cloisons. D'un autre c8té, le nombre des cloi- sons n'est aucunement limité mais il peut au contraire être choisi entièrement librement. R E V E N D I C A T IONS 1 - Concentrateur comprenant une cuve (1, 21) dans laquelle tourne un tambour de concentration (2, 22), et qui est muni de moyens permettant d'introduire le produit à concentrer dans le concentrateur et de dé- charger le produit concentré et le filtrat du concentra- teur, caractérisé en ce que le produit & concentrer est introduit d'une façon connue en soi dans le tambour de concentration (2, 22) & travers une extrémité de la cuve (1, 21), de sorte que les matières solides contenues dans le produit à concentrer forment une couche filtran- te (6, 26) connue en soi sur la face interne de la robe du tambour de concentration (2, 22), le filtrat issu du produit à concentrer s'écoulant d'une façon connue en soi de l'intérieur du tambour de concentration (2, 22) vers l'extérieur à travers la paroi filtrante pour péné- trer dans la cuve (1, 21); en ce qu'au moins une cloi- son j94 29i adivisant le volume intérieur du tambour de concentration en compartiments successifs dans la direc- tion axiale est montée solidairement dans le tambour de concentration (2, 22), cette cloison étant munie d'au moins une ouverture pour l'écoulement du produit à con- centrer et d'au moins une ouverture pour l'écoulement de l'air dans la direction longitudinale du tambour de con- centration (2, 22); et en ce que le produit concentré est déchargé du tambour de concentration (2, 22) en pas- sant par un trop-plein (7,27)prévu à une extrémité de la cuve (1, 21). 2 - Concentrateur selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que l'ouverture ou les ouvertures d'au moins une cloison (9, 29), prévue(s) pour l'écoulement de la majeure partie du produit contenu dans le tambour de concentration (2, 22) et qu'il s'agit de concentrer dans ce tambour est ou sont essentiellement placée(s) au centre de la cloison (9, 29) et en ce que l'ouverture ou les ouvertures prévue(s) pour l'écoulement de l'air con- tenu dans le tambour de concentration (2, 22) est ou sont située(s) sur la périphérie extérieure de la cloi- son (9, 29). 3 - Concentrateur selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que l'ouverture ou les ouvertures d'au moins une cloison (9, 29), prévue(s) pour l'écoulement du produit & concentrer et de l'air contenu dans le tam- bour de concentration (2, 22) est ou sont située(s) sur la périphérie extérieure de la cloison (9, 29). 4 - Concentrateur selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les ouvertures prévues dans au moins une cloison (9, 29) pour l'écoulement du produit à con- centrer et de l'air contenu dans le tambour de concentra- tion (2, 22) sont uniformément réparties sur toute la surface de la cloison (9, 29) de telle manière que les ouvertures situées sur la périphérie extérieure de la cloison (9, 29) servent d'ouvertures d'écoulement de l'air lorsqu'elles sont situées au-dessus de la surface libre du liquide du produit à concentrer. - Concentrateur selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 4, caractérisé en ce que la paroi fil- trante du tambour de concentration (2, 22) est formée par une toile filtrante connue en soi, qui est placée sur la structure de carcasse du tambour et d'une toile d'appui tendue sur la toile filtrante. 6 - Concentrateur selon la revendication 5, ca- ractérisé en ce que la paroi filtrante du tambour de con- centration (2, 22) est munie d'une surface plissée con- nue en soi. 7 - Concentrateur selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens de pulvérisation (8, 28) connus en soi sont mon- tés à l'extérieur du tambour de concentration (2, 22), à l'extrémité supérieure de ce tambour, pour projeter un liquide de nettoyage sur la paroi filtrante du tambour de concentration (2, 22) dans le sens inverse du sens de l'écoulement du filtrat. 8 - Concentrateur selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le niveau de déversement du trop- plein (7, 27) est réglable dans la direction verticale.