Brevet FR2586363A1 — publié le 19870227

La présente invention concerne la séparation des suspensions finement dispersées par filtration et a notamment pour objet un procédé de filtration d'une suspension sous pression et un filtre pour sa mise en oeuvre. Le procédé revendiqué et le filtre pour sa mise en oeuvre trouvent des applications notamment dans l'industrie chimique, la métallurgie des métaux non ferreux. On connaît déjà un procédé de filtration de suspensions sous pression et un filtre pour sa mise en oeuvre (V.A. Zhuzhikov, Filtration, Moscou, Editions "Khimiya", 1971, p. 363). Ce procédé connu comprend la filtration d'une suspension de substance de filtration auxiliaire sous pression sur des éléments filtrants disposés verticalement, en vue de la formation sur ceux-ci d'une couche rapportée hydrauliquement, avec filtration subséquente, sur eux, de la suspension que l'on se propose de séparer. L'évacuation du filtrat qui se forme au cours de la première et de la seconde étape est réalisée dans le sens opposé à celui des forces de gravité agissant sur ledit filtrat. Le filtre destiné à la mise en oeuvre du procédé connu considéré comprend un corps avec un couvercle et une chambre dans laquelle s'effectue la filtration, un raccord monté sur le corps et servant à l'introduction de la suspension dans la chambre, des éléments filtrants disposés verticalement dans celle-ci et dans la partie supérieure desquelles est disposé un collecteur communiquant avec leurs cavités et assurant l'évacuation du filtrat de dessus les éléments filtrants. La suspension à séparer sous pression est admise sur les éléments filtrants disposés verticalement. La phase liquide de la suspension, sous l'action de la pression, traverse la couche rapportée de substance filtrante auxiliaire, passe à l'intérieur de l'élément filtrant et remonte par sa cavité supérieure pour être évacuée à travers le collecteur. Le dépôt est retenu à la surface des éléments filtrants. Au cours de la filtration de la suspension, il importe de maintenir une pression voisine de la pression maximale, grâce à quoi se réalise l'évacuation du filtrat. Quand on conduit les opérations dans ces conditions, les dépenses d'énergie augmentent et leur efficacité baisse. Le filtre proposé pour la mise en oeuvre dudit procédé est incommode en service étant donné qu'il est compliqué de nettoyer la cavité des éléments filtrants, qui ne comportent pas de conduit d'écoulement dans leur partie inférieure. A cours de leur utilisation, dans leur cavité, de pair avec le filtrat, pénètrent des particules de dépôt qui la polluent, ce qui conduit à une baisse du débit moyen du filtre. On connaît aussi un autre procédé de filtration d'une suspension sous pression et un filtre pour sa mise en oeuvre (brevet US n0 3 447 690). Ce procédé comprend la filtration d'une suspension de substance filtrante auxiliaire sur des éléments filtrants disposés verticalement, jusqu'à formation, sur ceux-ci, d'une couche rapportée hydrauliquement, avec évacuation simultanée du filtrat et filtration subséquente, sur les éléments filtrants, de la suspension, suivie de l'éva- cuation du filtrat formé. L'évacuation du filtrat lors de l'application de la couche rapportée hydrauliquement et de la fitration se fait dans le sens d'action des forces de gravité. Le filtre destiné à la fabrication de la suspension comporte avec un couvercle et une chambre dans laquelle s'effectue la filtration, un dispositif destiné à l'introduction de la suspension dans la chambre, des éléments filtrants disposés verticalement dans celle-ci et dans les parties inférieures desquels sont disposés des raccords et un collecteur communiquant avec ces raccords, assurant l'évacuation du filtrat de dessus les éléments filtrants et réuni à un dispositif d'évacuation du filtrat hors de la chambre, monté sur ledit corps. Lors de l'évacuation du filtrat dans le sens d'action des forces de gravité, la couche, rapportée hydrauliquement, de substance filtrante auxiliaire à la surface des éléments filtrants est d'épaisseur variable. A la partie inférieure d'un élément filtrant la perte de charge lors de la filtration est plus élevée que dans sa partie supérieure, la différence étant égale à la valeur de la pression hydrostatique de la colonne de suspension, ce qui se manifeste particulièrement lors de l'application de la couche rapportée hydrauliquement, lorsque la perte de charge globale de filtration est faible. L'épaisseur de la couche rapportée hydrauliquement dans la partie supérieure des éléments filtrants est inférieure à l'épaisseur requise, ce qui compromet la qualité du filtrat.Une augmentation de l'épaisseur de la couche rapportée hydrauliquement compromet la qualité du filtrat, réduit la vitesse de filtration, en d'autres mots, détériore l'efficacité du procédé. En outre, si la perte de charge lors de la filtration à l'instant initial est inférieure à 0,02 MPa, ce qui correspond à la pression hydrostatique de la colonne de suspension, égale à la hauteur des éléments filtrants, le niveau de la suspension dans la chambre du filtre baisse et, dans la partie supérieure des éléments filtrants, la couche rapportée hydrauliquement est entraînée par lavage, ce qui compromet la qualité du filtrat. On s'est donc proposé de créer un procédé de filtration d'une suspension sous pression par modification du sens d'évacuation du filtrat lors de l'application de la couche rapportée hydrauliquement, et de créer un filtre pour sa mise en oeuvre en disposant à la partie supérieure des éléments filtrants un collecteur additionnel assurant une capacité (un débit) plus élevé (e) en même temps qu'une haute qualité du filtrat. La solution à ce problème consiste en un procédé de filtration d'une suspension sous pression, comprenant la filtration d'une suspension de substance filtrante auxiliaire sur des éléments filtrants disposés verticalement, jusqu'à formation, sur ceux-ci, d'une couche rapportée hydrauliquement, avec évacuation simultanée du filtrat et filtration subséquente, sur les éléments filtrants, de la suspension et évacuation du filtrat formé, caractéris#,suivant l'invention, en ce que l'évacuation du filtrat, lors de la formation de la couche rapportée hydrauliquement, est effectuée dans le sens opposé à celui de l'action des forces de gravité agissant sur ledit filtrat. L'invention a également pour objet un filtre pour la mise en oeuvre dudit procédé, dans lequel, à la partie supérieure des éléments filtrants, est disposé coaxialement au collecteur disposé à la partie inférieure des éléments filtrants, un collecteur auxiliaire pour l'élimination du filtrat de dessus les éléments filtrants, lesquels sont munis, à leur partie supérieure, de raccords qui communiquent avec leurs cavités et avec le collecteur auxiliaire, ce dernier communiquant à son tour avec un dispositif de sortie destiné à l'évacuation dudit filtrat et monté sur ledit corps. L'évacuation du filtrat dans une telle direction et l'installation, à cet effet, dans le filtre, d'un collecteur auxiliaire permettent d'obtenir une couche rapportée hydrauliquement d'une épaisseur uniforme sur l'ensemble de la surface des éléments filtrants, de pair avec une faible consommation de substance filtrante auxiliaire. L'épaisseur optimale de la couche filtrante rapportée hydrauliquement assure une augmentation du débit moyen du filtre de 10 à 15 % allant de pair avec une haute qualité du filtrat obtenu au cours de la filtration subséquente. Lors de la filtration de la suspension, l'évacuation du filtrat est réalisée dans le sens d'action des forces de gravité sur ledit filtrat. Toutefois, pour augmenter l'efficacité du procédé conforme à l'invention, il est avantageux d'exécuter la filtration de la suspension en évacuant le filtrat dans le sens opposé à celui de l'action des forces de gravité agissant sur ledit filtrat, jusqu'à établissement d'une pression dans les limites de 0,02 à 0,04 MPa. Ce changement du sens d'évacuation du filtrat préconisé par les inventeurs du présent procédé permet de réduire les pertes de charge à un niveau modéré, ce qui permet de réduire la consommation d'énergie. L'évacuation du filtrat dans le sens d'action des forces de gravité facilite une évacuation efficace du dépôt hors de la cavité intérieure des éléments filtrants, et rend inutile un nettoyage complémentaire, ce qui simplifie l'exploitation du filtre. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant différents modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement une vue de devant du filtre conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en plan du filtre de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe suivant III-III de la figure 2. On décrira d'abord deux exemples concrets mais non limitatifs de mise en oeuvre du procédé de l'invention. Exemple 1 On prépare dans une capacité munie d'un dispositif de brassage une suspension à partir d'une saumure de chlorure de sodium et d'une substance filtrante auxiliaire telle que la cellulose en poudre introduite 2 à raison de 1 kg par m de surface filtrante. On admet la suspension ainsi préparée, au moyen d'une pompe d'un débit de 3 à 5 m3/m2.h, dans un filtre à éléments filtrants disposés verticalement. Ensuite on effectue sa filtration pendant 1 heure jusqu'à la formation d'une couche rapportée hydrauliquement à la surface des éléments filtrants, étant entendu par ailleurs que l'évacuation du filtrat est effectuée dans le sens opposé à celui de l'action des forces de gravité sur ledit filtrat. La pression dans le filtre augmente de 0,01 MPa jusqu'à 0,04 - 0,05 MPa. Après la formation de la couche filtrante rapportée hydrauliquement, on envoie dans le filtre de la saumure de chlorure de sodium et on effectue sa filtration pendant 24 heures en évacuant simultanément le filtrat dans le sens d'action des forces de gravité sur ledit filtrat. La pression dans le filtre augmente jusqu'à 0,3 - 0,4 MPa et on cesse la filtration. Le débit moyen du filtre au cours 32 d'un cycle est de 1 à 2 m /m h, le filtrat obtenu est de bonne qualité. Exemple 2 On prépare dans une capacité munie d'un dispositif de brassage une suspension d'une solution d'aluminate et d'une substance filtrante auxiliaire telle que la cellu 2 lose en poudre que l'on introduit à raison de 0,6 kg par m de surface filtrante. On admet la suspension ainsi préparée, 32 à l'aide d'une pompe d'un débit de 3 à 5 m /m eh, dans un filtre à éléments filtrants disposés verticalement. Ensuite on effectue sa filtration pendant 10 à 20 minutes, l'évacuation du filtrat s'effectuant dans le sens opposé à celui des forces de gravité agissant sur ledit filtrat. La pression dans le filtre est de 0,01 à 0,02 MPa. Après le dépôt de la couche rapportée hydrauliquement, on procède à la filtration de la solution d'aluminate avec évacuation du filtrat dans le sens opposé à celui des forces de gravité agissant sur le filtrat. Quand la pression dans le filtre atteint 0,02 à 0,04 MPa, on évacue le filtrat dans le sens des forces de gravité. On conduit la filtration de la solution d'aluminate pendant 6 heures jusqu'à ce que la pression dans le filtre atteigne 0,3 à 0,4 MPa. Le débit moyen du filtre par cycle est de 1 à 1,5 m3/m2.h, le filtrat obtenu est de bonne qualité. Le filtre pour la mise en oeuvre du procédé qui vient d'être décrit comporte un corps 1-(figure 1) avec un couvercle 2 et une chambre 3 dans laquelle s'effectue la filtration. Sur le corps 1 est monté un dispositif 4 servant à introduire la suspension dans la chambre 3, dans laquelle sont installés verticalement des éléments filtrants 5 à la partie inférieure desquels sont disposés des raccords 7 et un collecteur 8 qui communiquent avec la cavité 6 (figure 3) des éléments filtrants 5. Le collecteur 8 communique avec les raccords 7 et assure l'élimination du filtrat de dessus les éléments filtrants 5. Le collecteur 8 est relié à un dispositif de sortie 9 monté sur le corps 1 (figure 1) et destiné à évacuer le filtrat de la chambre 3. Dans la partie supérieure des éléments filtrants 5 est monté, coaxialement au collecteur 8, un collecteur auxiliaire 10 (figure 2) destiné à éliminer le filtrat hors desdits éléments. Les éléments filtrants 5 comportent dans leur partie supérieure des raccords 11 (figure 3), communiquant avec leur cavité 6, et le collecteur auxiliaire 10 qui, à son tour, communique avec un autre dispositif de sortie 12 (figure 1), destiné à évacuer ledit filtrat, et qui est monté sur le corps 1. Les éléments filtrants 5 (figure 3) sont des cadres 13 de forme rectangulaire, tendus extérieurement d'un tissu filtrant 14. Dans la chambre 3 pour l'enlèvement hydraulique du dépôt de dessus les éléments filtrants 5, est monté un tube 15 avec des ajutages 16, lequel tube communique avec un dispositif 17 (figure 1) pour l'admission de liquide dans ledit tube. Sur le corps 1 est montée une tubulure 18 d'admission d'air, un dispositif 19 d'évacuation de la suspension, un clapet de pied 20, un manomètre 21 pour la mesure de la pression. Le filtre fonctionne de la manière suivante. Lorsque la tubulure d'admission d'air 18 est ouverte, le filtre reçoit sous pression, à travers le dispositif 4, une suspension de substance filtrante auxiliaire. Après le remplissage de la chambre 3 par ladite suspension, on obture la tubulure d'admission d'air 18 et on ouvre le dispositif 12 relié au collecteur auxiliaire 10. C'est alors que commence le processus de filtration. Le dépôt de substance filtrante auxiliaire est retenu sur la toile filtrante 14 en y formant la couche filtrante rapportée hydrauliquement, alors que le filtrat passe dans la cavité 6 des éléments filtrants 5 et remonte, sous l'effet de la pression, dans le sens opposé à celui des forces de gravité agissant sur ledit filtrat. Par les raccords 11, le filtrat arrive au collecteur auxiliaire 10, et par le dispositif 12 communiquant avec celui-ci, il sort du filtre. Quelle que soit la hauteur des éléments filtrants 5, la perte de charge lors de la filtration est identique et la couche filtrante rapportée hydrauliquement est uniforme. Lors de la formation de ladite couche filtrante, la perte de charge est modérée, et l'évacuation du filtrat par le collecteur auxiliaire 10 assure le remplissage du filtre et la rétention de la couche filtrante à la surface des éléments-filtrants 5. Après la formation de la couche filtrante rapportée hydrauliquement, on fait arriver, à travers le dispositif 4, la suspension à filtrer que l'on se propose de séparer. La suspension remplit la chambre 3 et le processus de filtration commence. Si la pression indiquée par le manomètre 21 au moment de l'admission de la suspension est inférieure à 0,02 à 0,04 MPa, l'évacuation du filtrat s'effectue par le collecteur auxiliaire 10 et le dispositif 12, c'est-à-dire dans le sens opposé à celui des forces de gravité agissant sur ledit filtrat. Une fois atteinte une pression de 0,02 à 0,04 MPa, on ouvre le dispositif 9. Le filtrat se trouvant dans la cavité 6 des éléments filtrants 5 passe par les raccords 7 et arrive dans le collecteur 8, et à travers le dispositif 9 communiquant avec ce dernier, il sort du filtre. Autrement dit, la sortie du filtrat s'effectue dans le sens des forces de gravité agissant sur ledit filtrat. Si la pression au début de la filtration atteint 0,02 à 0,04 MPa, l'évacuation du filtrat obtenu s'effectue dans le sens des forces de gravité agissant sur ledit filtrat. Une telle inversion du -ens d'évacuation du filtrat, dans le procédé de filtration conforme à l'invention, favorise la formation d'une couche filtrante rapportée uniforme, ce qui améliore la qualité du filtrat obtenu, permet d'utiliser plus efficacement la puissance de la pompe d'admission de la suspension et d'augmenter le débit moyen du filtre de 10 à 15 % par cycle. REVENDICATIONS 1.- Procédé de- filtration d'une suspension sous pression, comprenant la filtration d'une suspension de substance filtrante auxiliaire sur des éléments filtrants disposés verticalement, jusqu'à formation, sur ceux-ci, d'une couche rapportée hydrauliquement, avec évacuation simultanée du filtrat et filtration subséquente de la suspension sur les éléments filtrants, et évacuation du filtrat formé, caractérisé en ce que l'évacuation du filtrat s'effectue, lors de la formation de ladite couche filtrante, dans le sens opposé à celui des forces de gravité agissant sur ledit filtrat. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la filtration de la suspension s'effectue avec évacuation du filtrat dans le sens opposé à celui des forces de gravité agissant sur ledit filtrat, jusqu'à ce que s'établisse une pression de 0,02 à 0,04 MPa. 3.- Filtre pour la filtration d'une suspension suivant l'une des revendications 1 et 2, comportant un corps (1) avec un couvercle (2) et une chambre (3) dans laquelle s'effectue la filtration, un dispositif (4) installé sur le corps (1) pour l'introduction de la suspension dans la chambre (3), des éléments filtrants (5) disposés verticalement dans ladite chambre et à la partie inférieure desquels sont montés des raccords (7) communiquant avec la cavité (6) des éléments filtrants (5) et un collecteur (8) communiquant avec lesdits raccords (7), assurant l'élimination du filtrat de dessus les éléments filtrants (5) et relié à un dispositif de sortie (9) monté sur le corps (1) et servant à l'évacuation du filtrat de la chambre (3), caractérisé en ce que, dans la partie supérieure des éléments filtrants (5), est monté, coaxialement au collecteur (8) installé dans la partie inférieure des éléments filtrants (5), un collecteur auxiliaire (10) pour lrélimi- nation du filtrat hors des éléments filtrants (5), lesquels sont munis, dans leur partie supérieure, de raccords (11) qui communiquent avec leur cavité (6) et avec le collecteur auxiliaire (10), ce dernier étant relié à son tour à un dispositif (12) d'évacuation dudit filtrat, monté sur le corps (1) du filtre.