Brevet FR2630022A1 — publié le 19891020

Le procede et le dispositif correspondant de la présente Invention constituent un perfectionnement aux épaississeurs-décanteurs S traitement en continu connus dans l'art antérieur. Ceux-cl sont utilisés par exemple pour extraire l'huile ou le jus de fruits et de légumes préalablement écrasés, pour récupérer des fibres polymères à partir du bain d'origine, pour épurer des eaux sales, des huiles minérales brutes ou raffinées... Ces appareils filtrants n'assurent pas une séparation parfaite des phases liquides et des particules solides contenues en suspension dans le liquide chargé initial.Ils effectuent plutôt un prétraitement qu'il importe donc de réaliser rapidement. En pratique, les épaississeurs-décanteurs traditionnels mettent plusieurs heures pour traiter quelques dizaines de mètres-cube. La présente invention permet d'accélérer notablement ce #rétraitement (seulement quelques dizaines de minutes) grace au maintien de débits plus élevés. Déjà en 1951, Louis Ternynck déposait un brevet divulguant un épaississeur-décanteur du type de ceux auxquels le perfectionnement de la présente invention s'applique (brevet FR 1 033 621). La figure 1 des dessins cl-joints de lâ présente demande en montre une coupe verticale très schématique. Il est constitué par une enceinte cyltndrique 101 dont le diamètre est de l'ordre de quelques dizaines de centimètres. A l'intérieur de l'enceinte est disposé un filtre 102, également cylindrique et de diamètre peu différent. Celui-ci est maintenu à l'enceinte au moyen de joints étanches 103.Le long de l'axe du filtre se trouve un arbre de rotation 104 sur lequel sont fixées des lames hélicoïdales 105 Sur le bord extérieur de ces lames peuvent filtre adaptées des brosses ou des languettes relativement flexibles, Elles sont agencées de façon à venir racler la paroi interne du filtre dès.que l'arbre de rotation est mis en mouvement par un moteur électrique 106 situé à l'extérieur de l'enceinte. Le liquide chargé à traiter est amené à l'intérieur du filtre 102 grâce à un conduit d'alimentation 107 débouchant au-dessus de l'enceinte. La phase liquide s'écoule a travers le filtre 102. Elle est collectée dans l'espace annulaire 108 entre le filtre et l'encelnte, puis est évacuée par un conduit d'évacuation du filtrat 109 placé latéralement sur l'enceinte. En même temps, des particules solides s'accumulent le long de la paroi interne du filtre 102 selon un mécanisme décrit plus loin. Celles-ci sont périodiquement raclées par les lames 105 dont la forme d'hélice assure par ailleurs leur refoulement à la base de l'enceinte. Cette dernière est prolongée par un cône 110 jouant le rôle de collecteur.Une seconde hélice 111, cette fois conique, peut y être disposée (par exemple goupillée sur l'arbre de rotation) afin de pousser les particules solides recueillies dans le cône- collecteur vers un conduit d'évacuation des boues 112. Ce dernier conduit comporte une vanne qui est maintenue en position fermée Jusqu'à ce que la boue présente la consistance souhaitée. En pratique, le fonctionnement de ces épaississeursdécanteurs n'est toutefois pas aussi idéal. Le liquide chargé pénètre en effet à l'intérieur du filtre avec un certain débit. Ses particules solides sont entraînées par la phase fluide qui s'écoule à travers le filtre. Suivant leurs tailles par rapport à celles des pores du filtre, les grains solides sont transportés par le filtrat ou bien ils sont arrêtés. Dans ce dernier cas, ils peuvent rester coincés dans les pores du filtre qui donc s'encrasse. Ils peuvent aussi s'accumuler sur sa paroi interne. Le dépôt de surface tend rapidement à s'épaissir et forme bientôt un "gateau". Celui-ci colmate petit à petit les pores du filtre. Encrassement et colmatage contribuent certes à l'obtention d'un filtrat mieux épuré, mais en même temps ils entrainent une chute considérable de son. débit de sortie. Le débit d'alimentation en liquide chargé doit alors être réduit afin d'éviter une importante augmentation de la pression à l'intérieur du filtre. Pour maintenir des. débits d'alimentation et de sortie compatibles avec un fonctionnement économique satisfalsant, il convient donc de débarrasser le plus possible le filtre des particules solides qui l'encrassent comme de celles qul le colmatent. Pour ce qui est de ces dernières, c'est le rôle des racleurs hélicoïdaux. Toutefois, ceux-ci ont également pour fonction de participer à la récupération des solides. Par conséquent, leur vitesse de rotation ne peut être augmentée indéfiniment. Elle est plutôt choisie aux alentours de 15 tours par minute. S'ils tournaient trop vite, ils mettraient en effet les grains en suspension à l'intérieur du filtre. Ce dernier serait certes mieux libéré, mais la boue recueillie en sortie contiendrait davantage de liquide.Le décolmatage du filtre à l'aide des racleurs reste donc limité et d'autres méthodes doivent être imaginées en vue de maintenir des débits nominaux importants. Parmi ces méthodes, le recours à des racleurs flexibles "flottants", c'est-à-dire non fixés à un arbre de rotation rigide, permet d'améliorer le décolmatage périodique du filtre. Il en est de même avec un autre type de dispositif qui comprend un arbre flottant équipé à la fois de brosses hélicoîdales souples en fils de matière plastique par exemple, et d'autres, dures, en fils d'acier inoxydable. En effet, dans ce type d'épaississeurs-décanteurs > les particules solides s'accumulent de préférence dans la partie inférieure du filtre. Et, dans cette zone, ce sont davantage des paquets qui apparaissent qu'un gâteau d'épaisseur uniforme. La flexibilité du système de raclage favorise le refoulement des paquets dans le cône-collecteur.A cette fin, la gravité a aussi été utilisée : les paquets ont moins tendance à se former si le conduit d'évacuation des boues est placé au-dessus des conduits d'alimentation et de sortie du filtrat. La transmission de vibrations à l'ensemble du filtre monté sur amortisseurs peut également se révéler efficace vis-a-vis du décolmatage. Cela a en particulier été vérifié lors d'un essai ou des secousses ont été appliquées au filtre à raison d'environ 3 000 secousses par minute et pendant quelques secondes. L'expérience montre que ce procédé est intéressant pour des suspensions de grains fins ayant tendance à former des feuillets comme, par exemple, les fragments de mica contenus dans le kaolin. Toutefois, si ces méthodes améliorent quelque peu les débits moyens en retardant le colmatage des filtres, elles sont incapables d'éviter leur encrassement. Et le filtre ou au moins un de ses composants doivent être régulièrement remplacés. Cela implique non seulement une intervention manuelle pour démonter l'épaississeur-- décanteur, mais aussi un arrêt momentané de son fonctionnement toujours préjudiciable au rendement du traitement. La présente invention a pour but de permettre le maintien de débits importants, non seulement en réduisant le colmatage de la surface du filtre comme dans l'art antérieur, mais aussi en évitant le plus possible son encrassement par des particules venues se loger dans ses pores. Elle consiste en un procédé de filtration continue d'un liquide chargé mettant en oeuvre un épaississeur-décanteur de type décrit cidessus, ledit épaississeur-décanteur comprenant entre autres un filtre rigide, percé de pores et placé dans une enceinte, caractérisé en ce que a) les pores dudit filtre présentent chacun un conduit dont l'axe traverse de façon rectiligne la paroi du filtre, b) la pression du liquide chargé régnant à l'intérieur dudit filtre est- périodiquement et automatiquement amenée à une valeur inférieure ou égale à la pression du filtrat collecté entre ledit filtre et ladite enceinte. Pour appliquer ce procédé, 11 est avantageux de prévoir des pores dont le conduit admet une section longitudinale tronconique, le demi-angle au sommet o du cône correspondant étant compris entre le et 10', de préférence entre 2* et 5e et la plus grande section transversale du conduit étant sur la paroi dudit filtre face à ladite enceinte.La pression du liquide chargé régnant à l'intérieur dudit filtre est de préférence modifiée grâce a l'ouverture transitoire de la vanne d'ébouage 202. Celle-cl est avantageusement ouverte pendant une période, qui peut être de l'ordre d'une seconde selon les dimensions de l'enceinte, a chaque fois que la pression du liquide chargé à l'entrée de l'épaisslsseur-décanteur est supérieure a une valeur de consigne prédéterminée. Le dispositif associé fait également partie de l'invention. Il comprend un épaississeur-décanteur de type Ternynck et est caractérisé en ce que a) les pores dudit filtre présentent chacun un conduit dont l'axe traverse de façon rectiligne la paroi du filtre, b) un manostat est placé sur ledit conduit d'alimentation, c) un système d'asservissement est agencé pour provoquer l'ouverture transitoire de ladite vanne d'ébouage lorsque la pression mesurée par ledit manostat est supérieure à une valeur de consigne prédéterminée. Le filtre est alors de préférence une tôle en métal inoxydable, perforée de pores dont la section longitudinale est tronconique, les cônes correspondants ayant un demi-angle au sommet O compris entre le et I OD, de préférence entre 2e et 5 et leur plus grande section transversale étant placée sur la paroi dudit filtre face à ladite enceinte. Le système d'asservissement est avantageusement électriquepneumatique tandis qu'il maintient la vanne d'ébouage ouverte pendant une durée plutôt proche dune seconde. Il est, d'une manière générale, intéressant de maintenir une contre-pression au niveau de l'évacuation du filtrat. La valeur de consigne doit alors être choisie supérieure à cette contre-pression. L'emploi d'un tel dispositif s'est révélé particuliérement efficace pour la séparation de fibres polymères. Pour traiter 25 rn3 de bain, un épaississeur-décanteur de type cl-dessus comportant des filtres à poche a mis 4 h. Le dispositif de l'invention, où la valeur de consigne avait été fixée à 4 bars (0,4 MPa), a pour sa part, effectué une filtration équivalente en 45 mn. Les paragraphes suivants précisent les caractéristiques de la présente invention grâce à la description d'un de ses modes de réalisation. Celui-ci est donne à titre d'exemple et ne saurait limiter le choix des moyens d'asservissement ni celui des matériaux ou des formes des pièces du dispositif de filtration à ceux évoqués cl-dessous. Les équivalents techniques susceptibles de remplir les mêmes fonctions entrent également dans le cadre de l'invention comme les revendications cl-dessous le laissent entendre.On comprendra toutefols mieux sa substance à l'aide des dessins suivants: - la figure 1 montre une coupe verticale schématique d'un épaississeur-décanteur de l'art antérieur auquel s'applique le présent perfectionnement, - les figures 2 Illustrent, grâce à une vue grossie de la coupe de la paroi des filtres selon l'inventlon, comment ce dernier peut être encrassé par les particules solides du liquide à traiter selon la taille relative des particules et des pores, - la figure 3 présente schématiquement l'épalssisseur- décanteur avec ses circuits hydrauliques et électriques conformément à la présente invention. Lorsque la phase liquide traverse le filtre 102, elle a tendance à entraîner les particules solides. Sur les figures 2, une flèche indique le sens de cet entraînement. Lorsqu'll s'agit de particules 4 dont le plus petit diamètre est supérieur à la plus grande dimension des pores du filtre, elles restent sur sa paroi interne 102a comme 11 est montré sur la figure 2a. Les particules déposées participent donc au colmatage du filtre et ne l'encrassent pas. En revanche les particules plus petites peuvent être transportées hydrauliquement dans le conduit même 1 02c des pores. Les plus petites d'entre elles passent ainsi au travers du filtre et sont évacuées avec le filtrat.D'autres, dont la taille est suffisamment proche de celle des pores, s'agencent au contraire a l'intérieur du conduit 102c de telle sorte qu'elles y restent coincées. Il en est ainsi lorsque deux ou plusieurs grains solides 4 s'arc-boutent contre les parois du conduit pour former une sorte d'arche capable de résister à l'entraînement de la phase liquide. Cette configuration typique qu'illustrent les figures 2b et 2c, est très fréquente. Avec l'utilisation intensive du filtre, des suspensions a granulométrie étendue parviennent même toujours à créer des arches à un endroit ou à un autre du conduit des pores filtrants Il est Intéressant toutefois de limiter l'extension des zones ou les arches peuvent se former.Des pores tronconiques sont de ce point de vue particulièrement efficaces sous réserve, bien sûr, de disposer la plus petite dimension du cône du côté 102a de l'entrée du liquide transporteur (c'est-à-dire vers l'intérieur du filtre) et sa plus grande dimension du côté 102b de sa sortie (c'est-à-dire vers l'annulairecollecteur de filtrat). Comme l'indique la figure 2d, les arches se forment dès lors plutôt à l'entrée du conduit l02c. En effet, les particules qui parviennent à y pénétrer sont dans des conditions de plus en plus favorables à leur expulsion définitive au fur et à mesure de leur progression dans le pore. Des essais expérimentaux ont montré que le demi-angle au sommet O des pores tronconiques était avantageusement compris entre 2 et 5 En raison des pressions mises en jeu, le filtre est de préférence constitué par une tôle métallique. L'utilisation du filtre en milieu aqueux nécessite par ailleurs des métaux inoxydables tels que l'acier inoxydable ou des métaux contenant, par exemple, 98% de nickel. Les moyens de perforation de ces tôles existant aujourd'hui permettent de réaliser des pores tronconiques dont le diamètre moyen est aussi faible que 20 #. L'épaisseur des tôles est alors de l'ordre du diziéme de millimètre. Même dans le cas où les pores sont tronconiques, le filtre n'est pas à l'abri d'un encrassement par des particules. Surtout s'il est fin, les grains solides parviennent à la longue à se coincer dans les conduits profitant de la moindre aspérité préexistante ou créée pendant la filtration elle-même (par réaction chimique par exemple). Toutefois cela n'est pas irréversible. En effet les arches à l'origine de l'encrassement subsistent grâce au flux de la phase liquide qui revient à l'application d'une pression différentielle aP sur le sommet de leur voûte. Dès lors que cette pression différentielle aP est annulée, voire renversée (tP s 0), l'architecture de l'arche ne tient plus.Les particules ne se bloquent alors plus les unes contre les autres et peuvent à nouveau circuler librement dans le conduit. Elles sortent du pore pourvu que son conduit ne soit pas trop tortueux. La figure 3 montre comment il est possible de modifier dans ce sens la pression différentielle aP subie par les arches. Cette pression revient en effet grosso modo à la différence entre la pression P2 régnant dans le filtre 102 et la pression Pi établie dans l'annulairecollecteur 108 de filtrat. #P est encore, à des pertes de charge près de l'ordre de quelques bars, la différence entre la pression P'2 au niveau de l'alimentation 107 du filtre 102 et la pression P'l au niveau de l'évacuation 109 du filtrat. La pression P'l est maintenue constante à l'aide d'une vanne non représentée sur la figure 3. Celle-ci peut être simplement manuelle. Ouverte, elle assure que P'l est égale à la pression atmosphérique.Une valeur un peu supérieure est toutefois préférée afin de créer une contre-pression et éviter les coups de bélier. La pression P'2, quant à elle, est conditionnée en partie par les performances de la pompe 302 qui alimente le filtre en liquide chargé 301. Un liquide de rinçage 304 sous pression peut éventuellement lui être mélangé avant l'entrée de l'épaississeur-décanteur. Son dosage s'effectue alors par exemple grâce a la vanne manuelle 303. 40% de matières sèches est une valeur souvent recherchée pour des débits de l'ordre de 40 m3/h. Une méthode proposée pour que aP devienne négative ou nulle, consiste d'une part à mesurer la pression P'2 au moyen; par exemple, d'un manostat 201. Un système d'asservissement électrique-pneumatique 2 compare cette mesure de P'2 à une pression de consigne. Celle-ci peut correspondre à la valeur de P' 1 qui est maintenue par ailleurs, augmentée des pertes de charge dans les conduits et au travers du filtre. Ces dernières sont de l'ordre de 4 à 5 bars Si la mesure dépasse la consigne, signe que le filtre est encrassé, le système d'asservissement déclenche l'ouverture de la vanne d'ébouage 202 placée dans le conduit 112 d'évacuation des boues en aval du cône-collecteur 110. Cela a pour effet de faire rapidement chuter la pression P2 dans le filtre à une valeur proche de la pression atmosphérique, Il en résulte la destruction des arches et le désencrassement souhaité. La vanne 202 doit toutefois être rapidement refermée sous peine de récupérer une boue trop riche en phase liquide. En pratique, son ouverture dure de préférence une seconde. Puis la pression P2 dans le filtre monte à nouveau au fur et à mesure que les particules recommencent à se coincer dans les pores du filtre. Le processus de désencrassement doit être réitéré... Cette méthode revient à une régulation de la pression P'2 d'alimentation du filtre ou encore du débit correspondant. Il a été observé que ce dernier reste pour ainsi dire constant tout au long du traitement du liquide chargé. Autrement dit les pores du filtre sont pratiquement débarrassés de la totalité des particules à chaque ouverture de la vanne d'ébouage. Il convient de remarquer que cela serait impossible si le filtre avait la texture d'une toile tissée ou non, ou encore s'il comportait plusieurs tamis superposés. Le renversement de la pression différentielle tP ne serait alors pas suffisant pour dégager les particules piégées dans les mailles de la tolle, ses fibres ou entre les tamis, Le succès de la chute périodique de la pression P2 dans le filtre est donc conditionné par des pores filtrants dont le conduit est de forme simple : cylindrique ou mieux encore tronconique. La faible épaisseur de la tôle filtrante qui se trouve être en pratique proportionnée au diamètre des pores tronconiques accroit encore ce mécanisme de désencrassement automatique. REVENDICATIONS 1. Procédé de filtration continue d'un liquide chargé pour le séparer en un filtrat, d'une part, et en une boue, de l'autre, mettant en oeuvre un épaississeur-décanteur de type Ternynck, ledit épaississeurdécanteur comprenant entre autres un filtre (102) rigide, percé de pores et placé dans une enceinte ( 101 ) caractérisé en ce que: a) les pores dudit filtre (102) présentent chacun un conduit (102c) dont l'axe, traverse de façon rectiligne la paroi du filtre, b) la pression (P2) dudit liquide chargé à l'intérieur dudit filtre (102) est périodiquement et automatiquement amenée à une valeur Inférieure ou égale à la pression (P1) du filtrat collecté entre ledit filtre (102) et ladite enceinte (101) 2.Procédé selon la revendication t caractérisé en ce que ledit conduit (102c) desdits pores admet une section longitudinale tronconique, le demi-angle au sommet (0) du cône correspondant étant compris entre 1 et 10, de préférence entre 2- et 5 et la plus grande section transversale du conduit étant sur la paroi dudit filtre face à ladite enceinte, 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la pression (P2 ) est modifiée grâce à l'ouverture transitoire d'une vanne d'ébouage (202) libérant ladite boue. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que la durée d'ouverture de ladite vanne (202) est comprise entre une fraction de seconde et plusieurs secondes, de préférence de l'ordre d'une seconde. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que l'ouverture de ladite vanne d'ébouage (202) est asservie à la valeur de la pression (P'2) du liquide chargé à l'entrée dudit épaissi sseur-décanteur. 6. Dispositif de filtration continue d'un liquide chargé pour le séparer en un filtrat, d'une part, et en une boue, de l'autre) comprenant un épaississeur-décanteur de type Ternynck, ledit épaississeur- décanteur étant principalement constitué par un filtre (102) rigide, percé de pores, placé dans une enceinte (101), ainsi que d'un conduit d'alimentation (107), d'un conduit d'évacuation du filtrat (109) et d'un conduit d'évacuation des boues (112) qui comporte une vanne d'ébouage (202), caractérisé en ce que a) les pores dudit filtre (102) présentent chacun un conduit (102c) dont l'axe traverse de façon rectiligne la paroi du filtre, b) un manostat (201) est placé sur ledit conduit d'alimentation (107) > c) un système d'asservissement est agencé pour provoquer l'ouverture transitoire de ladite vanne d'ébouage (202) lorsque la pression (P'2) mesurée par ledit manostat (201) est supérieure à une valeur de consigne prédéterminée. 7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que ledit filtre (102) est constitué par une tôle perforée en métal inoxydable. 8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que les perforations de ladite tôle admettent une section longitudinale tronconique, les cônes correspondants ayant un demi-angle au sommet (0) compris entre o et 10e, de préférence entre 24 et 5' et leur plus grande section transversale étant placée sur la paroi dudit filtre face à ladite enceinte. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que ledit système d'asservissement est électrique- pneumatique. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 caractérisé en ce que ladite vanne d'ébouage (202) reste ouverte pendant une seconde environ. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 10 caractérisé en ce qu'une vanne est placée sur ledit conduit d'évacuation du filtrat (109) de façon à maintenir la pression (P'1) de sortie du filtrat à une valeur supérieure à la pression atmosphérique et en ce que ladite valeur de consigne est choisie égale à cette pression (P' 1 ) augmentée de 4 à 5 bars.