Brevet FR2638377A1 — publié le 19900504

L'invention concerne des fibres creuses de filtration de l'extérieur vers l'intérieur comportant un milieu poreux interne. On utilise de plus en plus à l'heure actuelle Qes modules de filtration (ultrafiltration, microfiltration,...D, pour purifier des liquides, de tels modules etant constitues par des faisceaux de fibres creuses ou membranes tubulaires dont les extrémités sont empotées dans une résine en formant des plaques dites d'empotage. Ces faisceaux contiennent des milliers de fibres de faible diamètre et la rupture d'une ou quelques fibres entraîne la contamination du permet et oblige à arrêter l'opération du module pour changement ou réparation. Il serait donc intéressant de trouver un moyen permettant de neutraliser une fibre en cas de rupture pour éviter que son fonctionnement ne contamine le perméat, mais sans qu'il soit necessaire d'arrêter le module. Ce but est atteint, pour les fibres de filtration de l'extérieur vers 11 intérieur, quelle que soit la structure de la paroi de la fibre L'invention fournit donc des fibres creuses de filtration de l'extérieur vers l'jnterieur, comportant sur au moins une partie de leur longueur un milieu poreux se colmatant rapidement en cas de rupture de la paroi de la fibre et ne se décolmatant pas lors d'un rétrolavage. Le milieu poreux peut être un milieu granulaire et avantageusement un milieu fibreux, qui peut être présent sur toute la longueur de la fibre ou simplement au niveau des plaques d'empotage. Il est également fourni un procede de fabrication de telles fibres, par extrusion dans une filière annulaire à aiguille creuse d'une solution de polymere et coagulation du polymere, dans lequel on introduit une matière fibreuse à l'interieur de l'aiguille de la filière annulaire et on extrude la solution de polymere sur la matière fibreuse. Dans le cas où le mi lieu colmanabLe n'est présent qu'au niveau des plaques d'empotage, on introduit dans l'aiguille un fil continu portant un revëtement de matiere fibreuse disposé à intervalles réguliers pour venir se placer au niveau de la ou des plaques d'empotage. D'autres caracteristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description suivante, en référence aux dessins annexes dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une fibre creuse selon l'invention, la figure 2 est un schéma illustrant la préparation d'une fibre selon l'invention, et la figure 3 est une vue en coupe d'un milieu fibreux utilisé pour la fabrication de fibres selon l'invention. La figure 1 représente schématiquement en coupe une fibre selon l'invention. La fibre creuse 1, classique en soi, en matière plastique poreuse possède une peau externe 2 de plus faible porosité (à titre d'exemple, car elle pourrait être sans peau ou å double peau, la peau interne étant de plus forte porosité que la peau externe) et est montée à ses deux extrémités, ainsi qu'un très grand nombre de fibres similaires, dans une plaque d'empotage 3 assurant la cohérence du faisceau de fibres. Dans le cas des fibres de filtration de l'exterieur vers l'intérieur, on a parfois avantage à n'empoter qu'une extrémité du faisceau de façon à laisser l'autre extrémité des fibres libre, ce qui facilite généralement les operations de lavage de leur paroi externe.L'ensemble faisceau de fibres et plaques d'empotage constItue un module de filtration. Le liquide à filtrer arrive à l'extérieur de la fibre 1, du côté de la peau externe 2 qui retient les particules de taille superieure a sa porosité. A l'interieur de la fibre, circule le perméat ou liquide purifié. En cas de rupture de la paroi de la fibre, le liquide à filtrer passe à l'intérieur de la fibre sans filtration et vient donc contaminer le permeat. Pour éviter ceci, la fibre creuse 1 contient un milieu colmatable par les impuretes amenées à son contact en cas de rupture de la fibre mais non décolmatable lors de l'application de contre-pressions. Il est en effet de règle d'effectuer a intervalles périodiques des rétrolavages très courts, pour ne pas arrêter le fonctionnement du module de filtration, en vue de décoller de la surface de la paroi externe les impuretés qui s'y sont déposées et qui finissent par obturer les pores en diminuant la vitesse de filtration. Le milieu 4 peut être un milieu granulaire ou fibreux qui ne doit pas donner une perte de charge importante en fonctionnement normal et qui doit avoir une rétention suffisante lors de la rupture d'une fibre. Dans le traitement des eaux, cette rétention suffisante sera par exemple équivalente à celle (quelques ;i'n) d'un filtre å sable classique, et sera determinee en onction des utilisations recherchées. Comme milieu fibreux, on utilise avantageusement des fIbres textiles sous forme de mèches, de fils, de fils multifilaments, de files, etc..., ces termes étant employes dans leur acception normale dans le domaine des matières textiles. Le milieu fibreux peut étre constitue de fibres naturelles, artificielles ou synthétIques. Comme milieu granulaire, on peut utiliser tout milieu oi donnera dans le canal interne une porosité plus forte que celle de la fibre, par exemple sable, anthracite, polystyrene, sur tout ou partie de la hauteur de la fibre. Selcn les besoin= de l'utilisateur, le milieu poreux peut être present sur toute la longueur ce la fibre creuse (il a alors aussi un rôle de renfort mecanique) ou seulement sur la hauteur de la d'erpotage Lorsque le milieu poreux, fibreux ou granulaire, est propre, Il laisse passer pratiquemen toutes les particules de dImensIons inférieures au seuIl de coupure de la fibre ou de sa peau la plus fine: mais en cas de rupture de la paroI de la fibre, il retiens les matières en suspension dans le liquide et le canal creux de la fibre est très vite colmate . la fibre sera alors neutralisee et il n'y aura plus contamination du perméat. Par contre, alors que la peau externe est facilement décolmatée lors d'un rétrolavage, la structure méme du milieu poreux fibreux ou granulaire fait qu'il ne se décolmate pas lors de tels rétrolavages. La fibre reste donc neutralisée. Si nécessaire, on prévoit à la surface externe des plaques d'empotage une grille de retenue 5 du milieu poreux. Les fibres creuses garnies de milieu granulaire sont preparees par introduction dans la fibre du milieu granulaire désiré. Une telle introduction peut se faire par rétrolavage, soufflage, etc. Les fibres creuses garnies de milieu fibreux sont préparées en utilisant des dispositifs classiques de fabrication de fibres dont un exemple est illustré sur la figure 2. Une filiére annulaire 6 est munie d'une aiguille creuse 7 et d'orifices latéraux 8 d'arrivée du polymere en solution qui est extrudé sur la périphérie externe de l'aiguille 7 et forme, par précipitation et coagulation, une membrane tubulaire ou fibre creuse 2 qui est ensuite bobinée avant d'être transformée en faisceau de fibres creuses. On introduit à l'intérieur de l'aiguille 7 le milieu fibreux 4 et on extrude le polymere en solution autour de lui à la sortie de l'aiguille 7. Le milieu fibreux peut étre sec ou imbibé d'un liquide tel que l'eau et/ou le solvant utilisé avec le polymere et un fluide de précipitation peut ou non être introduit dans l'aiguille creuse, selon la structure recherchée de la paroi de la fibre. Apres extrusion et coagulation, on obtient une fibre creuse dont le canal central est pourvu d'un milieu poreux fibreux, continu sur toute la longueur de la fibre. Dans le cas où on désire n'avoir de milieu poreux qu'au niveau des plaques d'emDotage, on utilise un fil continu 10 de faible diamètre portant à intervalles réguliers un revêtement 11 de matière fibreuse. Les intervalles 1 séparant les revêtements 11 sont calculés de telle sorte que le revêtement 11 se trouvera au niveau de la ou des plaques d'empotage et aura un diamètre d égal au diamètre interne de la fibre creuse (figure 3). L'utilisation d'un milieu poreux dans la seule zone des plaques d'empotage réduit les pertes de charge dans le canal interne de la fibre mais permet néanmoins de neutraliser une fibre en cas de rupture de la paroi de celle-ci. Dans tous les cas envisagés ci-dessus pour écrire l'invention a titre illustratif, il est possible grâce à l'adjonction du milieu poreux d'éviter l'arrêt d'un module dont quelques fibres sont endommagees et donc de prolonger sa durée de vie. En effet après colmatage et donc neutralisation de la fibre endommagée, le module continue à fournir un produit de la qualité voulue, avec un débit réduit dans la proportion des fibres colmatées, ce qui est bien souvent insensible. Les fibres comportant un milieu poreux selon invention trouvent une applIcatIon dans tous les domaines d'utilisation des fibres creuses classiques, et notamment dans l'ultraflltration et la microfiltration de divers liquides. REVENDICATIONS 1.- Fibres creuses de filtration de l'extérieur vers l'interieur, caractérisées en ce qu'elles contiennent sur au moins une partie de leur longueur un milieu poreux (4, 11) se colmatant rapidement en cas de rupture de la paroi de la fibre (1) et ne se décolmatant pas lors d'un rétrolavage. 2.- Fibres selon la revendication 1, caractérisees en ce que ledit milieu poreux est un milieu granulaire. 3.- Fibres selon la revendication 1, caractérisées en ce que ledit milieu poreux est un milieu fibreux. 4.- Fibres selon la revendication 1, caractérisees en ce qu'elles sont garnies dudit milieu sur toute leur longueur. 5.- Fibres selon la revendication 1, caractérisées en ce qu'elles sont garnies dudit milieu poreux (11) au niveau seulement de la ou des plaques d'empotage (3) servant à former des faisceaux de fibres de filtration. 6.- Procédé de fabrication de fibres selon la revendication 1, contenant un milieu fibreux, par extrusion dans une filière annulaire à aiguille creuse d'une solution de polymère et coagulation du polymère caractérisé en ce qu'on introduit une matière fibreuse 7.- Procédé de fabrication de fibres selon la r#"endication 6, caractérIse en ce qu'on introduit a l'intérieur de l'aiguille de la filière annulaire un fil continu (10) portant un revêtement de matiere fibreuse (11) dispose à intervalles réguliers pour venir se placer au niveau de la ou des plaques d'empotage (3 > .