Brevet FR2657790A1 — publié le 19910809

* 1 La présente invention concerne les installations de dessalage et de déminéralisation des eaux naturelles et des eaux d'égoût et a notamment pour objet un appareil à membrane pour la séparation des solutions. La présente invention peut être utilisée dans des centrales thermiques et nucléaires pour la préparation de l'eau d'alimentation pour les générateurs de vapeur et les piles nucléaires, dans les industries chimique et électronique pour la préparation d'eau ultrapure, que l'on utilise pour la préparation de solutions En outre, l'invention peut trouver encore une application dans l'agriculture et l'économie municipale pour le dessalage de l'eau, dans l'industrie alimentaire pour la concentration des solutions, par exemple, des déchets de l'industrie du lait ainsi que dans plusieurs autres branches industrielles pour l'épuration des eaux usées. A l'heure actuelle, on utilise, dans la majorité des appareils à membrane destinés à séparer des solutions, l'amenée d'une solution à séparer et l'évacuation du perméat (filtrat) et, dans certaines conceptions aussi, l'évacuation du concentré se fait du côté des faces en bout des corps des appareils ce qui complique leur montage dans des installations, surtout dans le cas du remplacement des éléments à membrane dans ces installations. On connaît un appareil à osmose inverse (US, A, 3386583) comportant un corps cylindrique ayant une tubulure pour l'évacuation du concentré, dans lequel est monté un élément à membrane Les faces en bout du corps sont fermées par des couvercles dans l'un desquels est montée une tubulure pour l'amenée d'une solution à séparer et dans l'autre est placée une tubulure pour l'évacuation du perméat. Dans les appareils connus, l'amenée d'une solution à séparer, la collecte et l'évacuation du perméat se font à l'aide de tuyaux flexibles De ce fait, en vue de supprimer les fuites, il est indispensable d'étanchéifier les endroits de leur raccordement aux tubulures Pour remplacer un élément à membrane dans un appareil, il faut déposer tous les tuyaux de raccordement, ce qui complique le processus. Il convient de noter que le nombre d'appareils à membrane montés dans les installations modernes atteint plusieurs centaines En conséquence, la mise en place de ces appareils dans une installation et leur entretien posent certaines difficultés. Pour contr 8 ler la qualité de l'eau obtenue (p H, teneur en sels ainsi que d'autres caractéristiques) dans l'appareil connu, on se sert de chambres spéciales disposées en dehors du corps du fait qu'il est impossible de monter les capteurs requis directement dans le corps luimême Ce mode de réalisation du contrôle de la qualité de l'eau complique la conception de l'installation On connaît un autre appareil à osmose inverse ("Romembra", Compagnie "Toray Industries, Inc " (JAPON) réalisé, en principe, d'une manière analogue à l'appareil décrit ci-dessus Il diffère en ce que les tubulures d'évacuation du concentré passent à travers le même couvercle que celui par o passe la tubulure d'évacuation du perméat Les problèmes relatifs au montage de l'appareil et à la mesure de la qualité du perméat obtenu sont identiques à ceux constatés pour le cas susmentionné. A l'heure actuelle, on connaît également un appareil à membrane utilisé pour la séparation des solutions (Catalogue de l'exposition "Chimie-87 ", chapitre "Modèles d'exposition soviétiques" 1987, Moscou), comportant un corps cylindrique dont la chambre de filtration, munie d'une tubulure d'amenée d'une solution à séparer et d'une tubulure d'évacuation du concentré, reçoit un appareil à membrane pourvu de deux tubulures pour l'évacuation du perméat. Bien qu'on ait prévu une tubulure pour l'évacuation du perméat dans la conception connue, de chaque côté du corps de l'appareil, le montage de l'appareil reste incommode du fait qu'il est nécessaire de raccorder un tuyau flexible d'une manière étanche à ladite tubulure et d'associer le couvercle à la bride du corps, ce qui diminue la fiabilité du fonctionnement de l'appareil. La qualité du perméat obtenu est déterminée en dehors de l'appareil ce qui complique la conception de l'installation. On s'est donc proposé de créer un appareil à membrane pour la séparation de solutions, dans lequel l'évacuation du perméat serait réalisée de manière à assurer la possibilité de simplifier le montage de l'appareil et d'augmenter la fiabilité de son fonctionnement. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un appareil à membrane pour la séparation de solutions comprenant un corps cylindrique dont la chambre de filtration, qui est munie d'une tubulure d'amenée d'une solution à séparer et d'une tubulure d'évacuation du perméat, reçoit un élément à membrane, muni de deux tubulures pour l'évacuation du perméat, caractérisé en ce qu'il comporte deux chambres pour l'évacuation du perméat, disposées dans le corps cylindrique, coaxialement par rapport à celui-ci de part et d'autre de la chambre de filtration et en ce que chaque chambre destinée à l'évécuation du perméat est mise en communication avec l'élément à membrane par l'intermédiaire d'une tubulure d'évacuation du perméat et possède sa propre tubulure pour l'évacuation du perméat. Il est avantageux que chaque chambre, destinée à l'évacuation du perméat, soit formée de la paroi du corps cylindrique et de deux couvercles montés perpendiculairement à l'axe du corps cylindrique, l'un des couvercles étant fixé sur la face en bout du corps cylindrique et une tubulure destinée à l'évacuation du perméat de l'élément à membrane étant montée dans l'autre couvercle, et que cette chambre comporte un moyen de fixation de la position mutuelle des couvercles. Il est raisonnable que le moyen de fixation de la position mutuelle des couvercles soit constitué d'une douille ayant des trous pratiqués dans sa surface cylindrique, montée coaxialement à la chambre d'évacuation du perméat et entrant en contact avec les couvercles. Il est désirable que le moyen de fixation de la position mutuelle des couvercles soit constitué au moins de deux tiges montées essentiellement parallèlement à l'axe de la chambre destinée à l'évacuation du perméat, fixées rigidement sur l'un des couvercles et entrant en contact avec l'autre couvercle. Il est avantageux que le moyen de fixation de la position mutuelle des couvercles soit constitué au moins de deux bagues fendues de butée montées suivant la périphérie de la paroi du corps cylindrique et entrant en contact avec les couvercles. Il est utile qu'un trou soit pratiqué au moins dans l'une des chambres d'évacuation du perméat pour le montage d'un capteur de la valeur de la conductibilité électrique du perméat. Dans l'apareil à membrane proposé pour la séparation des solutions, on assure l'amenée d'une solution à séparer et l'évacuation du concentré et du perméat du côté de la surface latérale du corps, ce qui facilite l'assemblage et le montage de l'appareil lorsqu'on a besoin de remplacer l'élément à membrane de cet appareil. En outre, on a supprimé, dans l'appareil selon l'invention, les raccordements démontables des tubulures d'évacuation du perméat avec les tuyaux flexibles assurant la liaison, ce qui augmente la fiabilité de fonctionnement et permet de prévenir les fuites. On a prévu, dans l'appareil à membrane selon l'invention, la possibilité de contrôler la qualité du perméat obtenu directement dans l'appareil lui même grâce à la création, dans cet appareil, de chambres d'évacuation du perméat On donne ainsi la possibilité de changer d'une manière expéditive le régime de filtration ou bien de séparer l'appareil pour remplacer un élément à membrane dans cet appareil. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celles-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: la figure 1 représente, en coupe longitudinale, un appareil à membrane pour la séparation de solutions, selon l'invention; la figure 2 représente, en coupe longitudinale, une partie d'une chambre, destinée à l'évacuation du perméat, et munie d'un moyen de fixation de la position mutuelle des couvercles qui est constitué par des tiges selon l'invention; la figure 3 représente une chambre analogue à celle représentée à la figure 2, mais munie, dans ce cas, d'un moyen de fixation de la position mutuelle des couvercles qui est constitué de bagues fendues de butée, selon l'invention. L'appareil à membrane pour la séparation des solutions comporte un corps cylindrique 1 (figure 1), dans la chambre 2 de filtration d'une solution à séparer duquel est monté, coaxialement audit corps 1, un élément 3 à membrane, par exemple, un élément du type à rouleau de forme cylindrique La chambre 2 de filtration est pourvue d'une tubulure 4 pour l'amenée d'une solution à séparer et d'une tubulure 5 pour l'évacuation du concentré, qui sont liées rigidement à des collecteurs correspondants 6, 7 La chambre de filtration 2 est formée de la paroi du corps cylindrique 1 et de deux couvercles 8, montés perpendiculairement à l'axe du corps 1, de part et d'autre de l'élément à membrane 3, avec des tubulures 9 pour l'évacuation du perméat montées dans des trous pratiqués dans les couvercles 8. Des chambres 10, destinées à l'évacuation du perméat, sont disposées de deux côtés de la chambre 2 de filtration, suivant l'axe du corps 1 Chacune des chambres est mise en communication avec l'élément 3 à membrane à l'aide d'une tubulure 9 et possède sa propre tubulure 11 pour l'évacuation du perméat, qui est liée rigidement à un collecteur 12 Chaque chambre 10 d'évacuation du perméat est formée d'un couvercle 13, monté perpendiculairement à l'axe du corps 1 et fixé à la face en bout de celui-ci, du couvercle 8 et de la paroi du corps 1 et est munie d'un moyen de fixation de la position réciproque des couvercles 8 et 13. Dans la variation de réalisation décrite, le moyen de fixation de la position mutuelle des couvercles est constitué d'une douille 14 dans laquelle sont pratiqués des trous 15 pour l'arrivée du perméat, de la tubulure 9, immédiatement dans la chambre 10 Cette douille 14 est montée coaxialement au corps 1 La douille 14 peut être soudée à l'un des couvercles 8 ou 13 ou bien il est possible de pratiquer des gorges annulaires (non représentées sur le dessin) dans les couvercles 8 et 13 pour assurer le montage de ladite douille. Des éléments d'étanchéité 16 et 17 sont prévus dans l'appareil pour prevenir la fuite d'une solution à séparer, de la chambre 2 de filtration aux chambres 10 d'évacuation du perméat, et ils sont montés entre la tubulure 9 et le trou pratiqué dans le couvercle 8, et entre la surface latérale du couvercle 8 et la surface intérieure cylindrique du corps 1 Le couvercle 13 est muni d'un élément d'étanchéité 18, monté d'une manière analogue à l'élément d'étanchéité 17 du couvercle 8 et destiné à prevenir les fuites du perméat depuis le corps 1. L'élément d'étanchéité 16 peut également être réalisé sous la forme d'une bague tandis que les éléments d'étanchéité 17 et 18 peuvent être réalisés sous la forme des bagues ou des manchettes en caoutchouc ou matière polymère. Le couvercle 13 est fixé sur le corps 1 à l'aide de vis 19. Dans la variante de réalisation décrite, pour contrôler la qualité du perméat (p H, teneur en sels et autres caractéristiques), est pratiqué, au moins dans une chambre 10, un trou pour le montage d'un capteur 20 destiné à déterminer la valeur de la conductibilité électrique du perméat En utilisant les signaux fournis par le capteur 20, on détermine les différentes caractéristiques de la qualité du perméat produit. A l'aide des capteurs 20, on effectue un contrôle expéditif de la qualité du perméat obtenu immédiatement dans l'appareil à membrane lui-même, ce qui élève notablement la fiabilité de son fonctionnement. le moyen de fixation de la position mutuelle des couvercles 8 et 13, dans les autres variantes, peut être constitué au moins par deux tiges 21 (figure 2) (dans la variante principale, on utilise trois tiges 21), montées essentiellement parallèlement à l'axe du corps 1 et soudées à l'un des couvercles 8 ou 13, ou par deux bagues fendues de butée 22 (figure 3) fixées sur le corps 1 et appliquées aux couvercles 8 et 13. Dans le cas o le corps 1 de l'appareil est fabriqué en acier inoxydable, il est avantageux que le moyen de fixation de la position mutuelle des couvercles 8 3 et 13 soit constitué par les bagues fendues de butée 22 et si le corps 1 est fabriqué en alliages d'aluminium, il est préférable d'utiliser la douille 14 (figure 1) ou bien les tiges 21 (figure 2). Si l'on a besoin de remplacer l'élément à membrane 3 (figure 1), on opère de la manière suivante. Tout d'abord, on retire les capteurs 20, on dévisse les vis 19, on dépose le couvercle 13, la douille 14 et le couvercle 8 et, ensuite, on retire l'élément 3 à membrane. Comme on le voit, on n'a plus besoin d'enlever les tuyaux flexibles ni de séparer les brides comme il fallait le faire dans les autres constructions connues. L'assemblage de l'appareil se fait suivant la séquence inverse. L'appareil à membrane pour la séparation de solutions fonctionne de la manière suivante. La solution à séparer est refoulée sous une pression voisine de 1,6 M Pa, du collecteur 6 (figure 1), à travers la tubulure 4, dans la chambre 2 de filtration, vers la face en bout de l'élément 3 à membrane La solution circule par les canaux entre les membranes semi-perméables et est soumise à une filtration pendant laquelle la solution filtrée (perméat) s'écoule par les canaux radiaux et s'accumule dans le canal central de l'élément 3 à membrane (les canaux de l'éléments 3 à membrane ne sont pas représentés) , en communication avec les tubulures 9 Le perméat arrive, à travers les tubulures 9, dans la cavité de la douille 14, puis parvient, à travers les trous 15 de celle-ci, dans la chambre 10 d'évacuation du perméat o la pression est maintenue à une valeur comprise entre 0,1 et 0,2 M Pa et, ensuite, se dirige, par la tubulure 11, vers le collecteur 12. La portion non filtrée de la solution qui a traversé l'élément 3 à membrane, est évacuée à travers la tubulure 5, vers le collecteur 7. Les éléments d'étanchéité 16 et 17 previennent les fuites éventuelles de la solution à séparer à la suite de la différence de pression dans les chambres 2 et 10 tandis que la douille 14, les tiges 21 (figure 2) ou les bagues fendues de butée 22 (figure 3) maintiennent le couvercle 8 en une position imposée en maintenant, par cela même, un volume constant de la chambre 10 d'évacuation du perméat. Pendant le fonctionnement de l'appareil à membrane, la qualité du perméat obtenu est contrôlée à lo l'aide des capteurs 20 (figure 1) dont l'information est traitée en régime automatique. Ainsi, l'appareil à membrane faisant l'objet de l'invention est caractérisé par un montage aisé, une parfaite fiabilité de fonctionnement et la possibilité de réaliser le contrôle de la qualité du perméat obtenu. R E V E N D I C A T I O N S 1 Appareil à membrane pour la séparation des solutions, du type comportant un corps cylindrique dont la chambre de filtration est pourvue d'une tubulure d'amenée d'une solution à séparer et d'une tubulure d'évacuation du perméat et reçoit un élément à membrane, muni de deux tubulures pour l'évacuation du perméat, caractérisé en ce qu'il comporte deux chambres ( 10) pour l'évacuation du perméat, disposées dans le corps cylindrique ( 1), coaxialement par rapport à celui-ci, de part et d'autre de de la chambre ( 2) de filtration, en ce que chaque chambre cylindrique ( 10), destinée à l'évacuation du perméat, est mise en communication avec l'élément ( 3) à membrane par l'intermédiaire d'une tubulure ( 9) d'évacuation du perméat et possède sa propre tubulure ( 11) pour l'évacuation du perméat. 2 Appareil à membrane selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque chambre ( 10), destinée à l'évacuation du perméat, est formée par la paroi du corps cylindrique ( 1) et deux couvercles ( 8, 13), montés perpendiculairement à l'axe du corps cylindrique ( 1), l'un desdits couvercles étant fixé sur une face en bout du corps cylindrique ( 1) et une tubulure ( 9), destinée à l'évacuation du perméat de l'élément ( 3) à membrane étant montée dans l'autre couvercle, et cette chambre comporte un moyen de fixation de la position mutuelle des couvercles ( 8 et 13). 3 Appareil à membrane selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de fixation de la position mutuelle des couvercles ( 8, 13) est constitué d'une douille ( 14) ayant des trous ( 15), pratiqués dans sa surface cylindrique, montée coaxialement à la chambre ( 10) d'évacuation du perméat et entrant en contact avec les couvercles ( 8, 13). il 4 Appareil à membrane selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de fixation de la position mutuelle des couvercles ( 8, 13) est constitué au moins par deux tiges ( 21) montées essentiellement parallèlement à l'axe de la chambre ( 10) destinée à l'évacuation du perméat, fixées rigidement sur l'un des couvercles ( 8, 13) et entrant en contact avec l'autre couvercle ( 13, 8). Appareil à membrane selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de fixation de la position li mutuelle des couvercles ( 8, 13) est constitué au moins par deux bagues fendues de butée ( 22) montées suivant le périmetère de la paroi du corps cylindrique ( 1) et entrant en contact avec les couvercles ( 8, 13). 6 Appareil à membrane selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un trou est pratiqué au moins dans l'une des chambres ( 10) d'évacuation du perméat pour le montage d'un capteur ( 20) de la valeur de la conductibilité électrique du perméat.