Brevet FR2663240A1 — publié le 19911220

APPAREIL POUR LA SEPARATION D'UN LIQUIDE ET DES PARTICULES SOLIDES EN SUSPENSION QU'IL CONTIENT La présente invention concerne un appareil pour la séparation d'un liquide et des particules solides en suspension qu'il contient, notamment destiné à l'épuration de l'eau contenant des particules fibreuses de faibles dimensions, c'est-à-dire inférieures à trente microns, telles que des fibres cellulosiques du genre pâte à papier, des fibres de coton, des fibres synthétiques ou similaires. La filtration de telles particules est rendue très difficile du fait de leurs faibles dimensions et de leur propension à colmater les toiles de filtration devant être employées. Il est donc actuellement obligatoire de réaliser cette filtration en plusieurs étapes successives et au moyen d'éléments filtrants de plus en plus fins, et, très fréquemment, de la compléter par l'emploi de décanteurs ou de cellules de flottation. L'obtention d'une filtration correcte implique, en conséquence, des investissements très importants, auxquels viennent s'ajouter des coûts de fonctionnement élevés liés à l'emploi des réactifs chimiques nécessaires au fonctionnement des cellules de flottation. De plus, dans le cas de l'industrie papetière, il est souvent difficile, voire impossible, de réutiliser les particules fibreuses éliminées par les cellules de flottation du fait de leur contamination par les réactifs chimiques précités. Les pertes non négligeables de matière qui en résultent contribuent à augmenter le coût de la filtration. Il existe par ailleurs des appareils de filtration, tels que décrits dans la demande de brevet français N0 83 00634, comportant un tambour rotatif perforé, aux extrémités duquel débouchent un conduit d'entrée du liquide chargé et un conduit d'évacuation des particules après séparation, et dans lequel est située, coaxialement à lui-même, une vis d'Archimède solidaire de la paroi interne du tambour. La filtration s'opère par simple tamisage du liquide, qui s'écoule au travers des perforations du tambour, alors que les particules restent à l'intérieur du tambour et sont transportées, grâce à la rotation de la vis d'Archimède, vers le conduit prévu pour leur évacuation. Ces appareils ne sont destinés qu'à la filtration de particules de dimensions relativement importantes et ne pourraient convenir à la filtration de particules de dimensions telles que précitées, sauf à voir leur débit considérablement réduit du fait de la faible surface des perforations, ni à celle de particules fibreuses du fait du colmatage très rapide des perforations du tambour. L'invention vise à remédier à ces inconvénients en fournissant un appareil simple, de coût relativement peu élevé et permettant de réaliser, en une seule étape et sans adjonction de réactifs chimiques, la séparation du liquide et des particules solides qu'il contient. A cette fin, dans cet appareil, qui est du type précité, au moins une membrane apte à filtrer des particules de faibles dimensions est située contre la paroi interne du tambour et les spires du filet de la vis d'Archimède, non solidaire du tambour, comportent, à leur périphérie, des ailettes conformées de manière à, lorsque la vis est animée d'un mouvement de rotation, conférer au liquide un mouvement tourbillonnaire centrifuge engendrant une pression du liquide contre la ou les membrane(s). Ainsi, il est possible de réaliser une filtration de particules de faibles dimensions, avec un débit important de l'appareil et de manière efficace, la vis d'Archimède, dont la vitesse de rotation est avantageusement réglable en fonction des particules à filtrer et de leur concentration, permettant une répartition du liquide sur une grande partie de la membrane et l'évacuation des particules après filtrage, les ailettes, en créant une pression dynamique du liquide sur la membrane, permettant une utilisation maximale de sa surface de filtration. De plus et surtout, grâce à son mouvement tourbillonnaire centrifuge, le liquide est amené au contact de la membrane avec un important angle d'incidence, par rapport à la surface de celle-ci en un point considéré et non selon une direction perpendiculaire à cette surface. Il en résulte que les pores de la membrane présentent au liquide une surface apparente inférieure à leur surface réelle, ce qui permet d'améliorer l'efficacité de la filtration ou d'employer des membranes dont la surface réelle des pores est supérieure à celle qui serait normalement appropriée pour la filtration de particules d'une dimension donnée, et donc moins facilement colmatables. Dans le cas où cet appareil est destiné à la filtration de particules colmatantes, la rotation du tambour s'effectue sous une rampe munie de buses projetant sous pression du liquide déjà filtré, de manière à décolmater en continu les pores de la membrane de filtration. Le tambour tourne de préférence, en sens inverse de celui de la vis d'Archimède, ce qui améliore l'effet décolmatant du liquide projeté. Avantageusement, le tambour est inclinable, du côté où débouche le conduit d'entrée du liquide chargé et est situé à l'intérieur d'une cuve étanche et apte à être mis en dépression par des moyens appropriés, le volume intérieur du tambour ne communiquant avec celui de la cuve que par les perforations que comprend le tambour. L'effet de cette dépression exercée à l'extérieur du tambour vient s'ajouter à celui de la pression du liquide à l'intérieur du tambour contre la membrane pour accroître encore le débit de l'appareil. En agissant sur le réglage de la vitesse de rotation de la vis, sur celui de l'inclinaison du tambour, et en jouant sur l'importance de la dépression exercée, il est possible de faire varier le débit de liquide filtré ainsi que la concentration des particules qui sont éliminées par la partie de la membrane située du côté où débouche le conduit d'évacuation des particules après séparation. Suivant une forme de réalisation de l'appareil, les ailettes sont constituées chacune par une lame qui relie deux spires adjacentes de la vis et qui est inclinée du côté de son bord interne. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation préférée de l'appareil selon l'invention. Figure 1 en est une vue de côté en coupe longitudinale Figure 2 est une vue d'un sous-ensemble de l'appareil en coupe transversale et en perspective, avec arrachement partiel. La figure 1 représente un appareil 2 permettant la séparation d'un liquide et des particules solides qu'il contient. L'appareil 2 comprend une cuve étanche 3, en acier inoxydable, à l'intérieur de laquelle est monté rotatif un tambour 4, également en acier inoxydable, dont la paroi circulaire comporte de multiples perforations 5 et dont le volume intérieur ne communique avec l'intérieur de la cuve 3 que par les perforations 5, ce volume intérieur étant rendu étanche de la cuve 3 aux extrémités du tambour 4, au moyen de joints d'étanchéité tournants 6. Deux conduits 10 et Il débouchent chacun à une extrémité du tambour 4, tandis qu'un conduit 12 débouche, par l'une de ses extrémités, dans la cuve 3 et plonge, par son autre extrémité, dans un bac 13 rempli de liquide déjà filtré 14. A l'intérieur du tambour 4 sont placés, d'une part, une membrane de filtration 15, par exemple en polyester, disposée contre la paroi circulaire du tambour 4 et dont les pores ont des faibles dimensions, c'est-à-dire inférieures à 30 microns de côté, et, d'autre part, une vis d'Archimède 16, disposée coaxialement au tambour 4 et dont le diamètre externe du filet est inférieur d'environ 5 à 10 millimètres au diamètre interne du tambour 4. La vis d'Archimède 16 est entraînée en rotation par le moteur 20 suivant une vitesse pouvant varier de 100 à 1 500 tours par minute et un moteur similaire, non visible sur les figures, sert à l'entraînement du tambour 4 suivant une vitesse de quelques tours par minute en sens inverse du sens de rotation de la vis 16. Les vitesses d'entraînement en rotation du tambour 4 et de la vis 16 sont réglables. Comme cela apparaît plus particulièrement sur la figure 2, les spires 16a de la vis d'Archimède 16 comportent, à leur périphérie, des ailettes 25. Chaque ailette 25 est constituée par une lame reliant deux spires 16a adjacentes. De préférence, dans un plan horizontal, l'axe longitudinal des ailettes 25 forme un angle d'environ 20 degrés avec l'axe de la vis 16 et les ailettes 25 sont disposées sensiblement à 120 degrés les unes des autres. En outre, les ailettes 25 sont inclinées sur leur bord intérieur d'environ 30 degrés par rapport à la tangente aux spires 16a au point où leurs angles extérieurs coïncident avec le bord périphérique extérieur des spires 16a. L'appareil 2 comporte de plus une rampe 30 de buses 31, située à l'intérieur de la cuve 3 et alimentée, depuis le bac 13, en liquide filtré grâce à une pompe 32, les buses 31 projetant le liquide à une pression pouvant varier de 3 à 10 bars. Une pompe à air 33 est reliée à la cuve 3, qu'elle est apte à mettre en dépression suivant une valeur de pression correspondant à de 100 à 1 000 millimètres de colonne d'eau. Comme cela est visible sur la figure 1, l'appareil 2 est monté pivotant autour d'un axe 35 porté par un support 36, un vérin 38, dont la tige 38b est articulée sur la cuve 3, étant prévu pour permettre l'inclinaison de l'appareil 2 du côté où débouche le conduit 10 suivant un angle pouvant varier de 0 à 60 degrés et son maintien dans une position angulaire désirée. En pratique, du liquide chargé est introduit dans le tambour 4 par le conduit 10 et l'appareil 2 est par exemple incliné d'environ 20 degrés. Après remplissage du bac 13, le tambour 4 et la vis 16 sont actionnées en rotation par leur moteur respectif à une vitesse d'environ 1 000 tours par minute en ce qui concerne la vis 16 et de 5 à 10 tours par minute en ce qui concerne le tambour 4. Grâce à la pompe 33, la cuve 3 est mise en dépression, et grâce à la pompe 32, les buses 31 de la rampe 30 projettent du liquide déjà filtré sur la paroi 4a du tambour 4, à une pression d'environ 6 bars. La rotation de la vis 16 permet l'avancement des résidus le long du tambour 4 en direction du conduit 11 assurant leur évacuation, tandis que celle des ailettes 25 permet de conférer au liquide un mouvement tourbillonnaire centrifuge. Grâce à la vis 16, le liquide est réparti sur une grande partie de la membrane 15 et grâce aux ailettes 25 une pression dynamique du liquide contre la membrane 15 est créée qui, associée à la dépression existant dans la cuve 3, assure à l'appareil 2 un débit important malgré la faible dimension des pores de la membrane 15. De plus, le mouvement tourbillonnaire centrifuge permet d'amener le liquide au contact de la membrane 15 avec un important angle d'incidence par rapport à la surface de celle-ci en un point considéré, de sorte que la surface apparente que présentent au liquide les pores de la membrane est inférieure à leur surface réelle. Il en résulte une séparation du liquide et des particules qu'il contient plus efficace pour une même dimension des pores, ou la possibilité d'employer des membranes 15 ayant des pores de surface réelle supérieure à celle qui serait normalement appropriée pour la filtration de particules de dimensions données et qui sont donc moins facilement colmatables. Le réglage de l'inclinaison de l'appareil 2 permet, en combinaison avec le réglage de la vitesse de rotation de la vis 16 et celui de la dépression exercée, de faire varier le débit de liquide filtré, qui s'écoule par le conduit 12, ainsi que la concentration des résidus qui sont éliminés du côté du tambour 4 où débouche le conduit 11. La filtration peut ainsi être réalisée sur les deux premiers tiers de la longueur de la membrane 15 dont le troisième tiers sert essentiellement à la concentration des résidus. Les buses 31 assurent un décolmatage efficace des pores de la membrane 15. L'appareil 2 selon l'invention a des peformances remarquables. Dans le cas d'eau dite "sous-toile", ayant une concentration de 250 milligrammes par litre, en provenance d'une machine produisant un papier imprimé pour l'impression-écriture composé de 40 % de pâte de feuillus et 60 % de pâte de fibres longue de résineux raffinée à environ 50 degrés Schopper Riegler, l'appareil 2 assure, sous un débit de 110 mètres cubes à l'heure, une filtration telle que l'eau filtrée a une concentration en impuretés d'environ 20 milligrammes par litre. La concentration des particules éliminées par l'appareil 2 est d'environ 100 grammes par litre et ces particules peuvent être immédiatement réintroduites dans le circuit de fabrication de la machine. REVENDICATIONS 1 - Appareil pour la séparation d'un liquide et des particules solides en suspension qu'il contient, du type comportant un tambour rotatif perforé, aux extrémités duquel débouchent un conduit d'entrée du liquide chargé et un conduit d'évacuation des particules après séparation, et dans lequel est située, coaxialement à lui-même, une vis d'Archimède, caractérisé en ce qu'au moins une membrane (15) apte à filtrer des particules de faibles dimensions est située contre la paroi interne du tambour (4) et les spires (16a) du filet de la vis d'Archimède (16), non solidaire de la paroi interne du tambour (4), comportent, à leur périphérie, des ailettes (25) conformées de manière à, lorsque la vis (16) est animée d'un mouvement de rotation, conférer au liquide un mouvement tourbillonnaire centrifuge engendrant une pression du liquide contre la ou les membrane(s) (15). 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tambour (4) est inclinable, du côté où débouche le conduit (10) d'entrée du liquide chargé et est situé à l'intérieur d'une cuve (3) étanche et apte à être mis en dépression par des moyens appropriés (33), le volume intérieur du tambour (4) ne communiquant avec celui de la cuve (3) que par les perforations (5) que comprend le tambour (4). 3 - Appareil selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de la vis d'Archimède (16) est réglable. 4 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la rotation du tambour (4) s'effectue sous une rampe (30) munie de buses (31) projetant sous pression du liquide déjà filtré. 5 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tambour (4) est entraîné en rotation en sens inverse de celui de la vis d'Archimède (16). 6 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les ailettes (25) sont constituées chacune par une lame qui relie deux spires (16a) adjacentes de la vis (16) et qui est inclinée du côté de son bord interne. 7 - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que, dans un plan horizontal, l'axe longitudinal des ailettes (25) forme un angle d'environ 20 degrés avec l'axe de la vis (16). 8 - Appareil selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que les ailettes (25) sont disposées sensiblement à 120 degrés les unes des autres. 9 - Appareil selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les ailettes (25) sont inclinées sur leur bord intérieur d'environ 30 degrés par rapport à la tangente aux spires (16a) au point où leurs angles extérieurs coïncident avec le bord périphérique extérieur des spires (16a).