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"Procédé et appareil pour la purification de liquides contenant des colloïdes et (ou) des dispersions de dimensions plus grandes".
La présente invention se rapporte à un procédé pour la purification au moyen de filtration de liquides contenant des colloïdes et (ou) des dispersions plus grossières, ainsi qu'à un appareil pour l'application de ce procédé.
La purification de liquides au moyen d'une filtration dite technique vise généralement à la séparation de particules dont les dimensions sont au-dessus d'une certaine grandeur, de particules plus petites. Celles-ci forment alors le filtrat tandis que celles-la forment le résidu de la filtration.
Quand il s'agit de liquides qui, à côté de dispersions de dimensions colloïdales ou encore plus grandes, que l'on désire re- trouver dans le filtrat, contiennent encore des matières étrangères g-M1 environ le même ordre de grandeur la purification rapide et com- plète au moyen de la filtration technique est généralement impossi- ble. Il est bien vrai que, si la grandeur des pores de la matière filtrante correspond à celle des particules dispersées, les matières étrangères sont retenues, mais en même temps ces pores s'obstruent rapidement ;
si, au contraire, les pores sont plus grandes,le danger d'obstruction n'est jamais complètement évité et en outre les matiè- res étrangères. passent avec les particules dans le filtrat.
L'invention vise à un procédé pour la séparation rapide et complète de matières étrangères du reste de la matière à
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filtrer.
En principe le procède d'après l'invention consiste en une filtration dite physique de liquides, contenant des matières colloïdales et (ou) des dispersions plus grossières, à travers une couche d'une matière filtrante dent l'épaisseur est de l'ordre du millimètre.
L'invention est fondée essentiellement sur la constation surprenante qu'il est possible sous certaines conditions d'amener de tels liquides entièrement à travers les pores ou ailles d'une couche mince d'une matière filtrante en précipitant presque complètement sur celle-ci les matières étrangères,
Les conditions essentielles, qui doivent être remplies pour atteindre ce but sont
1, que le liquide à purifier soit conduit d'une façon tranquille' à travers et le long de la surface filtrante
2.
que les dimensions des pores soient appropriées à la grandeur des particules dispersées que l'on désire faire passer dans le filtrait
Les résultats peuvent encore être améliorés par l'exploi d'une matière filtrante à fibres aussi nombreuses et aussi fixes que possible, mais ceci n'est pas essentiel* quoique des matières filtrantes de la nature susmentionnée soient généralement à préférer, on peut également faire usage d'autres Matières, par example de métal perfore ou de treillis de fils fins,
La différence dans la conduite des particules dispersées et des matièresétranges doit probablement être attribuée à une action superficielle et à l'adsorption.
La marche d'une filtration d'après l'invention s'effectue comme suit :
Avant le commencement de la filtration on a vérifie quelles matières colloïdales et éventuellement quelles substances plus grossières passeront par la matière filtrante, pour le lait par
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exemple non seulement les matières albuminoides, règlement colloïdales* mais également les globules de graisse, qui ont un diamètre de 1 a 20 devront se retrouver dans le filtrat, Dans ce cas on choisit de préférence une grandeur de mailles d'environ 200 dans la matière filtrante. Aussitôt que le liquide est amené dans le récipient de filtration, il se produit sur la matière filtrante un précipite, soit directement des matières colloïdales, soit d'agglomérés de celles-ci.
La surface de cette couche filtrante se développera plus ou moins rapidement d'après la finesse et le nombre de fibres élémentaires libres dans la matière filtrante,
Si conformément a l'invention on laisse maintenant passer le liquida à filtrer a travers la matière filtrante d'une façon tellement tranquille, qui la couche filtrante n'est pas dérangée (par exemple pour le lait avec une vitesse d'environ 1,8 m par heure) on obtient une précipitation sur les fibres, non seulement de matières étrangères (boues), .mais aussi de quelques unes des colonies de bactéries, se trouvant éventuellement dans le liquide et qui se présentent sous forme de chaînettes (streptocoques) avec la masse visqueuse qui les entoure,
tandis que les articules colloïdales et également les particules plus grossières, comme par exemple les globules de graisse susmentionnées, passent à travers la couche filtrante*
Il est évident que pendant la marche de la filtration il faut également prendre soin de ne pas déranger la couche filtrante, par conséquent il faut faire passer non seulement le liquide a purifier tranquillement à travers là surface filtrante c.a.d. avec une vitesse qui ne dépasse pas environ 1,8 m. par heure, mais en prenant également soin de ne pas augmenter la vitesse de li- quide le long de cette surface au-delà d'une vitesse d'environ 18 m. par heure*
La méthode de filtration physique c.a.d.
la filtration au moyen de matières plus ou moins finement divisées est connue.@
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Dans cette méthode les coprs quiese trouvent dans la matière à filtrer jouent également un rôle important; c'est que ces corps devront se précipiter préalablement sur la matière fil- trante finement divisée pour obtenir un fonctionnement saitis- ' faisant du filtre, Contrairement à cette méthode connue, dans laquelle on opère généralement avec des couches d'un épaisseur de l'ordre du centimètre, dans le procédé' suivant l'invention on emploie une matière filtrante d'une épaisseur de l'ordre du millimètre, par conséquent le chemin parcouru a travers la matière filtrante est différent dans les deux méthodes ainsi que la vitesse de la matière à filtrer, qui,
dans la filtration physique, est considérablement inférieure et correspond a environ
10 centimètres par heure. ceci ne constitue néanmoins pas une différence essentielle entre les deux procédés car en opérant d'après l'invention on peut obtenir des résultats bien salis*. faisants avec des vitesses a travers la matière filtrante de 10 centimètres par heure.
Les appareils servant a l'application du procédé suivant l'invention doivent être appropries a différentes conditions, auxquelles les appareils de filtration ordinaires ne satisfont guère.
La condition principale, a laquelle les appareils suivant l'invention doivent satisfaire consiste en ce que la matière a filtrer peut être amenée d'une façon égale et tranquille aux éléments de filtration; il faut éviter d'amener le liquide par un seul orifice d'alimentation et en tous cas prendre des pré- cautions afin que les éléments de filtration ne sont pas atteints d'un courant fort de liquide.
Les filtres-presses et les filtres ; sacs du type ordinaire ne satisfont point a cette condition.
On peut saitsfaire a cette condition en disposant un ou plusieurs éléments de filtration dans une partie d'un réservoir, dans lequel le liquide a filtrer peut se déplacer d'une façon
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lente et tranquille; il faut également prendre soin, que ces éléments se trouvent toujours au-dessous du niveau du liquide.
Ceci est oonstructivement a effectuer de maintes façons* En principe un appareil a filtration, qui satisfait aux con- ditionssusmentionnées consiste en un récipient, dans lequel on distingue un réservoir dans lequel le liquide a filtrer est amené du dehors et un réservoir ou sont disposés les éléments de filtration horizontaux ou verticaux qui débouchent au dehors du récipient en bas ou en haut de celui-ci ou du réservoir dans lequel se trouvent ces éléments, On peut séparer le réservoir dans lequel le liquide a filtrer est amené du réservoir ou se trouvent les éléments de filtration au moyen d'une plaque, qui barre pour la plus grande partie la communication entre les deux parties du réservoir, Cette plaque,
qui sépare la partie dans laquelle le liquide est en mouvement de celle dans laquelle le liquide se trouve en état de tranquillité est disposé a un endroit qui dépend du caractère du liquide a filtrer. pour les liquides, dont les dispersions grossières sont spécifiquement plus légères que le fluide, le réservoir d'amenée doit se trouver au-dessus du réservoir de filtration. Pour le lait, qui appartient a cet espèce de liquides, ceci est effec- tué afin d'empêcher le orémage pendant la filtration.
Pour les liquides, dont les dispersions grossières sent spécifiquement plus lourdes que le liquide, le réservoir d'amenée doit se trouver au-dessous du réservoir de filtration, atin d'empêcher la sédimentation deces dispersions.
Les pores ou mailles de la matière filtrante doivent être appropriées expérimentalement aux dimensions des particules que l'on désire retrouver dans le filtrat,
Pour la construction d'un appareil pour l'application du procédé selon l'invention, il faut tenir compte de la surface totale de filtration et de la circonférence totale de cette surface comme fonction de la pression qui fournit
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l'énergie de courant du liquide en rapport a la viscosité et au coefficient de frottement de celui-ci ainsi qu'aux dimensions et à la forme des orifices d'écoulement des éléments à filtra- tion,
Afin de résumer le rapport entre les différentes dimen- sions de l'appareil a filtration et les vitesses admises on désigne par:
A:
la distance en mètres entre deux éléments de filtra- tion (ou bien le double de la distance entre un élément de fil. tration et la paroi voisine), V: la vitesse moyenne admise du liquideà travers la matière filtrante en mètres par heure.
V1:la vitesse moyenne admise du liquide le long d es éléments dafiltration en mètres par heure.
0; la surface active totale d'un élément de filtration en mètres carres.
L: la circonférence maximale d'un élément de filtration en mètres,
La capacité d'un élément de filtration est alors:
0 V = A L V' dont suit l'équation;
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dans laquelle A est la distança minimale entre deux éléments de filtration, pour le lait par exemple V < 1,8 mètres par heure et V' < 18 mètres par heure on trouve pour le rapport
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= (=0) OU bien.- v1 10 A = 0 -r (1) en éteignant par une constante par exemple 1/10# pourles éléments de filtration àpeu près carres on a L = 2 #2.0 d'ou résulte enfin pour A;
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L' appareil doit en outre suffire à la condition V<1,8 mètres par heure.
On peut se servir de tout moyen connu pour maintenir une différence de pression désirable dans l'appareil comme il sera démontré ci-dessous.
Les dessina annexés représentent, à titre d'exemples et de manière schématique, quelques formes de réalisation d'un appareil pour l'application du procédé suivant l'invention, Il est a remarquer encore, que l'invention n'est point limitée a oes formes de réalisation et que notamment les appareils de filtration connus peuvent être reconstruits de telle façon, qu'ils suffisent aux conditions susmentionnées,
La fig. 1 représente un appareil, dans lequel les élé- ments de filtration sont disposes horizontalement. Dans le récipient 1 à fond conique 2 se trouve un réservoir cylindrique 4, pourvu d'un fond perforé 5. Ce fond sert aussi bien pour le renforcement du réservoir 4 que pour protéger la toile filtrante 6 tandue en dessous de ce rond.
Le liquide colloidal a purifier entre par le tuyau avec robinet 7, dont l'embouchure se trouve au-dessus de fond 5.
L'écoulement du liquide filtre s'effectue dans la direotion in- diquée par des flèches, par le tuyau à syphon 8, qui débouche d'une part dans un petit réservoir 9 et d'autre part dans le petit réservoir 10, qui se trouve dans la gouttière d'écoulement 11 avec décharge 12.
Le- rendement de l'appareil décrit peut être augmente con- venablement en employant différents éléments de filtration en forme de disques 6', ainsi qu'il est indiqué sur la figure en pointillé.
Le fonctionnement de l'appareil décrit .s'opère comme suit.
Le récipient 1 est rempli jusqu'au dessus du fond 5 de liquide colloïdal a purifier venant du tuyau d'amenée 7, de telle façon qu'entre le cylindre 4 et la paroi du récipient 1
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on obtienne une colonne circulaire de liquide, En réglant con- venablement l'amenée et l'écoulement du liquide, on peut maintenir une différence de niveau appropriée 'a, qui fait monter le liquide travers de la matière filtrante avec une vitesse constante, exactement réglable, par exemple 1,8 m par heure,
Comme par suite de cet écoulement lent les constituante, à poids spécifique léger du liquide colloïdal, par exemple la crème du lait, auront une tendence a se séparer, le liquide surnageant sera décharge du petit réservoir 9 par la gouttière de décharge 11, en vue de l'obtention ci 'un produit homogène,
Dans la forme d'exécution d'après la fig. 2, 13 est un récipient rectangulaire, dans lequel un certain nombre d'éléments de filtration 14 sont suspendus verticalement et parallèlement Ces éléments s-ont composés essentiellement, comme le montre la figure 3, d'un cadre 141, dans lequel se trouve disposé un treilli
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métallique ou une tôle ondulée 14 entouré d'un ses 14 f er de nréférence d'une matière filtrante fibreuse*: Le tissu 14 empêche les parois du eau 14 de se rapprocher,.
Au-dessus le
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treillis 142 est relie a un tuyau d'écoulement 14 4 qui est pourvu d'une série d'ouvertures 14 Le tuyau 14 repose avec son extrémité fermée d'une façon facilement démontable dans -au sunnort 15, tandis que son extrémité ouverte débouche par ilori. fice 16 dans la gouttière de 6echarge 17, Les orifices d locale- ment peuvent toutefois être arranges à tout autre endroit approprié, Au-dessus des différents éléments de filtration est dis-
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posée une plaque 18, de pref-erenoe dans un plan légèrement in- cliné* Autour de cette plaque se trouvent des ouvertures de passage 19.
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Le liquide a purifier est amené par la conduite 80 deze la récipient 13. Pour éviter une séparation des -éléments à poids spécifique plus léger, la conduite 20 t disposée < 0 hauteur telle que le liquide. est maintenu en mouvement dans la partie supérieure du récipient., En vue cependant d'obtenir un
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repos aussi oomplet que possible du liquidependant son passage a travers des éléments de filtration, on a prévu la plaque in- olinée 18, qui pour le lait sert également à empêcher la séparation de crème dans la partie supérieure du récipient 13.
Cette plaque 18 sépare la partie supérieure du liquide, qui est en mouvement, de la partie inférieure qui est en repos et qui passe avec une,vitesse constante,, exactement réglable par la matière filtrante 14 pour être ensuite déchargée par ies ouver- tures 14 et le tuyau 14 dans la gouttière 17. A l'endroit 21 on peut arranger près du fond un robinet de purge pour éloigner la boue qui s'y assemble.
Il est très important de disposer le sao filtrant 143 de telle façon autour du cadre des éléments de filtration 14, que toute possibilité de passage de liquide non filtre par les ouver- tures 145 dans le tuyau 144 soit exclue, A cet effet les coutures latérales du sac ne sétendent que jusqu'au point ou le sac vient en contact avec-le tuyau 14 ,Les extrémités libres des sacs, ainsi que cela ressort de la figure 3, sont repliées l'une après l'autre autour du tuyau 14 et liées, afin d'obtenir une fermeture parfaite.
Comme chaque élément de filtration possède un écoulement sépare, dans la gouttière 17, on peut contrôler facilement chaque élément* Lorsqu'on constate ainsi que chaque él'ement fonctionne d'une manière satisfaisante, on peut admettre avec certitude qu'un bon fonctionnement est assure pendant quelques heures, parce que la matière filtrante n'est pas touchée ertre temps à la main ou d'une autre façon. Un autre avantage est encore que dans le cas de mavais fonctionnement d'un élément quelconque, celui-ci peut être élimine, pendant que tous les autres éléments continuent à fonctionner normalement.
La distance mutuelle des éléments est choisie de telle façon qu'avec une vitesse du liquide d'environ 1,8 m par heure à travers la surface filtrante, une vitesse d'amenée de 18 m par heure le long de la surface des éléments de filtration n'est pas
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dépassée,
La figure 4 représente une disposition ou% deux éléments de filtration horizontaux sont disposes dans un récipient, muni àsa paroi latérale d'une chambre distincte 23, dans laquelle débouchent les tuyaux 24 relies aux éléments de filtration,
Dans la forme d'exécution représentée dans la figura le lait ou l'autre liquide à purifier coule dans le récipient
13 en un courant uniforme, toutefois,
notamment pour de Petites installations, il peut être désirable de pouvoir verser le lait directement des cruches à lait* Le lait subirait alors des mouvement brusques contre le bord de la plaque protectrice et empêchera 11 un fonctionnement convenable du filtre* pour obvier à cet inconvénient, la construction d'après la figure 2 peut être modifiée comme représentée dans la figure 5. Une plaque 18' correspond à la plaque 18 de la figure 2 et est pourvue à son bord d'un collier 25, tandis que dans la partie supérieure du réservoir se trouve un entonnoir 26.
Le niveau du lait dans l'entonnoir se trouve au-dessus de la plaque 18', du fait que la partie supérieure des tuyaux recourbée 27, reliée d'une façon ..démontable avec les éléments de filtration au moyen de l'écrou 29, s'élève au-dessus de la plaque 18'. Aussbien dans cette formé d'exécution que dans celle d'après la fige 2, il pout y avoir plusieurs éléments de filtration et plusieurs tuyaux re- courbes 29.
Le but de maintenir les éléments de filtration et le plaques constamment submerges nécessaire pour le fonctionnement continu, peut également être atteint d'une autre manière, par exemple par la disposition d'après la fig. 6* Dans cette forme d'exécution, les tuyaux de décharge des éléments de filtration débouchent dans un petit réservoir latéral lote aveu écoulement 31, dont le niveau se trouve au-dessus de la plaque protectrise 18".
L'orifice de décharge 32 sert au contrôle et permet le réglage de chaque élément de filtration.
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L'appareil d'après la fig. 6 peut également, comme in- diqué dans la tige 5, être pourvue d'un entonnoir 26, de sorte que le liquide peut être verse dans l'appareil sens mesures de précaution spéciales*
Il est encore à remarquer, que dans le procède d'après la présente invention, on obtient une purification très intense de liquides oolloidaux, tels que le lait, sans chauffage du liquide ou sans aucun antre traitement préalable. Ceci contraire- ment aux procédés et appareils connus, avec lesquels on n'ob- tient en général des résultat* avantageux qu'avec le lait chaude par exemple du lait après la pasteurisation.
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