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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX FILTRES'CONTINUA ROTATIFS HORIZONTAUX, A
CELLULES BASCULANTES.
La. présente invention concerne des perfectionnements apportés aux filtres continus rotatifs horizontaux, à cellules basculantes.
Les filtres de ce genre conservent tous les avantages des fil- tres où le gâteau est recouvert de liquide et où les lavages sont unifor- mes sur toute 1-'étendue du gâteau. Le déplacement des solutions qui se trouvent dans le gâteau, par recouvrement de tout le gâteau par le liqui- de de lavage, s'accomplit avec un minimum de liquide.
Dans les filtras horizontaux à cellules séparées, les gâteaux individuels des différentes cellules peuvent être soumis successivement à Inaction des liquides des différents lavages, ce qui assure une grande ef- ficacité du traitement. Ces filtres fonctionnent suivant un cycle continu, chaque cellule- recevant, en un point déterminé, la matière à filtrer, et subissant ensuite des lavages pendant une partie d'une rotation de l'appa- reil, pour être finalement retournée sur elle-même pour enleve-r le- gâteau, avant de recevoir un nouveau remplissage, au point de départe Ces filtres peuvent atteindre une assez grande capacité,
tout en permettant un contrô- le précis des liquides filtréso
La présente invention vise plus spécialement à perfectionner ces filtres de telle façon qu'il devient possible de les construire avec une surface utile de filtration très importante, et un' rendement de fil- tration très élevé, tout en limitant au minimum la solution de filtrat, ce qui améliore grandement Inefficacité du filtrée L'invention prévoit une construction très légère, permettant d'augmenter sensiblement la sur- face des cellules de filtration.
L'invention prévoit également une construction dans laquelle les cellules filtrantes sont supportées à basculement par un châssis tour- nant et sont reliées chacune par une conduite souple à la tête tournante d'un distributeur central fixe, laquelle tête est entraînée en rotation
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par le d.it châssis à l'aide de moyens permettant des déplacements relatifs limités, de sorte qu'il devient possible de réaliser une construction très légère sans obligation de liaison rigide entre les dits éléments principaux de l'appareil, ce qui présente un grand intérêt au point de vue de l'uti- lisation de matériaux spéciaux relativement coûteux qui peuvent être requis pour résister à l'attaque de certaines substances chimiques devant être traitées, notamment des acides,
L'invention prévoit aussi des moyens de guidage et de commande du basculement des cellules, qui permettent la filtration pendant la ma- jeure partie de la rotation et une décharge rapide et complète du gâteau à la fin du cycle. La construction du filtre et ses moyens- de vidange as- surent le maintien du filtre dans un état de parfaite propreté.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressorti- ront de la description d'un exemple d'exécution, qui sera donnée ci-après, à simple titre démonstratif, avec référence aux dessins schématiques anne- xés. La construction illustrée a été plus spécialement conçue pour la sé- paration du plâtre et de l'acide phosphorique, telle qu'elle s'effectue en pratique dans la fabrication de cet acide par voie humide. L'appareil selon l'invention est particulièrement avantageux pour la réalisation de cette filtration, mais il est bien entendu que l'invention n'est aucune- ment limitée à cette application, mais peut aussi être utilisée pour la filtration de toutes autres substances susceptibles d'être traitées par un filtre du genre spécifié, notamment des substances devant subir succes- sivement plusieurs lavages.
Dans les dessins annexés :
La Fig. 1 montre une vue partielle en plan d'un filtre rota- tif selon l'invention, notamment d'un élément ou bras portant une cellu- le basculante.
La Figo 2 est une vue en élévation, partiellement en coupe, de la construction selon Figo 1
La Fig. 3 est une vue en bout, à plus grande échelle, de l'é- lément de filtre selon Figo la
La Fig 4 est une vue en coupe, verticale longitudinale, à'plus
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granàéeµtàéà&e,cdlkné cellule- -filtrante. ""
La Figo 5 est. une vue en plan du support de celle-ci.
La Figo 6 est une vue partielle en bout, à plus grande échel- le, de la cellule selon Figo 4
La Fig. 7 est une vue fragmentaire en coupe verticale et à plus grande échelle, de la dite cellule.
La Fig. 8 est une vue fragmentaire en plan de la cellule se- lon Figo 7.
La Fig 9 est une vue partielle en coupe longitudinale d'une variante de construction de la cellule filtrante.
La Fig. 10 est une vue d'en-dessous de cette cellule, à plus petite échelle.
La Figo 11 est une vue partielle en coupe suivant la ligne 11 de Fig 10
La Fig. 12 est une vue partielle en coupe longitudinale d'une autre variante de construction de la cellule filtrante.
La Fig 13 est une vue schématique partielle en développement des chemins de guidage assurant le basculement, le retournement et le re- dressement des cellules basculantes.
La Fig. 14 est une demi-vue en coupe verticale du distribu- teur central.
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La Fig 15 est une vae partielle d'au-dessus de la Figo 14
La Fig 16 est une vue- fragmentaire en plan de l'élément cen- tral de support du distributeur.
La Figo 17 est une demi-vue en plan d'un détail de la Figo 14
La Fig 18 est une coupe à plus grande échelle suivant la lig- ne XVIII-XVIII de Figo 170
Les Figs- 19 et 23 sont des vues en plan de deux autres détails de la Figa 14
La Fig 20 est une vue en coupe suivant la ligne XX-XX de Figa 18
Les Figso 21 et 22 sont des vues- fragmentaires en coupe sui- vant les lignes XXI-XXI et XXII-XXII de Fig.
190
La Fig 24 est une demi-vue en plan du dispositif d'entraîne- ment de la tête mobile du distributeur,et
Les Figso 25 et 26 sont des vues partielles en coupe de ce dispositif, suivant les lignes XXV-XXV et XXVI-XXVI de Figo 24 Lappareil selon l'invention comprend une série de cellules filtrantes 1 fixées chacune sur un support 2 pourvu d'un arbre 3 monté à rotation dans des paliers 4 5 Tous les paliers supportant les cellu- les sont fixés sur un châssis tournant 6 Celui-ci roule par des- galets 7 ,8 sur des rails 9, 10 supportés par la maçonnerie 11.
Le mouvement de rotation du châssis 6 peut être assuré, com- me montré en Figo 2, par deux pignons dentés 12 diamétralement opposés, engrenant avec une crémaillère 13 fixée ée sur le dit châssis. Les pignons sont commandés par un moteur électrique 14, par l'intermédiaire d'un réducteur et d'un variateur de vitesse 15, la commande du pignon non montré en Figo 2 se faisant par l'arbre intermédiaire 16
Sur une extrémité de l'arbre 3 est fixé un levier coudé 17 dont les deux bras-partent, à leur extrémité libre, des galets 18, 19 qui roulent respectivement sur un chemin de roulement extérieur 20 et un chemin de roulement intérieur 21, dont la forme et le rôle seront préci- sés dans la suite. Les galets 18, 19 déterminent ainsi la position de la cellule, filtrante-.
Dans la réalisation montrée en Figso 4-8, chaque cellule 1 comprend une tôle de fond plane 22, une pièce intermédiaire 23 qui suppor- tera le tissu filtrante et un encadrement 24. Le fond 22 et l'encadrement 24 sont établis en tôle mince d'acier inoxydable, par- exemple de- 2 mm. d'epaisseur Ces trois éléments sont assemblés et fixés au support 2 à l'aide de boulons en acier inoxydable 25. Une telle- cellule est de con- struction très légère et son montage sur le support 2, ainsi que son dé- montage., sont rapides et aisés
La. pièce intermédiaire 23 est établie en caoutchouc ou matiè- re analogue résistant à l'attaque de la substance traitée, notamment l'a- cide phosphorique, aux températures et concentrations appliquées.
La dite pièce 23 comprend un encadrement 26 en caoutchouc plein et souple-assurant un joint parfait entre le fond 22 et l'encadre- . ment 24, et une partie centrale formant un tapis à face supérieure plane et perforée d'un grand nombre de petits trous 27, tandis- que- sa face in- férieure est garnie de picots ou tétons 28 qui assurent le maintien d'un écartement entre le fond 22 et la pièce 23, pour l'écoulement du liquide au cours de la. filtration.
Les bords intérieur et extérieur de la pièce 23 présentent u- ne rainure 29, dans laquelle on engage le bord de la toile filtrante 30, qui est tendue sur la- pièce 23 et est fixée dans la rainure-29-'par une baguette de calage 31. Le remplacement du tissu- filtrant devient ainsi très aiséo De plus, le tissu, est maintenu en contact avec le tapis de ca-
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outchouc sur toute la longueur de la fixation, évitant ainsi le frotte- ment et l'usure qui se produisent en cas de fixation par serrage de piè- ces métalliques.
Le liquide de filtration arrivant dans l'espace compris en- tre le fond 22 et la pièce 23 est évacué par un trou de vidange 32 mé- nagé dans le fond 22 et auquel est raccordée une conduite qui sera décrite dans la suite.
On remarquera qu'une cellule ainsi construite est particuliè- rement légère et de réalisation très simple, tandis que son encombrement en hauteur est très faible.
Les Figs. 9-11 montrent une variante d'exécution dans laquel- le les tétons 28 sont supprimés, un tapis de caoutchouc lisse 33 reposant sur un fond 34 en tôle présentant de faibles ondulations perpendiculaires à l'arbre 3, qui forment des cannelures 35 débouchant dans une cannelures longitudinale 36 pourvue du trou de vidange 32.
La Fig. 12 montre une autre variante, dans laquelle les can- nelures 35 sont formées par une pièce 37, par exemple en bakélite moulée, agencée entre le fond plat 22 et le tapis de caoutchouc plat 33. Les can- nelures 35 débouchent dans un collecteur semblable à 36 en Figs. 10-11.
Grâce à la prévision des tétons 28 (Fig. 7) ou des ondula- tions du fond 34 (Fig. 9) ou de la pièce 37 (Fig. 12), il est possible d'appliquer un vide très élevé sous le tapis de caoutchouc 23, 33, au cours de la filtration, malgré la construction très légère de la cellu- le, en matière résistant aux acides. En effet, la pression atmosphérique agissant sur la face supérieure et la face inférieure de la cellule se répartit sur toute la surface, de sorte que la pression unitaire est fai- ble et que quelques tétons 28 ou quelques ondulations de la pièce 34 ou 37 suffisent pour maintenir l'espace libre voulu pour l'écoulement du li- quide.
Le remplissage de la cellule s'opère à l'aide d'une auge d'a- limentation 38 qui est suspendue à un chemin de roulement 39 monté au- dessus du filtre et qui reçoit, par un conduit 40, la matière à filtrer, par exemple, la boue de plâtre provenant de l'installation de fabrica- tion de l'acide phosphorique.
L'évacuation du liquide ayant traversé la cellule se fait par le trou 32 auquel est raccordé un tuyau relié à la couronne mobile d'un distributeur stationnaire central. Selon l'invention, cette liaison s'o- père au moyen d'un tuyau souple 41 par exemple en caoutchouc armé, pas- sant par l'arbre creux 3, et capable de résister à des torsions alterna- tives de 180 Chaque tuyau. 41 est raccordé à un compartiment de la cou- ronne-mobile, désignée d'une façon générale par 42 en Figs. 1-2, d'un dis- tributeur central fixe, désigné d'une façon générale par 43 en Fig. 2, et fixé par un socle 44 sur la maçonnerie 11.
Cette disposition suppri- me tout joint coulissant par l'intermédiaire d'un bourrage et élimine tout danger de rentrées d'air ou de perte de liquide par les joints et bourra- ges, tel qu'il existe dans les appareils connus. Elle réalise une liaison souple entre le distributeur fixe et les cellules montées sur le châssis tournant, éliminant la rigidité de l'ensemble de ces éléments, telle- qu'el- le existait dans les appareils connus.
Le distributeur comprend une série de boites reliées chacune par un tuyau 45 à un séparateur à vide 46. En arrivant dans le coude 47 en forme de T, le liquide se sépare des gaz et vapeurs et il s'écoule par le tuyau 48 formant colonne barométrique.
Les cellules filtrantes travaillent suivant un cycle qui com- mence au moment où la cellule reçoit sa charge, par exemple de boue de plâ- tre et acide phosphorique, de l'auge 38. Comme il ressortira de la suite de la description, la cellule est bien propre et sèche au moment de l'ali- mentation.
Pendant celle-ci, on maintient la dépression légère qui existait
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précédemment par exemple de 300à 400 mm d'eau, ce qui assure une excel- lente répartition de la pulpe à filtrer sur toute la surface de la cellu- leo Après- le remplissage, le vide est établi par l'intermédiaire du sec- teur convenable du distributeur et est maintenu pendant la filtration des eaux-mères et des différents lavages, jusqu'au lavage à l'eauo Pendant tout ce parcours, les cellules sont maintenues horizontales grâce au fait que les galets 1 19 roulent sur'des parties horizontales des chemins de roulement 20, 21 et empêchent le basculement dans l'un et dans l'autre sens.
Avant de recevoir un nouveau remplissage, la cellule doit ê- tre vidée de son gâteau. Les mouvements de basculement, renversement et redressement nécessaires à cet effet sont obtenus- par une disposition spé- ciale des chemins 20 et 21 sur cette partie du parcours, qui sera décrite plus spécialement avec référence à la Fig 13Pour la clarté du dessin,9 les chemins de roulement ont été montrés d'une façon schématique, sans les ferrures qui les'soutiennent et qui sont réunies à leur tour aux colonnes 490
Avant la fin du lavage à l'eau, la cellule est inclinée de par exemple 45 environ, par le fait que le galet 19 est un peu soulevé par le bec 21a, tandis que le galet 18 s'engage dans un chemin de roule- ment double 20, 20a qui descend d'abord pour abaisser le galet 18 et in- cliner la cellule,
et qui devient ensuite horizontal pour maintenir la cellule dans la position inclinée A
Le liquide se trouvant alors sur le fond de la cellule coule donc vers l'arête inférieure du trapèze de base, qui présente elle-même une bonne pente vers la sortie 32, de sorte que l'on est sûr d'obtenir une vidange parfaite, même si le fond de la cellule n'est pas absolument plan, ce qui permet d'exécuter celui-ci en tôle mince. Cette disposition assure un bon rendement de lavage et un haut titre de l'acide, évitant toute perte d'acide dans le fond de-s cellules.
Après la vidange, on provoque le basculement de la cellule, qui est déjà amorcé du fait de l'inclinaison précédente, qui a fait pas- ser le centre de gravité de la cellule en avant de l'axe de sustentation 3, de sorte que la cellule s'appuie sur le- galet 18 Le chemin double 20, 20a s'inclinant de plus en plus, le galet 18 descend encore et la cellule se retourne.
Si, pour une raison quelconque, par exemple un serrage des paliers 4, 5 ou un remplissage inégal de la cellule, celle-ci ne pivotait pas par suite du déplacement de son centre de gravité, le galet 19 vien- drait en contact avec le rail 21b se trouvant dans le plan du chemin de roulement intérieur, et achèverait le- basculement pour amener la cellu- le dans la position B
A la fin. du basculement, le chemin double 20, 20a s'arrête et le galet 19 s'engage dans un chemin double 21 21c qui monte progressive- ment pour redresser la cellule.
A la fin de ce chemin 21, 21c le galet 19 rencontre la butée 50 et, puisque l'arbre 3 poursuit toujours son mou- vement dans un plan-horizontale avec les paliers 4 5 solidaires du châs- sis tournant 6, le redressement de la- cellule- se poursuit, tandis que le galet 18 s'engage dans le chemin double- 20, 20b pour achever le redresse- ment jusqu'à ce que la cellule occupe la position horizontale C, dans la- quelle les galets-18, 19 reposent de nouveau sur deux chemins simples de roulement 20, 21 Tous ces mouvements de la cellule sont donc commandés automatiquement par la rotation du filtre Cette commande s'effectue sans créer des efforts importants dans-les bras du levier coudé 17 et les che- mins de roulement, grâce à la construction légère des cellules,
le centre de gravité étant voisina de l'axe de rotation.
Dès le début du renversement de la cellule, c'est-à-dire dès la fin de la partie horizontale du chemin double 20, 20a, l'intérieur de la cellule est mis au contact de la pression atmosphérique par l'intermé- diaire du distributeur.
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Le gâteau tombe alors sous l'effet de son propre poids.Pen- dant cette période, le gâteau et la toile de la cellule peuvent être arro- sés par des rampes placées au-dessous et au-dessus de la cellule, si cela est nécessaire pour assurer un dégagement parfait du gâteau.
Pendant la période de redressement, une dépression de par exem- ple 300 à 400 mm d'eau est créée dans la cellule par l'intermédiaire du distributeur. L'air passant par la toile filtrante, le fond de la cellule et le tuyau 41 allant au distributeur, sèche tout cet ensemble et chasse l'eau qui pourrait encore s'y trouver. La cellule est donc bien vide et sèche au moment où elle va recevoir une nouvelle charge. De plus, on sup- prime ainsi la dilution de l'acide des eaux-mères par de l'eau qui se trouverait sinon dans les cellules, et il devient possible d'utiliser des cellules plates et légères, non rigides, ce qui est très avantageux.
Le distributeur auquel toutes les cellules sont reliées et qui contrôle le processus de filtration est illustré d'une façon plus dé- taillée en Figso 14 à 23.
La Figo 14 montre une demi-coupe verticale du distributeur, dont la tête mobile 42 (Fige 2) peut tourner autour de l'axe de symétrie montré en Figo 14 tandis que sa partie fixe 43 (Fig. 2) est fixée à un socle 44 solidaire de la maçonnerie 11
La tête mobile comprend une couronne 51 comportant des tubu- lures 52 raccordées chacune à un tuyau 41 relié à une cellule filtrante.
Un couvercle 53, qui est partiellement arraché en Fig. 15, est fixé à la couronne par des boulons 54 et porte, en son centre, un carré saillant 55 qui sert à l'entraînement de la tête mobile du distri- buteur par le châssis tournant 6 La liaison mécanique à ce dernier est réalisée par un support 56 solidaire du châssis 6 et comportant un cer- tain nombre de bras radiaux fixés à un cercle 57 (voir aussi les Figs 24- 26) qui supporte deux traverses rigides 58 pourvues de guides 59 pour un cadre coulissant 60 qui comporteà son tour, deux traverses 61 délimitant une ouverture légèrement rectangulaire, embrassant la tête 55.
De ce fait, le coulissement du cadre 60, 61 sur la tête 55 et le coulissement, suivant une direction perpendiculaire, de ce cadre par rapport aux traverses 58, permet d'entraîner la tête du distributeur:en ro- tation, sans pratiquement donner lieu à des efforts latéraux, ni provoquer des déplacements de la tête mobile du distributeur par rapport à l'axe fi- xe de celui-ci, ce qui serait irréalisable par une liaison fixe de comman- de entre le châssis 6 et la châssis 55, puisqu'en raison de ses dimensions, la charpente du filtre ne possède pas une rigidité suffisante. Cette pos- sibilité de mouvement relatif est permise également par la liaison souple entre les cellules et le distributeur.
Le carré 55 est fixé par des boulons 62 à la couronne 51 et au couvercle 53, qui porte des crochets 63 pour la manutention du disposi- tif
Une bague de glissement 64 est fixée à la couronne 51 à l'aide de boulons noyés dans les ouvertures 65. Elle comporte des passages 66 s'a- daptant aux conduits 67 des tubulures 52. Cette bague repose sur une cou- ronne de distribution 68 fixée à une boite annulaire de distribution 69 qui est calée par rapport à un bâti fixe-70, rendu solidaire du socle 44 par des boulons 71 et présentant des saillies en étoile 70a qui supportent la boite 69.
La tête mobile 51, 64 est centrée par rapport au bâti fixe 70 par un anneau de bronze ou analogue 72, solidaire de la couronne 51.
Une bague de garniture 73 est appliquée autour de la pièce 64 et des zo- nes adjacentes des couronnes 51 et 68 Elle est maintenue en place par un cercle 74 à serrage par boulons 75.
Les liquides filtrés au cours d'un cycle de travail d'une cellule 1,c'est-à-dire pendant un tour de l'appareil, sont répartis dans
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les différents séparateurs 46 par la couronne de distribution 68 qui com-
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porte des ouvertures raccordées aux divers séparateurs par leintermédiaire de la boîte 63o Cette répartition peut varier selon les matières soumises à la 1"ilt,ra%ion, c9es+u-à-dire, dans l'exemple envisagé, selon les phospha- tes traités.
Il est donc utile de pouvoir la modifier selon le caso La construction décrite présente l.9avantage qu'elle permet d'e±fectuer rapi- dement et aisément l'enlèvement et le remplacement de la couronne de distri- butiono
Quant à la couronne de glissement 64, elle doit assurer 1'étan- chéité entre sa surface en rotation et la surface fixe de la couronne de distribution 680 Elle doit, en outre, résister aux acides et permettre un glissement sans usure.
Etant donné que la surface de glissement n'est pra-
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tique,-ment pas chargée par le fîltr 'e, grâce à la liaison spéciale entre l'en- semble rotatif et le distributeur, on peut établir la couronne 64 en des matières sans grande résistance mécanique, mais possédant au plus haut de- gré les diverses qualités requises pour la surface de glissement, par exem- ple des matières à base de graphite ou à base de résines synthétiques et
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d asbeste, notamment la matière connue sous le nom commercial Haveg. Il suffit que la charge imposée à la couronne 64 soit suffisante pour que 1'é- tanchéité soit assurée, cette charge étant fournie par la tête mobile du distributeur.
Dans 1'exemple illustré, la couronne 68 présente sept passages
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76e 77e 78, 79, 80e 81, 82, qui communiquent avec sept ouvertures 86, 87, 88, 89, 90, 9le 92 dans la paroi supérieure de la boîte 69, laquelle est
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divisée en autant de compartiments par des cloisons 83. Un de ces comparti- ments comuniqup- avec llatmosphèrc- par une ouverture $,, tandis que les six autres communiquent chacun avec un séparateur 46 par une ouverture 85 Les passages-dans la couronne 68 sont conformés de telle façon qu'à la fa- ce inférieure ils s'adaptent aux ouvertures 86 à 92, tandis que les ouver- tures à la face supérieure de la couronne 68 déterminent les différents
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secteurs de filtration, c9est.di les phases successives de la filtra- tion pendant un tour de 19appareil.
Pendant l'alimentation de la cellule filtrante,le tuyau flexi- ble 41 de celle-ci est en rapport avec la partie pleine de la couronne en- tre les passages 76 et 82 Les ouvertures correspondent respectivement : 76 à la filtration des eaux-mères, 77 au premier lavage, 78 au deuxième la- vags 79 au troisième lavage, à 1?eau, 80 à la fin de ce lavage, lorsque
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la cellule est inclinée9 81 au départ du gàteau, le plâtre dans 13exemple envisagé, le rstournement de la cellule et sa ccmmunieation avec l9air li- bre, et 82 au redressement de la cellule sous un vide de 300 à 400 mm d'eau Il convient dinsister sur le fait que ce cycle, et plus spéciale-
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ment les phases correspondant aux cuver bures 80 et 82e permettent 19emploî de cellules à fond.
plat tout en maintenant un bon rendement et un haut titre de l'acides en évitant les pertes diacide de lavage dans le fond de la cellule et la dilution, par rentrée d'eau dans la cellule, avant la fil- tration des eaux-mères
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Il importe aussi deinsister sur l'avantage que présente ce sys- tème de distribution au point de vue de son étanchéité, qui est assurée par la combinaison du parfait centrage de sa partie mobile, de l'emploi de matériaux appropriés pour les pièces de glissement,
et de la petite lon- gueur du joint coulissant par rapport à 1?importance de la surface de fil- tration. La rentrée d'air ne pourrait en effet se faire que par la ligne de séparation de la pièce 64 coulissant sur la pièce fixe 68e
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Il va de soi que 19invention n'est pas limitée à la construc- otion décrite et illusttée, à laquelle de nombreuses modifications peuvent être apportées sans se départir de L'esprit de linventionQ Le filtre ro- tatif illustré constitue la construction normale, mais il est évident que
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diverses particularités de 19.nention restent applicables si le déplace- ment se fait suivant un parcours non circulaireo
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De toute -façon;
, -il ressort de-1'exposé ci-dessus que1'invention pen- met¯de réaliser un filtre continu de grande capacité, de construction très simple et d9entretien aisé, tout en ayant une grande sécurité et ef- ficacité de fonctionnement.