La présente invention concerne un procédé pour la filtration en continu et à perte de charge constante d'un fluide chargé de particules, dans lequel on imprime au fluide une trajectoire amont et une trajectoire aval de part et d'autre d'une surface filtrante qu'il est ainsi amené à traverser en partie entre une entrée de fluide chargé et une sortie de fluide épuré, et dans lequel deux dépressions simultanées sont créées de part et d'autre de la surface filtrante, la première provoquant le débit de fluide épuré et la seconde soutirant une portion du fluide dans sa trajectoire amont afin d'entraîner les particules vers une sortie de particules, la trajectoire amont du fluide étant sensiblement parallèle à la surface filtrante, tandis que le débit du fluide sur cette trajectoire est constamment dégressif de l'entrée de fluide chargé jusqu'à la sortie de particules.
Sauf l'utilisation de moyens coûteux, les procédés de filtration généralement utilisés à l'heure actuelle ne permettent pas de séparer, en permanence et avec une perte de charge pratiquement constante, un fluide des particules qu'il porte en suspension. On est en effet obligé de prévoir, pour la majorité des appareils utilisés, des arrêts périodiques afin de nettoyer les surfaces filtrantes qui autrement finiraient par empêcher tout passage de fluide par suite de l'accumulation des particules.
La présente invention a pour but principal de remédier à cet inconvénient.
Pour ce faire, le procédé de filtration selon l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir sa vitesse moyenne constante et suffisante pour que son effet de frottement sur les parois filtrantes limite l'épaisseur de la couche de particules qui s'y est déposée de façon à maintenir la perte de charge du fluide à travers les parois à la valeur désirée.
Grâce a cette disposition, les particules sont automatiquement évacuées au fur et à mesure, et ce procédé permet par conséquent une filtration en continu avec une perte de charge pratiquement constante.
Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un corps creux dans lequel débouchent une gaine supérieure d'entrée du fluide chargé, une gaine latérale de sortie du fluide épuré et une gaine inférieure de sortie des particules, ce corps creux ayant une section constamment décroissante de l'entrée de fluide chargé jusqu'à la sortie des particules et étant cloisonné par une succession de parois filtrantes disposées de manière à former 'alternativement, d'une part des canaux à section décroissante reliant directement l'entrée de fluide chargé à la sortie des particules, et d'autre part des canaux formant la zone aval d'évacuation du fluide épuré.
On conçoit aisément qu'ainsi, on peut réaliser des filtres de très grande capacité, tout en respectant les conditions qui sont nécessaires à un bon fonctionnement.
Plusieurs formes d'exécution du dispositif pour la mise en oeu- vre du procédé selon l'invention sont décrites ci-après, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé, dans lequel:
La fig. I est une vue simplifiée en perspective, avec arrachements partiels, d'un filtre.
La fig. 2 est une vue de dessus de ce filtre, et
la fig. 3 est une vue en perspective avec arrachements partiels d'une variante.
Le filtre représenté sur les fig. 1 et 2 est constitué par un corps creux I dans lequel débouchent une gaine supérieure 2 d'entrée du fluide chargé, une gaine latérale 3 de sortie du fluide épuré et une gaine inférieure 4 de sortie des particules. Ce corps creux comporte deux faces latérales opposées 5 de forme trapézoïdale et présente ainsi une section constamment décroissante de la gaine 2 jusqu'à la gaine 4.
L'intérieur du corps de filtre I est cloisonné par douze plaques filtrantes 6, disposées verticalement et séparées alternativement les unes des autres par des intervalles 7, puis par des intervalles 8 plus petits. Ces plaques sont également de forme trapézoïdale et elles sont disposées parallèlement aux faces latérales 5 du corps de filtre. On notera en outre que les plaques d'extrémité sont espacées de ces faces latérales 5 d'un intervalle égal à la moitié de l'intervalle 7 pour une raison qui apparaitra plus clairement par la suite.
Les espaces libres 7 entre les plaques filtrantes 6 sont obturés.
du côté de la gaine 3 de sortie du fluide épuré, par des parois étanches 9, tandis que les espaces libres 8 sont obturés par des parois étanches 10 du côté de la gaine d'entrée 2 du fluide chargé.
Ainsi se trouvent délimitées une zone amont comprenant la gaine d'entrée 2, les espaces libres 7 et la gaine de sortie 4, et une zone aval comprenant les espaces libres 8 et la gaine de sortie 3. Ces deux zones amont et aval sont séparées par les parois étanches 9 et 10, et par les plaques filtrantes 6.
Il va de soi que ce filtre est complété par les appareils et dispositifs connus généralement utilisés en filtration, tels que ventilateurs, compresseurs. pompes, vannes, manomètres, débitmètres, etc., qui n'ont pas été représentés sur les figures pour plus de clarté.
Le filtre décrit fonctionne de la manière suivante:
Le fluide liquide ou gazeux chargé de particules arrive par la gaine d'entrée 2 et pénètre alors dans les espaces libres 7 du corps de filtre 1. La portion la plus importante de ce fluide traverse les parois filtrantes 6. arrive dans les espaces libres 8 et débouche dans la gaine de sortie 3 qui est soumise à une première dépression par rapport à la gaine d'entrée 2, constituant ainsi le fluide épuré. La portion restante de fluide poursuit son chemin dans les espaces libres 7, parallèlement aux plaques filtrantes 6, et ressort par la gaine 4 qui est soumise à une seconde dépression par rapport à la gaine d'entrée 2.
Comme la section du corps de filtre 1 est constamment décroissante et que les intervalles 7 sont de largeur égale, à l'exception du premier et du dernier qui sont réduits de moitié entre les plaques extrêmes et les faces latérales 5, le débit du fluide dans chacun des espaces libres 7 est constamment dégressif depuis la gaine 2 jusqu'à la gaine 4. La vitesse moyenne de ce fluide est donc sensiblement constante et on s'arrange pour que cette vitesse soit suffisante pour entraîner vers la gaine 4 la quasi-totalité, sinon la totalité, des particules en suspension dans le fluide chargé arrivant par la gaine 2.
Ainsi, le filtre statique décrit permet de séparer en continu et avec une perte de charge pratiquement constante, un fluide des particules qu'il porte en suspension, et ce avec une efficacité pratiquement totale sur toutes les particules, même les plus petites, comprises dans la granulométrie normale du fluide traité.
On notera en effet que les particules ont une trajectoire constamment à cocourant avec la trajectoire amont du fluide, de sorte que les particules les plus petites sont également entraînées malgré leur faible inertie.
Naturellement, il faut pour cela qu'un certain nombre de conditions soient réalisées. Il faut, en particulier, que la surface développée des parois filtrantes soit telle que la vitesse frontale du fluide qui les traverse, c'est-à-dire le quotient du débit de fluide épuré par cette surface, soit suffisamment faible, de manière que la force de frottement des particules sur les parois filtrantes reste inférieure à la composante de traînée du fluide sur ces particules.
De plus, comme le débit de fluide restant en amont dans la gaine 4 doit être le plus faible possible, il faut que la section de cette gaine soit la plus réduite possible et que la vitesse moyenne du fluide en amont soit juste supérieure à celle nécessaire pour entraîner les particules.
Accessoirement, une préséparation peut être rendue nécessaire avant l'entrée du fluide dans la zone filtrante du filtre, afin d'éliminer des particules trop volumineuses qui risqueraient d'obstruer les espaces libres 7 entre les plaques filtrantes 6.
Enfin, la portion de fluide extraite en amont peut être recyclée à a l'entrée 2 du filtre, après séparation totale ou partielle des particules, ou bien renvoyée directement dans l'atmosphère.
Lorsque le filtre vierge est mis en service, sa perte de charge croît d'abord à une vitesse décroissante pour atteindre au bout d'un certain temps une limite qui est la perte de charge constante du filtre formé.
Durant cette période de temps, il se forme sur les parois poreuses filtrantes du filtre une couche permanente de particules connue sous le nom de gâteau , ce qui complète l'action séparatrice des parois. Simultanément, les pores initiaux des parois filtrantes vont augmenter en nombre et seront de section de plus en plus petite par suite du coincement de particules dans ces pores.
Lorsque la perte de charge du filtre aura atteint sa valeur finale constante, les pores des parois filtrantes ou du gâteau auront tous une section inférieure à la taille de la plus petite particule de la granulométrie normale du fluide traité. A partir de cet instant, le filtre aura donc une efficacité pratiquement totale sur toute les particules de cette granulométrie normale.
On pourrait naturellement atteindre immédiatement cette effi cacité totale en utilisant des parois filtrantes ayant des pores dont la section est inférieure à la dimension de la plus petite particule de la granulométrie normale du fluide à épurer, mais il y aurait quand même formation d'un gâteau au début de l'utilisation du filtre. On pourrait également envisager de préformer le gâteau avec des particules de granulométrie appropriée, avant la mise en service industrielle du filtre.
Si, pour une raison quelconque, la perte de charge du filtre devient accidentellement trop importante en cours de fonctionnement, on pourra avantageusement augmenter temporairement le débit du fluide en amont afin de faire croître sa vitesse dans la zone amont. L'accroissement de la vitesse entraîne une plus grande force de traînée des particules et ramènera par conséquent rapidement les choses dans leur état normal, c'est-à-dire la perte de charge du filtre à sa valeur nominale. Cette augmentation temporaire du débit peut d'ailleurs être répétée aussi souvent qu'on le désire si cela s'avère nécessaire.
Dans la variante représentée sur la fig. 3, la gaine latérale 3 de sortie du fluide épuré est disposée sur l'une des faces latérales trapézoïdales du corps de filtre 1. Les plaques filtrantes 6 sont ici de forme rectangulaire et elles sont disposées en éventail, perpendiculairement à ces faces trapézoïdales, de manière que les intervalles 7 soient de largeur décroissante de l'entrée de fluide chargé 2 jusqu'à la sortie des particules 4. De cette façon, la vitesse du fluide dans sa trajectoire amont reste sensiblement constante et suffisante pour entraîner vers la gaine de sortie 4 les particules qui se trouvent en suspension dans le fluide chargé arrivant par la gaine 2, la portion de fluide épuré étant comme précédemment récupérée par la gaine 3.
Ce filtre fonctionne donc exactement de la même manière que le filtre représenté sur les fig. 1 et 2. On notera cependant que cette variante de réalisation se prête particulièrement bien à la confection d'unités de filtrage de grande capacité. On peut en effet grouper plusieurs éléments du type de celui représenté sur la fig. 3, de manière à réaliser un ensemble de forme cylindrique capable de supporter un grand débit de fluide sous un volume relativement réduit.
The present invention relates to a process for the continuous filtration and constant pressure drop of a fluid laden with particles, in which the fluid is imparted an upstream path and a downstream path on either side of a filtering surface which 'it is thus caused to pass in part between a charged fluid inlet and a cleaned fluid outlet, and in which two simultaneous depressions are created on either side of the filtering surface, the first causing the flow of cleaned fluid and the second withdrawing a portion of the fluid in its upstream trajectory in order to entrain the particles towards a particle outlet, the upstream trajectory of the fluid being substantially parallel to the filtering surface, while the flow of the fluid on this trajectory is constantly decreasing by l 'charged fluid inlet to the particle outlet.
Except for the use of expensive means, the filtration methods generally used at the present time do not make it possible to separate, permanently and with a practically constant pressure drop, a fluid from the particles which it carries in suspension. We are in fact obliged to provide, for the majority of the devices used, periodic shutdowns in order to clean the filtering surfaces which would otherwise end up preventing any passage of fluid as a result of the accumulation of particles.
The main aim of the present invention is to remedy this drawback.
To do this, the filtration method according to the invention is characterized in that it consists in maintaining its average speed constant and sufficient for its friction effect on the filtering walls to limit the thickness of the layer of particles which s' is deposited therein so as to maintain the pressure drop of the fluid through the walls at the desired value.
Thanks to this arrangement, the particles are automatically evacuated as they go, and this process consequently allows continuous filtration with a practically constant pressure drop.
A device for implementing the method according to the invention is characterized in that it comprises a hollow body into which open an upper inlet sheath for the charged fluid, a lateral outlet sheath for the purified fluid and a lower sheath of particle outlet, this hollow body having a constantly decreasing section from the charged fluid inlet to the outlet of the particles and being partitioned by a succession of filtering walls arranged so as to form 'alternately, on the one hand, channels to decreasing section directly connecting the charged fluid inlet to the particle outlet, and on the other hand channels forming the downstream zone for discharging the purified fluid.
It is easily understood that in this way, filters of very large capacity can be produced, while respecting the conditions which are necessary for proper operation.
Several embodiments of the device for implementing the process according to the invention are described below, by way of example, with reference to the appended drawing, in which:
Fig. I is a simplified perspective view, with partial cutouts, of a filter.
Fig. 2 is a top view of this filter, and
fig. 3 is a perspective view with partial cutouts of a variant.
The filter shown in fig. 1 and 2 consists of a hollow body I into which open an upper sheath 2 for entering the charged fluid, a lateral sheath 3 for the outlet of the purified fluid and a lower sheath 4 for the outlet of the particles. This hollow body has two opposite lateral faces 5 of trapezoidal shape and thus has a constantly decreasing section from the sheath 2 to the sheath 4.
The interior of the filter body I is partitioned by twelve filter plates 6, arranged vertically and separated alternately from each other by intervals 7, then by smaller intervals 8. These plates are also trapezoidal in shape and they are arranged parallel to the side faces 5 of the filter body. It will further be noted that the end plates are spaced from these side faces 5 by an interval equal to half of the interval 7 for a reason which will become more clearly hereinafter.
The free spaces 7 between the filter plates 6 are closed.
on the side of the outlet sheath 3 for the purified fluid, by sealed walls 9, while the free spaces 8 are closed by sealed walls 10 on the side of the inlet sheath 2 of the loaded fluid.
Thus are delimited an upstream zone comprising the inlet sheath 2, the free spaces 7 and the outlet sheath 4, and a downstream zone comprising the free spaces 8 and the outlet sheath 3. These two upstream and downstream zones are separated. by the waterproof walls 9 and 10, and by the filter plates 6.
It goes without saying that this filter is supplemented by the known apparatus and devices generally used in filtration, such as fans, compressors. pumps, valves, manometers, flowmeters, etc., which have not been shown in the figures for clarity.
The filter described works as follows:
The liquid or gaseous fluid loaded with particles arrives through the inlet sheath 2 and then enters the free spaces 7 of the filter body 1. The largest portion of this fluid passes through the filtering walls 6. arrives in the free spaces 8 and opens into the outlet duct 3 which is subjected to a first depression with respect to the inlet duct 2, thus constituting the purified fluid. The remaining portion of fluid continues its path in the free spaces 7, parallel to the filter plates 6, and emerges through the sheath 4 which is subjected to a second depression with respect to the inlet sheath 2.
As the section of the filter body 1 is constantly decreasing and the intervals 7 are of equal width, except for the first and the last which are reduced by half between the end plates and the side faces 5, the flow of the fluid in each of the free spaces 7 is constantly decreasing from the sheath 2 to the sheath 4. The average speed of this fluid is therefore substantially constant and it is arranged so that this speed is sufficient to drive almost all of it towards the sheath 4. , if not all, of the particles in suspension in the loaded fluid arriving through the sheath 2.
Thus, the static filter described makes it possible to separate continuously and with a practically constant pressure drop, a fluid from the particles which it carries in suspension, and this with practically total efficiency on all the particles, even the smallest, included in the normal particle size of the treated fluid.
It will in fact be noted that the particles have a trajectory that constantly co-flows with the upstream trajectory of the fluid, so that the smallest particles are also entrained despite their low inertia.
Of course, a certain number of conditions must be fulfilled for this. In particular, the developed surface of the filtering walls must be such that the frontal velocity of the fluid passing through them, that is to say the quotient of the flow rate of fluid purified by this surface, is sufficiently low, so that the frictional force of the particles on the filter walls remains less than the drag component of the fluid on these particles.
In addition, as the fluid flow rate remaining upstream in the sheath 4 must be as low as possible, the section of this sheath must be as small as possible and the average speed of the fluid upstream must be just greater than that necessary. to entrain the particles.
Incidentally, a pre-separation may be made necessary before the fluid enters the filtering zone of the filter, in order to eliminate excessively large particles which could risk obstructing the free spaces 7 between the filter plates 6.
Finally, the portion of fluid extracted upstream can be recycled to the inlet 2 of the filter, after total or partial separation of the particles, or else returned directly to the atmosphere.
When the virgin filter is put into service, its pressure drop first increases at a decreasing rate to reach after a certain time a limit which is the constant pressure drop of the filter formed.
During this period of time, a permanent layer of particles known as a cake forms on the porous filter walls of the filter, which completes the separating action of the walls. At the same time, the initial pores of the filter walls will increase in number and will be of smaller and smaller cross section as a result of the jamming of particles in these pores.
When the pressure drop of the filter has reached its final constant value, the pores of the filter walls or of the cake will all have a section smaller than the size of the smallest particle of the normal particle size of the treated fluid. From that moment on, the filter will therefore have practically total efficiency on all the particles of this normal particle size.
This total efficiency could of course be achieved immediately by using filter walls having pores whose cross section is smaller than the dimension of the smallest particle of the normal particle size of the fluid to be purified, but there would still be a cake formation. when you start using the filter. It would also be possible to envisage preforming the cake with particles of suitable particle size, before the filter is put into industrial service.
If, for any reason, the pressure drop of the filter accidentally becomes too great during operation, the flow rate of the upstream fluid can advantageously be temporarily increased in order to increase its speed in the upstream zone. The increased speed results in a greater drag force of the particles and will therefore quickly return things to their normal state, i.e. the pressure drop of the filter to its nominal value. This temporary increase in throughput can moreover be repeated as often as desired if this proves necessary.
In the variant shown in FIG. 3, the side sheath 3 for the outlet of the purified fluid is arranged on one of the trapezoidal side faces of the filter body 1. The filter plates 6 are here of rectangular shape and they are arranged in a fan shape, perpendicular to these trapezoidal faces, of so that the intervals 7 are of decreasing width from the charged fluid inlet 2 to the outlet of the particles 4. In this way, the speed of the fluid in its upstream path remains substantially constant and sufficient to drive towards the outlet sheath 4 the particles which are in suspension in the loaded fluid arriving through the sheath 2, the portion of purified fluid being as previously recovered by the sheath 3.
This filter therefore functions in exactly the same way as the filter shown in FIGS. 1 and 2. It will be noted, however, that this variant embodiment lends itself particularly well to the construction of high capacity filtering units. Several elements of the type of that shown in FIG. 3, so as to achieve an assembly of cylindrical shape capable of supporting a large flow of fluid in a relatively small volume.