Les industries chimiques, pharmaceutiques, alimentaires et celles qui leur sont apparentées utilisent fréquemment une technique de filtration pour séparer les particules solides mélangées à un liquide. La dimension de ces particules peut varier entre I et 1000 u environ, et les liquides peuvent être de l'eau, un acide, un solvant ou encore un mélange suivant le cas, l'ensemble étant porté à différentes températures initiales qui peuvent en outre varier au cours de l'opération.
Ces filtres, dans lesquels les éléments solides constituent en fin d'opération un gâteau, permettent de traiter une grande variété de produits, dont les propriétés physiques peuvent être trés diverses.
La consistance du gâteau obtenu est aussi fort différente d'un cas à l'autre.
Une bonne élimination du liquide ne peut être réalisée qu'en maintenant une différence de pression suffisante entre les surfaces supérieures du gâteau et de l'élément filtrant, ce qui peut être
obtenu par mise sous pression avec un gaz, ou par application de vide au bas du filtre, ou en combinant les deux effets.
Pendant l'opération de filtration, il se produit dans le gâteau,
du fait de l'évacuation des parties liquides, des fentes qui sont
gênantes car elles empêchent le maintien de la différence de pres
sion nécessaire à l'obtention d'un produit solide suffisamment sec.
Il est donc nécessaire, pendant la constitution du gâteau, de col
mater au fur et à mesure ces fentes, colmatage qui est obtenu par
le lissage continu de la surface supérieure du gâteau. L'opération
de filtration terminée, le gâteau peut être sorti du filtre au moyen
d'un racleur à main ou nfécanisé, seule solution possible lorsque
les produits traités sont toxiques ou inflammables.
Le filtre objet de la présente invention comprend un méca
nisme muni d'une aube dont l'orientation et la forme sont très
favorables aussi bien pour le lissage du gâteau que pour l'opéra
tion de vidage des produits solides, et cela quelle que soit leur
consistance. Sa construction est simple, économique et convient
dans tous les cas, même ceux où les conditions de corrosion sont
sévères.
Ce filtre comporte un bassin dont le fond inférieur porte
un élément filtrant disposé sur une surface sensiblement horizon
tale, le bassin recevant la masse à filtrer, la partie liquide ayant
traversé l'élément filtrant sortant du bassin par une ouverture
ménagée à la base, la masse retenue par l'élément filtrant consti
tuant un gâteau posé sur lui, un appareil mécanique portant au
moins une aube en mouvement dans une surface sensiblement parallèle à celle de l'élément filtrant, aube entrant en contact avec
1à SUrface supérieure du gâteau et assurant son lissage, cet appa
reil mécanique pouvant être déplacé verticalement suivant l'épais
seur du gâteau, le mouvement des aubes pouvant être inversé,
l'appareil mécanique et l'aube constituant alors un racleur de
vidage qui, abaissé progressivement dans le gâteau,
provoque le
transfert des matières le constituant vers une sortie prévue à cet
effet, et est caractérisé en ce que l'aube est constituée de telle
façon que l'angle d'attaque du gâteau, lors du fonctionnement en
racleur de vidage, est de l'ordre de 45 , et que l'angle de travail,
lors du fonctionnement en lissage, est de l'ordre de 15 , le lissage
étant assuré par une surface dont la dimension mesurée dans le
sens du mouvement est au moins de 2 cm.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre
d'exemple, une forme d'exécution de l'invention et des variantes
de détail. Les repères qui y sont mentionnés sont les mêmes sur
toutes les figures.
La fig. I est une vue, en coupe verticale, d'un filtre équipé d'un
racleur selon l'invention.
Les fig. 2 et 3 représentent, en coupe verticale, deux variantes
d'exécution des aubes du racleur.
La fig. 4 représente, dans un plan horizontal, un bras du bras
seur équipé d'une longue aube fixe.
La fig. 5 représente, dans un plan horizontal, un bras du bras
seur équipé de deux aubes dont l'angle d'incidence de raclage est
réglable.
Le filtre selon la fig. I comprend un bassin I cylindrique portant à la base 2 un cône nervuré radialement 3 circulairement 4 par des éléments de tôle soudés sur le champ. Ces nervures comprennent, situées à la base et non représentées au dessin, les ouvertures nécessaires pour permettre l'écoulement des produits liquides tout le long de la surface 2 vers l'intérieur du filtre, à l'endroit où est fixé un tuyau de sortie 5. La surface supérieure des nervures 3 et 4 constitue un plan sur lequel sont fixés les éléments filtrants proprement dits 6 recouvrant complètement la surface inférieure du bassin 1.
Ces éléments filtrants peuvent être constitués de différentes manières, par exemple de matières poreuses comme des pierres, métaux, céramiques, graphites ou des éléments tissés comme des toiles métalliques, des étoffes, etc., ou des éléments non tissés à fibres comme des feutres, ou encore par des éléments entassés comme du sable, du gravier, etc., ou enfin par des grilles à fentes ou des tôles perforées.
Ci-dessus, il a été précisé que la surface supérieure des nervures 3 et 4 constituait un plan. Cette forme n'est pas obligatoire.
Il est souhaitable que la forme de cette surface corresponde à la trajectoire des aubes. Par exemple, dans le cas d'un brasseur tournant, elle devrait de préférence être de révolution de manière que le racleur d'évacuation puisse enlever la quasi-totalité des matières solides et pourrait donc être conique.
Le bassin I comprend en outre une porte 7 dont le bas se situe au niveau de l'élément filtrant 6. Cette porte, fixée contre la cuve, est fermée et étanche pendant l'opération de filtration. Elle est ouverte pour permettre la sortie des éléments solides. Il va de soi qu'elle peut être fixée à la cuve par l'intermédiaire de charnières facilitant sa manoeuvre.
La cuve se prolonge vers le haut par un fond 8 porteur d'une bride supérieure 10 et d'un presse-étoupe 9. La bride 10 porte quelques colonnes 11 dont une seule est représentée au dessin. Un appareil mécanique 12, guidé par les colonnes 11, est placé audessus et porte un moteur d'entraînement 13 et un jeu d'engrenages permettant de réduire la vitesse de rotation du moteur à la valeur convenable pour l'arbre 14 du mécanisme.
Un servomoteur 15 à commande hydraulique ou pneumatique est disposé entre la bride 10 du fond 8 supérieur de la cuve et le bâti de l'appareil mécanique 12 pour assurer les déplacements verticaux de l'ensemble mécanique. L'arbre 14 se prolonge vers le bas, traverse le presse-étoupe 9, pénètre dans le volume supérieur 27 du filtre et porte à sa base un bras 16 diamétral. Sur ce bras, sont fixées les aubes 17.
Le fonctionnement du filtre est le suivant:
Le produit à filtrer, mélange de particules liquides et solides, pénètre dans le filtre par la conduite d'arrivée 18. Une fois que le remplissage est fait, on procède à l'évacuation des parties liquides en ouvrant une vanne placée sur la canalisation de sortie 5, non représentée au dessin. Le liquide filtré commence à couler, les éléments solides sont retenus par l'élément filtrant 6, déposés sur lui et constituant le gâteau 19. Ce premier écoulement terminé, l'effet de filtration peut être accentué et accéléré par la mise sous pression du volume supérieur 27 du filtre, respectivement par la mise en dépression de la chambre inférieure 20, soit celle située entre les éléments filtrants 6 et la base du filtre 2. Ces deux effets peuvent être, s'il y a lieu, combinés.
Le gâteau qui se forme a tendance à se fissurer car l'évacuation progressive des parties liquides provoque des retraits dans la masse du gâteau. Pour obtenir une siccité suffisante du produit, il convient de travailler continuellement la surface du gâteau pour obturer continuellement les fissures qui s'amorcent et retarder le plus possible l'apparition des grosses fissures. A cet effet, le gâteau est lissé, opération qui est réalisée par la mise en rotation du bras 16 dans le sens opposé aux flèches 21 des dessins représentant le mouvement correspondant à la manoeuvre de raclage d'évacuation du gâteau. En même temps, progressivement, le bras est abaissé par la manoeuvre du servomoteur 15. L'équipement mécanique descend en glissant verticalement le long des colonnes 11.
Lorsque l'abaissement est suffisant, les aubes 17 arrivent en contact par leurs arêtes inférieures 22 avec la surface supérieure du gâteau. Du fait de la forme particulière des aubes qui comprennent une surface de lissage 23 dont la dimension mesurée dans le sens du mouvement est au moins de 2 cm et qui fait, d'après le dessin, un angle de 15^ par rapport à l'horizontale, elles appuient sur la face supérieure du gâteau, exercent en tournant une pression verticale et entraînent des déplacements de matières qui ont tendance à obturer les fissures naissantes tout en effectuant le lissage de la surface supérieure du gâteau.
Il va de soi qu'après un premier remplissage et la filtration commencée, le remplissage du bassin peut être complété à nouveau une ou plusieurs fois.
Une fois obtenu le degré de siccité désiré du gâteau, I'opération de filtration est terminée. Il convient de sortir le gâteau du filtre. A cet effet, on enlève d'abord, s'il y a lieu, la pression régnant dans la chambre supérieure 27 et la dépression régnant dans la chambre 20. Ensuite, la porte 7 est ouverte et le brasseur est mis en rotation dans le sens contraire au sens précédent, soit dans le sens de la flèche 21. En même temps et progressivement, en utilisant le servomoteur 15, le brasseur est abaissé dans le gâteau. Ces mouvements conjugués provoquent l'attaque du gâteau par l'arête 22; la surface arquée intérieure de l'aube, qui fait un angle de 450 par rapport à la trajectoire, travaille à l'image d'une charrue labourant le gâteau, déplaçant les matières solides vers l'extérieur, soit vers la porte 7.
L'expérience montre que l'angle d'attaque de l'aube en raclage de vidage doit être suffisant, beaueoup plus élevé que l'angle précédent, pour éviter que des matières solides ne restent collées contre la surface concave de l'aube. L'opération de vidage est arrêtée lorsque le bord d'attaque 22 des aubes 17 arrive près de l'élément filtrant 6.
Les fig. 2 et 3 représentent deux variantes d'exécution permettant d'assurer simultanément un bon lissage et un bon raclage.
Dans le cas de la fig. 2, une tôle pliée de lissage 24 a été ajoutée à
la tôle 25 constituant l'aube, tôle arquée de manière à présenter une arête 22 d'une certaine longueur, faisant l'angle désiré par
rapport à l'horizontale.
La fig. 3 représente une aube dont la partie en action lors de
l'opération de lissage a sensiblement la même forme, cette aube étant exécutée en matière coulée. Ces aubes peuvent être pleines
ou creuses, en divers alliages inoxydables, en matières synthétiques. Elles peuvent aussi comprendre des revêtements particu
liers suivant les produits en présence.
La fig. 4 représente une variante d'exécution comportant une
aube 17 rectiligne de grande longueur. Il aurait été possible de
réaliser une aube en forme de spirale et de la fixer directement à
l'arbre 14. L'angle avec lequel l'arête 22 attaque le gâtéau serait constant tout le long de l'aube. Dans le cas de cette figure, cet
angle entre l'arête 22 d'attaque de l'aube et la trajectoire de celle
ci est fixe, mais varie d'une extrémité à l'autre de l'aube le long de cette arête.
La fig. 5 représente un bras 16 équipé de deux aubes de petites
dimensions où cet angle d'attaque peut être adapté suivant la
nature du produit en travail. Le réglage peut être réalisé de nom
breuses manières différentes, notamment par un simple boulon 26
fixant chaque aube 17 au bras 16, dans la position angulaire dési
rée. De toute façon, il est nécessaire que la longueur des bords
d'attaque 22 de toutes les aubes couvre toute la surface du filtre
pour assurer son lissage et son raclage complet.
Le filtre comprend bien entendu les diverses étanchéités néces
saires selon les caractéristiques de fonctionnement de chaque cas
particulier. De même, la vitesse de travail des aubes en lissage
peut être adaptée suivant le cas et même modifiée au cours d'une même opération de filtrage, suivant le degré de siccité du gâteau.
La vitesse de ces aubes lors du vidage peut être différente de la vitesse de lissage. Elle peut aussi être variable selon les besoins.
Dans le filtre représenté à la fig. 1, l'élément mécanique est entraîné par moteur électrique 13. Il va de soi qu'un autre type de moteur, par exemple hydraulique ou pneumatique, peut être utilisé. Le filtre peut être équipé d'un dispositif de chauffage ou de réfrigération agissant sur la masse à filtrer par apport ou enlèvement de calories. Cette action peut se faire sur tous les organes du filtre, sur le bassin, les aubes, le fond et la base 1. De même, la cuve peut être isolée thermiquement.
Enfin, le filtre représenté à la fig. 1 comprend un bassin cylindrique avec un arbre tournant et un bras porteur d'aubes de lissage et de raclage décrivant des cercles; on pourrait utiliser le même principe pour l'exécution de filtres carrés, rectangulaires où le brasseur décrirait un mouvement de translation sensiblement horizontal.
The chemical, pharmaceutical, food and allied industries frequently use a filtration technique to separate solid particles mixed with a liquid. The size of these particles can vary between I and 1000 u approximately, and the liquids can be water, an acid, a solvent or a mixture as appropriate, the whole being brought to different initial temperatures which can also be vary during the operation.
These filters, in which the solid elements constitute a cake at the end of the operation, make it possible to treat a wide variety of products, the physical properties of which can be very diverse.
The consistency of the cake obtained is also very different from one case to another.
Good liquid removal can only be achieved by maintaining a sufficient pressure difference between the upper surfaces of the cake and the filter element, which can be
obtained by pressurizing with a gas, or by applying a vacuum to the bottom of the filter, or by combining the two effects.
During the filtration operation, it occurs in the cake,
due to the evacuation of the liquid parts, the slits which are
annoying because they prevent the maintenance of the difference in
necessary to obtain a sufficiently dry solid product.
It is therefore necessary, during the constitution of the cake, to col
mater as these cracks, clogging which is obtained by
the continuous smoothing of the top surface of the cake. The operation
filter is complete, the cake can be taken out of the filter by means of
a hand or mechanical scraper, the only possible solution when
the treated products are toxic or flammable.
The filter object of the present invention comprises a mechanical
nism equipped with a vane whose orientation and shape are very
favorable both for smoothing the cake and for the opera
emptying of solid products, regardless of their
consistency. Its construction is simple, economical and suitable
in all cases, even those where the corrosion conditions are
severe.
This filter has a basin whose lower bottom carries
a filter element arranged on a substantially horizontal surface
tale, the basin receiving the mass to be filtered, the liquid part having
passed through the filter element leaving the basin by an opening
at the base, the mass retained by the filter element
killing a cake placed on it, a mechanical device bearing in
least one vane moving in a surface substantially parallel to that of the filter element, vane coming into contact with
1at the upper surface of the cake and ensuring its smoothing, this appa
mechanical reel can be moved vertically according to the thick
sor of the cake, the movement of the blades can be reversed,
the mechanical device and the blade then constituting a scraper of
emptying which, gradually lowered into the cake,
cause the
transfer of the constituent materials to an outlet provided for this
effect, and is characterized in that the vane is made of such
way that the angle of attack of the cake, when operating in
emptying scraper, is of the order of 45, and that the working angle,
during smoothing operation, is of the order of 15, the smoothing
being provided by a surface whose dimension measured in the
direction of movement is at least 2 cm.
The accompanying drawing represents, schematically and by way of
example, an embodiment of the invention and variants
Retail. The references mentioned there are the same on
all figures.
Fig. I is a view, in vertical section, of a filter equipped with a
scraper according to the invention.
Figs. 2 and 3 show, in vertical section, two variants
execution of the scraper blades.
Fig. 4 represents, in a horizontal plane, an arm of the arm
seur equipped with a long fixed vane.
Fig. 5 represents, in a horizontal plane, an arm of the arm
sor equipped with two vanes whose scraping angle of incidence is
adjustable.
The filter according to fig. I comprises a cylindrical basin I carrying at the base 2 a radially ribbed cone 3 circularly 4 by sheet elements welded to the field. These ribs include, located at the base and not shown in the drawing, the openings necessary to allow the flow of liquid products all along the surface 2 towards the interior of the filter, at the place where an outlet pipe is fixed. 5. The upper surface of the ribs 3 and 4 constitutes a plane on which the actual filter elements 6 are fixed, completely covering the lower surface of the basin 1.
These filter elements can be made in different ways, for example porous materials such as stones, metals, ceramics, graphites or woven elements such as wire cloths, fabrics, etc., or nonwoven fiber elements like felts, or else by piled-up elements such as sand, gravel, etc., or finally by slotted grids or perforated sheets.
Above, it has been specified that the upper surface of ribs 3 and 4 constitutes a plane. This form is not mandatory.
It is desirable that the shape of this surface corresponds to the path of the blades. For example, in the case of a rotary stirrer, it should preferably be of revolution so that the discharge scraper can remove almost all of the solids and could therefore be conical.
The basin I further comprises a door 7, the bottom of which is located at the level of the filter element 6. This door, fixed against the tank, is closed and sealed during the filtration operation. It is open to allow the exit of solid elements. It goes without saying that it can be fixed to the tank by means of hinges facilitating its operation.
The tank is extended upwards by a bottom 8 carrying an upper flange 10 and a stuffing box 9. The flange 10 carries a few columns 11, only one of which is shown in the drawing. A mechanical device 12, guided by the columns 11, is placed above and carries a drive motor 13 and a set of gears making it possible to reduce the speed of rotation of the motor to the value suitable for the shaft 14 of the mechanism.
A hydraulically or pneumatically controlled servomotor 15 is arranged between the flange 10 of the upper bottom 8 of the tank and the frame of the mechanical device 12 to ensure the vertical movements of the mechanical assembly. The shaft 14 extends downwards, passes through the stuffing box 9, enters the upper volume 27 of the filter and carries at its base a diametral arm 16. On this arm, the blades 17 are fixed.
The operation of the filter is as follows:
The product to be filtered, a mixture of liquid and solid particles, enters the filter through the inlet pipe 18. Once the filling is done, the liquid parts are evacuated by opening a valve placed on the discharge pipe. output 5, not shown in the drawing. The filtered liquid begins to flow, the solid elements are retained by the filtering element 6, deposited on it and constituting the cake 19. Once this first flow is completed, the filtration effect can be accentuated and accelerated by the pressurization of the volume. upper 27 of the filter, respectively by the depressurization of the lower chamber 20, that is to say that situated between the filter elements 6 and the base of the filter 2. These two effects can be, if necessary, combined.
The cake that forms tends to crack because the progressive evacuation of the liquid parts causes shrinkage in the mass of the cake. To obtain sufficient dryness of the product, it is advisable to continuously work the surface of the cake in order to continually seal the cracks which are starting and to delay the appearance of large cracks as much as possible. To this end, the cake is smoothed, an operation which is carried out by rotating the arm 16 in the direction opposite to the arrows 21 of the drawings showing the movement corresponding to the scraping maneuver for evacuating the cake. At the same time, gradually, the arm is lowered by the operation of the servomotor 15. The mechanical equipment descends by sliding vertically along the columns 11.
When the lowering is sufficient, the vanes 17 come into contact via their lower edges 22 with the upper surface of the cake. Due to the particular shape of the vanes which include a smoothing surface 23 whose dimension measured in the direction of movement is at least 2 cm and which, according to the drawing, forms an angle of 15 ^ with respect to the horizontal, they press on the upper face of the cake, exert a vertical pressure by rotating and cause movements of materials which tend to seal the emerging cracks while smoothing the upper surface of the cake.
It goes without saying that after a first filling and the filtration started, the filling of the basin can be completed again one or more times.
Once the desired degree of dryness of the cake has been obtained, the filtration operation is finished. The filter cake should be taken out. To this end, the pressure prevailing in the upper chamber 27 and the negative pressure prevailing in the chamber 20 are first removed, if necessary. Then, the door 7 is opened and the brewer is rotated in the chamber. direction opposite to the previous direction, or in the direction of arrow 21. At the same time and gradually, using the servomotor 15, the brewer is lowered into the cake. These combined movements cause the cake to attack by the edge 22; the inner arcuate surface of the blade, which makes an angle of 450 to the path, works like a plow plowing the cake, moving the solids outwards, i.e. towards gate 7.
Experience shows that the angle of attack of the vane in emptying scraping must be sufficient, much higher than the previous angle, to prevent solids from remaining stuck against the concave surface of the vane. The emptying operation is stopped when the leading edge 22 of the vanes 17 comes close to the filter element 6.
Figs. 2 and 3 represent two variant embodiments making it possible to simultaneously ensure good smoothing and good scraping.
In the case of fig. 2, a smoothing bent plate 24 has been added to
the sheet 25 constituting the blade, arched sheet so as to present an edge 22 of a certain length, forming the desired angle by
relative to the horizontal.
Fig. 3 represents a vane whose part in action during
the smoothing operation has substantially the same shape, this blade being performed in cast material. These vanes may be full
or hollow, in various stainless alloys, in synthetic materials. They can also include special coatings.
link according to the products present.
Fig. 4 shows an alternative embodiment comprising a
very long straight blade 17. It would have been possible to
make a vane in the shape of a spiral and attach it directly to
the shaft 14. The angle with which the edge 22 attacks the cake would be constant throughout the dawn. In the case of this figure, this
angle between the leading edge 22 of the blade and the path of the blade
ci is fixed, but varies from one end of the blade to the other along this ridge.
Fig. 5 shows an arm 16 equipped with two small vanes
dimensions where this angle of attack can be adapted according to the
nature of the product in work. The setting can be done by name
many different ways, including a simple bolt 26
fixing each blade 17 to the arm 16, in the desired angular position
ree. Either way, it is necessary that the length of the edges
22 of all vanes covers the entire filter surface
to ensure its smoothing and complete scraping.
The filter naturally includes the various seals required.
depending on the operating characteristics of each case
particular. Likewise, the working speed of the vanes in smoothing
can be adapted according to the case and even modified during the same filtering operation, according to the degree of dryness of the cake.
The speed of these vanes during emptying may be different from the smoothing speed. It can also be variable according to the needs.
In the filter shown in fig. 1, the mechanical element is driven by an electric motor 13. It goes without saying that another type of motor, for example hydraulic or pneumatic, can be used. The filter can be equipped with a heating or cooling device acting on the mass to be filtered by adding or removing calories. This action can be carried out on all the elements of the filter, on the basin, the blades, the bottom and the base 1. Likewise, the tank can be thermally insulated.
Finally, the filter shown in FIG. 1 comprises a cylindrical basin with a rotating shaft and an arm carrying smoothing and scraping vanes describing circles; the same principle could be used for the execution of square, rectangular filters where the stirrer would describe a substantially horizontal translational movement.