FR2638377A1 - Hollow filter fibres with an internal porous medium and their preparation - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne des fibres creuses de filtration de l'extérieur vers l'intérieur comportant un milieu poreux interne. The invention relates to hollow fibers for filtration from the outside to the inside comprising an internal porous medium.
On utilise de plus en plus à l'heure actuelle Qes modules de filtration (ultrafiltration, microfiltration,...D, pour purifier des liquides, de tels modules etant constitues par des faisceaux de fibres creuses ou membranes tubulaires dont les extrémités sont empotées dans une résine en formant des plaques dites d'empotage. Ces faisceaux contiennent des milliers de fibres de faible diamètre et la rupture d'une ou quelques fibres entraîne la contamination du permet et oblige à arrêter l'opération du module pour changement ou réparation. At the present time, Qes filtration modules (ultrafiltration, microfiltration, ... D) are used more and more to purify liquids, such modules being constituted by bundles of hollow fibers or tubular membranes whose ends are potted in a resin by forming so-called potting plates These bundles contain thousands of fibers of small diameter and the rupture of one or a few fibers leads to the contamination of the allows and obliges to stop the operation of the module for change or repair.
Il serait donc intéressant de trouver un moyen permettant de neutraliser une fibre en cas de rupture pour éviter que son fonctionnement ne contamine le perméat, mais sans qu'il soit necessaire d'arrêter le module. It would therefore be interesting to find a way to neutralize a fiber in the event of a break to prevent its operation from contaminating the permeate, but without the need to stop the module.
Ce but est atteint, pour les fibres de filtration de l'extérieur vers 11 intérieur, quelle que soit la structure de la paroi de la fibre < peau externe. pas de peau, paroi à double peau permettant la filtration de l'extérieur vers l'intérieur) en rendant la fibre facilement colmatable par les impuretés à filtrer et non décolmatable lors des rétrolavages que subit périodiquement le module, afin de décoller de la fibre le gâteau de filtration qui finit par en obturer les pores. This object is achieved, for the filtration fibers from the outside to the inside, whatever the structure of the wall of the fiber <external skin. no skin, double skin wall allowing filtration from the outside to the inside) by making the fiber easily clogged by the impurities to be filtered and not uncloggable during backwashing which the module undergoes periodically, in order to take off the fiber filter cake which eventually closes the pores.
L'invention fournit donc des fibres creuses de filtration de l'extérieur vers l'jnterieur, comportant sur au moins une partie de leur longueur un milieu poreux se colmatant rapidement en cas de rupture de la paroi de la fibre et ne se décolmatant pas lors d'un rétrolavage. The invention therefore provides hollow filtration fibers from the outside to the inside, comprising over at least part of their length a porous medium which clogs quickly in the event of the fiber wall breaking and does not unclog during backwashing.
Le milieu poreux peut être un milieu granulaire et avantageusement un milieu fibreux, qui peut être présent sur toute la longueur de la fibre ou simplement au niveau des plaques d'empotage. The porous medium can be a granular medium and advantageously a fibrous medium, which can be present over the entire length of the fiber or simply at the level of the potting plates.
Il est également fourni un procede de fabrication de telles fibres, par extrusion dans une filière annulaire à aiguille creuse d'une solution de polymere et coagulation du polymere, dans lequel on introduit une matière fibreuse à l'interieur de l'aiguille de la filière annulaire et on extrude la solution de polymere sur la matière fibreuse. There is also provided a method for manufacturing such fibers, by extrusion in a hollow needle annular die of a polymer solution and coagulation of the polymer, into which a fibrous material is introduced inside the needle of the die. annular and the polymer solution is extruded onto the fibrous material.
Dans le cas où le mi lieu colmanabLe n'est présent qu'au niveau des plaques d'empotage, on introduit dans l'aiguille un fil continu portant un revëtement de matiere fibreuse disposé à intervalles réguliers pour venir se placer au niveau de la ou des plaques d'empotage. In the case where the collapsible mid-place is only present at the level of the potting plates, a continuous thread is introduced into the needle carrying a coating of fibrous material arranged at regular intervals to come to be placed at the level of the potting plates.
D'autres caracteristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description suivante, en référence aux dessins annexes dans lesquels:
la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une fibre creuse selon l'invention,
la figure 2 est un schéma illustrant la préparation d'une fibre selon l'invention, et
la figure 3 est une vue en coupe d'un milieu fibreux utilisé pour la fabrication de fibres selon l'invention.Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the following description, with reference to the accompanying drawings in which:
FIG. 1 is a schematic sectional view of a hollow fiber according to the invention,
FIG. 2 is a diagram illustrating the preparation of a fiber according to the invention, and
Figure 3 is a sectional view of a fibrous medium used for the manufacture of fibers according to the invention.
La figure 1 représente schématiquement en coupe une fibre selon l'invention. La fibre creuse 1, classique en soi, en matière plastique poreuse possède une peau externe 2 de plus faible porosité (à titre d'exemple, car elle pourrait être sans peau ou å double peau, la peau interne étant de plus forte porosité que la peau externe) et est montée à ses deux extrémités, ainsi qu'un très grand nombre de fibres similaires, dans une plaque d'empotage 3 assurant la cohérence du faisceau de fibres. Dans le cas des fibres de filtration de l'exterieur vers l'intérieur, on a parfois avantage à n'empoter qu'une extrémité du faisceau de façon à laisser l'autre extrémité des fibres libre, ce qui facilite généralement les operations de lavage de leur paroi externe.L'ensemble faisceau de fibres et plaques d'empotage constItue un module de filtration. Figure 1 shows schematically in section a fiber according to the invention. The hollow fiber 1, conventional in itself, made of porous plastic material has an outer skin 2 of lower porosity (for example, because it could be skinless or double skinned, the inner skin being of higher porosity than the outer skin) and is mounted at its two ends, as well as a very large number of similar fibers, in a potting plate 3 ensuring the coherence of the bundle of fibers. In the case of filtration fibers from the outside to the inside, it is sometimes advantageous to stuff only one end of the bundle so as to leave the other end of the fibers free, which generally facilitates washing operations. of their external wall. The bundle of fibers and potting plates constitutes a filtration module.
Le liquide à filtrer arrive à l'extérieur de la fibre 1, du côté de la peau externe 2 qui retient les particules de taille superieure a sa porosité. A l'interieur de la fibre, circule le perméat ou liquide purifié. En cas de rupture de la paroi de la fibre, le liquide à filtrer passe à l'intérieur de la fibre sans filtration et vient donc contaminer le permeat. The liquid to be filtered arrives outside the fiber 1, on the side of the outer skin 2 which retains particles of size greater than its porosity. Inside the fiber, the permeate or purified liquid circulates. If the fiber wall breaks, the liquid to be filtered passes inside the fiber without filtration and therefore contaminates the permeat.
Pour éviter ceci, la fibre creuse 1 contient un milieu colmatable par les impuretes amenées à son contact en cas de rupture de la fibre mais non décolmatable lors de l'application de contre-pressions. To avoid this, the hollow fiber 1 contains a medium which can be blocked by the impurities brought into contact with it in the event of the fiber breaking but which is not unclogged during the application of back pressures.
Il est en effet de règle d'effectuer a intervalles périodiques des rétrolavages très courts, pour ne pas arrêter le fonctionnement du module de filtration, en vue de décoller de la surface de la paroi externe les impuretés qui s'y sont déposées et qui finissent par obturer les pores en diminuant la vitesse de filtration.It is indeed the rule to carry out very short backwashing at periodic intervals, so as not to stop the operation of the filtration module, in order to remove from the surface of the external wall the impurities which have deposited there and which end up by closing the pores by reducing the filtration speed.
Le milieu 4 peut être un milieu granulaire ou fibreux qui ne doit pas donner une perte de charge importante en fonctionnement normal et qui doit avoir une rétention suffisante lors de la rupture d'une fibre. Dans le traitement des eaux, cette rétention suffisante sera par exemple équivalente à celle (quelques ;i'n) d'un filtre å sable classique, et sera determinee en onction des utilisations recherchées. The medium 4 can be a granular or fibrous medium which must not give a significant pressure drop in normal operation and which must have sufficient retention when a fiber breaks. In water treatment, this sufficient retention will for example be equivalent to that (a few; i'n) of a conventional sand filter, and will be determined according to the desired uses.
Comme milieu fibreux, on utilise avantageusement des fIbres textiles sous forme de mèches, de fils, de fils multifilaments, de files, etc..., ces termes étant employes dans leur acception normale dans le domaine des matières textiles. Le milieu fibreux peut étre constitue de fibres naturelles, artificielles ou synthétIques. As fibrous medium, textile fibers are advantageously used in the form of wicks, threads, multifilament threads, strands, etc., these terms being used in their normal sense in the field of textile materials. The fibrous medium can be made up of natural, artificial or synthetic fibers.
Comme milieu granulaire, on peut utiliser tout milieu oi donnera dans le canal interne une porosité plus forte que celle de la fibre, par exemple sable, anthracite, polystyrene, sur tout ou partie de la hauteur de la fibre. As granular medium, any medium can be used which will give a higher porosity in the internal channel than that of the fiber, for example sand, anthracite, polystyrene, over all or part of the height of the fiber.
Selcn les besoin= de l'utilisateur, le milieu poreux peut être present sur toute la longueur ce la fibre creuse (il a alors aussi un rôle de renfort mecanique) ou seulement sur la hauteur de la d'erpotage < la perte de charge est alors plus faIble,'. According to the needs = of the user, the porous medium can be present over the entire length of the hollow fiber (it then also has a role of mechanical reinforcement) or only over the height of the slurry <the pressure drop is then weaker, '.
Lorsque le milieu poreux, fibreux ou granulaire, est propre, Il laisse passer pratiquemen toutes les particules de dImensIons inférieures au seuIl de coupure de la fibre ou de sa peau la plus fine: mais en cas de rupture de la paroI de la fibre, il retiens les matières en suspension dans le liquide et le canal creux de la fibre est très vite colmate . la fibre sera alors neutralisee et il n'y aura plus contamination du perméat. Par contre, alors que la peau externe est facilement décolmatée lors d'un rétrolavage, la structure méme du milieu poreux fibreux ou granulaire fait qu'il ne se décolmate pas lors de tels rétrolavages. La fibre reste donc neutralisée. When the porous, fibrous or granular medium is clean, it allows practically all the particles of dimensions smaller than the threshold for cutting the fiber or its finest skin: but in the event of the fiber wall breaking, it retain the suspended matter in the liquid and the hollow fiber channel quickly becomes clogged. the fiber will then be neutralized and there will no longer be contamination of the permeate. On the other hand, while the external skin is easily unclogged during a backwash, the very structure of the porous fibrous or granular medium means that it does not unclog during such backwashes. The fiber therefore remains neutralized.
Si nécessaire, on prévoit à la surface externe des plaques d'empotage une grille de retenue 5 du milieu poreux. If necessary, a retaining grid 5 of the porous medium is provided on the external surface of the potting plates.
Les fibres creuses garnies de milieu granulaire sont preparees par introduction dans la fibre du milieu granulaire désiré. Une telle introduction peut se faire par rétrolavage, soufflage, etc. The hollow fibers filled with granular medium are prepared by introducing the desired granular medium into the fiber. Such an introduction can be done by backwashing, blowing, etc.
Les fibres creuses garnies de milieu fibreux sont préparées en utilisant des dispositifs classiques de fabrication de fibres dont un exemple est illustré sur la figure 2. Une filiére annulaire 6 est munie d'une aiguille creuse 7 et d'orifices latéraux 8 d'arrivée du polymere en solution qui est extrudé sur la périphérie externe de l'aiguille 7 et forme, par précipitation et coagulation, une membrane tubulaire ou fibre creuse 2 qui est ensuite bobinée avant d'être transformée en faisceau de fibres creuses. The hollow fibers filled with fibrous medium are prepared using conventional fiber manufacturing devices, an example of which is illustrated in FIG. 2. An annular die 6 is provided with a hollow needle 7 and lateral orifices 8 for the arrival of the solution polymer which is extruded on the external periphery of the needle 7 and forms, by precipitation and coagulation, a tubular membrane or hollow fiber 2 which is then wound before being transformed into a bundle of hollow fibers.
On introduit à l'intérieur de l'aiguille 7 le milieu fibreux 4 et on extrude le polymere en solution autour de lui à la sortie de l'aiguille 7. The fibrous medium 4 is introduced inside the needle 7 and the polymer in solution is extruded around it at the outlet of the needle 7.
Le milieu fibreux peut étre sec ou imbibé d'un liquide tel que l'eau et/ou le solvant utilisé avec le polymere et un fluide de précipitation peut ou non être introduit dans l'aiguille creuse, selon la structure recherchée de la paroi de la fibre. Apres extrusion et coagulation, on obtient une fibre creuse dont le canal central est pourvu d'un milieu poreux fibreux, continu sur toute la longueur de la fibre. The fibrous medium may be dry or soaked with a liquid such as water and / or the solvent used with the polymer and a precipitation fluid may or may not be introduced into the hollow needle, depending on the desired structure of the wall. the fiber. After extrusion and coagulation, a hollow fiber is obtained, the central channel of which is provided with a porous fibrous medium, continuous over the entire length of the fiber.
Dans le cas où on désire n'avoir de milieu poreux qu'au niveau des plaques d'emDotage, on utilise un fil continu 10 de faible diamètre portant à intervalles réguliers un revêtement 11 de matière fibreuse. Les intervalles 1 séparant les revêtements 11 sont calculés de telle sorte que le revêtement 11 se trouvera au niveau de la ou des plaques d'empotage et aura un diamètre d égal au diamètre interne de la fibre creuse (figure 3). In the case where it is desired to have a porous medium only at the emDotage plates, use is made of a continuous wire 10 of small diameter carrying at regular intervals a coating 11 of fibrous material. The intervals 1 separating the coatings 11 are calculated so that the coating 11 will be at the level of the potting plate (s) and will have a diameter d equal to the internal diameter of the hollow fiber (FIG. 3).
L'utilisation d'un milieu poreux dans la seule zone des plaques d'empotage réduit les pertes de charge dans le canal interne de la fibre mais permet néanmoins de neutraliser une fibre en cas de rupture de la paroi de celle-ci. The use of a porous medium in the sole area of the potting plates reduces the pressure losses in the internal channel of the fiber but nevertheless makes it possible to neutralize a fiber in the event of the wall of the latter breaking.
Dans tous les cas envisagés ci-dessus pour écrire l'invention a titre illustratif, il est possible grâce à l'adjonction du milieu poreux d'éviter l'arrêt d'un module dont quelques fibres sont endommagees et donc de prolonger sa durée de vie. En effet après colmatage et donc neutralisation de la fibre endommagée, le module continue à fournir un produit de la qualité voulue, avec un débit réduit dans la proportion des fibres colmatées, ce qui est bien souvent insensible. In all the cases considered above for writing the invention by way of illustration, it is possible, by virtue of the addition of the porous medium, to avoid stopping a module of which some fibers are damaged and therefore to extend its duration. life. Indeed after clogging and therefore neutralization of the damaged fiber, the module continues to provide a product of the desired quality, with a reduced flow rate in the proportion of clogged fibers, which is very often insensitive.
Les fibres comportant un milieu poreux selon invention trouvent une applIcatIon dans tous les domaines d'utilisation des fibres creuses classiques, et notamment dans l'ultraflltration et la microfiltration de divers liquides. The fibers comprising a porous medium according to the invention find application in all fields of use of conventional hollow fibers, and in particular in the ultraflltration and microfiltration of various liquids.
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