FR2786109A1 - Module de filtration et procede de montage etanche des extremites du module - Google Patents
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Abstract
Le module de filtration (1) comporte une plaque d'extrémité (3) traversée par des ouvertures (4) dans lesquelles sont engagées des parties d'extrémité des éléments de filtration (5). Des moyens d'étanchéité (7, 8) sont engagés sur les parties d'extrémité en saillie des éléments de filtration (5) et comprimés entre la plaque d'extrémité (3) et une plaque de serrage (9). Les moyens d'étanchéité (7, 8) comportent au moins une première plaque d'étanchéité (7) en matériau élastomère ayant une dureté inférieure à 60 Shore A et une seconde plaque d'étanchéité (8) superposée à la première plaque d'étanchéité (7) en un matériau élastomère ayant une dureté supérieure à la dureté du matériau élastomère de la première plaque d'étanchéité (7). La seconde plaque d'étanchéité (8) comporte des ouvertures (11a) dans l'alignement axial des éléments de filtration (5) et des cavités (11b) entourant les ouvertures (11a) du côté intérieur de la seconde plaque d'étanchéité (8) pour recevoir les extrémités des éléments de filtration (5) qui viennent en appui sur un rebord d'appui (17) de la seconde plaque d'étanchéité (8).
Description
L'invention concerne un module de filtration pour réaliser la filtration à courants tangentiels d'un milieu fluide et un procédé de montage étanche des extrémités du module.
On connaît des procédés de filtration à courants tangentiels, dans lesquels on fait circuler le milieu fluide à filtrer, au contact d'une membrane adaptée à la séparation à réaliser sur le milieu fluide. On établit une pression de part et d'autre de la membrane, de telle manière qu'une fraction du milieu fluide traverse la membrane, cette fraction du milieu fluide constituant le perméat. La fraction restante du milieu fluide constitue le rétentat. La vitesse de passage du perméat à travers la membrane est d'autant plus grande que la membrane présente une épaisseur plus faible. Cependant, une membrane de très faible épaisseur présente une très grande fragilité, de sorte que les membranes de filtration sont généralement réalisées sous la forme de couches de recouvrement de surfaces d'un support monolithique poreux.
Le support monolithe poreux assure la résistance mécanique de l'élément de filtration, de sorte qu'on peut utiliser des membranes de très faibles épaisseurs.
Le support monolithe poreux est travers, dans une direction axiale, par au moins un canal de circulation du milieu fluide à filtrer, généralement rectiligne et de section constante. La surface du canal venant en contact avec le milieu fluide à filtrer est recouverte d'une couche, par exemple une couche d'oxyde réalisée par frittage, qui constitue une membrane de filtration. On obtient ainsi un élément de filtration qui peut tre réalisé sous la forme d'un simple tube comportant un seul canal ou sous la forme d'un été- ment multicanal, le support de l'élément étant traversé par une pluralité de canaux, généralement parallèles et à section constante.
Les éléments de filtration qui peuvent présenter des longueurs importantes dans la direction axiale, par rapport à leurs dimensions transversales, sont assemblés pour constituer des modules qui peuvent comporter un grand nombre d'éléments ou membranes de filtration.
Dans le cas d'éléments de filtration ou membranes constitués par des corps monolithes tubulaires à section circulaire revtus intérieurement d'une couche de filtration, on utilise par exemple des modules comportant jusqu'à quatre-vingt dix-neuf éléments de filtration ou membranes d'une longueur supérieure à 1 mètre et d'un diamètre extérieur de l'ordre de 25 mm.
Suivant la nature des membranes de filtration utilisées pour le rev- tement des canaux des éléments de filtration, les modules de filtration peuvent tre utilisés pour des opérations de filtration, de microfiltration, d'ultrafiltration, de nanofiltration ou d'osmose inverse.
II est également possible d'utiliser des éléments de filtration constitués par un corps monolithe poreux traversé par un ou plusieurs canaux non revtus d'une couche de filtration. Dans ce cas, le matériau poreux du corps monolithe constitue lui-mme une paroi de filtration,
Les éléments de filtration constituant le module sont disposés sous la forme d'un faisceau, à l'intérieur d'une enveloppe de module destinée à assurer la protection et le maintien des éléments de filtration. L'enveloppe du module de filtration comporte deux plaques d'extrémité percees d'ouvertures dont les dimensions sont supérieures aux dimensions transversales des sections des éléments de filtration. Lors du montage du module de filtration, les éléments de filtration sont engagés par leurs deux parties d'extrémité dans les ouvertures des plaques solidaires de 1'enveloppe du module. Les ouvertures des plaques d'extrémité du module définissent donc la position et la répartition des éléments de filtration à l'intérieur du module. On assure la fixation des éléments de filtration par l'intermédiaire de leur partie d'extré- mité en saillie à l'extérieur des plaques d'extrémité du module. II est également nécessaire d'assurer une séparation étanche entre le perméat et le rétentat, à chacune des deux extrémités de chacun des éléments de filtration.
Les éléments de filtration constituant le module sont disposés sous la forme d'un faisceau, à l'intérieur d'une enveloppe de module destinée à assurer la protection et le maintien des éléments de filtration. L'enveloppe du module de filtration comporte deux plaques d'extrémité percees d'ouvertures dont les dimensions sont supérieures aux dimensions transversales des sections des éléments de filtration. Lors du montage du module de filtration, les éléments de filtration sont engagés par leurs deux parties d'extrémité dans les ouvertures des plaques solidaires de 1'enveloppe du module. Les ouvertures des plaques d'extrémité du module définissent donc la position et la répartition des éléments de filtration à l'intérieur du module. On assure la fixation des éléments de filtration par l'intermédiaire de leur partie d'extré- mité en saillie à l'extérieur des plaques d'extrémité du module. II est également nécessaire d'assurer une séparation étanche entre le perméat et le rétentat, à chacune des deux extrémités de chacun des éléments de filtration.
Pour assurer la fixation des modules de filtration et la séparation du perméat et du rétentat dans la partie d'extrémité des éléments de filtration, on a propose, dans le EP-0.597.742, d'utiliser un joint composite en maté- riau élastomère dans lequel sont engagées les parties d'extrémité des éléments de filtration ; le joint composite constitué par une plaque traversée par des ouvertures de passage de éléments de filtration est comprimé entre deux plaques métalliques dont l'une peut tre constituée par la plaque d'extrémité du module et l'autre par une plaque de serrage traversée par des ouvertures analogues aux ouvertures de la plaque d'extrémité. La compression du joint en matériau élastomère, dont les ouvertures ont des formes et dimensions sensiblement analogues à celles de la section des éléments de filtration, assure un serrage des bords des ouvertures du joint sur la surface externe des parties d'extrémité des éléments de filtration. On sépare ainsi de manière étanche le volume interne du module dans lequel est recueilli le perméat, des collecteurs d'extrémité du module dans lesquels débouchent les canaux des éléments de filtration à leurs extrémités. Le collecteur situé à l'une des extrémités du module est un collecteur de distribution du milieu liquide à filtrer et le collecteur situé à I'autre extrémité du module est un collecteur de récupération du rétentat. L'étanchéité entre les bords d'ouverture du joint et la surface externe des parties d'extrémité des corps monolithes des éléments de filtration peut tre assurée en particulier par de la matière élastomère du joint qui est refoulée par la pression de serrage du joint. Le joint composite est réalisé sous forme stratifiée et comporte une zone centrale dont la dureté est inférieure à la dureté des zones externes du joint.
Lors de la fabrication des éléments de filtration de forme tubulaire comportant un canal unique ou une pluralité de canaux, on enduit la surface interne des canaux avec une suspension de particules d'oxyde métallique qui est ensuite frittée pour constituer la couche de séparation de l'élément de filtration ou membrane. Les technologies utilisées pour le revtement des canaux des éléments de filtration ne permettent pas d'enduire les sections d'extrémité planes des corps monolithes qui peuvent tre constituées par une simple surface annulaire dans le cas d'un tube à canal unique ou par la section plane d'extrémité des parois de séparation des canaux, dans le cas d'éléments de filtration multicanaux. Les sections d'extrémité des éléments de filtration viennent en contact avec le milieu liquide à filtrer ou avec le rétentat et, du fait de la porosité du support non revtu dans ses zones d'extrémité, il peut se produire des phénomènes de fuite de matière, par exemple de micro-organismes, au travers du support poreux. Ce phéno- mène, qui est en général très limité pour les supports à basse perméabilité, peut tre totalement inacceptable pour des supports à porosité élevée, par exemple pour des supports en matière céramique.
Dans le cas des supports céramiques, il est connu de réaliser une étanchéité de la section d'extrémité du support monolithe en déposant une résine à t'état liquide sur les surfaces d'extrémité du support monolithe, la résine déposée sur le support monolithe étant ensuite durcie pour réaliser l'étanchéité des sections d'extrémité. Cette technologie ne permet pas d'obtenir une bonne maîtrise du nettoyage chimique du support céramique dans ses parties d'extrémité. En outre, les résines d'étanchéification ne sont pas suffisamment résistantes à certains milieux liquides dont on assure la filtration.
Comme indiqué plus haut, t'étanchéité entre les compartiments du module recevant respectivement le perméat et le rétentat peut tre assurée par un joint en matière élastomère intercalé et comprimé entre deux plaques généralement en acier inoxydable. L'étanchéité peut tre ainsi parfaitement réalisée mais le serrage de parties d'extrémité des corps monolithes des éléments de filtration peut tre insuffisant pour assurer la retenue de l'élément de filtration dans la direction axiale, pendant le fonctionnement de l'installation de filtration comportant les modules de filtration. Pour empcher un glissement brutal ou excessif des éléments de filtration des modules en fonctionnement, on a proposé de réaliser, dans la plaque de serrage externe du module, des ouvertures d'une section inférieure à la section transversale des éléments de filtration et des lamages autour des ouvertures dans lesquels sont reçues les parties d'extrémité des éléments de filtration, sur une partie de l'épaisseur de la plaque de serrage. De cette manière, entre les ouvertures de dimension réduite et les lamages de réception des parties d'extrémité des éléments de filtration, sont aménagés des rebords d'appui ou de butée assurant le maintien des éléments de filtration.
Pendant le fonctionnement de l'installation de filtration, les éléments de filtration subissent des contraintes externes qui sont dues par exemple aux variations des conditions de fonctionnement de l'installation de filtration (phase d'arrt sans pression, phase en circulation, variation de température) qui engendrent une fatigue et une usure inévitables du joint d'étanchéité.
Après un certain temps de fonctionnement du module de filtration, il peut en résulter un déplacement des éléments de filtration dont les corps monolithes viennent frapper avec une force croissante les rebords d'appui de la plaque de serrage en acier inoxydable. Le matériau céramique du corps monolithe des éléments de filtration peut se fissurer dans ses parties d'extrémité et il peut en résulter des ruptures de certains corps monolithes.
On a également proposé de réaliser par moulage et usinage, autour des parties d'extrémité des corps monolithes de chacun des éléments de filtration des modules, des joints en caoutchouc unitaires qui sont serrés entre la plaque d'extrémité du module et une plaque de serrage. Ces joints en caoutchouc peuvent comporter, vers l'extérieur du module, un rebord d'appui pour la partie d'extrémité du corps monolithe des éléments de filtration. Ces rebords d'appui peuvent ainsi assurer la retenue axiale des été- ments de filtration.
Du fait de la réalisation unitaire des joints d'étanchéité, il n'est pas possible d'obtenir un faisceau compact d'éléments de filtration à l'intérieur du module. Les corps des éléments de filtration autour desquels sont disposés les joints d'étanchéité unitaires doivent se trouver de ce fait à une certaine distance les uns des autres dans les directions transversales. De plus, pour remplir les différentes fonctions d'étanchéité, de maintien et de retenue, les joints unitaires doivent tre réalisés en un caoutchouc dont la dureté est relativement grande, par exemple une dureté de l'ordre de 70 Shore A. II est donc nécessaire de prévoir une force de serrage importante de ces joints, de telle sorte que les plaques d'extrémité et les plaques de serrage des modules doivent tre de forte épaisseur et de grande rigidité, II en résulte une construction lourde et un encombrement axial accru des modules.
Le but de l'invention est donc de proposer un module de filtration constitué par au moins un élément de filtration comportant un corps monolithe poreux de forme tubulaire traversé dans une direction axiale par un ensemble d'au moins un canal de circulation d'un fluide à filtrer, ce module étant disposé à l'intérieur d'une enveloppe de module et maintenu, à chacune de ses deux extrémités axiales, par un ensemble de maintien, chaque ensemble de maintien comprend une plaque d'extrémité solidaire de 1'enveloppe de module et une plaque de serrage sensiblement perpendiculaires à la direction axiale, percées d'ouvertures alignées axialement.
L'ouverture de la plaque d'extrémité présente une dimension supérieure à la dimension de la section transversale du corps de l'élément de filtration, pour assurer le passage d'une partie d'extrémité du corps de l'élément de filtra- tion, vers l'extérieur du module. Un moyen d'étanchéité est intercalé entre la plaque d'extrémité et la plaque de serrage qui est disposée vers l'extérieur du module, dans la direction axiale, et des moyens de serrage permettent de rapprocher l'une de l'autre dans la direction axiale la plaque d'extrémité et la plaque de serrage et de comprimer les moyens d'étanchéité. Le module de filtration est réalisé de manière à assurer une bonne étanchéité des parties d'extrémité des corps des éléments de filtration et une retenue efficace dans la direction axiale des éléments de filtration, le module ayant d'autre part une forte compacité et un encombrement réduit dans la direction axiale.
Dans ce but, les moyens d'étanchéité comportent, de l'intérieur vers t'extérieur du module, dans la direction axiale, au moins une première plaque d'étanchéité en matériau élastomère percée d'au moins une ouverture de forme et de dimensions analogues à celles de la section transversale du corps de l'élément de filtration et une seconde plaque en matériau élasto- mère dont la dureté est supérieure à celle du matériau élastomère de la première plaque, percée d'au moins une ouverture et comportant, autour de son ouverture, du côté interne du module, une cavité de réception de l'extrémité du corps de l'élément de filtration délimitée axialement par un rebord d'appui sur une zone de l'extrémité du corps de l'élément de filtration entourant complètement I'ensemble de l'au moins un canal de circulation de fluide à filtrer de I'au moins un élément de filtration.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un module suivant l'invention et le procédé de montage des parties d'extrémité des éléments de filtration de ce module.
La figure 1 est une vue partielle en perspective éclatée d'une partie d'extrémité d'un module suivant l'invention.
La figure 2 est une vue partielle en coupe axiale de la partie d'extrémité du module représenté sur la figure 1.
La figure 3 est une vue de dessus suivant 3-3 de la figure 2 d'une partie d'extrémité d'un élément de filtration du module représenté sur les figures 1 et 2.
La figure 4 est une vue en coupe partielle d'une extrémité d'un module suivant l'invention et suivant une variante de réalisation.
Sur les figures 1 et 2, on voit une partie d'extrémité d'un module de filtration désigné de manière générale par le repère 1. Le module de filtration 1 comporte une enveloppe métallique, de forme générale cylindrique, par exemple en acier inoxydable, dont une partie d'extrémité comportant une bride de fixation 2a a été représentée sur la figure 1. Dans chacune de ses parties d'extrémité axiale telles que la partie d'extrémité représentée sur la figure 1, I'enveloppe 2 du module 1 est solidaire d'une plaque d'extrémité 3 transversale, c'est-à-dire disposée perpendiculairement à I'axe de I'envelop- pe cylindrique 2.
Les plaques d'extrémité telles que la plaque 3, solidaires de I'envelop- pe 2, sont traversées par des ouvertures 4 dans chacune desquelles peut tre engagée une partie d'extrémité d'un élément de filtration 5 qui peut tre de forme cylindrique. Les éléments de filtration 5 sont disposés parallèlement les uns aux autres, de manière à constituer un faisceau parallèle suivant la direction axiale de 1'enveloppe 2. Chacun des éléments de filtration 5 est engagé par une première partie d'extrémité dans une ouverture 4 d'une première plaque d'extrémité 3 du module 1 et, par sa seconde partie d'extrémité axiale dans une ouverture de la seconde plaque d'extrémité du module 1. Chacun des éléments de filtration 5 comporte deux parties d'extrémité qui viennent en saillie vers t'extérieur du module par rapport aux plaques d'extrémité du module telles que la plaque 3 représentée sur la figure 1. La fixation des éléments de filtration à l'intérieur de 1'enveloppe 2 du module 1 est réalisée par l'intermédiaire de deux ensembles de maintien 6 venant en prise avec les parties d'extrémité en saillie des éléments de filtration 5 dont l'un a été représenté sur la figure 1.
Cet ensemble de maintien 6 comporte la plaque d'extrémité 3, une première plaque d'étanchéité en élastomère 7, une seconde plaque d'étan- chéité également en élastomère 8 et une plaque de serrage 9 en un maté- riau métallique tel que I'acier inoxydable.
Les ouvertures 4 traversant la plaque d'extrémité 3 en acier inoxydable du module 1 présentent des dimensions légèrement supérieures aux dimensions des sections transversales des éléments de filtration 5, de sorte que les parties d'extrémité des éléments de filtration 5 sont engagées avec un certain jeu à l'intérieur des ouvertures 4.
Par exemple, dans le cas d'éléments de filtration comportant un corps monolithe poreux en céramique de forme cylindrique ayant une section circulaire dont le diamètre est voisin de 25 mm, les ouvertures 4 pourront présenter un diamètre de 28 mm assurant un passage sans frottement des ex trémités des corps monolithes des éléments de filtration 5.
La première plaque d'étanchéité 7, disposée vers l'intérieur du module, dans la direction axiale, et destinée à venir en contact par l'une de ses faces avec la plaque d'extrémité 3, est traversée par des ouvertures 10 dont les dimensions, par exemple le diamètre, sont sensiblement égales aux dimensions de la section transversale des éléments de filtration 5. Lors du montage des éléments de filtration 5 dans l'enveloppe 2 du module, les parties d'extrémité des éléments de filtration 5 en saillie par rapport à la plaque d'extrémité 3 sont engagées chacune dans une des ouvertures 10 de la première plaque d'étanchéité 7, de sorte que les ouvertures 10 sont alignées axialement chacune avec une ouverture 4 de la plaque d'extrémité 3.
La seconde plaque d'étanchéité 8 en élastomère comporte des ouvertures 11 a traversantes autour desquelles sont usinées par lamage ou moulées, à partir d'une des faces de la plaque 8, des cavités 11 b destinées à assurer I'appui des extrémités des corps monolithes des éléments de filtration 5, comme il sera expliqué par la suite. Les ouvertures 11 a ont une dimension inférieure à la dimension des sections transversales des corps monolithes des éléments de filtration 5.
La plaque de serrage 9 en acier inoxydable est traversée par des ouvertures 12 dont les dimensions sont sensiblement égales aux dimensions des ouvertures 11 a traversant la seconde plaque d'étanchéité 8 en élastomère.
La plaque de serrage 9 et les plaques d'étanchéité 7 et 8 en matériau élastomère, de forme circulaire, présentent un diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur de la partie d'extrémité de 1'enveloppe 2 du module 1, comprenant la bride 2a. La partie d'extrémité de 1'enveloppe 2 définit une cavité cylindrique adjacente à la face de la plaque d'extrémité dirigée vers l'extérieur du module, dans laquelle viennent se loger les plaques d'étan- chéité 7 et 8 en position superposée et la plaque de serrage 9.
Des ouvertures borgnes taraudées 13 sont prévues dans la plaque d'extrémité 3, dans des dispositions réparties suivant la surface de la plaque d'extrémité.
Les plaques d'étanchéité 7 et 8 et la plaque de serrage 9 comportent des ouvertures traversantes dans des positions telles que ces ouvertures puissent tre alignées axialement avec les trous borgnes 13 de la plaque d'extrémité 3, lors de la mise en place des plaques d'étanchéité 7 et 8 et de la plaque de serrage dans la partie d'extrémité de 1'enveloppe 2.
Sur la figure 2, on a représenté, en coupe axiale, de manière partielle, une extrémité du module après montage et serrage étanche des extrémités des éléments de filtration 5.
Un goujon 14 comportant deux extrémités filetées est fixé par vissage d'une première extrémité filetée, dans chacun des trous borgnes taraudés 13. Les plaques d'étanchéité 7 et 8 et la plaque de serrage 9 sont placées dans la partie d'extrémité de 1'enveloppe 2 du module, dans des positions superposées, de manière que leurs ouvertures traversantes soient engagées sur les goujons 14. Des écrous 14'peuvent tre vissés sur une seconde partie d'extrémité filetée des goujons 14 pour réaliser le serrage des plaques d'étanchéité 7 et 8 en élastomère entre la plaque de serrage 9 et la plaque d'extrémité 3.
On a représenté deux éléments de filtration 5 constitués chacun par un corps monolithe poreux en céramique traversé par des canaux 15 rectili- gnes, suivant la direction axiale 16 des éléments de filtration et du module.
La surface des canaux 15 est recouverte d'une couche d'oxyde fritte constituant une membrane de filtration.
Les éléments de filtration 5 sont engagés avec jeu, par leur partie d'extrémité, dans les ouvertures 4 de la plaque d'extrémité 3 du module, et présentent des parties en saillie vers l'extérieur du module sur lesquelles la première plaque d'étanchéité 7 est engagée par l'intermédiaire de ses ouvertures 10 dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre extérieur du corps monolithe des éléments de filtration 5. La seconde plaque d'étanchéité 8 en élastomère est traversée par des ouvertures 11 a dont le diamètre est inférieur au diamètre extérieur des corps monolithes des éléments de filtration 5. Les ouvertures 11a débouchent, d'un côté de la seconde plaque d'étanchéité 8, dans les cavités 11b ou lamages dont la profondeur est voisine de la moitié de l'épaisseur de la seconde plaque d'étanchéité 8. Les lamages 11b présentent un contour extérieur dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre extérieur des corps monolithes des éléments de filtration 5. Chaque ouverture 11 a et le lamage 11b correspondant délimitent un rebord d'appui 17 et un épaulement destiné à venir en appui, dans la position de montage de l'ensemble de fixation 6 représenté sur la figure 2, sur la partie périphérique d'un corps monolithe d'un élément de filtration 5.
La plaque de serrage 9 est rapportée sur la face externe de la seconde plaque d'étanchéité 8, qui est elle-mme superposée à la première plaque d'étanchéité 7, les ouvertures de passage de goujons étant alignées.
Les ensembles à goujon 14 et écrou 14'permettent d'assurer un serrage contrôlé et réglé des plaques d'étanchéité 7 et 8 intercalées entre la plaque d'extrémité 3 du module et la plaque de serrage 9 rapportée du côté extérieur du module.
La première plaque d'étanchéité 7 est réalisée en un élastomère ayant une dureté inférieure à 60 Shore A et la seconde plaque d'étanchéité 8 en un élastomère ayant une dureté supérieure à la dureté de t'étastomère de la première plaque d'étanchéité, cette dureté étant de préférence voisine de 90 Shore A. De cette manière, on peut réaliser le serrage contrôlé des moyens d'étanchéité 7 et 8 entre les plaques 3 et 9, par l'intermédiaire des dispositifs de serrage mécanique 14-14', de telle sorte que la première pla- que d'étanchéité 7 en élastomère de plus faible dureté se déforme et assure un serrage étanche des bords des ouvertures 10 sur la surface externe des corps monolithes des éléments de filtration 5. Les bords de la première plaque 7 autour des ouvertures de passage des modules se déforment sous l'effet du serrage ; de la matière élastomère est refoulée entre les extrémités des éléments de filtration 5 et les ouvertures de la plaque d'étanchéité 3.
Sous l'effet du serrage, la seconde plaque d'étanchéité 8 en élastomère dur vient en contact par l'intermédiaire des rebords 17 des ouvertures 11 a, 11 b, avec les parties périphériques des extrémités des corps monolithes des éléments de filtration 5 de manière à assurer un maintien efficace de ces corps monolithes, dans la direction axiale 16 des éléments de filtration et du module.
Les dimensions des ouvertures 11 a et du rebord d'appui 17 sont dé- terminées de manière que, pour la pression de serrage permettant d'obtenir une étanchéité parfaite entre les ouvertures 10 de la première plaque d'étan- chéité 7 et les parties d'extrémité des corps monolithes des éléments de filtration 5, les bords des ouvertures 11 a de la seconde plaque d'étanchéité 8 soient parfaitement alignés avec le bord des ouvertures 12 de la plaque de serrage 9. Le rebord 17, déformé par serrage entre la surface d'extrémité du corps monolithe de l'élément de filtration 5 et la plaque de serrage 9, qui est délimité vers l'intérieur par le rebord des ouvertures 1 la. vient recouvrir une partie périphérique de la surface d'extrémité plane du corps monolithe des éléments 5, de forme annulaire, dont le contour intérieur, dans le prolongement de l'ouverture 11 a, est tangent à 1'ensemble des canaux 15 disposés à la périphérie de l'élément de filtration.
A titre d'exemple, on a représenté sur la figure 3, la partie d'extrémité d'un élément de filtration 5 comportant un corps monolithe en céramique traversé axialement par sept canaux 15, I'un des canaux étant disposé à la partie centrale et suivant I'axe du support monolithe et les six autres canaux étant répartis autour du canal central, dans une zone annulaire périphérique du support monolithe et la seconde plaque d'étanchéité 8 en élastomère dont le rebord 17, délimitant la cavité de réception de la partie d'extrémité du support monolithe, recouvre une partie périphérique du support monolithe entourant 1'ensemble des canaux 15. Le rebord 17, qui est serré entre la partie d'extrémité du support monolithe de l'élément de filtration 5 et la pla- que de serrage 9, se déforme légèrement, de sorte que son bord intérieur se déplace vers la partie centrale du corps monolithe, de telle sorte qu'il soit affleurant par rapport aux parties externes des canaux périphériques 15, suivant la ligne circulaire 19 constituant la trace du bord intérieur du rebord 17 qui est sensiblement tangente au contour des canaux périphériques 15 et circonscrite par rapport à l'ensemble des canaux 15.
Du fait que les rebords 17 des ouvertures de la seconde plaque d'étanchéité 8 recouvrent les parties périphériques du support monolithe des modules entourant les canaux, ces parties périphériques sont séparées de manière sensiblement étanche du fluide à filtrer entrant dans le module par l'une des extrémités des éléments de filtration et du rétentat sortant du module par les extrémités opposées des éléments de filtration. On évite ainsi ou on limite à des niveaux très faibles les fuites de matières ou de microorganismes contenus dans le milieu a filtrer, travers le support monolithe poreux, vers l'extérieur des éléments de filtration. Les fuites, à travers le monolithe poreux, de matières provenant du fluide en contact avec la partie centrale des sections d'extrémité du monolithe, à l'intérieur de la zone périphérique délimitée par la ligne 19, sont très faibles ou nulles, du fait de la distance à parcourir entre cette zone centrale et la surface latérale externe du monolithe en contact avec le perméat.
Grâce au dispositif on peut utiliser des supports dont les surfaces des extrémités axiales ne sont pas recouvertes par une résine d'étanchéification.
De ce fait, on a une bonne maîtrise du nettoyage chimique. II est également possible de recouvrir les surfaces des extrémités axiales des supports des éléments de filtration par une couche déposée et frittée constituant une membrane de filtration.
Dans le module de filtration suivant l'invention, la première plaque d'étanchéité 7 en matériau élastomère mou permet de réaliser l'étanchéité entre le perméat d'une part et le milieu à filtrer ou le rétentat d'autre part.
Cette première plaque d'étanchéité assure également par serrage une certaine retenue axiale des supports monolithes des éléments de filtration.
Une immobilisation des supports monolithes dans la direction axiale est obtenue grâce à la seconde plaque d'étanchéité 8 dont les rebords de cavité 17 constituent des butées pour les parties d'extrémité des supports monolithes. En cas de glissement et de déplacement du support monolithe dans la direction axiale, sa partie d'extrémité vient en contact avec une partie de retenue dont la dureté limitée est sensiblement inférieure à la dureté d'un rebord métallique et permet d'éviter une détérioration du support monolithe. Bien que la dureté des secondes plaques d'étanchéité 8 en élastomère soit supérieure à la dureté des premières plaques d'étanchéité 7, ces secondes plaques d'étanchéité en élastomère assurent une suspension relativement souple des supports monolithes pendant le fonctionnement du module de filtration. On évite ainsi des chocs et des détériorations des extrémités des supports monolithes qui se produisaient lorsqu'on utilisait des pla- ques de retenue métalliques comportant des lamages.
Du fait de l'utilisation d'un élastomère de dureté imitée pour constituer la première plaque d'étanchéité 7, la déformation de cette première pla- que d'étanchéité pour assurer le serrage des supports monolithes peut tre obtenue avec une force de serrage relativement faible. On peut ainsi limiter l'épaisseur des plaques d'extrémité et de serrage du module et donc 1'encombrement du module dans la direction axiale.
L'utilisation de deux plaques d'étanchéité superposées ayant des duretés différentes permet de séparer les fonctions d'étanchéification et de retenue des parties d'extrémité des modules. On peut ainsi adapter parfaitement les duretés des deux plaques d'étanchéité aux fonctions recherchées.
Le montage des parties d'extrémité d'un module suivant l'invention peut tre réalisé de la manière qui sera décrite ci-dessous.
On réalise par moulage ou éventuellement par moulage et usinage une première plaque d'étanchéité en un matériau élastomère dont la dureté est inférieure à 60 Shore A, traversée par une pluralité d'ouvertures à section circulaire parfaitement calibrées pour recevoir les parties d'extrémité des supports monolithes des éléments de filtration du module. L'épaisseur de la première plaque d'étanchéité peut tre adaptée à la longueur des parties d'extrémité en saillie des supports monolithes des éléments de filtration du module et à l'effet d'étanchéification recherché.
On réalise par moulage ou par moulage et usinage la seconde plaque d'étanchéité qui est traversée par des ouvertures dont la section présente des dimensions inférieures à la section transversale des supports monoli- thes des éléments de filtration du module. On réalise, par exemple par lamage, à partir d'une des faces de la plaque 8, autour de chacune des ouvertures, une cavité annulaire sur une partie de l'épaisseur de la seconde plaque d'étanchéité, de manière à réserver un rebord d'appui ayant un épaulement transversal annulaire, d'épaisseur parfaitement déterminée dans la direction radiale. Cette épaisseur est déterminée en fonction de la dureté de l'élastomère de la seconde plaque d'étanchéité et de la force de serrage, pour obtenir un recouvrement de la partie périphérique des supports monolithes des éléments de filtration, le bord intérieur des ouvertures de la seconde plaque venant en affleurement par rapport aux canaux périphériques du support monolithe, après serrage des plaques d'étanchéité.
On réalise la mise en place des éléments de filtration dans les ouvertures des plaques d'extrémité du module puis l'engagement, successivement, de la première et de la seconde plaques d'étanchéité en élastomère sur les parties d'extrémité en saillie des supports monolithes, à chacune des extrémités du module. On met en place les plaques de serrage et on réalise le serrage contrôlé des plaques d'étanchéité, à chacune des extrémités du module, entre les plaques de serrage et les plaques d'extrémité correspondantes.
Sur la figure 4, on a représenté une variante de réalisation du montage étanche d'une partie d'extrémité d'un élément de filtration, selon l'invention.
Les éléments correspondants sur la figure 4 et sur les figures 1 à 3 portent les mmes repères.
Dans le cas de la variante de réalisation de la figure 4, la première plaque d'étanchéité entourant l'extrémité du module est constituée de deux plaques 18 et 20 en élastomère superposées. La plaque 18 ou plaque externe présente une dureté inférieure à 60 Shore A. Cette plaque externe est généralement constituée en un matériau élastomère de mme nature que le matériau de la première plaque 8 du mode de réalisation des figures 1 à 3.
La plaque 20 ou plaque interne est en un matériau élastomère d'une dureté supérieure à 65 Shore A. Plus généralement le matériau élastomère de la plaque interne 20 présente une dureté supérieure au matériau élasto- mère de la plaque externe 18. La plaque externe 18 est intercalée entre la plaque interne 20 et la seconde plaque d'étanchéité 8 en matériau élasto- mère dont la dureté est voisine de 90 Shore A et plus généralement supérieure à 70 Shore A. La plaque interne 20 est intercalée entre la plaque d'extrémité 3 du module et la plaque externe 18.
De manière générale, la dureté de la seconde plaque 8 est supérieure à la dureté de la plaque externe 18 et de préférence également supérieure à la dureté de la plaque interne 20.
L'invention ne se limite pas strictement aux modes de réalisation qui ont été décrits.
C'est ainsi que le module de filtration suivant l'invention peut comporter un nombre quelconque d'éléments de filtration, ces éléments de filtration comportant eux-mmes un seul canal ou une pluralité de canaux.
II est possible, par exemple, de réaliser un module de filtration comportant des éléments de filtration constitués par de simples tubes à section circulaire en matériau céramique recouverts intérieurement d'une membrane de filtration réalisée par frittage. Dans ce cas, les parties d'extrémité de chacun des tubes céramiques sont reçues dans une cavité circulaire des secondes plaques d'étanchéité du module délimitée par un rebord et un épau- lement annulaires destinés à recouvrir, après serrage des plaques d'étan- chéité, la face d'extrémité annulaire du tube.
II est possible, par exemple, de concevoir et de réaliser un module de filtration ayant un diamètre de 350 mm et une longueur de 1209 mm comportant quatre-vingt dix-neuf éléments de filtration tubulaires ayant un diamètre extérieur de l'ordre de 25 mm.
II est possible également de concevoir et de réaliser des modules de filtration comportant une pluralité d'éléments de filtration comportant des supports monolithes multicanaux ; chacun des supports monolithes multica- nal peut comporter un nombre quelconque de canaux, par exemple, sept, huit, dix-neuf, vingt-trois ou vingt-sept canaux.
Les sections transversales des canaux des supports monolithes des éléments de filtration revtus ou non par des membranes de filtration de faible épaisseur peuvent avoir une forme circulaire ou toute autre forme adaptée à l'utilisation du module de filtration.
Dans tous les cas, du fait que les plaques d'étanchéité en élastomère 7 et 8 sont réalisées en une seule pièce, il est possible de prévoir un réseau dense d'ouvertures dans ces plaques d'étanchéité, de manière à assurer t'étanchéification et le maintien d'éléments de filtration disposés avec un faible écartement les uns par rapport aux autres. On accroit ainsi la compacité du module de filtration, ce qui permet de réduire ses dimensions, pour obtenir une efficacité et un rendement voulus de la filtration.
La première et la seconde plaques d'étanchéité peuvent tre réalisées en tout matériau élastomère résistant au milieu à filtrer ou à ses différentes fractions dont on assure la séparation. Le matériau élastomère de la seconde plaque d'étanchéité doit présenter une dureté supérieure au maté- riau élastomère de la première plaque d'étanchéité. Dans le cas où la pre mière plaque d'étanchéité est réalisée par superposition d'au moins deux plaques en matériau élastomère de duretés différentes, le matériau élasto- mère de la seconde plaque doit présenter une dureté supérieure à l'une au moins des plaques superposées constituant la première plaque et assurant t'étanchéité autour des éléments de filtration. De préférence, la dureté de la seconde plaque est supérieure à la dureté de la plus dure des plaques constitutives de la première plaque d'étanchéité.
Le matériau élastomère de la première plaque d'étanchéité doit présenter une dureté limitée, de manière ci faciliter sa déformation lors du serrage permettant une mise en contact étanche des bords d'ouvertures de la première plaque d'étanchéité avec les surfaces externes des parties d'extré- mité des supports des éléments de filtration. Cette dureté doit tre, de manière générale inférieure à 60 Shore A et par exemple comprise entre 45 et 50 Shore A.
Le matériau élastomère de la seconde plaque d'étanchéité, qui doit tre de préférence supérieure ci 70 Shore A, peut tre par exemple de l'ordre de 90 Shore A.
Le serrage mécanique des plaques de serrage aux extrémités du module de filtration peut tre réalisé non seulement par des ensembles à goujon et écrou répartis sur toute la surface des plaques d'extrémité et de serrage à chacune des extrémités du module, mais encore par des tiges filetées de direction axiale disposées suivant toute la longueur du module de filtration et engagées à leurs extrémités dans des ouvertures des plaques d'extrémité et des plaques de serrage, sur lesquelles sont vissés des écrous de serrage. On obtient ainsi un équilibrage du serrage aux deux extrémités du module de filtration.
L'invention s'applique de manière générale à tout module de filtration comportant des éléments de filtration ou membranes disposées, sous la forme d'un faisceau, à axes parattètes, à l'intérieur d'une enveloppe de module.
Claims (12)
1.-Module de filtration comportant au moins un élément de filtration (5) comprenant un corps monolithe poreux de forme tubulaire traversé dans une direction axiale par un ensemble d'au moins un canal (15) de circulation d'un fluide à filtrer, disposé à l'intérieur d'une enveloppe de module (2) et maintenu 6 chacune de ses deux extrémités axiales par un ensemble de maintien (6) comprenant une plaque d'extrémité (3) solidaire de 1'enveloppe (2) du module (1) et une plaque de serrage (9), sensiblement perpendiculaires à la direction axiale (16), percées d'ouvertures alignées axialement, )'ouverture (4) de la plaque d'extrémité (3) ayant une dimension supérieure à la dimension de la section transversale du corps de l'élément de filtration (5), pour assurer le passage d'une partie d'extrémité du corps de l'élément de filtration (5) vers l'extérieur du module (1), ainsi que des moyens d'étanchéité (7,8) intercalés entre la plaque d'extrémité (3) et la plaque de serrage (9) qui est disposée vers l'extérieur du module dans la direction axiale et des moyens de serrage (14,14') pour rapprocher l'une de l'autre, dans la direction axiale (16), la plaque d'extrémité et la plaque de serrage et comprimer les moyens d'étanchéité (7,8), caractérisé par le fait que les moyens d'étanchéité comportent de l'intérieur vers l'extérieur du module (1), dans la direction axiale (16), au moins une première plaque d'étanchéité (7) en matériau élastomère percée d'au moins une ouverture (10) de forme et de dimensions analogues à celles de la section transversale du corps de l'élément de filtration (5) et une seconde plaque (8) en matériau élastomère dont la dureté est supérieure à celle du matériau élastomère de la première plaque, percée d'au moins une ouverture (11 a) et comportant, autour de son ouverture (11 a), du côté intérieur du module (1), une cavité (11b) de récep- tion de l'extrémité du corps de t'élément de filtration (5) délimitée axialement par un rebord d'appui (17), de manière que le rebord (17) recouvre une zone de l'extrémité du corps de l'élément de filtration (5) entourant complètement 1'ensemble de I'au moins un canal (15) de circulation du fluide à filtrer.
2.-Module de filtration suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la première plaque d'étanchéité (7) est en un matériau élastomère dont la dureté est inférieure à 60 Shore A.
3.-Module de filtration suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la première plaque d'étanchéité (7) est constituée de deux plaques en matériau élastomère (18,20) superposées, une plaque externe dont la dureté est inférieure à 60 shore A et une plaque interne dont la dureté est supérieure à 65 shore A.
4.-Module de filtration suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le matériau élastomère de la première plaque d'étanchéité a une dureté comprise entre 40 et 50 Shore A.
5.-Module de filtration suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la seconde plaque d'étanchéité (8) est en un matériau élastomère dont la dureté est supérieure à 70 Shore A.
6.-Module de filtration suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que le matériau élastomère de la seconde plaque d'étanchéité (8) a une dureté d'environ 90 Shore A.
7.-Module de filtration suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les surfaces des extrémités axiales du corps monolithe poreux de l'élément de filtration (5) ne sont pas recouvertes de résine.
8.-Module de filtration suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que les surfaces des extrémités axiales du corps monolithe poreux de l'élément de filtration (5) sont recouvertes par une couche frittée constituant une membrane de filtration.
9.-Module de filtration suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, comportant au moins un élément de filtration ayant un corps monolithe poreux traversé par une pluralité de canaux (15) répartis suivant la section transversale du corps monolithe poreux, caractérisé par le fait que le rebord d'appui (17) de l'ouverture (11a) de la seconde plaque d'étanchéité (8) recouvre une partie périphérique de la section transversale d'extrémité du corps monolithe poreux de l'élément de filtration (5), à chacune des extrémités axiales de l'élément de filtration (5), la partie périphérique entourant l'ensemble des canaux (15) du support monolithe poreux de l'élément de filtration (5).
10.-Module de filtration suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que le rebord d'appui (17) de l'ouverture (11a) de la première plaque d'extrémité comporte un bord intérieur venant dans une position affieurante et sensiblement tangente, par rapport à un ensemble de canaux périphériques externes (15) du support monolithe de l'élément de filtration (5), lorsque la première et la seconde plaques d'étanchéité (7,8) sont comprimées entre la plaque d'extrémité (3) et la plaque de serrage (9), à chacune des extrémités du module (1).
11.-Module de filtration suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, comportant une pluralité d'éléments de filtration (5), caractérisé par le fait que la première et la seconde plaques d'étanchéité (7,8), à chacune des extrémités du module de filtration (1) comportent chacune un réseau dense d'ouvertures (10,11a) de réception des corps monolithes poreux des éléments de filtration (5).
12.-Procédé de montage d'éléments de filtration (5) dans une partie d'extrémité d'un module de filtration (1) comportant une enveloppe (2) et une plaque d'extrémité (3) solidaire de 1'enveloppe (2) traversée par des ouvertures (4) de passage d'une partie d'extrémité des éléments de filtration (5), caractérisé par le fait :
-qu'on réalise par moulage ou par moulage et usinage au moins une première plaque d'étanchéité en matériau élastomère (7) traversée par des ouvertures ayant des sections de forme et de dimensions analogues à celles des sections transversales des éléments de filtration (5),
-qu'on réalise par moulage ou par moulage et usinage une seconde plaque d'étanchéité (8) en matériau élastomère traversée par des ouvertures (11 a) d'une dimension inférieure à la section transversale des éléments de filtration (5), chacune des ouvertures (11a) étant entourée sur un côté de la plaque d'étanchéité (8) par une cavité de réception (11b) d'une partie d'extrémité d'un élément de filtration (5), délimitée axialement par un rebord d'appui (17) de l'élément de filtration, le matériau élastomère de la seconde plaque d'étanchéité (8) ayant une dureté supérieure à la dureté du matériau élastomère de la première plaque d'étanchéité (7),
-qu'on introduit les éléments de filtration (5) dans l'enveloppe (2) du module de filtration (1), de manière que les éléments de filtration traversent les ouvertures (4) de la plaque d'extrémité (3) du module de filtration et présentent une partie en saillie vers t'extérieur du module de filtration (1),
-qu'on engage les ouvertures (10) de la première plaque d'étanchéité (7), chacune sur une partie d'extrémité en saillie d'un élément de filtration (5),
-qu'on superpose la seconde plaque d'étanchéité (8) à la première plaque d'étanchéité (7), de telle sorte que la partie d'extrémité de chacun des éléments de filtration (5) soit engagée dans une cavité (11b) de la seconde plaque d'étanchéité (8),
-qu'on rapporte une plaque de serrage métallique (9) sur la seconde plaque d'étanchéité (8), et
-qu'on assure le serrage de la première plaque d'étanchéité (7) et de la seconde plaque d'étanchéité (8) entre la plaque d'extrémité (3) du module (1) et la plaque de serrage (9) par l'intermédiaire de dispositifs de serrage mécaniques (14-14').
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