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.