FR2611147A1 - Filtre integral pour separer les substances contenues dans des fluides et enveloppe pour ce filtre - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE DES FILTRES INTEGRAUX F, POUVANT ETRE PLACES DANS UNE ENVELOPPE 1, 2 POURVUE DE RACCORDEMENTS POUR FLUIDES A1 A A3, 10, POUR SEPARER DES SUBSTANCES CONTENUES DANS LES FLUIDES, DONT LA GAINE TUBULAIRE PERMEABLE EST CONSTITUEE DE PLUSIEURS ELEMENTS FILTRANTS TUBULAIRES K1, K2 AYANT DES PROPRIETES FILTRANTES DIFFERENTES, GAINES DONT LES SECTIONS SONT ETAGEES DE FACON QU'UN ELEMENT FILTRANT DE DIAMETRE PLUS PETIT SOIT ENTOURE D'UN ELEMENT FILTRANT DE DIAMETRE PLUS IMPORTANT, EVENTUELLEMENT AVEC FORMATION D'UN COMPARTIMENT INTERMEDIAIRE Z1, ET DANS LEQUEL LES DEUX EXTREMITES DES TUBES SONT BORDEES PAR DES ADAPTATEURS D'OBTURATION ET DE RACCORDEMENT 15, 20, 21, 22, 27, 31 ET PEUVENT ETRE ADAPTEES AUX COMPARTIMENTS DE FLUIDE 13, 14 DE L'ENVELOPPE 1, 2, TANDIS QUE CERTAINES SECTIONS DU FILTRE TOTAL F PEUVENT SUBIR AU CHOIX UN CONTROLE D'INTEGRITE, GRACE A UN COMPARTIMENT INTERMEDIAIRE Z1, ENTRE DEUX ELEMENTS FILTRANTS K1 ET K2, LESQUELS PEUVENT ETRE CHARGES DE L'EXTERIEUR, SEPAREMENT LES UNS DES AUTRES, CES TRONCONS POUVANT ETRE ALIMENTES EN DES FLUIDES ET DES MATIERES DE CHARGE, ET ETRE EVACUES DE CES DERNIERS.

Description

FILTRE INTEGRAL POUR SEPARER LES SUBSTANCES CONTENUES DANS

DES FLUIDES, ET ENVELOPPE POUR CE FILTRE.

L'invention concerne des filtres intégraux, présentant des caractéristiques spécifiques et étagées de séparation, destinés à séparer les substances contenues dans des fluides et dont la

surface latérale tubulaire, perméable, est constituée de plu-

sieurs éléments filtrants tubulaires présentant différentes propriétés filtrantes, éléments filtrants dont les sections transversales sont étagées de façon qu'un élément filtrant ayant un diamètre plus petit soit entouré d'un élément filtrant ayant un diamètre plus important, éventuellement avec formation d'un compartiment intermédiaire, les deux extrémités des tubes

étant bordées par des adaptateurs d'obturation et de raccorde-

ment, et pouvant être adaptées aux compartiments à fluides de

l'enveloppe, ainsi qu'une enveloppe pour ce filtre intégral.

Dans le cas des filtres à essence et à huile, on sait, d'après les demandes de brevets allemands publiées sous les numéros DE-OS 31 03 723 et DE-OS 28 40 117, ainsi que le brevet

US N 4 253 954, disposer entre des éléments filtrants des com-

partiments intermédiaires, pour pouvoir évacuer de l'espace intermédiaire les substances séparées dans un premier étage,

par exemple l'eau, ou un premier filtrat.

Les expressions "unité filtrante", "élément filtrant" (élément filtrant de base, gros élément filtrant), "enveloppe de filtre" et "équipement de filtration" sont utilisées, dans

la partie de la description relative à l'état actuel de la

technique, selon les définitions suivantes: On appellera "unité filtrante" la somme des différentes couches individuelles ayant un effet filtrant, y compris les couches filtrantes de protection (protection lors du façonnage

et pendant l'utilisation dans l'appareil) et les couches d'éva-

cuation d'un élément filtrant donné.

On appellera ci-après" élément filtrant" une unité fil-

trante équipée d'organes de sécurité (par exemple un dispositif de protection contre les refoulements et un noyau dans le cas des bougies filtrantes), unité qui a été façonnée (par exemple

par scellement des faces frontales, mise en place d'adapta-

teurs), de façon à pouvoir être utilisée directement (en tant

qu'élément filtrant de base) ou après réunion de plusieurs élé-

ments filtrants de base pour former des gros éléments filtrants

dans une enveloppe de filtre, de façon à avoir un effet fil-

trant. Un ou plusieurs éléments filtrants sont utilisés dans une

enveloppe de filtre, et ils sont exploités montés en parallèle.

Dans un équipement de filtration, on monte en série par exemple plusieurs enveloppes. Le processus de filtration est

piloté par des robinetteries, appareils périphériques et sour-

ces de fluides et d'énergie correspondants.

Pour ce qui est de l'invention, il s'agit par exemple

d'éléments filtrants tubulaires intégrés destinés à la filtra-

tion des fluides les plus divers (liquides et/ou gaz contenant différentes substances; depuis les solutions vraies, jusqu'aux mélanges de liquides ou de gaz, en passant par les solutions colloïdales, les suspensions, les émulsions, les aérosols, les

fumées, etc.).

Dans les éléments filtrants connus, l'objectif de la fil-

tration est dans chaque cas la séparation de la totalité des substances se trouvant dans le fluide, ou de certaines d'entre elles. Selon l'utilisation, présente un intérêt le perméat

(filtrat) ou le rétentat (concentré, gâteau), ou les deux.

La qualité et la quantité de la séparation sont directe-

ment liées aux milieux filtrants et méthodes de filtration utilisés. Les milieux filtrants peuvent agir par adsorption, par absorption, par des processus électrochimiques, chimiques, catalytiques et mécaniques (effet de pénétration, effet de tamisage). Ces milieux filtrants existent actuellement sous de

nombreuses formes: poudres, granulés, fibres coupées ou enche-

vêtrement de monofilaments, fils, filtres plans (filtres circu-

laires, arcs, articles enroulés), mats filtrants, couches fil-

trantes et milieux filtrants frittés, fraisés ou obtenus d'une

autre manière.

On distingue en outre les filtres à lit profond des fil-

tres-tamis. Les premiers sont caractérisés en ce que la gran-

deur d'exclusion n'est pas prise en compte d'une manière abso-

lue, et que ce sont en fait des paramètres physiques qui

influent d'une manière décisive sur la qualité de la sépara-

tion. Appartiennent aux filtres à tamis classique, outre les tissus parfaitement définis (au contraire des non-tissés) les filtres à membrane mentionnés ci-dessus, présentant la qualité de séparation des filtres pour microfiltration, des filtres

pour ultrafiltration et des filtres pour osmose inverse. Appar-

tiennent à la classe des filtres à membrane "denses" les fil-

tres pour la séparation des gaz, les filtres pour évaporation à travers une membrane, les membranes échangeuses d'ions, et assimilé. Au cours des dernières années, l'utilisation des milieux filtrants a fait un important bond en avant. C'est vrai en

particulier pour le groupe des filtres à membrane, qui, aujour-

d'hui, peuvent être fabriques et façonnés en étant tellement stables que l'on peut réaliser des éléments filtrants ayant une

aire de filtration suffisante, et que l'on peut réunir ces élé-

ments filtrants, dans le cadre d'une construction modulaire, pour obtenir des systèmes ayant une aire de filtration plus importante. Ces systèmes sont souvent utilisés en combinaison avec des systèmes de filtres à lit'profond, et, dans la plupart des cas, ces filtres à lit profond sont utilisés dans le ou les

étages de préfiltration. Ils ont en outre pour rôle de prépuri-

fier le fluide, de façon que le ou les étages de sécurité, ou le ou les étages de filtration finale, puissent être utilisés

d'une manière économique.

Grâce à une préfiltration étagée et-spécifique, et donc à l'étagement correspondant de la filtration finale, on peut

optimiser la durée de vie (débit de passage jusqu'à un colma-

tage irréversible), et donc la rentabilité du système de fil-

tration globale, en fonction de chaque application. Les possi-

bilités d'utilisation des éléments filtrants ci-dessus sont très larges. Ces éléments filtrants sont indispensables dans l'industrie pharmaceutique, dans l'industrie électrique et des semi-conducteurs, en biotechnologie, en technique médicale, dans l'industrie chimique, dans les industries des sources d'énergie, pour la protection de l'environnement et dans l'industrie des produits alimentaires (laiteries, boissons,

matières premières pour produits alimentaires).

Des éléments filtrants tubulaires de ce genre, appelés aussi, dans la technique, des bougies filtrantes, sont connus sous des formes de réalisation très diverses: formes plissées, formes enroulées, et avec des matériaux filtrants multicouches

étagés très divers. Les publications ci-après, qui correspon-

dent à l'état actuel de la technique, proposent des exemples de bougies filtrantes de ce genre: DE-A-1 950 068, US-A-3 452

877, DE-C-1 029 345, DE-A-33 18 940, DE-A-26 45 634, GB-A-2 152

471. Dans la préfiltration spécifique, ou filtration étagée, on procède actuellement de telle sorte que les différents étages de filtration puissent être montés les uns en aval des autres d'une manière continue ou discontinue. C'est ainsi que, dans l'exemple de la fabrication du vin, on procède souvent à une séparation grossière ou fine à l'aide d'une centrifugation et d'un collage discontinu du vin, le vin étant ensuite filtré sur

ce que l'on appelle un filtre à couches (système ouvert consti-

tué de plaques filtrantes sous forme de couches dans un filtre-

presse à couches, ou système fermé comportant des "disques" en forme de lampions, et constitués d'unités filtrantes du type

disque), avant de réaliser, sur des bougies filtrantes à mem-

brane, ce que l'on appelle la filtration finale, ou filtration stérile. Grâce à un dimensionnement approprié des enveloppes

montées en série, et en faisant varier l'équipement des enve-

loppes, on peut adapter dans chaque cas le nombre d'unités fil-

trantes nécessaires.

L'inconvénient de cette filtration, spécifique et étagée, réside d'une part dans son caractère discontinu, et d'autre part dans la diversité des systèmes et procédés, diversité qui exige un grand nombre d'appareils, en particulier d'enveloppes

de filtre, destinés à recevoir les différents éléments fil-

trants. Mais chaque appareil ou enveloppe supplémentaire aug-

mente non seulement l'encombrement, mais aussi les frais d'investissement des appareils, robinetteries et dispositifs périphériques, de même que le coût des opérations de manoeuvre et d'entretien (temps de montage, temps nécessaire au lavage, au mouillage, aux essais, à la stérilisation, au nettoyage). Le

risque de contamination secondaire et de perturbation des opé-

rations, avec les pertes de production et/ou les détériorations des produits qui en découlent, croît d'une manière plus que proportionnelle.

Une première tentative pour rendre plus rentable la fil-

tration spécifique et étagée consiste à utiliser par exemple des bougies filtrantes, dans l'unité filtrante desquelles sont

disposés les uns sur les autres, à plat, des filtres à lit pro-

fond en amont de filtres à membranes; et/ou des filtres à mem-

brane, présentant caractéristiques de séparation différentes (taille des pores, pouvoir de coupure), sont disposés en série

à l'intérieur d'un élément.

Un inconvénient de cette solution, par exemple dans le cas de milieux plissés, réside dans le fait que les différentes couches filtrantes d'une unité filtrante coopèrent toujours selon le rapport 1:1. En d'autres termes, il est difficile de

trouver des milieux filtrants autorisant une utilisation opti-

male de la capacité de filtration (toutes les couches se colma-

tent d'une manière identique). D'autre part, le nombre des cou-

ches pouvant coopérer d'une manière maximale les unes avec les autres est limité, pour des raisons purement techniques liées à la fabrication. Enfin, quand augmente le nombre des couches filtrantes coopérant à l'intérieur d'une unité filtrante, on constate aussi une augmentation du risque qu'il faille, lors du contrôle de l'efficacité de filtration de l'élément filtrant, mettre au rebut un produit utile, complet, sous le prétexte d'un petit défaut dans l'une des couches filtrantes. En outre, une augmentation du nombre des composants à effet filtrant rend

toujours plus difficile le contrôle de l'efficacité de ces dif-

férents composants dans le cadre de leur association pour for-

mer l'unité filtrante finie, et l'interprétation des résultats

des essais.

On peut expliquer ce problème sur l'exemple des filtres à

membrane plissée.

Les systèmes de microfiltration, en particulier pour la filtration stérile, sont soumis, avant et après la filtration, à ce que l'on appelle des contrôles d'intégrité, qui doivent

garantir la sécurité de la filtration. Appartiennent à ces con-

trôles l'essai du point de bulle, l'essai de maintien de la pression et l'essai de diffusion. Ces essais se corrèlent avec les essais destructifs, ou tests bactériens, dans lesquels on utilise des germes d'essai, normalisés, ainsi qu'une méthode d'essai elle-même normalisée, pour déterminer la capacité de filtration des filtres à membrane ou des produits pour filtres

à membrane.

Malgré l'automatisation de ces essais d'intégrité physi-

que, ce type de contrôle conduit à d'importantes incertitudes.

Cette incertitude augmente d'une manière plus que proportion-

nelle avec l'augmentation de l'aire de filtration.

Pour obtenir aujourd'hui des filtres ayant une aire de filtration élevée (et pouvant être contrôlés individuellement), on contrôle un par un des éléments de base plus petits, puis on les réunit axialement pour former des unités plus grosses (par

soudage, par collage, par emmanchement étanche). Puis ces gros-

ses unités de filtration sont une fois de plus soumises à un contrôle. Les unités filtrantes comportant des défauts, ou qui

ne sont pas aptes à l'utilisation, sont rebutées.

On peut encore augmenter l'aire de filtration (c'est-à-

dire la puissance de filtration) en montant en parallèle, dans des enveloppes de grandes dimensions, plusieurs grosses unités

filtrantes de ce genre (par exemple des bougies multiples).

Indépendamment de l'importance des essais nécessaires, cette conception présente un inconvénient majeur: malgré

l'automatisation, on ne peut effectuer qu'une mesure "collec-

tive", c'est-à-dire qu'on ne peut pas plus faire de distinction entre les défauts individuels des différents éléments filtrants

d'une enveloppe multiple ou d'une enveloppe de grandes dimen-

sions, qu'on ne peut faire la distinction entre les défauts individuels de certains éléments de base, dont est constitué un gros élément filtrant. Dans le cas des aires importantes, et indépendamment du fait que la rentabilité n'est plus assurée

dès que les taux d'exclusion sont faibles, il est toujours dif-

ficile, voire critique, d'interpréter les résultats des contrô-

les, du moins pour ce qui est des essais de maintien de la

pression et des essais de diffusion.

Dans ces méthodes d'essai, on détermine le volume du gaz d'essai qui diffuse à travers l'unité filtrante de l'élément filtrant à tester, ou encore on détermine la perte de charge provoquée côté amont. Le volume de diffusion autorisé augmente

en théorie proportionnellement avec l'aire de filtration.

Cependant, la pratique montre que ce volume de diffusion dépend aussi, et pour beaucoup, d'autres paramètres. On peut citer parmi ces derniers la température, l'épaisseur des couches, les

phénomènes de mouillage, la nature chimique des milieux fil-

trants, la nature chimique des matériaux avec lesquels est façonnée l'unité filtrante. Le volume de diffusion est ainsi

constitué de parties très diverses. Alors que l'on peut recon-

naitre sans ambiguïté possible, en raison même de l'ordre de grandeur des systèmes dont l'aire de filtration est faible, la

diffusion provoquée par les défauts "vrais", cette reconnais-

sance n'est plus possible dans les systèmes dont l'aire de

filtration est plus importante. En effet, la diffusion admissi-

ble, de même que la diffusion provoquée par des défauts faibles mais nuisibles, sont du même ordre de grandeur. Et c'est là la raison pour laquelle il est particulièrement difficile de

déterminer visuellement le point de bulle dans le cas des enve-

loppes de grandes dimensions.

On peut constater qu'aucune des propositions tendant à

contrôler individuellement et d'une manière économique les élé-

ments filtrants d'une enveloppe de grandes dimensions n'a pu

avoir d'applications industrielles.

Si le test d'intégrité se solde par un échec, et en pré-

sence de problèmes d'exploitation pendant la production (fil-

tration), il est donc souvent nécessaire de contrôler l'apti-

tude au fonctionnement des différents éléments filtrants. Pour cela, dans la plupart des cas, il faut vider l'enveloppe, démonter les éléments filtrants et les contrôler un à un. Mais l'augmentation du nombre des enveloppes provoque naturellement

une augmentation du temps, des frais de personnel et des dépen-

ses nécessaires, et il en est de même des pertes de produits et du risque de détérioration des produits et de contamination secondaire. Un autre inconvénient des unités filtrantes connues, mon- tées en série dans des enveloppes différentes, réside dans le fait qu'une panne ou un défaut dans un seul des éléments en amont provoque un arrêt de la totalité de l'enveloppe située en aval, c'est-à-dire que tous les éléments de cette enveloppe se

colmatent prématurément.

Aujourd'hui, pour qu'une filtration, c'est-à-dire une

séparation, soit économique et concurrentielle, il faut tou-

jours utiliser des aires de filtration importantes.

Outre la qualité de la séparation, il est trois critères qui définissent la rentabilité et la sécurité des systèmes de filtration: - la durée de vie - le débit, par unité d'aire et de temps

- les possibilités de contrôle.

Ce dernier point a déjà fait l'objet de nombreuses

descriptions.

Le problème de la durée de vie a lui aussi été largement expliqué. Ce qui reste à noter, c'est qu'on essaie aujourd'hui,

de plus en plus, de régénérer des unités filtrantes "colma-

tées", ou qui ne filtrent plus. On y arrive par exemple en uti-

lisant des détergents chimiques, utilisation qui, bien évidem-

ment, est limitée par la compatibilité chimique du système, ou encore en faisant appel à des opérations de lavage par des

fluides de lavage efficaces, à co-courant ou à contre-courant.

Les méthodes de lavage présentent des inconvénients: quand le lavage s'effectue dans le sens de la filtration, les unités filtrantes ou équipements en aval sont sollicités d'une

manière exagérée, sauf si l'on a installé des bipasses ou con-

duites d'évitement, qui exigent des appareillages complexes et qui, le plus souvent, coûtent cher. Par ailleurs, le lavage à

contre-courant est toujours accompagné d'un risque de destruc-

tion de l'élément filtrant. Cette situation est particulière-

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ment critique au niveau du dernier élément, et il faudrait pou-

voir l'éviter, surtout quand l'élément colmaté n'est pas l'élé-

ment final, mais un autre élément, en amont, et sur lequel on

ne peut agir à l'échelle individuelle.

Bien évidemment, le problème du débit par unité de temps

et d'aire est lié à la caractéristique de séparation, au pro-

blème des contrôles et au problème des durées de vie. Dans la

plupart des cas, on résout ce problème grâce à une aire libre-

ment accessible élevée, avec un dimensionnement et une configu-

ration appropriées des amenées et des évacuations, ainsi que du trajet d'écoulement. Dans le cas de la filtration des gaz, cela se traduit, dans les bougies filtrantes du commerce, par un diamètre intérieur plus important du noyau (diminution de l'aire), et par la présence de nombreuses unités de faible hauteur (possibilités de contrôle, coût des appareils), sur un

seul plan d'enveloppe.

Les inconvénients de cette solution sont analogues à ceux

des formes de réalisation présentées plus haut.

L'invention a donc pour but, à l'aide de moyens simples,

d'éliminer les inconvénients des unités filtrantes ou des élé-

ments filtrants de l'état actuel de la technique, c'est-à-dire

de créer, pour la filtration étagée spécifique (filtration mul-

tiple) un filtre intégral, compact, utilisant à plein l'espace

de filtration prédéfini installé dans une enveloppe et utili-

sant d'une manière optimale les matériaux filtrants en place, filtres qui permettent d'apporter des solutions optimales aux problèmes, qui puissent être fabriqués d'une manière économique

et dont la manoeuvre soit aisée, sans pour autant que la réso-

lution des problèmes partiels présentés ci-dessus ne diminue

les qualités du filtre intégral par rapport aux éléments fil-

trants individuels de l'état actuel de la technique, pour ce qui est de ses possibilités de contrôle selon les critères d'essais les plus divers, et sans qu'il faille pour cela subir une quelconque diminution des possibilités d'alimentation et

d'évacuation du filtre.

Ce but est atteint par un filtre intégral du type défini en préambule, dans lequel au moins deux éléments filtrants

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possèdent des diamètres étagés, de façon que l'espace creux, entouré par l'enveloppe tubulaire, de l'élément filtrant le plus grand (élément filtrant principal) serve à recevoir au

moins un élément filtrant plus petit (élément filtrant secon-

daire), au moins l'un de ces plusieurs éléments filtrants for- mant un élément filtrant dont l'intégrité a été contrôlée ou peut être contrôlée (filtre intégral). Cela signifie qu'un espace creux entouré par la surface latérale intérieure sert à recevoir au moins un élément filtrant de base autonome, lequel

forme l'étage de filtration suivant, ou monté en parallèle.

Grâce à la disposition d'un élément filtrant dans l'élé-

ment filtrant, il est possible d'adapter l'aire nécessaire des éléments filtrants, de types différents et de prix différents, aux besoins réels lors de la filtration des milieux les plus divers, et ce grâce à une combinaison de différents modules

normalisés. Comme les éléments filtrants forment dans les dif-

férents étages de filtration des éléments autonomes du point de vue fonctionnel, ces derniers peuvent faire l'objet, toujours d'une manière autonome, d'un contrôle in situ, par exemple d'un

contrôle d'intégrité, tant par le constructeur que par l'utili-

sateur à l'intérieur d'une enveloppe commune, quand soit le compartiment intermédiaire situé entre deux éléments filtrants,

soit l'espace creux intérieur, peuvent recevoir individuelle-

ment le fluide, et quand les pressions amont ou aval sont régu-

lables, ou encore quand certaines couches filtrantes sont mon-

tées de façon que le contrôle puisse être effectué à l'échelle individuelle tant sur les éléments amont que sur les éléments aval. Il est alors avantageux et suffisant que, à l'intérieur des différents étages de filtration, le contrôle ne porte que

sur les éléments filtrants d'un étage de filtration, de préfé-

rence de l'étage de filtration de sécurité (filtre intégral),

et ainsi sur l'élément filtrant dont l'aire est la plus petite.

Les rebuts, et les frais liés aux contrôles, peuvent alors diminuer considérablement, car le contrôle est effectué avant

le montage. Grâce à une intégration de divers éléments fil-

trants, spécifiques et étagés, pour former un filtre intégral,

on a aussi une simplification de la manipulation lors du mon-

il

tage et du démontage dans l'enveloppe en acier inoxydable.

L'invention sera mieux comprise en regard de la descrip-

tion ci-après et des dessins annexés, qui représentent des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels: La Figure 1 présente, en coupe verticale schématique, une enveloppe de filtre comportant un élément de filtre intégral selon l'invention, La Figure 2 est une variante de l'élément filtrant de la Figure 1,

La Figure 3 représente, d'une manière simplifiée et sché-

matique, une coupe verticale d'une enveloppe de filtre compor-

tant un filtre intégral constitué de quatre éléments filtrants individuels, ces éléments étant montés en parallèle et en série, La Figure 4 est une représentation correspondante d'une enveloppe comportant un filtre intégral constitué de quatre éléments filtrants individuels, montés en série, Les Figures 5 à 16 présentent d'une manière schématique et

simplifiée, les sections transversales de différentes combinai-

sons de filtres, portant sur le nombre des étages de filtra-

tion, les géométries, les matériaux et les types de filtres.

Une enveloppe en acier inoxydable, pouvant être utilisée

dans l'industrie des boissons, et faisant appel au filtre inté-

gral F selon l'invention, comprend selon la Figure 1 le socle -

d'enveloppe 1, pourvu de trois raccordements A1, A2, A3 pour l'alimentation et l'évacuation de l'enveloppe 1 à 12, soutenu par les pieds 5. La partie supérieure 2 de l'enveloppe, en forme de cloche, et pourvue d'une couronne de renforcement 8,

est assemblée d'une manière étanche au socle 1 par l'intermé-

diaire de joints toriques élastiques 23, et à l'aide d'éléments

de serrage 6, disposés d'une manière répartie sur sa périphé-

rie. La partie supérieure 2 de l'enveloppe possède en son point le plus élevé un évent 10 avec une robinetterie 11. La partie supérieure 2 de l'enveloppe peut être entièrement détachée du

socle d'enveloppe 1 à l'aide des poignées 12, et après desser-

rage des éléments de serrage 6, de sorte que, pour mettre en place et enlever le filtre intégral F, on peut aussi accéder librement, de l'intérieur, au socle d'enveloppe 1. L'ajutage

A2, disposé en position centrale, se raccorde à un passage tra-

versant l'enveloppe, et qui forme l'espace stérile proprement dit 14; et le filtre intégral F, qui va être décrit plus en détail ci-après, pénètre par un adaptateur de raccordement 27,

muni d'une tubulure 15 et par l'intermédiaire de joints tori-

ques 23, dans cette découpure aménagée dans l'enveloppe. Plu-

sieurs éléments de verrouillage 7, disposés sur la périphérie du socle d'enveloppe 1, peuvent être mis en prise avec des

taquets de verrouillage 30 disposés sur l'adaptateur de raccor-

dement 27, de façon que le filtre intégral F soit globalement

verrouillé dans le sens axial et soit protégé contre un refou-

lement provenant des raccordements A2 à A3.

Les deux bougies filtrantes Kl et K2 sont, pour ce qui est de leurs éléments de base, et à l'exception de leur taille et

* des matériaux filtrants qui les constituent, construites essen-

tiellement en composants correspondants. Chacune des deux bou-

gies filtrantes K1 et K2 est constituée d'un adaptateur frontal

21, 21' ou 20, 31, 20', 31' annulaire, ayant une section trans-

versale en forme de U, de l'élément filtrant proprement dit tubulaire Fl ou F2, ces éléments filtrants étant assemblés d'une manière étanche aux fuites aux adaptateurs frontaux 21,

21' et 20, 31, 20', 31' par leurs faces frontales, par l'inter-

médiaire de moyens d'étanchéité 22. Des organes de sécurité extérieurs 24 ou 24', perforés ou du type treillis, et des organes de sécurité 25 ou 25', assurent aux bougies filtrantes, K1, K2, ou bien aux éléments filtrants correspondants F1 ou F2

la stabilité radiale et axiale qui leur est nécessaire vis-à-

vis des contraintes de compression et de traction qui, pendant le contrôle et la filtration, apparaissent dans l'enveloppe 1, 2. Ces organes de sécurité perforés 24, 24' forment cependant, pour une disposition plus resserrée de la bougie filtrante intégrée, des compartiments intermédiaires - du point de vue de l'écoulement - Z, (Zl- Z4), qui, pendant le fonctionnement de

l'unité filtrante, se remplissent de fluide (gaz ou liquide).

Dans cet exemple de réalisation, l'adaptateur frontal 20, 31 de la bougie filtrante extérieure Kl est construit en deux parties, c'est-à-dire que l'adaptateur frontal annulaire 20 est obturé, à sa partie supérieure, à l'aide d'une plaque d'obtura-

tion soudée 31 ou à l'aide d'un adaptateur d'obturation. L'élé-

ment obturateur 31 (adaptateur d'obturation) peut servir d'ori-

fice de remplissage pour des auxiliaires de filtration non représentés, qui peuvent être déposés dans le compartiment intermédiaire Z1 entre les bougies filtrantes K1 et K2. D'une manière correspondante, l'adaptateur frontal 20' possède un

élément obturateur 31'.

Bien évidemment, les deux bougies filtrantes K1 et K2

peuvent avoir la même hauteur et disposer d'une plaque d'obtu-

ration commune 31, des éléments de centrage et des rainures destinées à recevoir des produits de soudage ou des adhésifs

facilitant, ici aussi, le montage et l'intégration.

L'adaptateur d'obturation 27 possède, sur sa face supé-

rieure dirigée vers les bougies filtrantes K1, K2, un élément

de centrage 29, lequel pénètre dans le compartiment intermé-

diaire Zl et facilite le centrage et le montage des bougies filtrantes K1, K2 à l'aide de l'adaptateur d'assemblage 27. Les adaptateurs frontaux 21, 21' sont reliés d'une manière étanche à l'adaptateur d'assemblage 27, par collage, soudage en bout à l'aide de réflecteurs ou soudage aux ultrasons dans la zone portant le repère 28, de sorte que le fluide introduit dans le compartiment 13 de l'enveloppe par le raccordement A1 ne peut

normalement passer que dans l'espace intermédiaire Z1 en tra-

versant l'élément filtrant F1, puis de là dans le noyau 14' en

passant par l'élément filtrant F2, puis de là dans le comparti-

ment stérile 14. A la place d'un raccordement permanent, on peut aussi avoir un raccordement utilisant un adaptateur et des

joints toriques.

Pour envoyer dans le compartiment intermédiaire Zi situé entre les bougies filtrantes K1 et K2 les fluides d'essai (gaz ou liquide), fluides de lavage, produits de nettoyage, produits de stérilisation, auxiliaires de filtration, et les en évacuer, ce compartiment intermédiaire Zl est, par l'intermédiaire d'une tubulure d'adaptation 32, relié au raccordement A3. L'ensemble des raccordements et conduites d'amenée est de façon usuelle

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équipé de vannes d'arrêt 11, pour permettre une régulation individuelle. Dans certains cas particuliers, lors de la filtration de

liquides, il peut s'avérer nécessaire de purger d'air le com-

partiment intermédiaire Zl dans le compartiment 13. Dans ce but, un filtre d'évent hydrophobe B1 est disposé dans l'élément

d'obturation 31, ou bien une partie de l'aire de l'élément fil-

trant est hydrophobe et perméable aux gaz.

Si l'on veut renoncer au compartiment intermédiaire Zl, maintenu relativement important, on pourra, en utilisant des adaptateurs frontaux modifiés 20, 31, 21, relier directement la bougie filtrante K2 à l'adaptateur de la bougie filtrante K1, d'une manière étanche aux fuites. On pourra alors agrandir la hauteur de plissé de l'élément filtrant F1 ou F2, c'est-à-dire la profondeur des plis et donc l'aire de filtration, de sorte que la surface extérieure de l'élément filtrant F2 puisse s'appuyer directement, son organe de sécurité extérieur 24' ayant été éliminé, contre l'organe de sécurité intérieur 25 de la bougie filtrante K1. Cependant, on peut encore effectuer complètement des contrôles individuels, avant et après montage de la bougie filtrante K2, car il reste un espace libre plus

petit, dû aux organes de soutènement perforés 24, 25 eux-mêmes.

La variante représentée sur la Figure 2 a une structure correspondant à la forme de réalisation de la Figure 1. La différence réside dans le raccordement A3 de l'enveloppe, qui se présente sous la forme d'un tube 17, qui passe dans un

espace libre situé entre le filtre intégral F et la face inté-

rieure de la partie supérieure 2 de l'enveloppe, jusqu'à son

espace libre supérieur, et, à l'aide d'un tronçon de tube fle-

xible 17' et d'un raccord 18, est relié d'une manière amovible

à une tubulure d'adaptation 32' du filtre intégral F. Ce der-

nier, quand la partie supérieure 2 a été enlevée, peut être verrouillé au socle 1 par une obturation du type baïonnette 7,

, et être relié au raccord 18.

La bougie filtrante K1 est constituée de deux éléments

filtrants plissés F1, dont les aires de filtration sont appro-

ximativement égales. Dans cette forme de réalisation, il n'est

pas possible d'agir séparément sur le compartiment intermé-

diaire Z ainsi formé.

L'équipement de filtration représenté schématiquement sur

la Figure 3, et constitué d'une enveloppe et d'un filtre inté-

gral F, correspond, mutatis mutandis, à l'équipement tel que

représenté et décrit sur la Figure 1. Les pièces correspondan-

tes portent les mêmes numéros de référence. Il s'agit ici d'un ensemble constitué de quatre cartouches filtrantes Kl à K4 avec les éléments filtrants F1-F4, assemblées mécaniquement les unes aux autres et intégrées pour former une unité, cartouches qui

sont montées deux par deux en série (du point de vue de l'écou-

lement des fluides), les deux paires étant montées en parallèle

(au sens de l'écoulement des fluides). Il s'agit ici d'un fil-

tre intégral F, lequel peut de préférence être utilisé pour la filtration des gaz mais, compte tenu du faible nombre d'étages

de filtration, il a besoin d'une aire de filtration importante.

Ici aussi, les cartouches filtrantes Kl à K4 peuvent bien évi-

demment avoir la même hauteur, de façon à utiliser d'une manière optimale l'espace disponible. Cette représentation a été choisie uniquement pour mettre en évidence les différentes variantes possibles. Les cartouches filtrantes K2 et K3 sont alors les éléments dont l'intégrité a été contrôlée ou peut être contrôlée in situ, quand le fluide s'écoule comme il est représenté. De même, les compartiments intermédiaires Z1 à Z3 sont choisis, pour ce qui est de leur taille, en fonction des

besoins liés à la filtration.

L'équipement de filtration construit de façon analogue, comportant un filtre intégral F selon la Figure 4, possède un filtre intégral F, constitué de quatre cartouches filtrantes K1 à K4 emboîtées les unes dans les autres, qui sont montées en

série (du point de vue de l'écoulement des fluides), les flui-

des les plus divers pouvant être envoyés dans les compartiments

intermédiaires Zl à Z3 et dans le noyau creux 14' par les pri-

ses A1 à A5 et 15 par l'intermédiaire de l'adaptateur de rac-

cordement 27, et en être évacués, ces compartiments intermé-

diaires et ce noyau creux pouvant être exploités selon les

techniques de filtration.

Tous les sens d'écoulement indiqués par des flèches sur

les Figures 1 à 4 peuvent bien évidemment être choisis libre-

ment, voire inversés, selon les conditions de filtration et de contrôle. Si nécessaire, les compartiments intermédiaires Zl à

Z3, et d'autres compartiments intermédiaires, peuvent être pur-

gés par des filtres d'évent B1 selon la Figure 1, et alimentés par des raccords tubulaires 17, 17', ce qui permet un certain

écoulement axial.

On connait des enveloppes de grandes dimensions, destinées à loger plusieurs éléments filtrants, par exemple d'après le brevet allemand DE-C33 35 938. Pour assurer le logement d'un filtre intégral selon la Figure 1, le raccord A3, destiné au

raccordement de l'adaptateur 32, traverse le compartiment sté-

rile jusqu'au côté extérieur de l'enveloppe. Les tubulures 15

de toutes les bougies filtrantes débouchent dans le comparti-

ment stérile commun. Chaque filtre intégral F peut donc être alimenté par l'intermédiaire de la tubulure correspondante A3,

32 et le compartiment intermédiaire Z1.

Les sections transversales des différentes cartouches fil-

trantes, représentées schématiquement sur les Figures 5 à 16, correspondent du point de vue construction au filtre intégral F décrit cidessus, selon la Figure 1, ou selon la variante

décrite. Les Figures 5 et 6 présentent des étagements concer-

nant les diamètres des bougies. Les Figures 7 et 8 présentent des variantes portant sur plusieurs étages de filtration. Les Figures 9 et 10 présentent des variantes, dans le cadre d'un

étage de filtration, et portant sur la mise en place de plu-

sieurs bougies filtrantes identiques. La Figure 11 présente des.

variantes à plusieurs étages de filtration, concernant les

matériaux filtrants. Les Figures 12 et 13 présentent une sur-

face latérale tubulaire polygonale à forme plissée. Les Figures 14 à 16 présentent des variantes concernant l'adaptation de l'aire et du matériau filtrant dans les différents étages. De même, les variantes concernent des bougies filtrantes avec des matériaux différents dans les différents étages de filtration, avec des combinaisons différentes de matériaux filtrants dans les différents étages de filtration, avec différentes porosités et des éléments de filtration contrôlés ou non-contrôlés

(filtre d'intégrité) au dernier étage.

Les abréviations utilisées sur les figures ont les significations suivantes: Fig. 5 Kl Bougie (filtrante) 1 et Fig. 6 K2 Bougie 2 Fig. 7 TF Filtre à lit profond Fig. 8 K3 Bougie 3 Fig. 9 K2a Bougie 2a à l'intérieur d'un étage Fig. 10 K2b Bougie 2b K2c Bougie 2c FH Auxiliaire de filtration dans le compartiment intermédiaire Z Fig. 7 TF-M Matériau pour filtre à lit profond dans le compartiment intermédiaire Zl Fig. 9,10 FH Auxiliaire de filtration Fig. 11 Kl TF Bougie 1, filtre à lit profond TF-Ml Matériau 1 pour filtre à lit profond K2 TF Bougie 2, filtre à lit profond TF-M2 Matériau 2 pour filtre à lit profond K3 MF Bougie 3, filtre à membrane Fig. 14 TF I Filtre à lit profond I et Fig. 15 TF II Filtre à lit profond II Fig. 16 TF/MF I Filtre à lit profond/filtre à lit membrane I, contrôlé

TF/MF II Filtre à lit profond grossier/filtre à mem-

brane II grossier.

Comme le montre le classement systématique, qui n'a aucune

prétention d'exhaustivité, on peut, grâce à l'invention, réali-

ser les combinaisons les plus diverses des matériaux filtrants

actuellement sur le marché et des matériaux filtrants futurs.

La bougie filtrante située le plus à l'intérieur peut aussi être constituée d'un faisceau de membranes capillaires, qui

sont pourvues d'adaptateurs correspondants côté frontal.

Les expressions "filtre à lit profond", "filtre à mem-

brane", "filtre d'ultrafiltration", "microfiltre", ont les significations définies dans la littérature technique. Par

"auxiliaire de filtration", on entend en particulier le kiesel-

guhr, la perlite, l'amiante, la cellulose, les milieux échan- geurs d'ions, les produits dessiccants, les substances à effet

catalytique et le charbon actif.

Par" matières actives" et "substances catalytiques", on entend aussi les levures et d'autres microorganismes ainsi que les substances spéciales qui, dans chaque cas, favorisent l'opération de filtration, et qui ou bien sont déposées dans le compartiment intermédiaire Zl entre deux bougies filtrantes, ou

bien sont disposées entre deux couches filtrantes d'une cartou-

che filtrante, ou en tant qu'éléments fixes à l'intérieur d'une membrane filtrante, et influent d'une manière favorable sur le

processus de filtration.

Des exemples pratiques de réalisation de filtres selon

l'invention sont présentés ci-après.

Exemple 1:

La disposition des bougies correspond à la Figure 1. Les

rapports entre rayons et aires ressortent de la Figure 5.

Il s'agit d'un filtre intégral F destiné à donner une eau à faible teneur en particules et substances colloïdales, ayant une faible conductivité, telle que l'eau nécessaire par exemple

au laboratoire, dans l'industrie chimique et comme étage préli-

minaire dans l'industrie des semi-conducteurs. K1 contient par exemple des couches filtrantes constituées de filtres en fibres

de verre destinés à séparer les colloïdes.

Le compartiment intérieur Zl est rempli d'un milieu échan-

geur d'ions (FH), que l'on peut choisir en fonction des appli-

cations. Il est de même possible d'avoir une régénération in

situ, tout comme un échange, par le raccord A3.

K2 joue le rôle d'un séparateur de particules et contient

un non-tissé filtrant en polypropylène.

K1 et K2 peuvent être soumis à des contrôles individuels

avant montage.

Exemple 2:

La disposition des bougies correspond à la Figure 1. Les rapports entre rayons et entre aires ressortent de la Figure 5,

ou de la Figure 6.

Pour la clarification des spiritueux, il suffit souvent d'utiliser des milieux filtrants pour filtres à lit profond, comme les produits à base de fibres de verre, le kieselguhr, les filtres papier, et analogues. Cependant, si l'installation de filtration se trouve dans une ligne d'embouteillage, il se produit souvent, lors des arrêts de fabrication, des coups de bélier, etc., des irruptions de colloïdes, qui contribuent à

rendre le filtrat plus trouble. Dans les installations automa-

tisées, la turbidité du filtrat est contrôlée en permanence par un moyen optique. Chaque perturbation conduit à l'arrêt de l'installation d'embouteillage. Les opérations de démarrage et

de coupure sont cependant, dans les filtres à lit profond, tou-

jours à l'origine du risque d'"irruptions". La bougie K1 conte-

nant ces filtres à lit profond est donc, à l'intérieur de

l'élément filtrant intégral se trouvant dans la cartouche fil-

trante K2, suivie d'un filtre-tamis proprement dit, lequel,

même en cas de coup de bélier, interdit toute irruption de sub-

stances augmentant la turbidité. Cette bougie est, pour ce qui est de son aire, dimensionnée de façon à n'être en aucun cas un facteur limitant du débit par unité de temps, même en cas de

colmatage partiel. Les filtres-tamis "vrais" de ce genre con-

tiennent de préférence des microfiltres (filtres à membrane),

ayant une porosité de l'ordre de 1 pm.

On peut augmenter encore le taux de clarification en

introduisant par exemple des kieselguhrs (FH) dans le comparti-

ment intermédiaire Zl. En particulier, la bougie filtrante K2, ayant un filtre à membrane, peut être soumise à un contrôle d'intégrité avant son montage (à part). Mais on peut aussi effectuer le contrôle in situ, dans l'enveloppe. Ce contrôle peut être réalisé d'une manière collective, par exemple au moyen d'un essai de maintien de la pression, dans une enveloppe de grandes dimensions contenant plusieurs filtres intégraux. Le fait que l'aire de filtration des éléments de sécurité et des éléments de contrôle est minimisée assure déjà une excellente sécurité. Cependant, pour une régulation appropriée de la pression, les filtres intégraux peuvent aussi être alimentés et contrôlés

à titre individuel, sans qu'il faille pour cela vider l'enve-

loppe. La vidange ne porte dans chaque cas que sur le

compartiment intermédiaire Zl.

En outre, le fait qu'une bougie K1 crée une turbidité ne conduit qu'au colmatage individuel de ce filtre intégral, sous l'effet du colmatage de K2. Les autres filtres intégraux d'une

enveloppe de grandes dimensions continuent à filtrer sans pro-

blème. Les enveloppes de bougies installées en aval ne subis-

sent aucune charge conduisant à un défaut, tant que toutes les

bougies K2 sont en parfait état.

Exemple 3:

La disposition des bougies correspond à la Figure 1. Les

rapports entre rayons et entre aires ressortent de la Figure 5.

Certains liquides, par exemple la bière, contiennent encore, malgré une préclarification et une préfiltration dans

"l'étage de stérilisation" (stérilisation à froid par sépara-

tion de microorganismes nuisibles pour le milieu, grâce à un

microfiltre), une quantité de "fractions colloïdales" suffi-

sante pour qu'il ne soit pratiquement plus possible de réaliser une filtration économique. C'est ce qui se passe par exemple aussi avec la filtration de sérum, quand il s'agit de séparer

des mycoplasmes de l'ordre de 0,1 pm.

Une possibilité consiste à procéder à une réduction du nombre des germes par étapes, grâce à la mise en place, en aval les uns des autres, de plusieurs filtres analogues du point de vue de leurs caractéristiques de séparation, en faisant en sorte que les "premiers" éléments filtrants ne se colmatent pas

trop tôt. On travaille alors, fréquemment, avec plusieurs enve-

loppes de filtre montées en aval les unes des autres, et, lors

d'un colmatage total ou partiel des "premiers étages de filtra-

tion", on remplace les éléments de l'enveloppe, ou on enlève l'étage colmaté, et on avance d'un étage l'ensemble des autres étages, ou encore on remplace exclusivement l'étage colmaté par

un nouvel appareillage.

Cela conduit à des équipements mixtes, qui ne peuvent plus

être définis, et est souvent en contradiction avec les disposi-

tions légales, qui n'autorisent qu'une utilisation unique. Un équipement mixte, c'est-à-dire un ensemble de plusieurs élé-

ments filtrants, est souvent exposé à des cycles de stérilisa-

tion plus fréquents que d'autres, et d'autres éléments, du fait qu'ils sont colmatés en totalité ou en partie, sont exposés à une pression différentielle permanente. Ces deux situations

conduisent à des détériorations (en partie latentes), qui dimi-

nuent fortement la sécurité de la filtration. Si l'élément fil-

trant K1, qui a une aire élevée, et l'élément filtrant K2, dont l'aire est plus petite et qui ne limite pas le débit par unité

de temps, ou encore le filtre intégral K2, contiennent des élé-

ments filtrants analogues les uns aux autres du point de vue de leurs caractéristiques de séparation, on peut arriver, sans les

inconvénients décrits ci-dessus, à une filtration-série "homo-

gène" et économique. Les éléments filtrants colmatés sont rebu-

tés. En particulier, la bougie K2, qui comporte un filtre à membrane, peut être soumise à un contrôle d'intégrité avant son montage. Il est de même possible d'effectuer un contrôle in situ dans l'enveloppe. Ce contrôle peut être réalisé d'une manière collective, par exemple par l'essai de maintien de la pression, dans une enveloppe de grandes dimensions contenant plusieurs filtres intégraux. Si le contrôle ne doit porter que sur les membranes K2 à filtre à membrane, K1 doit comporter des

zones marginales ou des plissés hydrophobes, ou encore le com-

partiment intermédiaire Z1 doit pouvoir être aéré ou purgé par l'intermédiaire d'un filtre d'évent B1, intégré dans l'élément

d'obturation 31.

Le fait que les éléments de sécurité et de contrôle K2 présentent une aire de filtration minimisée assurent déjà une sécurité suffisante. Cependant, pour une régulation appropriée de la pression, il est possible d'amorcer et de contrôler les filtres intégraux à l'échelle individuelle, sans pour cela devoir vider l'enveloppe. Dans chaque cas, la vidange ne porte

que sur le compartiment intermédiaire Z1.

En outre, un défaut dans une bougie Kl ne conduit qu'au

colmatage individuel du filtre intégral correspondant, par col-

matage de K2. Les autres filtres intégraux d'une enveloppe de

grandes dimensions poursuivent leur filtration, sans problème.

Les enveloppes de bougies montées en aval ne reçoivent aucune charge conduisant à un défaut, tant que toutes les cartouches

K2 sont en bon état.

Exemple 4:

La disposition des bougies correspond à la Figure 4.

L'Exemple 4 se distingue de l'Exemple 3 par le fait qu'il s'agit de filtrer des solutions contenant des colloïdes et/ou

des particules présentant une répartition granulométrique for-

tement différenciée. Il est nécessaire, pour cela, de procéder à une filtration étagée multiple. Pour que cette opération soit

rentable, il faut pouvoir contrôler in situ et avant le mon-

tage, séparément des éléments filtrants proprement dits, chaque élément de sécurité K4 - susceptible d'être contrôlé à titre

individuel. On peut y arriver à l'aide du filtre intégral.

Kl et K3 forment les éléments filtrants d'aire élevée, comportant plusieurs étages de filtres à membranes (étages de séparation), tandis que K4 représente l'élément de contrôle ou de sécurité, dont l'aire est minimisée. Dans les compartiments intermédiaires Fl à F3, on peut, selon l'application, mettre en

place certains milieux filtrants, et, toujours selon l'applica-

tion, on pourra supprimer K2 et K3.

En particulier, les bougies à filtre à membrane K4 peuvent aussi être soumises à un contrôle d'intégrité avant le montage (à part). Mais un contrôle in situ, dans l'enveloppe, est ici aussi possible. Ce contrôle peut être réalisé d'une manière collective, par exemple par l'essai de maintien de la pression dans une enveloppe de grandes dimensions contenant plusieurs filtres intégraux. Si le contrôle ne doit porter que sur les bougies à filtre à membrane K4, Kl à K4 doivent comporter des

zones marginales ou des plissés hydrophobes, ou encore les com-

partiments intermédiaires Zl à Z3 doivent pouvoir être aérés ou purgés par l'intermédiaire d'un filtre d'évent Bl intégré dans l'élément d'obturation 31. Le fait que l'aire de l'élément de

sécurité et de contrôle K4 est minimisée assure déjà une sécu-

rité suffisante. Cependant, dans le cas d'une régulation appro-

priée de la pression, les filtres intégraux sont aussi acces-

sibles et contrôlables d'une manière individuelle, sans pour cela devoir vider l'enveloppe. Dans chaque cas, la vidange ne porte que sur le compartiment intermédiaire Z3 situé en amont de l'élément de contrôle. En outre, un défaut d'une bougie Kl. à K3 ne conduit qu'au colmatage particulier de ce filtre intégral sous l'effet du colmatage de K4. Les autres filtres intégraux d'une enveloppe de grandes dimensions continuent à filtrer sans

problème. Les enveloppes de bougies montées en aval ne reçoi-

vent aucune charge défectueuse, du moment que toutes les bou-

gies K4 sont en bon état.

Exemple 5:

La disposition des bougies correspond à la Figure 1. Les

rapports entre rayons et entre aires ressortent de la Figure 6.

L'élément de filtre intégral décrit ici contient une unité de microfiltration et une unité d'ultrafiltration. Cet élément filtrant intégral est exploité dans le sens inverse du sens normal de filtration. Les unités de filtration sont montées en conséquence. A l'aide de ce filtre intégral, on peut obtenir une eau de rinçage de très haute pureté, destinée à la fabrication des

puces électroniques. La bougie K1 contient l'unité de microfil-

tration. La bougie K2 contient l'unité d'ultrafiltration, qui, du fait de sa perméabilité plus faible, a une aire nettement plus importante. K1 sert à séparer les microorganismes, tandis que l'unité d'ultrafiltration doit séparer les particules ou

molécules encore plus petites, jusqu'à l'obtention d'une sub-

stance apyrogène. Si le prélèvement de l'ultrafiltrat est fai-

ble ou nul (faible consommation) par le raccord A1, le micro-

filtrat peut être mis en recirculation par les tubulures de l'enveloppe, et par les éléments filtrants montés en amont, ainsi que par K2. De cette manière, le système reste toujours en équilibre, on évite une croissance de microorganismes, et on

peut aussi supposer, pour la surface de l'unité d'ultrafiltra-

tion, un certain effet de nettoyage à contre-courant.

Les deux éléments de filtre à membrane peuvent être soumis

à un contrôle d'intégrité avant montage. Mais il est aussi pos-

sible d'effectuer le contrôle dans l'enveloppe. Ce contrôle peut être réalisé d'une manière collective, par exemple par l'essai de maintien de la pression dans une enveloppe de gran-

des dimensions contenant plusieurs éléments filtrants inté-

graux. Si le contrôle ne doit porter que sur les bougies à filtre à membrane K2, le milieu d'essai (air comprimé dans l'essai de maintien de la pression) est envoyé sur le noyau

intérieur des filtres intégraux. Le fait que l'aire des élé-

ments de sécurité et de contrôle K2 soit minimisée assure déjà

une excellente sécurité. Cependant, pour une régulation appro-

priée de la pression, on peut aussi alimenter et contrôler individuellement les éléments K1 et K2 des filtres intégraux, sans pour cela devoir vider l'enveloppe. Dans chaque cas, la

vidange ne porte que sur le compartiment intermédiaire Zl.

En outre, un défaut d'une bougie K2 ne conduit qu'au col-

matage individuel du filtre intégral correspondant, par colma-

tage de K1. Les autres filtres intégraux d'une enveloppe de grandes dimensions continuent à filtrer sans problème. Les enveloppes de bougie montées en aval ne reçoivent aucune charge défectueuse, du moment que toutes les bougies K1 sont en bon état.

Exemple 6:

La disposition des bougies ressort de la Figure 3. Les rapports entre rayons et entre aires sont choisis de façon que K1 et K4 d'une part, K2 et K3 d'autre part, soient du même

ordre de grandeur.

Les milieux filtrants ou unités filtrantes de Kl à K4 pré-

sentent un caractère hydrophobe permanent (par exemple PTFE,-

polypropylène). K1 et K2, de même que K4 et K3, sont montés en

série. Les compartiments intermédiaires Zl et Z2, respective-

ment entre K1 et K2 et K4 et K3, sont libres, ou remplis par exemple de dessiccants ou de charbon actif. Bien évidemment, les éléments K2 et K3, de même aussi que les compartiments intermédiaires, peuvent ne pas exister, si l'on insiste sur une

aire de filtration élevée.

Le contrôle individuel de K2 à K3 avant le montage réduit les coûts et augmente la sécurité. Pour le contrôle in situ,

*voir les Exemples ci-dessus.

L'élément est de plus construit de façon à pouvoir être exploité de la même manière dans les deux sens, du moment que les gaines d'écoulement sont adaptées d'une manière optimale les unes aux autres et que la formation de zones d'eau de

condensation est absolument exclue.

Claims (23)

Revendications

1. Filtre intégral, pouvant étre placé dans une enveloppe pourvue de raccordements pour des fluides, destiné à séparer des substances contenues dans des fluides, dont la surface latérale tubulaire perméable est constituée de plusieurs élé-

ments filtrants tubulaires ayant chacun des propriétés filtran-

tes différentes, et dont les sections transversales sont éta-

gées de façon qu'un élément filtrant de diamètre plus petit soit entouré d'un élément filtrant de diamètre plus important, éventuellement avec formation d'un compartiment intermédiaire,

et o les deux extrémités du tube sont bordées par des adapta-

teurs d'obturation et de raccordement et peuvent être adaptées aux compartiments de fluides de l'enveloppe, caractérisé en ce

qu'au moins l'un des éléments filtrants forme un élément fil-

trant dont l'intégrité a été contrôlée ou peut être contrôlée

(filtres d'intégrité K1;K2,K3;K4).

2.Filtre intégral, pouvant être placé dans une enveloppe pourvue de raccordements pour des fluides, destiné à séparer des substances contenues dans des fluides, dont la surface

latérale tubulaire perméable est constituée de plusieurs élé-

ments filtrants tubulaires ayant chacun des propriétés filtran-

tes différentes, et dont les sections transversales sont éta-

gées de façon qu'un élément filtrant de diamètre plus petit soit entouré d'un élément filtrant de diamètre plus important, éventuellement avec formation d'un compartiment intermédiaire,

et o les deux extrémités du tube sont bordées par des adapta-

teurs d'obturation et de raccordement et peuvent être adaptées aux compartiments de fluides de l'enveloppe, caractérisé en ce

que, parmi les éléments filtrants (K1 à K4) intégrés pour for-

mer un filtre global (F), au moins l'un forme un filtre adapté à l'intérieur du filtre global (F), et dont l'intégrité peut être contrôlée in situ dans ce dernier (filtre d'intégrité Kl;

K2,K3;K4).

3. Filtre intégral, pouvant être placé dans une enveloppe pourvue de raccordements pour des fluides, destiné à séparer des substances contenues dans des fluides, dont la surface

latérale tubulaire perméable est constituée de plusieurs élé-

ments filtrants tubulaires ayant chacun des propriétés filtran-

tes différentes, et dont les sections transversales sont éta-

gées de façon qu'un élément filtrant de diamètre plus petit soit entouré d'un élément filtrant de diamètre plus important, éventuellement avec formation d'un compartiment intermédiaire,

et o les deux extrémités du tube sont bordées par des adapta-

teurs d'obturation et de raccordement et peuvent être adaptées aux compartiments de fluides de l'enveloppe, caractérisé en ce que des tronçons du filtre total (F) peuvent à volonté subir un contrôle d'intégrité, être alimentés par un fluide et des

matières de charge, et vidés de ces derniers, par un comparti-

ment intermédiaire (Zl à Z3), situé entre deux éléments fil-

trants (K1 à K4), pouvant être séparément alimentés et chargés

de l'extérieur.

4. Filtre intégral, pouvant être placé dans une enveloppe pourvue de raccordements pour des fluides, destiné à séparer des substances contenues dans des fluides, dont la surface

latérale tubulaire perméable est constituée de plusieurs élé-

ments filtrants tubulaires ayant chacun des propriétés filtran-

tes différentes, et dont les sections transversales sont éta-

gées de façon qu'un élément filtrant de diamètre plus petit soit entouré d'un élément filtrant de diamètre plus important, éventuellement avec formation d'un compartiment intermédiaire,

et o les deux extrémités du tube sont bordées par des adapta-

teurs d'obturation et de raccordement et peuvent être adaptées aux compartiments de fluides de l'enveloppe, caractérisé en ce qu'au moins l'un des éléments filtrants est un élément filtrant

dont l'intégrité a été contrôlée ou peut être contrôlée (fil-

tres intégraux K1;K2;K3;K4), et que, entre le filtre intégral

(K1;K2,K3;K4) et un élément filtrant situé en amont, de préfé-

rence situé immédiatement en aval, se trouve un compartiment intermédiaire tournant (Zl à Z3), lequel, par l'intermédiaire d'un filtre à gaz hydrophobe (B1) est relié à un espace de fluide (13), situé en amont, d'un élément filtrant et/ou d'une

enveloppe (1,2) qui l'entoure.

5. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs éléments filtrants (K1,K2; K3,K4; K2a,K2b,K2c)

forment des étages filtrants communs et sont disposés parallè-

lement les uns aux autres par rapport à l'écoulement.

6. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs éléments filtrants (K1 à K4) sont disposés en série par rapport à l'écoulement.

7. Filtre selon la revendication 3, caractérisé en ce que le compartiment intermédiaire (Z1) situé entre les éléments filtrants (K1 à K4, K2a,K2b,K2c) coopérant les uns avec les autres est rempli par des produits, des matières actives et/ou

des catalyseurs à effet filtrant.

8. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,

caractérisé en ce que la surface latérale tubulaire (F1,F2) est, côté intérieur et côté extérieur, enfermée entre des

organes de sécurité perforés (24,24', 25,25').

9. Filtre selon la revendication 8, caractérisé en ce que les organes de sécurité perforés (24,24', 25,25') forment sur les surfaces latérales des éléments filtrants (K1,K2), et en fonction des pertes de charge, déterminées par l'écoulement de

fluide, les différents organes de soutènement de l'élément fil-

trant de l'étage filtrant voisin.

10. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à

9, caractérisé en ce que les éléments filtrants (K1,K2,K3,K4) formant les différents étages de filtration sont assemblés les uns aux autres d'une manière inamovible, par des adaptateurs (21,21',27,31) disposés sur leurs faces frontales, pour former

une unité modulaire.

11. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à

9, caractérisé en ce que les éléments filtrants (Kl,K2,K3,K4) formant les différents étages de filtration sont assemblés les uns aux autres d'une manière amovible par des adaptateurs (20,

',21,21'), disposés sur leurs faces frontales.

12. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à

11, caractérisé en ce que les éléments filtrants tubulaires (K1 à K4) ont en section transversale la forme d'un cercle ou d'un

polygone.

13. Elément filtrant selon l'une quelconque des revendica-

tions selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, carac-

2 6 1 1 1 4 ?

térisé en ce que la gaine tubulaire (F1,F2,F3,F4) est consti-

tuée de plusieurs couches filtrantes.

14. Elément filtrant selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 13, caractérisé en ce que la gaine tubulaire (F1,F2, F3,F4) est constituée de couches filtrantes plissées.

15. Elément filtrant selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 13, caractérisé en ce que la gaine tubulaire (F1,F2,

F3,F4) est constituée de matériaux filtrants enroulés.

16. Elément filtrant selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte des couches fil-

trantes constituées de filtres en fibres de verre destinés à séparer des colloïdes dans un premier étage de filtration (K1) disposé en amont, d'un milieu échangeur d'ions (FH) disposé en aval dans le compartiment intermédiaire (Zl) entre le premier

et le deuxième étages de filtration (K2), et d'un étage de fil-

tration (K2) servant de séparateur de particules en un non-

tissé à base de polypropylène.

17. Elément filtrant selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 16, pour la clarification (par exemple de spiri-

tueux), caractérisé en ce qu'il comporte des milieux du type filtre à lit profond, constitués de filtres en fibres de verre, de kieselguhr et/ou de papiers filtres dans un premier étage de

filtration (K1) situé en amont, et d'une unité du type filtre-

tamis (K2) située en aval, se présentant sous la forme de fil--

tres à membrane ayant une porosité de l'ordre de 1 pm.

18. Enveloppe de filtre, comportant des raccordements pour l'alimentation et l'évacuation, avec un socle d'enveloppe et une partie supérieure en forme de cloche, assemblable, destinée à recevoir un filtre intégral tubulaire constitué de plusieurs éléments filtrants emboîtés les uns dans les autres, entourés de compartiments intermédiaires entre les sections des filtres, dont les extrémités, pour créer des espaces de fluide distincts dans l'enveloppe, comportent des adaptateurs d'obturation et de raccordement, caractérisée en ce qu'il est prévu au moins deux raccordements d'enveloppe (A2,A3,A4,A5), pouvant être amorcés et couplés au filtre intégral (F) pour, à volonté, introduire dans le filtre intégral (F), et/ou les en évacuer, des produits d'essai, agents de stérilisation, fluides à filtrer, produits

de lavage des filtres et charges, et au moins deux raccorde-

ments d'enveloppe (A1 et 10), destinés à envoyer ces produits, ou à les en évacuer, dans un compartiment d'enveloppe (13), distinct du filtre intégral (F).

19. Enveloppe de filtre selon la revendication 18, carac-

térisée en-ce que les raccordements (A2,A3,A4,A5) sont disposés pour assurer l'alimentation intérieure du filtre intégral (F),

et l'évacuation correspondante, dans la partie socle (1).

20. Enveloppe de filtre selon la revendication 18, carac-

térisée en ce qu'un raccordement d'enveloppe (A2) destiné à l'évacuation principale ou à l'alimentation du filtre intégral

(F) est disposé dans le socle d'enveloppe (1), et qu'un raccor-

dement (A3) destiné à l'amorçage à volonté d'un compartiment intermédiaire (Z) du filtre intégral (F), à partir du socle d'enveloppe (1), est formé d'un tube (17, 17'), passant entre le côté extérieur du filtre intégral (F) et le côté intérieur de la partie supérieure d'enveloppe (2), tube qui, en son

extrémité passant dans l'espace libre supérieur (13) de l'enve-

loppe (1, 2) peut être couplé à un raccordement (32'), corres-

pondant au compartiment intermédiaire (Zl) et se trouvant au niveau de l'extrémité tubulaire supérieure (17') du filtre

intégral (F).

21. Enveloppe de filtre selon la revendication 20, carac-

térisée en ce que, dans le socle d'enveloppe (1), et d'une manière concentrique au raccordement principal (A2) du filtre

intégral correspondant (F), et avec des éléments de verrouil-

lage (30) du filtre intégral (F), des éléments de verrouillage correspondants (7) sont disposés une sécurité axiale, avec éventuellement une protection contre une torsion involontaire

du filtre intégral (F).

22. Enveloppe de filtre selon la revendication 20, carac-

térisée en ce qu'un raccordement d'enveloppe (A2), pour l'ali-

mentation principale ou l'évacuation du filtre intégral (F), est situé approximativement au centre de ce dernier, dans le socle d'enveloppe (1), et que, autour de ce centre, et avec l'adaptateur de raccordement (15, 27) du filtre intégral (F), des éléments de verrouillage (7,30) sont disposés pour assurer la sécurité axiale et éventuellement une protection contre une

torsion du filtre intégral (F).

23. Utilisation d'enveloppes de filtre et de filtres inté-

graux selon les revendications précédentes.