Filtration Généralités et définitions : La filtr iltrat atio ion n a pour pour obje object ctif if,, en part partan antt d'un d'unee susp suspen ensi sion on de soli solide de dans dans un liqu liquid ide, e, d'ob d'obte teni nir: r: uide clair nomm ommé filtrat plus ou moins clarifié (par exemple pas de particules Un liquide supé supéri rieu eure ress à 100, 100, 10 ou 1mm 1mm) Un soli solide de nomm nomméé gâteau, dépo dépossé sur le filtre ou sout outiré en cont ontinu, nu, plus plus ou moins oins sec Le média filtrant peut être constituée de nombreux matériaux parmi lesquels le papier, la toile, le verre fritté, le sable, etc... Le solide déposé sur le filtre (gâteau) joue également le rôle de média média filtra filtrant. nt. Lors de la filtration, il y a une résistance au passage du liquide liée entre autres à la porosité du milieu et à la viscosité. Cette résistance se traduit par une perte de charge ΔP, d'autant plus élev levée que que l'é l'épais paissseur eur du gâte âteau est impo import rtaante nte ou que que la vite vitess ssee du liqu liquid idee est est impo import rtan ante te.. Ains insi, les les élém élémen ents ts qui qui déte déterm rmin inen entt le débi débitt de filt filtra rati tion on sont sont : Surface du média filtrant Résistance (liée à son épaisseur, sa porosité, la viscosité, etc...) la ΔP appliquée de part et d'autre du milieu filtrant.
Filtration : Principe de la filtration La force motrice de la filtration est un général une différence de pression amont-aval, égale à la perte de charge du filtre. En dimensionnement, de nombreux paramètres sont à prendre en compte parmi lesquels :
Le mode de fonctionnement discontinu, semi-continu, ou continu,
Le débit à traiter, la perte de charge maximale admissible et la viscosité de la solution, ce qui conditionne en partie la surface de filtration à utiliser et l’épaisseur maximale admissible du gâteau,
La quantité et la qualité des solides et du liquide à traiter : filtration à 0.1, 1, 10 ou 100 microns (tailles des particules arrêtées), lavage, essorage et/ou séchage du gâteau, etc…
Le besoin d’adjuvant de filtration (noir de carbone, silice, filtration plus sélective).
Filtration : Différents procédés de filtration On distingue: Filtration par gravité: le mélange est soumis uniquement à la pression atmosphérique. Le liquide passe à travers le support filtrant, qui peut être du sable par exemple, tandis que le solide est récupéré sur le support filtrant. Filtration par surpression: la suspension arrive sous pression dans le filtre. Filtration sous pression réduite: le mélange est soumis d’un côté du filtre à la pression atmosphérique, et de l’autre côté, où sort le filtrat, à une dépression réalisée grâce à une pompe à vide.
Filtration : Différents procédés de filtration La différence de pression entre l’amont et l’aval (perte de charge) a une grosse importance car elle règle la vitesse de filtration. On peut concevoir deux types de filtration:
Filtration à pression constante: on régule la différence de pression amont-aval à une valeur constante. L’épaisseur du gâteau augmentant au cours du temps, la vitesse de filtration va donc diminuer sous l’effet de l’augmentation de la perte de charge. C’est la filtration la plus utilisée dans l’industrie.
Filtration à débit constant : on augmente au cours du temps la différence de pression amont-aval pour garder un débit constant malgré l’augmentation de perte de charge.
Filtration : Pratique de la filtration
Le choix des milieux filtrants est vaste. Il dépend de plusieurs facteurs: Débit et la concentration de la suspension, les caractéristiques physiques et chimiques des liquides et des solides. On peut citer:
Tissus filtrants: textiles naturels (coton, jute), toiles métalliques (fer, laiton,
inox), tissus en matière plastique (nylon, PVC, polyester, téflon)
Milieux filtrants pulvérulents : sable, charbon, diatomite
Matières poreuses: porcelaine, verre, charbon, silice, métaux
Rq.: Il faut éviter le colmatage qui peut avoir lieu avec des particules aux formes particulières (bâtonnet par exemple) pouvant pénétrer dans les ouvertures sans les traverser.
Filtration : Pratique de la filtration
Le procédé de filtration peut être continu ou discontinu.
Filtre discontinu: L ’alimentation de la suspension et le chargement du solide se font par intermittence. La filtration est arrêtée quand la capacité au-dessus de la surface filtrante est remplie ou que le colmatage du filtre atteint une valeur limite.
Filtre continu: La surface filtrante fermée sur elle-même se déplace lentement devant l’alimentation; le gâteau atteint une certaine épaisseur et dès qu’il sort de la partie filtrante il est détaché par un système raclant. Un cycle de lavage puis d’essorage est souvent adjoint. Ces filtres constituent un investissement plus important mais ils ont un coût de fonctionnement moindre: ils conviennent donc aux productions importantes.
Filtration : Filtre discontinu Filtre presse
Les éléments du filtre (plateaux et cadres) sont serrés avec une presse. Les toiles filtrantes séparent les plateaux et les cadres. Le gâteau se dépose entre les toiles; on peut alors procéder au lavage du gâteau en faisant circuler le liquide de lavage dans le filtre.
Plateaux
Filtration : Filtre discontinu Filtre presse Il sont constitués par des éléments verticaux alternés (plateau - cadre), l'ensemble étant maintenu par des rails et serré entre deux plaques.
Filtration : Filtre discontinu Filtre presse
Une des plaques est fixe et reçoit les tubulures d'admission de la suspension et de soutirage du filtrat.
La plaque fixe présente ici uniquement la tubulure d'alimentation Le filtrat est évacué dans une goulotte latérale avec une sortie pour chaque plateau
Filtration : Filtre continu Filtre rotatif à tambour
Il est constitué par deux tambours cylindriques coaxiaux ; le tambour intérieur est plein, le tambour extérieur est constitué par une armature métallique supportant une toile filtrante. L’appareil est divisé en plusieurs compartiments (8 sur le graphe ci-dessous) :
(4,5,6) On maintient le vide par les canalisations B.
(1,2,3)Liquide est aspiré par les canalisation A et le gâteau se dépose sur le filtre
(7,8)Introduction par les canalisations C d l’air comprimé qui sert au séchage et à décoller le gâteau du filtre
Filtration : Filtre continu Filtre rotatif à tambour Un racleur assure l'évacuation du gâteau en continu vers une bande transporteuse.
Filtre à tambour à décharge par toile sortante
