Filtration

Chapitre 5 : Filtration

�� Définitions, généralités

� Résistances

� Filtration à pression constante

� Filtration à débit constant

� Classification des filtres

C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna


� Sélection d’un filtre

� Appareillage

� Traitement de post-filtration

� Filtration centrifuge (essorage)

� Filtration à membrane

5.7. Appareillage

5.7.1. Filtres à tambour

5.7.2. Filtres-presses

5.7.3. Filtres à bande

5.7.4. Filtres à disques



5.7.5. Filtres statiques Nutsche

5.7.6. Filtres à bougies (à cartouches)


� Nombreuses variétés technologiques: a) avec ou

sans cellules; b) à toile laquée; c) par rouleau

compresseur; d) par sortie de toile

� Tambour = Cylindre tournant autour d’un axe

horizontal = composé de cellules indépendantes

en forme de secteur; revêtu d’une toile filtrante


a = tuyauterie de liaison robinet-cellule;

b = cellule filtrante; c = secteur de lavage;

d = séparateurs; e = tambour; f = enceinte

sous pression; g = secteur d’essorage; h = élément

séparateur; i = racloir; j = secteur de filtration

Filtre à tambour sous pression

tendue sur un support perforé en métal (plastique)

� Le secteur inférieur du cylindre est immergé

dans une cuve alimenté des boues

� Le tambour tourne lentement (3 à 8 rpm)

� Le tambour est constamment mis sous vide

(distributeurs internes et pompe à vide externe)

� Gâteau enlevé par soufflage d’air comprimé

et racloir


1 : Moteur du tambour

2 : Rampe de rinçage

3 : Sortie d'eau filtrée

4 : Entrée d'eau à filtrer

5 : Sortie des boues

6 : Tambour avec toile de filtration


http://www.faivre.fr/fr/filtre-a-tambour/rotoclean.html

6 : Tambour avec toile de filtration

7 : Suspension du tambour par

courroies (BDS System)

5.7.1. Filtres à tambourPerformances et caractéristiques

� Surfaces du tambour: entre 10 et 60 m2

� Diamètre et longueur du tambour: jusqu’à 3,5 et 6 m

� Vitesse de rotation (de 1rpm- 8 rpm)

� Possibilité de filtrer des suspensions difficiles et d’obtenir un gâteau mince

� Variante sans cellule- tambour entièrement clos et étanche avec du vide dans la


totalité du volume du tambour

5.7.2. Filtres - presses

Types de filtres-presses

� à plateaux et cadres

� à plateaux chambrés

� à plaques


� Mode d’opération: discontinu ou

continu

� Éléments filtrants : plaques (plateaux)

recouvertes d’une toile filtrante

� Système de déshydratation mécanique le plus performant (30 - 80 % siccité)

5.7.2. Filtres - presses� Succession alternée de cadres et de plateaux supportés

par des rails et maintenus les uns aux autres par P

� Plateaux = plaques métallique pleines recouvertes

de toile filtrante -les faces ont des cannelures

verticales afin de drainer le L filtré

� Les cadres –maintient un certain écartement entre les

plateaux successifs et créent un volume dans lequel


plateaux successifs et créent un volume dans lequel

on introduit la suspension à filtrer

� Les plateaux, les cadres et la toiles filtrante présentent

2 orifices diagonalement opposés, qui après serrage

forment 2 collecteurs: le premier sert à l’alimentation

de la suspension; le deuxième sert à l’évacuation du

filtrat

� Le gâteau se forme entre 2 plateaux –il est recueilli

en enlevant la P exercée sur les cadres et les plateaux

A= en service; B = ouvert pour lavage; a = toile filtrante; b = gâteau;

c = cadre; d = plateau;e = cadre avec ouverture pour entrée eau; f = cadre avec ouverture pour sortie eau)

5.7.2. Filtres - pressesPerformances et caractéristiques

� Pression de service: de 5 à 15 bars (30 bars)

� Épaisseur des cadres: de 20 à 50 mm (70 mm pour les gâteaux à grande filtrabilité)

� Surface de filtration: de qq. dm2 (filtres de laboratoire) à 400 m2(plateaux

de 1,5 m x 1,5 m)

� Filtres-presses modernes – à plateaux chambrés (gaufrées sur les 2 faces de plateaux


contigües –plus facile à mécaniser (automatisation) – 100 à 120 chambres

�Applications: eaux résiduaires, industrie alimentaire, pharmaceutique


� Mode d’opération: continu

� 1 ou 2 bandes sans fin en caoutchouc

perforé supportant une toile filtrante

tendue entre 2 tambours

� Un dispositif à vitesse réglé entraîne

le tambour de tête (le tambour de queue


a = bande transporteuse; b = bande filtrante;

c = tambour de tête; d = tambour de queue;

e = boîte à vide; f = cylindre de retour;

g = dispositif de lavage de la toile;

h = régulateur de niveau

le tambour de tête (le tambour de queue

assure la tension des bandes)

� Déshydratation progressive -3 temps

� 1) simple égouttage (filtration sous

faible pression;

2) pressage – rend le gâteau filtrant compact;

3) cisaillement de la masse (pression + cisaillement)

5.7.3. Filtres à bandePerformances et caractéristiques

�Applications: alimentaire, papetière, textile

�Appareillage: horizontal, vertical ou combiné

� Bande unique –pour les appareils horizontaux

� Bande double – appareils verticaux et combinés – pression exercée par une bande

auxiliaire presseuse et non filtrante


auxiliaire presseuse et non filtrante


� Mode d’opération: continu

� Éléments filtrants : disques

verticaux divisés en secteurs et

garnis de toiles filtrantes

fixés parallèlement sur un arbre

mis sous vide par une tête

distributrice


distributrice

� Les disques plongent dans une cuve d’alimentation

� Les S sont retenus par aspiration sur les 2 parois

de chaque disque

� Le gâteau est décollé par lavage

� Pour le même encombrement, surface double à

celle d’un filtre rotatif

� Diamètre des disques: de 1,2 à 3,6 m2

� Surface filtrante: 280 m2


� Récipients possédant un double fond

�Accumulation du liquide au dessus du premier

fond

� Paroi filtrante = plaque perforée servant de

support à un élément filtrant

� Le L est aspiré par la prise de vide se trouvant

entre la surface filtrante et le fond fixe


entre la surface filtrante et le fond fixe

� Buchner de grand modèle

� Polyvalence: 1) mélanger ; 2) sécher sous vide;

3) filtrer sous pression (jusqu'à 5 bar);

4) essorer; 5) compacter; 6) laver le gâteau

7) conditionner le produit traité sous

atmosphère neutre

� Applications: chimie fine, pharmacie, produits

alimentaires, des arômes et des biotechnologies

5.7.6. Filtres à bougies (à cartouches)

� Mode d’opération: discontinu ou continu

� Éléments filtrants : bougies –arrangées

verticalement dans une enceinte cylindrique

pressurisée

� Une pompe alimente la suspension

� Le gâteau se forme à l’extérieur des bougies

� Le filtrat est évacué par des tubes


� Le filtrat est évacué par des tubes

� Grand débit

�Applications: chimie, métallurgie,

pharmacie, alimentaire, électrométallurgie

� Surfaces de filtration faibles (5 à 10 dm2 par

bougie) –utilisés pour les L peu chargés

� Les bougies colmatées – remplacées ou lavées

� Nettoyage: contre-courant, par ultrasons,

trempage dans un bain

5.8. Traitement de post-filtration

�Après la filtration, le gâteau est imprégné d’un L de composition identique à celle du

filtre qu’il convient en règle générale d’éliminer

� Traitement de post-filtration: lavage et essorage du gâteau, traitement de finition

� Buts : 1) S de plus en plus purs; 2) récupérer le plus possible de L; 3) diminuer les

coûts de transport et de séchage thermique

5.8.1. Lavage du gâteau de filtration


5.8.1. Lavage du gâteau de filtration

� Buts: 1) extraction des substances dissoutes présentes dans le liquide interstitiel

contenu dans les pores du gâteau de filtration; 2) la récupération du filtrat ;

3) purification du précipité

� Moyen = solvant approprié (liquide de lavage), dans le même appareil que celui

qui a servi à la filtration ou dans d’autres machines situées en aval suivant les

performances à atteindre

5.8.1. Lavage du gâteau

� Par dilution (repulpage) - lorsque la concentration en soluté est faible-consiste à

mélanger le S avec le L de lavage dans une cuve annexe puis à filtrer cette pulpe

débarrassée du soluté. L’opération est répétée autant de fois que le degré de pureté

requis l’exige

� Par déplacement - opération plus simple et donc souvent préférée - percoler la L de

lavage à travers le gâteau déposé sur le filtre; le L de lavage déplace (en écoulement


lavage à travers le gâteau déposé sur le filtre; le L de lavage déplace (en écoulement

piston dans le meilleur des cas) le liquide interstitiel en éluant éventuellement le soluté

qui serait adsorbé ou adsorbé au sein du solide

� Le choix est dicté par la technologie de filtration utilisée - les filtres à disques et à

tambour sous vide, qui ne permettent pas d’obtenir des performances élevées

de lavage, peuvent être complétés en aval, le cas échéant, par des cuves de repulpage

5.8.2. Essorage (déshydratation)

� But: enlever une partie du filtrat résiduel en diminuant l’humidité du gâteau

� Dans un nombre limité de cas, un accroissement de la P en fin de filtration suffit

� Les caractéristiques recherchées imposent bien souvent l’utilisation de techniques

� spécifiques - 2 techniques classiquement utilisées, seules ou combinées

� « désaturation » - par effet centrifuge, soufflage ou succion d’air; les forces

appliquée sont un faible effet sur la structure du gâteau (la porosité reste constante)-


appliquée sont un faible effet sur la structure du gâteau (la porosité reste constante)-

seule la diminution de la saturation est recherchée;

� pressage - réduire le V des vides au sein du gâteau; modifie significativement sa

structure; le V de liquide contenu dans la mase poreuse diminue, mais les pores

restent saturés; action de pressage obtenue soit par compression mécanique sur des

presses (presses hydraulique, filtres –presses, etc) soit en augmentant la P de filtration

en fin d’opération

5.9. Filtration centrifuge (essorage)

� Mode d’opération: continu ou discontinu

� Verticale (produits chers) –discontinu

� Horizontale – continue – diamètre du panier:

250 à 2100 mm

�Applications: alimentaire, papetière, textile

� Opération d’essorage effectuée par le passage

du L au travers d’un élément filtrant sous


du L au travers d’un élément filtrant sous

l’action d’un champ centrifuge

� L’élément filtrant (textile,

métallique ou mixte), fixé

contre la paroi interne du

rotor (panier), est le support

sur lequel viennent se déposer

les particules S = gâteau

5.9. Filtration centrifuge (essorage) Cycle d’essorage

� Chargement du panier (alimentation + filtration); la centrifuge tourne soit à vitesse

maximale soit à une vitesse réduite. Le gâteau se forme par combinaison des

phénomènes de filtration et de sédimentation progressive. La phase L s’écoule au

travers de la couche poreuse;

� Lavage éventuel du gâteau par un L de lavage pour éliminer le L mère contenu


� Lavage éventuel du gâteau par un L de lavage pour éliminer le L mère contenu

dans les interstices (déplacement + diffusion ou dissolution d’impuretés absorbées)

� Essorage proprement dit - le L interstitiel s’élimine progressivement des particules

S jusqu’à atteindre l’équilibre entre les forces capillaires et les forces centrifuges

� Débatissage du gâteau - opération réalisée à l’aide d’un dispositif de raclage,

l’essoreuse tournant soit à la vitesse maximale, soit à une vitesse très faible

(30 à 60rpm)

Industrie

1. Chimique

2. Alimentaire

Pigments inorganiquesZéolithesFertilisantsDétergents

Produits laitiersProduction du caféProduction du jus de fruitProduction huile

5.10. Applications


Industrie

3. Minière

4. Métallurgique

5. Galvanique

6. Pharmaceutique

Or, zinc, marbre, granite, charbon, métaux précieux, caolin

Sable métalliqueBoues d’hydroxydes

Traitement de surface

AntibiotiquesVirusProtéines, ADN

5.11. Filtration à membrane

CLASSIFICATION DES PROCÉDES À MEMBRANE

Techniques de filtration tangentielle – micro, nano, osmose inversée






Vous et vos amis vous réunissez pour tenter de produire votre propre bière. Vous

consultez l’internet pour connaître la recette et les étapes de production. Vous achetez

en magasin les ingrédients et le matériel. On résume les grandes étapes qui sont

l’empâtage, le brassage et le houblonnage.

L’empâtage consiste à concasser les grains. Donc le malt (orge germé) est concassé pour

libérer l’amidon qu’il contient.

On ajoute l’eau de source et puis vous êtes à l’étape de brassage. Donc vous chauffez


l’eau et le malt. Ce mélange se nomme la maiche. Cette étape a pour but de transformer

l’amidon en sucres. À 62 ºC pendant 30 minutes, l’amidon est transforme en maltose,

un sucre qui sera transformé en alcool pendant la fermentation. Puis en augmentant la

température à 66 ºC pendant 3 minutes et toujours en brassant, l’amidon est transformé

en dextrose, sucre non fermentable.

Ensuite il faut chauffer la maische à 75 ºC pour 10 minutes et on filtre.

La filtration est une étape cruciale car elle consiste à récupérer l’extrait sucré du reste

des grains qui sont d’environs 2,5 µµµµm. Pour effectuer votre filtration vous utilisez une

passoire avec des trous de 1 mm et vous arrosez la cuve pour récupérer tous les sucres

collés sur la paroi. Vous tentez une première filtration mais vous colmatez votre filtre

très rapidement. Vous trouvez que c’est très long. Vous remarquez aussi qu’au début,

le filtrat s’accumule plus qu’à la fin.

Comme vous avez hâte de goûter à votre bière et de la faire goûter à vos amis, vous


voulez récupérer le plus d’eau possible et le plus rapidement possible.

Que faites-vous pour améliorer l’étape de filtration?

Examen # 2 théorie – lundi 26 novembre(Chapitres 4 + 5) :

Cristallisation

Filtration

10 % de la note finale

Examen synthèse théorie – lundi 3 décembre


Examen synthèse théorie – lundi 3 décembre(tous les chapitres ) :

1. Humidification

2. Séchage

3. Évaporation

4. Cristallisation

5. Filtration

20 %

� Principes de dissolution et de cristallisation

� Mécanisme de formation de cristaux

� Bilan de matière + Bilan d’énergie -EXERCICES

� Méthodes d’obtention de la sursaturation

Cristallisation


� Place du cristallisoir dans le procédé industriel

� Types de cristallisoirs

� Problèmes rencontrés lors d’une cristallisation

4.8.1. Cristallisoir par refroidissement direct4.8.2. Cristallisoir par évaporation4.8.3. Cristallisoir sous vide4.8.4. Cristallisoir s de milieux fondus

Filtration

�� Définitions, généralités

� Résistances

� Filtration à pression constante

� Filtration à débit constant


5.7.2. Filtres-presses




� Appareillage

� Traitement de post-filtration

� Filtration centrifuge (essorage)




5.7.6. Filtres à bougies

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