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)

Performances 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)

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)

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)

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 inorganiques
Zéolithes
Fertilisants
Détergents
Produits laitiers
Production du café
Production du jus de fruit
Production huile
5.10. Applications
Industrie
3. Minière
4. Métallurgique
5. Galvanique
6. Pharmaceutique
Or, zinc, marbre, granite, charbon, métaux
précieux, caolin
Sable métallique
Boues d’hydroxydes
Traitement de surface
Antibiotiques
Virus
Protéines, ADN

5.11. Filtration à membrane
CLASSIFICATION DES PROCÉDES À MEMBRANE
Techniques de filtration tangentielle – micro, nano, osmose inversée

5.11. Filtration à membrane

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 direct
4.8.2. Cristallisoir par évaporation
4.8.3. Cristallisoir sous vide
4.8.4. 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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