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Filtration
- 1. 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 Classification des filtres Sélection d’un filtre Appareillage Traitement de post-filtration Filtration centrifuge (essorage) Filtration à membrane
- 2. 5.7. Appareillage 5.7.1. Filtresà tambour 5.7.2. Filtres-presses 5.7.3. Filtres à bande 5.7.4. Filtres à disques C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna 5.7.4. Filtres à disques 5.7.5. Filtres statiques Nutsche 5.7.6. Filtres à bougies (à cartouches)
- 3. 5.7.1. Filtres àtambour 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 C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna 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
- 4. 5.7.1. Filtres àtambour 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 C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna 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. 5.7.1. Filtres àtambour 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 C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna totalité du volume du tambour
- 6. 5.7.2. Filtres -presses Types de filtres-presses à plateaux et cadres à plateaux chambrés à plaques C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna 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)
- 7. 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 C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna 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)
- 8. 5.7.2. Filtres -presses Performances 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 C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna contigües –plus facile à mécaniser (automatisation) – 100 à 120 chambres Applications: eaux résiduaires, industrie alimentaire, pharmaceutique
- 9. 5.7.3. Filtres àbande 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 C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna 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)
- 10. 5.7.3. Filtres àbande Performances 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 C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna auxiliaire presseuse et non filtrante
- 11. 5.7.4. Filtres àdisques 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 C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna 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
- 12. 5.7.5. Filtres statiquesNutsche 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 C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna 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
- 13. 5.7.6. Filtres àbougies (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 C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna 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
- 14. 5.8. Traitement depost-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 C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna 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
- 15. 5.8.1. Lavage dugâteau 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 C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna 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
- 16. 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)- C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna 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
- 17. 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 C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna 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
- 18. 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 C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna 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)
- 19. Industrie 1. Chimique 2. Alimentaire Pigmentsinorganiques Zéolithes Fertilisants Détergents Produits laitiers Production du café Production du jus de fruit Production huile 5.10. Applications C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna 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
- 20. 5.11. Filtration àmembrane CLASSIFICATION DES PROCÉDES À MEMBRANE Techniques de filtration tangentielle – micro, nano, osmose inversée C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
- 21. 5.11. Filtration àmembrane C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
- 22. 5.11. Filtration àmembrane C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
- 23. Vous et vosamis 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 C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna 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.
- 24. La filtration estune 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 C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna voulez récupérer le plus d’eau possible et le plus rapidement possible. Que faites-vous pour améliorer l’étape de filtration?
- 25. Examen # 2théorie – lundi 26 novembre (Chapitres 4 + 5) : Cristallisation Filtration 10 % de la note finale Examen synthèse théorie – lundi 3 décembre C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna Examen synthèse théorie – lundi 3 décembre (tous les chapitres ) : 1. Humidification 2. Séchage 3. Évaporation 4. Cristallisation 5. Filtration 20 %
- 26. Principes de dissolutionet de cristallisation Mécanisme de formation de cristaux Bilan de matière + Bilan d’énergie -EXERCICES Méthodes d’obtention de la sursaturation Cristallisation C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna 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
- 27. Filtration Définitions, généralités Résistances Filtration àpression constante Filtration à débit constant 5.7.1. Filtres à tambour 5.7.2. Filtres-presses 5.7.3. Filtres à bande C.12 - 2012 OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna Classification des filtres Appareillage Traitement de post-filtration Filtration centrifuge (essorage) 5.7.3. Filtres à bande 5.7.4. Filtres à disques 5.7.5. Filtres statiques Nutsche 5.7.6. Filtres à bougies