Filtration
Short Description
Filtration...
Description
Chapitre 5 : Filtration Définitions, généralités Résistances Filtration à pression constante Filtration à débit constant Classification des filtres Sélection d’un filtre Appareillage Traitement de post-filtration Filtration centrifuge (essorage) Filtration à membrane
C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
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)
C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
5.7.1. Filtres à tambour 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 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
C.12 - 2012
Filtre à tambour sous pression 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
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
5.7.1. Filtres à tambour 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 7 : Suspension du tambour par courroies (BDS System)
http://www.faivre.fr/fr/filtre-a-tambour/rotoclean.html
C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
5.7.1. Filtres à tambour 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
C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
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)
C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
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 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
C.12 - 2012
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)
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
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 contigües –plus facile à mécaniser (automatisation) – 100 à 120 chambres Applications: eaux résiduaires, industrie alimentaire, pharmaceutique
C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
5.7.3. Filtres à bande 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 assure la tension des bandes)
a = bande transporteuse; b = bande filtrante; c = tambour de tête; d = tambour de queue;
Déshydratation progressive -3 temps
e = boîte à vide; f = cylindre de retour;
1) simple égouttage (filtration sous
g = dispositif de lavage de la toile;
faible pression;
h = régulateur de niveau
2) pressage – rend le gâteau filtrant compact; 3) cisaillement de la masse (pression + cisaillement)
C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
5.7.3. Filtres à bande 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
5.7.4. Filtres à disques 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 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 C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
5.7.5. Filtres statiques Nutsche 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 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 C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
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 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 C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
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 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 C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
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 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
C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
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)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
C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
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 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
C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
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 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)
C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
5.10. Applications 1.
Chimique
2.
Produits laitiers Alimentaire Production du café Production du jus de fruit Production huile
Industrie
Or, zinc, marbre, granite, charbon, métaux précieux, caolin
3.
Minière
4.
Métallurgique Sable métallique Boues d’hydroxydes Traitement de surface Galvanique
5. 6.
C.12 - 2012
Pigments inorganiques Zéolithes Fertilisants Détergents
Antibiotiques Pharmaceutique Virus Protéines, ADN OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
5.11. Filtration à membrane Techniques de filtration tangentielle – micro, nano, osmose inversée CLASSIFICATION DES PROCÉDES À MEMBRANE
C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
5.11. Filtration à membrane
C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
5.11. Filtration à membrane
C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
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.
C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
La filtration est une étape cruciale car elle consiste à récupérer l’extrait sucré du reste des grains qui sont d’environs 2,5 µm. 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?
C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
Examen # 2 théorie – lundi 26 novembre (Chapitres 4 + 5) : Cristallisation Filtration 10 % de la note finale Examen synthèse théorie – lundi 3 décembre (tous les chapitres ) : 1.
Humidification 2.
3. 4.
Séchage Évaporation
Cristallisation 5.
Filtration 20 %
C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
Cristallisation Principes de dissolution et de cristallisation Mécanisme de formation de cristaux Bilan de matière + Bilan d’énergie -EXERCICES Méthodes d’obtention de la sursaturation 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 C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
Filtration Définitions, généralités Résistances Filtration à pression constante Filtration à débit constant
5.7.1. Filtres à tambour 5.7.2. Filtres-presses 5.7.3. Filtres à bande
Classification des filtres
5.7.4. Filtres à disques
Appareillage
5.7.5. Filtres statiques Nutsche
Traitement de post-filtration
5.7.6. Filtres à bougies
Filtration centrifuge (essorage)
C.12 - 2012
OPÉRATIONS FONDAMENTALES III – C.Tibirna
View more...
Comments
