Présentation
Auteur(s)
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Dominique LECLERC : Ingénieur de l’École nationale supérieure de chimie de Lille, Docteur ès sciences - Professeur à l’Université Henri-Poincaré de Nancy - Laboratoire des sciences du génie chimique CNRS - ENSIC Institut national polytechnique de Lorraine
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Gérard BALUAIS : Docteur ès sciences - Ingénieur de recherche - Chef de groupe, unité Génie des procédés Péchiney, Centre de recherches de Voreppe
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le but d’une opération de filtration est la d’une phase continue (liquide ou gazeuse) et d’une phase dispersée (solide ou liquide), initialement mélangées.
Suivant les cas, on cherche à récupérer :
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soit la phase continue débarrassée au maximum de la phase dispersée (filtration de l’air ou de l’eau, d’une huile moteur, d’un liquide alimentaire, etc.) ;
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soit la phase dispersée (récupération d’un précipité cristallin, de poussières de métal précieux dans des fumées, etc.) ;
-
soit l’une et l’autre phases si leur intérêt économique le justifie.
Les deux phases en présence peuvent être :
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un gaz et un solide (fumées) ;
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un gaz et un liquide (brouillard) ;
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un liquide et un solide (suspension) ;
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deux liquides immiscibles (émulsion).
On se limitera, dans ce qui suit, essentiellement à l’étude de la filtration des mélanges liquide-solide, bien que de nombreux principes généraux soient applicables aux autres types de filtration. Un tel mélange, ou suspension, est aussi appelé préfilt.
Au-delà du filtre, on récupère un liquide plus ou moins bien purifié, baptisé filtrat ou parfois eaux mères.
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2. Conditions opératoires
2.1 Pression de filtration
Dans le cas de la filtration sur support comme dans celui de la filtration en profondeur, il est nécessaire de fournir une certaine énergie à la suspension pour arriver à lui faire traverser le filtre : lorsqu’un filtre dans la masse se colmate, sa résistance à l’écoulement croît et il en est de même quand l’épaisseur du gâteau augmente lors d’une filtration sur support.
Une pression n’étant pas autre chose que l’énergie du fluide par unité de volume, il faut donc qu’il existe une différence de pression (désormais, on parlera simplement de pression) positive entre l’amont et l’aval de l’élément filtrant.
Cette pression peut découler du simple poids (par unité de surface) de la suspension au-dessus du filtre. Mais on peut aussi remplacer la gravité par la force centrifuge, mettant ainsi en jeu des énergies très supérieures (filtres et essoreuses centrifuges).
On peut également enfermer la suspension (et éventuellement le filtre) dans une enceinte étanche mise sous pression gazeuse, cas des « monte-jus ».
On peut accroître la pression à l’entrée du filtre en l’alimentant par une pompe (à piston plongeur, à membrane, centrifuge, etc.).
Enfin, on peut mettre la sortie du filtre en dépression par rapport à l’atmosphère (filtres sous vide).
Par ailleurs, la résistance à l’écoulement croissant avec le temps, on conçoit que, si le filtre est alimenté sous pression constante, le débit diminue dans le temps, tandis que, si l’on désire un débit constant, il est nécessaire d’accroître régulièrement la pression de filtration.
Schématiquement donc, on peut envisager des filtres fonctionnant sous pression constante, à débit constant, ou à débit et pression variables.
Les filtres sous vide travaillent généralement sous pression constante, cette pression étant l’écart entre la pression atmosphérique et le vide sensiblement constant fourni par une pompe à vide, un éjecteur, une jambe barométrique, etc.
Il en est souvent de même pour les « monte-jus », si la pression du gaz au-dessus de la suspension ne varie pas de façon notable au cours de la filtration.
Un filtre alimenté par gravité fonctionne soit sous pression variable, si la suspension est amenée sur le filtre en une fois et...
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