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.) ;
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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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1. Techniques de filtration
Pour séparer au mieux les deux constituants du préfilt, deux techniques sont applicables : la filtration sur support et la filtration en profondeur.
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Filtration sur support
On amène la suspension au-dessus d’un support (grille, toile, membrane, etc.) sur lequel les particules vont se déposer sous la forme d’un gâteau ou tourteau d’épaisseur croissante. Le filtrat sera plus ou moins pur suivant les dimensions des particules, la texture du support et le temps.
La filtration sur support est également appelée filtration en surface, sur membrane, ou à gâteau (cake filtration).
On l’utilise en général pour la filtration de suspensions assez fortement chargées en matières solides.
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Filtration en profondeur
On fait s’écouler la suspension à travers une masse poreuse (couche de sable ou de graviers, particules agglomérées sous forme de disques, cylindres, bougies, etc.). Il existe, entre les grains, des pores tortueux, dont les dimensions sont en général très supérieures à celles des particules de la suspension. L’expérience prouve cependant que des particules de la suspension vont se loger dans les pores de la masse poreuse en se coinçant entre des grains ou en se déposant dans des anfractuosités, ou en se collant contre les surfaces des grains. Il s’ensuit un colmatage progressif de la masse poreuse. Le filtrat sortira plus ou moins pur suivant la texture de cette masse, la forme des particules à retenir et leur répartition granulométrique, les propriétés physico-chimiques des particules et du filtrat, l’épaisseur de la couche filtrante, le temps, le débit de suspension, etc.
Cette filtration, dite dans la masse, sur lit de sable ou en profondeur (deep filtration), est en général utilisée pour les suspensions relativement peu chargées en matières solides, celles-ci étant presque toujours des impuretés.
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