Filtration sur précouche
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Filtration sur précouche

La filtration sur précouche est une filtration en profondeur dans un lit de particules (l'adjuvant de filtration) préalablement déposées sur un support.
La filtration sur précouche est particulièrement adaptée à:
  • la clarification de liquides contenant peu de matières en suspension
  • à la rétention de particules de quelques microns
  • à l'élimination de particules visqueuses, collantes, pouvant colmater la surface d'un tamis
Elle est largement utilisée pour:
  • l'élimination de levures dans les boissons (bière, vin, ...)
  • l'élimination de particules métalliques dans les fluides de coupe et d'usinage
L'adjuvant de filtration est dilué dans le filtrat ou dans de l’eau puis déposé sur le filtre avant de démarrer la filtration du fluide du procédé. La précouche qui se forme et retiendra ensuite les solides, dans son épaisseur, tout en conservant le débit au travers du média filtrant.

Pour les cas les plus difficiles, on rajoute une quantité d’agents filtrants durant le cycle de filtration : il s’agit de l’alluvionnage. Avec cette solution le gâteau de filtration s’épaissit progressivement mais reste poreux ce qui permet des cycles de filtration plus long.

La précouche est supportée par une toile tissée disposée sur des cadres selon différentes dispositions:

  • empilement de disques horizontaux montés sur un tube vertical
  • assemblage de cadres ou de bougies montés verticalement

A la fin du cycle de filtration, le gâteau formé est débâti, et éliminé avant la formation d'une nouvelle précouche. La méthode de débâtissage dépend de la technologie employée pour le support de la précouche; elle peut le plus souvent utiliser un secouage du support (cadres verticaux ou bougies), ou bien la force centrifuge obtenue par rotation (empilement de disques). Un liquide à contre courant peut aussi être utilisé.

Mise en oeuvre de l'adjuvant

Préparation d’une barbotine

Une suspension de 2 à 15 % d’agents filtrants est préparée que ce soit pour la précouche ou pour l’alluvionnage. Celle-ci est maintenue sous agitation, afin d’obtenir une barbotine homogène. Le bac précouche doit être d’un volume minimum égal à celui du filtre, des canalisations et du volume nécessaire au maintien des pales de l’agitateur dans la suspension.

La précouche

Représentation schématique de la constitution d'une précoucheLe rôle de la précouche est de protéger les supports du filtre (toiles métalliques,  cartons,  bougies...)  d’un  colmatage  prématuré par les impuretés, d’assurer la clarification dès le début de la filtration  et  de  favoriser  le  débâtissage  du  filtre.  Une  couche  d’environ  1  kg  par  m²  de  surface  filtrante  est appliquée sur ces supports, en faisant recirculer au travers du filtre au minimum 3 fois le volume du bac de précouche. L’agent filtrant doit se répartir uniformément sur toute la surface de filtration ; pour cela, le débit de circulation pendant la mise en précouche doit être 1,5 à 2 fois supérieur au débit nominal.

L’alluvionnage

Représentation schématique de l'alluvionage en cours de filtration sur précoucheL’alluvionnage (ou nourissage) consiste à incorporer de l'adjuvant dans le liquide à  filtrer.  Il  permet  de  maintenir  les  débits  de  filtration  et  de rallonger  les  durées  de  cycles  sans  augmentation  abusive  de  la perte de charge. Le ratio moyen d’alluvionnage est de 1 kg par kg d’impuretés et peut varier en fonction des caractéristiques.

Les adjuvants de filtration

Les diatomées ou kieselguhrs

Source: brochure CECA
Les  diatomées  sont  des  algues  brunes  unicellulaires  dont  la  membrane  cellulosique  à  la  propriété de fixer la silice de l’eau. Elles forment ainsi des carapaces constituées d’une silicehydratée  dont  la  taille  varie  de  5  à  40  microns.  L’accumulation  de  ces  carapaces,  dans  certains  lacs  ou  fonds  marins,  forme  d’importants  dépôts  qui  donnentaprès fossilisation, une roche légère et très poreuse : la diatomite.
La diatomite extraite de carrières. Après concassage, le minerai est séché, broyé puis épuré pour atteindre sa forme pulvérulente. Cette poudre est alors introduite dans un four à haute température pour
  • calcination afin d’éliminer les matières organiques, d’adapter la porosité et de permettre l’agglomération par pontage des diatomées
  • calcination /  activation en présence d’un agent fondant qui accroît le frittage entre les particules et les blanchit.
Après refroidissement, le produit est broyé puis tamisé afin de réaliser des coupes granulométriques précises répondant aux diverses applications:
Type Application Perméabilité
[darcy]
Rapide Dégrossissante pour la préfiltration > 2
Moyenne Clarifiante 0,3 à 2
Fine Finisseuse pour une limpidité parfaite 0,02 à 0,3

La Perlite

La perlite est une roche vitreuse d'origine volcanique. Le grain expansé par chauffage présente une structure alvéolaire très fine.
Les adjuvants perlitiques ont l'avantage de former des gâteaux plus poreux que les diatomées, d'où un allongement des cycles.
La faible densité de certaines perlites permet de mettre en oeuvre des quantités moins importantes d'adjuvant.
Par contre, la perlite est abrasive, d'où une usure plus rapide du matériel.

Les fibres cellulosiques

A base de fibres de bois, les fibres cellulosiques produisent des précouches plus stables (moins de fissures) et durables que les adjuvants minéraux.
Elles peuvent être incorporées en mélange aux adjuvants minéraux.

Microrésines

Pour filtrer et déminéraliser.

Mesure de la perméabilité du gâteau

Elle est souvent exprimée en Darcy qui est définie ainsi:
Equation de Darcy pour l'écoulement au travers des lits de particules:
faire un zoom sur l'équation Pour afficher une version de meilleure qualité et plus accessible aux assistants de lecture
Un matériau poreux a une perméabilité de 1 darcy lorsque:
  • 1 cm d'épaisseur d'adjuvant
  • est traversé par un débit de 1 cm3/s par cm2 de section
  • d'un fluide de viscosité égale à 1 centipoise
  • sous un gradient de pression de 1 atmosphère
Elle se réfère à la relation de Darcy qui permet de calculer la perte de charge subie par un fluide traversant un lit de particules. En unité SI 1 darcy est équivalent à environ 10-12m2

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