Filtration centrifuge

La filtration centrifuge est une technique qui combine:

• l'accélération de la séparation liquide solide au moyen d'une force centrifuge comme pour une décantation,
• et une séparation au moyen d'un média filtrant destiné à retenir le solide seul.

Les équipements de filtration centrifuge sont couramment nommées "essoreuses centrifuge". Leur conception générale est assez proche des essoreuses à salade utilisées en cuisine:
Un panier cylindrique est muni d'une toile filtrante sur son pourtour. Le panier est mis en rotation autour de son axe, et la bouillie à filtrer est admise à l'intérieur. La force centrifuge qui se développe par la mise en rotation de la bouillie, entraîne le liquide au travers de la toile filtrante, tandis que le solide est retenu en formant un gâteau. Le gâteau de filtration peut être lavé, et divers moyens sont employés pour le recueillir.

Différents types d'essoreuses centrifuges

essoreuses discontinues

Ce sont les plus simples. Elles sont opérées selon un cycle comprenant:

• filtration avec formation du gâteau
• essorage
• lavage
• essorage
• débâtissage (déchargement)
• éventuellement un lavage de la toile filtrante

Le déchargement du gâteau de filtration peut être fait:

• en place au moyen d'un couteau racleur,
• ou bien en retirant la toile filtrante comme un sac renfermant le solide
• ou bien en retournant la toile du panier au moyen d'un dispositif automatique

à axe vertical

comme leur nom l'indique l'axe de rotation est vertical. Le fonctionnement est discontinu. Le déchargement du solide demande que la vitesse de rotation du panier soit réduite. Un couteau vient racler le gâteau qui est évacué par une ouverture dans le fond du panier.

à axe horizontal

L'axe de rotation est horizontal. Le fonctionnement peut être continu ou discontinu. Le déchargement du solide peut être fait à pleine vitesse, ce qui permet d'enchaîner les cycles de fonctionnement sans perte de temps. Cependant, pour ne pas risquer d' endommager le média filtrant, le couteau racleur est maintenu à une certaine distance, laissant un talon de solide sur la toile. Celui-ci accumulera au fil des cycles de filtration, les particules les plus fines. Il offrira une résistance de plus en plus grande à l'écoulement du liquide, et devra périodiquement être éliminé.
Elles peuvent être équipées d'un siphon de panier qui permet d'augmenter leur productivité par deux moyens:

1. en phase filtration le siphon de panier permet de créer une dépression derrière le média filtrant qui augmente le débit de filtration du liquide
2. en phase de nettoyage, il permet un lavage à contre-courant du média filtrant et du talon de gâteau

essoreuses continues à poussoir

L'axe de rotation est horizontal, et le panier est cylindrique. La suspension est déposée au fond du panier sous forme d'anneaux qui sont ensuite progressivement repoussés vers la sortie par le mouvement alternatif d'un mécanisme. Au cours de son cheminement, le gâteau peut être lavé.

essoreuse continues à vis racleuse

L'axe de rotation est horizontal.
Le panier tronconique, tournant à grande  vitesse, est équipé d’un tamis filtrant adapté au produit à traiter. Convient aux particules de taille supérieure à 50 µm.
La vis racleuse, tournant à une vitesse légèrement inférieure à celle du panier, déplace le gâteau formé jusqu'à la zone de déchargement. Au cours de cette translation le gâteau peut être lavé avant son essorage final.
Des gravités de 2000 à 2500G peuvent être appliquées sur des paniers de 0,3 à 0,6 m de diamètre.

Effet centrifuge

Un corps de masse "m", ayant un mouvement de rotation autour d'un axe situé à une distance "r", subit une force F qui tend à l'éloigner de cet axe. Cette force est proportionnelle à:

• la masse du corps
• la distance de l'axe de rotation (rayon du cercle décrit par le mouvement)
• le carré de la vitesse de rotation "N"

F = 0,011 × m × r × N²

Cette force produit une accélération "γ (gamma)" du corps sur lequel elle s'applique: γ = F / m

Il est souvent plus évocateur d'exprimer l'effet centrifuge en rapport avec la gravité terrestre; on l'exprimera alors en nombre de "g" ou "G":
g: accélération due à la gravité terrestre = 9,81 m/s²

nG = 0,011 ⁄ 9,81 × r × N²

avec:
r: en mètre
N: en tours par minute
γ: en m/s²

Comparaison avec une filtration sous pression

Comme pour une filtration sous pression, le liquide doit traverser l'épaisseur du solide déjà accumulé et du média de filtration pour être évacué. Le débit de filtrat dépend de la différence de pression existant de part et d'autre. Dans une filtration sous pression, c'est principalement la différence de pression statique qui provoque l'écoulement, la hauteur de liquide ayant souvent peu d'influence.
Dans le cas d'une filtration centrifuge, la différence de pression statique au dessus du liquide est souvent nulle, mais la hauteur de liquide multipliée par une accélération équivalente à plusieurs milliers de fois la gravité terrestre, crée une pression statique importante au dessus du média filtrant.
Par exemple, une épaisseur de liquide de 0,1m ayant une masse volumique de 1000 kg/m3, soumis à un effet centrifuge de 2000G, provoquera une pression différentielle sur le média filtrant de:

0,1 _(m) * 2000G * 9,8 _(m/s²) * 1000 _(kg/m³) = 2000000Pa soit 20 bars