Filtration sur cartouches

Les filtres à cartouches sont très répandus car utilisables pour des usages très variées:

• pour protéger des équipements sensibles en aval
• pour parachever la rétention des plus fines particules dans un fluide (polissage)
• en sécurité pour compenser une perte de performance du filtre principal en amont

Les éléments filtrants (les cartouches), sont disponibles dans une grande variété

• de matériaux, les rendant compatibles avec les fluides et les conditions opératoires les plus divers
• de finesse de filtration

Les matériaux employés peuvent être:

• la fibre de verre
• les matières plastiques
• les métaux tissés ou frittés

Les modes de confection peuvent être:

• membrane plissée (pleated) pour une plus grande surface de filtration
• fil bobiné (string wound) pour une filtration en profondeur
• fibres polymère extrudées non tissées (melt blown) pour une filtration en profondeur
• métallique pour une régénération efficace et un fonctionnement à haute température
• ...

Le seuil de rétention peut être aussi faible que 0,2µm pour les applications pharmaceutiques.

Certaines cartouches peuvent être produites pour un faible coût  qui autorise leur usage unique.D'autres modèles peuvent être régénérables et donc réutilisables.

Les dimensions des cartouches sont standardisées, ce qui facilite leur inter-changeabilté, pour changer de matériau, de finesse de filtration, ou de fournisseur. Leur taille et leur poids sont limités pour faciliter leur manipulation. On les trouve le plus souvent dans les dimensions suivantes:

• diamètre extérieur: 60 à 70 mm
• longueur: 10" (254 mm), 20" (508 mm), 30" (763 mm), 40" (1017 mm), ...

Plusieurs cartouches sont souvent disposée dans le même équipement. Elles sont alors opérées en parallèle. La capacité du filtre et la perte de charge qu'il génère dépendra du nombre de cartouches installées.

La cartouche elle-même est constituée d'un collecteur central cylindrique sur lequel est monté le média filtrant. Le cheminement du fluide à filtrer va toujours de l'extérieur de la cartouche vers l'intérieur.

Les cartouches sont installées dans une capacité opérée en pression. Elles sont connectées à leur base au collecteur de liquide filtré. Les modes de connexion sont variés, mais toujours faciles à mettre en place. Un joint qui peut être torique ou plat assure l'étanchéité et l'intégrité du filtre. Les cartouches peuvent également être superposées pour constituer une cartouche de plus grande longueur.
Le filtre lui-même sera équipé d'un couvercle démontable pour faciliter l'accès aux cartouches.

Les filtres à cartouches ont un fonctionnement nécessairement discontinus; lorsque les cartouches sont saturées, il est nécessaire d'arrêter la filtration pour procéder au choix:

• à la régénération par contre-courant
• au remplacement des cartouches usagées

Il est courant de tenir prêt un deuxième filtre capable de prendre le relai pour ne pas interrompre le procédé amont ou aval. D'autres combinaisons sont possibles telles que:

• deux en service, un en attente
• trois en service, deux en attente
• ...

Efficacité nominale et absolue

Il est d'usage courant de qualifier un seuil de rétention des particules des qualificatifs "nominal" ou "absolu". Ces qualificatifs n'ont pas de définition normalisée. Les taux de rétention correspondants et les méthodes de détermination peuvent varier.

L'efficacité nominale désigne généralement le diamètre des particules pour lequel le taux de rétention atteint 90%. Toutes les particules plus grosses auront un taux de rétention supérieur.

L'efficacité absolue désigne le diamètre des particules pour lequel le taux de rétention atteint une valeur généralement supérieure à 98%. Toutes les particules plus grosses auront un taux de rétention supérieur.