Microfiltration

PRINCIPE

La microfiltration est un procédé physique de séparation entre une phase finement divisée et une phase liquide, utilisant une membrane.
La microfilration s'applique à la séparation de particules de 0,1 à 10µm.
La séparation de particules plus petites fait appel à l'ultafiltration ou la nanofiltration.

La migration des produits d'un coté à l'autre de la membrane est obtenue par une différence de pression.
La différence de pression appliquée est généralement <3bars.

La filtration est généralement de type tangentielle, c'est à dire que le fluide circule parallèlement à la membrane, contrairement à la filtration classique qui est dite frontale.
La filtration tangentielle permet de limiter l'accumulation de dépots qui obturent la surface de filtration.

Le liquide traversant la membrane est le filtrat ou le perméat.
La solution qui concentre les espèces ne pouvant traverser la membrane est le rétentat.

LES MEMBRANES

Elles sont dites asymétriques lorsqu'elles sont constituées d'une peau (couche filtrante), déposée sur un support de même nature.
Elles sont dites asymétriques et composites si la peau n'est pas de même nature que le support.
Les membranes sont caractérisées par:
- la porosité et l'épaisseur de la couche filtrante dont dépend le débit de perméat.
- le diamètre des pores et leur répartition dont dépend l'efficacité de séparation.
- le matériau employé dont dépend la résistance mécanique, chimique, thermique et la facilité de nettoyage.

Les membranes peuvent être organiques:
- acétate de cellulose
- polyamides aromatiques
- polysulfone
- esters de cellulose
- cellulose
- nitrate de cellulose
- PVC
- polypropylène

ou minérales:
- céramique frittée
- métal fritté
- carbone
- verre

Les membranes minérales présentent une meilleure résistance:
- à la corrosion, au pH (0 à 14) et aux solvants
- mécanique à des températures supérieures à 100°C
- à l'abrasion
- à la pression
- aux lavages à contre-courant
Elles sont plus onéreuses que les membranes organiques.

La surface de filtration est organisée en modules de différentes conception:

- modules plans

à l'image d'un filtre-presse, des cellules élémentaires comprenant:

• un compartiment amont
• une membrane de filtration
• un compartiment aval

sont empilés.

- modules spirales

se présente comme une cellule unique constituée:

• d'un compartiment amont,
• d'une membrane de filtration
• d'un compartiment aval

enroulée en spirale autour d'un axe.

- modules tubulaires

à l'image d'un échangeur de chaleur tubulaire, la filtration s'effectue au travers de la paroie de tubes (1cm de diamètre) qui sont arangés en faisceau et placés à l'intérieur d'une enveloppe qui recueille le perméat.

- modules à fibres creuses

les fibres creuses sont de petits tubes (1mm de diamètre pour la microfiltration).
La filtration s'effectue au travers de la paroie.
Un grand nombre de ces tubes forment un faisceau contenu dans une enveloppe.

L'INSTALLATION
L'équipement de filtration lui-même est placé dans une boucle où circule sous pression, le rétentat.
Outre la pompe de circulation, la boucle peut incorporer un échangeur de chaleur destiné à maintenir constante la température du fluide.
En opération batch, le produit à filtrer est introduit au départ pour remplir la boucle.
En fonctionnement continu, le produit à filtrer est introduit régulièrement dans la boucle par une pompe d'alimentation.

CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT

La différence de pression est souvent voisine de 1bar et généralement inférieure à 3bars.
Les débits de perméat vont de 50 à 500 litre/m2/bar. C'est la formation de dépot qui limite la filtration.
Le débit augmente lorsque:
- la pression augmente jusqu'à une valeur au dela de laquelle il se stabilise ou même décroit
- lorsque la température augmente (viscosité plus faible du liquide)
- la concentration du produit à retenir diminue (colmatage plus faible)
- la vitesse de circulation augmente
- des fluctuations de débit ou de pression sont provoqués
- il existe une affinité entre le solvant et la membrane

LES APPLICATIONS INDUSTRIELLES

Dans l'industrie alimentaire:
- élimination de lipides
- élimination de bactéries
- extraction de levures
- élimination de la pectine des jus de fruits
- clarification et stabilisation des vins

Dans l'industrie pharmaceutique:
- production d'eau stérile
- concentration d'enzymes, de vaccins et de virus
- fractionnement du sang

Dans d'autres industries:
- traitement d'effluents de lavage de la laine ou de tanneries
- desasphaltage des pétroles bruts
- récupération de catalyseurs en phase liquide
- épaississement de boues jusqu'à 50% de matière sèche