Chapitre 3

1. Chapitre 3 Filtration

2. Filtration • Utilité: • Séparer une substance d’une autre • Peut être fait de deux façons: • Diffusion • Séparation mécanique • Exemples: • Séparer des solides d’un gaz ou un liquide • Séparer des gouttelettes liquides d’un gaz

3. Sur quoi se base les procédés • Particules: • Dimensions • Forme • Densité • Fluide • Densité • Viscosité

4. Deux techniques principalement • Média de filtration: • Tamis • Septum • Membrane poreuse • Propriétés de sédimentation • Rendement de sédimentation

5. Tamisage • Se base simplement sur la grosseur • Industriellement les particules: • Déposées • Projetées • Dans ce concept: • Les fines passent à travers du tamis • Les longues ne passent pas

6. Possibilité • Un seul tamis: • On a une vague idée de la distribution des tailles • Toutefois: • On peut combiner les tamis • Ainsi on a une idée de l’intervalle de dimensions • Exemple tamis 40-60 • Particules + petites de 40 mesh • + grandes que 60 mesh

7. Équipement de tamisage • Dans la plupart des cas: • La particule tombe dans l’ouverture par gravité • Dans certain cas: • Particule forcée: • Brosses • Force centrifuge • Les grosses particules: • Ne causent pas de problème (habituellement)

8. Petites particules • Sont un peu plus problématiques • Ont tendance: • À s’agglomérer • À obstruer les pores • Ainsi il est nécessaire d’agiter: • En brassant • En centrifugeant • Ou par vibration

9. Mouvement communs sur tamis Giration verticale Giration Horizontale Giration + brassage Brassage Vibration électrique Vibration mécanique

10. Tamis stationnaires • Barres métalliques stationnaires • Placées dans sur un support métallique incliné • La pente et le chemin qu’emploient les particules: • Habituellement parallèle à la longueur des barres des métal • Les grosses particules: • Roulent sur le côté vers la décharge • Le plus petites • Passent au travers et sont récoltées au bas

11. Tamis giratoire Inclinaison entre 16 et 30o Entre 600 et 1800 r/min

12. Tamis giratoire • Mouvement de giration peut aussi être horizontal • On utilise deux tamis • On les sépare par des balles de caoutchouc • Qui percutent les tamis et provoquent la descente des particules • Deux décharges: • Particules fortes • Particules fines

13. Tamisage par vibrations • Tamisage par vibration: • Moins prompte à l’obstruction • En comparaison avec tamisage par giration • Les vibrations sont produites: • Mécaniquement • Électriquement • Habituellement: • Pas plus que trois couches de tamisage • Entre 1800 et 3600 vibrations par minute

14. Tamis idéaux • Objectif: • Prendre un mélange et séparer en deux parties • Idéalement: • Plus petite particule restant sur le tamis • À peine + grosse que la plus grosse passant • On définit ceci: • Diamètre de coupe Dpc • Marque le point de séparation entre les fractions

15. Tamis idéaux • Habituellement les tamis ne permettent pas de bien séparer en fonction du Dpc • Le plus représentatif: • Sphères • Devient rapidement plus complexe: • Particules fibreuses (ex. cellulose)

16. Balance des masses • On considère trois paramètres: • F, D et B • F est l’écoulement de masse de l’entrée • D est l’écoulement de la partie supérieur du tamis • B est l’écoulement de la partie inférieure du tamis • Puis trois autres: • xF, xD et xB • Correspond à la fraction massique de particules de tailles inappropriées dans les trois écoulements précédemment mentionnés

17. Donc Pour balancer le processus, logiquement: Si on inclut les particules de tailles inappropriées: Ainsi avec les deux équations:

18. Capacité d’un tamis • Exprimée: • Masse de matériel par unité de temps et par unité de surface • La capacité dépend directement: • Du rendement de l’alimentation • Et de la surface de contact particule/tamis • Capacité: • Grossièrement évaluée par

19. Filtration • Processus: • On enlève les particules solides d’un fluide • Pour y parvenir: • On utilise un système de filtration • Septum • Sur lequel les solides sont déposés • Filtration: • Peut être très sommaire • Peut être aussi très poussée

20. Description générale

21. Description • Filtration avec gâteau: • On isole les particules en les condensant • Plus le gâteau sera gros plus la filtration sera efficace • Filtre clarifiant: • On enlève de petites quantités de solide • Trappés à l’intérieur des pores (ou à l’extérieur) • Diffère du tamis (pores trop gros pour particules) • Filtre a écoulement perpendiculaire • On isole le filtrat • On concentre les particules dans l’autre partie

22. Filtration avec gâteau • Pour débuter: • Des particules entreront dans les pores • Par la suit le solide s’agglomère sur le septum • Bientôt ce n’est plus ce dernier qui filtre • Mais bien l’agglomérat (gâteau) • La plupart du temps: • Pour filtrer un solide d’un liquide

23. Filtres à pression non-continue • Deux types en particulier: • La presse filtrante • Le filtre à feuille et coquille • Presses filtrantes: • Composés d’une série de plaques • Sert à créer une série de chambre qui permettent la collecte des solides

24. Schématisation

25. Presses filtrantes • Chacune des plaque est munie d’une toile • (ou autre medium de filtration) • Tubulure permet de mener la solution derrière puis de petites canalisation permettent la liaison entre les plaques • On arrête le système quand: • Le fluide en ressort clair • Montée de pression importante

26. Filtre à feuille et coquille • Pour filtrer à plus haute pression • Dans un réservoir horizontal: • On place des feuilles • Tenues à la verticale • Sur une support rétractable

27. Schématisation

28. Filtre automatique avec convoyeur • Permet de : • Séparer • Compresser • Et décharger le gâteau • Le tout automatiquement! • Un lit de filtre est passé dans la chambre • Le convoyeur est arrêté: • Chaque chambre est remplie de solide

29. Filtre automatique avec convoyeur • Par la suite: • On compresse le gâteau formé • Avec un diaphragme • On sèche à l’air • On ouvre la chambre hydrauliquement • Ce qui permet de libérer le gâteau • Par la suite on lave le tout

30. Filtre à vide non-continu • Habituellement filtre à vide en continu • Il existe parfois aussi version non continue • Ressemble à un gros Büchner • En raison de sa simplicité: • Peut être fait de matériaux résistants • Utilité principale: • Système ou le gâteau doit être séché avant d’être séparé du filtre

31. Filtre à vide en continu • Septum en mouvement: • Fluide est siphonné à l’extérieur • Permet le dépôt d’un gâteau solide • On déplace le gâteau par la suite: • Extérieur de la zone originale • On le lave • On le sèche • Pendant ce temps le septum va chercher une autre charge

32. Filtre à tambour • Le plus commun des filtres en continu • Le tambour (gros cylindre) est couvert de trous • Et par dessus ces trous se trouve un filtre • En tournant le tambour ramasse la sln originale • On envoie le vide et de l’air alternativement • Pour sécher le gâteau

33. Schéma • Vitesse de révolution: • 0.1 à 2 tours par minute

34. Filtre à tambour pressurisés • Adaptation du filtre à tambour • Pour quand le vide n’est pas une option: • Pressions jusqu’à 15 atm • Quand les solides sont très fins • Lorsque la pression de vap. du liquide est haute • Solutions saturés qui précipiteraient

35. Filtre à courroies horizontal • Lorsque le fluide contient: • Particules de plus grande taille • Particules se déposant rapidement • Filtre à tambour n’est pas une option • En plus que le gâteau adhère mal • Le mélange est placé sur un convoyeur • Ce dernier passe par une chambre de vide • Provoque le drainage du liquide

36. Schématisation

37. Filtration centrifuge • Les solides formant un gâteau poreux: • Peuvent être filtrés par centrifugation • Le mélange est inséré dans une centrifugeuse • Parois poreuses en métal ou en tissus • La force centrifuge: • Provoque le passage du fluide au travers du filtre • Permet de retrouver un gâteau proportionnellement plus sec que d’autres techniques

38. Centrifuge suspendue ‘batch’ Moteur: de 600 à 1800 tours par minute Panier perforé:750-1200 mm de diamètre 450 à 750 mm de profond

39. Centrifuge ‘batch’ automatiques

40. Centrifuge ‘batch’ automatiques • Le panier tourne à vitesse constante • L’essieu est horizontal • Dans la procédure on alterne: • Mélange à séparer • Liquide de lavage • Liquide de rinçage • Le panier est déchargé à pleine vitesse: • On utilise un couteau

41. Centrifuge ‘batch’ automatiques • On ne les utilise pas quand: • Le mélange contient des particules plus fines que 150 mesh • Des solides qui se drainent lentement • Cycles trop longs • Des solides qui ne se déchargent pas adéquatement • On doit aussi considérer: • Effet du couteau de déchargement

42. Centrifuge à filtration continue • On a un panier perforé • Permet l’écoulement du fluide • Le panier est biseauté • Les solides d’écouleront logiquement: • Vers la sortie! • Avantage: • Limite la sévérité apportée au cristal

43. Qualités du septum • Doit retenir le solide filtré • Ne doit pas boucher ou devenir étanche • Doit être chimiquement résistant • Doit être physiquement résistant • Pour supporter au moins le procédé • Doit permettre de décharger le gâteau • Ne doit pas être hors de prix

44. Industriellement • Généralement des tissus: • On peut choisir comme ils sont tissés • Milieu corrosifs: • Laine, papier, métal, verre • Même des septums synthétiques: • Nylon, polypropylène, polyesters

45. Aides à la filtration • Solide visqueux ou très fins: • Auront tendance à boucher les pores • Et ainsi stopper la filtration • Pour filtrer ces particules • Augmentation de la porosité du gâteau • Comment y arriver? • Aides à la filtration

46. Exemple Terres diatomées Perlite Cellulose purifiée Autre solide inerte et poreux

47. Puis après… • Brûler l’aide si possible • Mieux avec de la cellulose • Donc ne s’applique pas à toutes circonstances • Dans le meilleur des cas: • Le gâteau n’a pas d’utilité • On se débarrasse des deux en même temps

48. Principe de filtration du gâteau • Filtration: • Écoulement à travers un matériel poreux • Résistance à l’écoulement augmente avec le temps • Deux paramètres nous intéressent: • Tombée de pression • Vélocité de l’écoulement

49. Principe de filtration du gâteau • Pression de filtration constante: • La tombée de pression reste la même • La vélocité de l’écoulement diminue progressivement • Vélocité d’écoulement constante: • La tombée de pression augmente progressivement • La vitesse d’écoulement reste la même

50. Donc Δp = Tombée de pression total Δpc = Tombée de pression sur le gâteau Δpm = Tombée de pression sur le milieu pa = Pression d’entrée pb = Pression à la décharge p‘= Pression à la limite du gâteau et du milieu