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Filtration

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Filtration de lair

Pour la sant

On trouve dans l'air des btiments un certain

nombre de polluants qui sont la cause d'un trsgrand nombre de problmes respiratoires.

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Filtration de lair

Pour l'industrie

La mise en uvre de certains processus

industriels ou de machines de prcisions (microlectronique, industries pharmaceutiques et

agroalimentaire) ncessite une protection contre

les poussires qui peuvent tre l'origine de

graves disfonctionnement ou malfaons.

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sdimentation

La sdimentation des particules

correspond la chute des particules

par gravit.

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Principe de filtration de lair

Il existe 4 mcanismes principaux qui dcrivent

larrt des particules par les fibres du filtre.

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Effet Tamisage

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Effet dinertie

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Effet dinterception

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Effet de diffusion

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Important

En filtration, on essaie surtout de retenir lesparticules de petites dimensions. On doit donc

veiller privilgier les mcanismes dinterception

et de diffusion. Pour cela, on rduit la vitesse de

lair dans les mdias fibreux pour augmenter laprobabilit du contact particule/fibre. Dans ces

conditions, les particules plus grosses sont

arrtes sans risque de "re-largage".

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Pertes de charge

Le filtre est un lment qui videmment oppose

une rsistance lcoulement de lair. Au fur et

mesure de son utilisation le filtre va sencrasser.

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Pertes de charge

Son colmatage progressif fait crotre sa perte de

charge mais aussi son efficacit. La dure de vie

dun filtre sera fonction de sa perte de charge

maximum admissible (ou perte de charge limite).

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Pertes de charge

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Pertes de charge

Lors de la maintenance, on aura toujours affaire

avec un compromis entre le cot dun nouveau

filtre et la consommation nergtique de

linstallation.

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Technologie des filtres

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Filtration de liquide

La filtration a pour objectif, en partant d'unesuspension de solide dans un liquide, d'obtenir:

un liquide clair nomm filtrat, plus ou moins

clarifi (par exemple pas de particules

suprieures 100, 10 ou 1mm)

un solide nomm gateau, dpos sur le filtre ou

soutir en continu, plus ou moins sec

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Gnralits

La surface filtrante (ou mdia filtrant) peut treconstitue de nombreux matriaux parmi lesquels

le papier, la toile, le verre fritt, le sable, du treillis

inox, etc... Le solide dpos sur le filtre (gateau)

joue galement le rle de mdia filtrant.

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Gnralits

Lors de la filtration, il y a une rsistance aupassage du liquide lie entre autres la porosit

du milieu et la viscosit. Cette rsistance se

traduit par une perte de charge (DP) d'autant plus

leve que l'paisseur du gateau est importanteou que la vitesse du liquide est importante.

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Gnralits

les lments qui dterminent le dbit de filtrationsont

la surface du mdia filtrant

sa rsistance (lie son paisseur, sa porosit,

la viscosit, etc...)

la DP applique de part et d'autre du milieu

filtrant.

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Gnralits

La DP, force motrice de la filtration peut treobtenue par:

gravit (hauteur de suspension au dessus du

media filtrant),

mise en pression de la suspension filtrer

(jusqu' quelques bars),

mise sous vide en aval du filtre, la suspension

tant alors en gnral pression atmosphrique.

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Dfinition des principaux termes

lis la filtration

Suspension: solution contenant le liquide et le

solide alimentant lunit de filtration

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Principaux termes lis la

filtration

Filtrat: solution contenant le liquide sans les

particules solides retenues lors de la filtration.

Certaines particules de petite taille peuvent

nanmoins traverser le filtre, selon les cas.

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filtration

Gteau: solide accumul sur le filtre support lors

de la filtration. Ce gteau contient galement

entre les particules solides du liquide constituant

la suspension.

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filtration

Colmatage: se dit dun filtre lorsque les

particules finissent par boucher les pores du filtre,

conduisant une baisse importante de dbit de

filtration. Le colmatage peut tre rversible ouirrversible.

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filtration

Lavage du gteau: opration consistant

liminer le liquide qui imprgne le gteau, en le

remplaant par une solution de lavage (par

exemple de leau) en fin dun cycle de filtration.

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filtration

Contre-lavage: opration consistant sparer le

gteau ou le solide retenu du mdia filtrant par

circulation de liquide (ou de gaz) contre courant

au travers du filtre.

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filtration

Essorage : opration de mise en rotation du

gteau afin dliminer le liquide quil contient

(liquide de lavage ou suspension dalimentation),

avant une ventuelle opration de schage.

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filtration

Schage : opration consistant liminer le

liquide rsiduel contenu dans le solide par

circulation dungaz, en gnrale de lair.

P i i li l

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filtration

Filtration sur support : une toile filtrante (ou

membrane poreuse) possdant des orifices de

taille infrieure aux particules solides filtrer

assure la retenue du solide, qui forme ainsi ungteau. Le liquide traverse le gteau et le mdia,

et donne un filtrat plus ou moins exempt de

particules solides.

P i i t li l

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filtration

Filtration sur prcouche : le mdia filtrant adans ce cas des orifices de taille suprieure aux

particules filtrer. Nanmoins certaines particules

(tailles et formes diverses) sont retenues et aprs

une courte priode, une couche de solide seforme assurant la filtration la taille requise. On

parle alors de filtration sur prcouche. La solution

ayant servi former la prcouche, non

compltement clarifie, peut-tre recycle.

P i i t li l

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filtration

Filtration sur masse poreuse, ou filtration enprofondeur: la filtration des particules solides

seffectue au travers dun lit assez pais, par

exemple de sable, de papier ou de feutre. Au

cours de leurs trajet forcment sinueux, lesparticules en suspension heurtent celles du lit et

sy accroche progressivement. Il y a alors

accumulation de solide en profondeur, sans

formation de gateau. Lorsque le lit est satur, soitil y a perage (des particules solides finissent par

traverser le lit, soit il y a colmatage. Dans le cas

dunfiltre sable, un contre-lavage avec mise en

fluidisation du lit permet de recommencer un

P i i t li l

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filtration

Filtration sous pression, sous vide, par

gravit: pour traverser le lit filtrant, la suspension

a besoin dunediffrence de pression de part et

dautre du mdia filtrant. Cette diffrence depression (qui est la perte de charge au travers du

filtre), peut tre assure soit par mise sous

pression du filtre ct suspension, soit par mise

sous vide en aval du filtre (ct filtrat), soit encorepar gravit, la hauteur du lit et de la suspension

donnant un certain rgh.

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Principe de la filtration

La force motrice de la filtration est un gnral unediffrence de pression amont-aval, gale la perte de

charge du filtre. Au cours de la filtration,

laccumulation de solide dans le gteau ou dans la

masse filtrante augmente la perte de charge pour undbit donn, ou rduit le dbit de filtration pour une

diffrence de pression donne. Cette rduction

conduit effectuer des cycles de filtration, avec

remplacement ou contre-lavage du mdia filtrant. La

marche en continu peut tre obtenue en disposantdeux filtres en parallles (lun en service, lautre en

reconditionnement). Dans certains filtres, la

suspension circule de faon tangentielle au mdia

filtrant, limitant ainsi la croissance du gteau et

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Paramtres de dimensionnement

le mode de fonctionnement discontinu, semi-continu, ou continu,

le dbit traiter, la perte de charge maximale

admissible et la viscosit de la solution, ce qui

conditionne en partie la surface de filtration utiliser et lpaisseur maximale admissible du

gteau,

la quantit et la qualit des solides et du liquide

traiter : filtration 0.1, 1, 10 ou 100 microns

(tailles des particules arrtes), lavage, essorage

et/ou schage du gteau, etc

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Paramtres de dimensionnement

En filtration centrifuge ou essorage, la pressionmotrice de la filtration est obtenue par mise en

rotation de la suspension et du media filtrant dans

une essoreuse. Le filtrat est centrifug et sort

vers lextrieur, alors que le solide est retenu lintrieur du filtre de lessoreuse. Ces appareils

sont en gnral discontinus (essoreuse salade).

Lessoragese distingue de la centrifugation dans

laquelle il nya pas de media filtrant pour sparerle solide du liquide. En centrifugation, le solide

est rcupr dans la partie externe et le liquide

dans la partie interne de la centrifugeuse.

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Sous pression/vide

Filtre sable Ils sont trs utiliss pour la filtration des eaux,

notamment pour la production d'eau potable ou

industrielle, ou le traitement des eaux de piscines.

Parmi leurs caractristiques on peut citer: filtration par gravit ou sous pression

fonctionnement continu avec cycles de nettoyage

nettoyage par circulation contre-courant (avec mise

en suspension du lit) dtection de fin de filtration par haute DP

solides retenus en surface mais surtout dans la

profondeur du lit de sable.

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Filtre sable

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Filtre plateau simple

Ce sont des appareils fonctionnement

discontinu, dcharge manuelle du gateau.

Ils peuvent fonctionner sous vide ou pression.

Ils peuvent tre:

cuve ou cloche

position fixe sur 3 ou plusieurs pieds

cuve basculante sur tourillons avec ou sans couvercle (BUSCHNER)

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La surface active de ce type d'appareils est

comprise entre 0,2 et 10 m2.

Ils sont construits en acier au carbone nu ou

revtu aciers inoxydables, titane ou alliages de

nickel

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Filtre plateaux multiples

La suspension est alimente par le corps du filtre

Le filtrat est soutir via l'arbre creux

Le dbatissage du gateau est manuel

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Filt l t lti l

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dbatissage centrifuge

La suspension est alimente en continu dans le corps

du filtre.

Elle est filtre par un empilage de plateaux, le gateau

se dposant l'extrieur des disques. Le filtrat est repris l'intrieur des plateaux vers

l'arbre central, duquel il ressort une des extrmits.

Lorsque le gateau obtenu est suffisant, la filtration est

arrte et le filtre vidang. Le gateau est alors dcoll par la force centrifuge

obtenue par mise en rotation des disques filtrants. Il

est dcharg en fond de filtre.

Filt l t lti l

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dbatissage centrifuge

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Filtres disques rotatif

Ils sont bass sur le mme principe que les filtres tambour. Des disques recouverts de media

filtrant plongent dans une auge ou est alimente

la suspension filtrer. Les disques sont anims

d'un mouvement de rotation dans le plan vertical,et sont relis par leur axe de rotation un

collecteur de filtrat, puis la pompe vide. Des

racloirs assurent l'vacuation du gteau en

continu vers une bande transporteuse ou une vissans fin.

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Les filtrats tant aspirs sous vide (3), il est doncncessaire de disposer d'une pompe de reprise

des filtrats (4) avec bac d'alimentation (2)

L'vacuation du gteau est effectue par un

transporteur solides. Le dcollement du gteaudes disques peut tre ralis par racloir, par

rouleaux, ou par air comprim (5 et 6)

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Pour viter la sdimentation dans la cuve, le filtre peut tre quip

d'un agitateur ailettes ou d'un barbotage d'air.

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Filtres table rotative

Ils sont constitus d'un disque plan tournant dans

le plan horizontal et recouvert d'une toile filtrante.

Le disque est divis en secteurs, chacun tant

reli un collecteur de filtrat puis la pompe vide.

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La suspension est alimente via un rampe dedistribution, et rpartie sur la toile selon un rayon.

Aprs un tour complet, le solide dpos est

rcupr en continu par une vis sans fin dans

une goulotte. Certains secteurs en fin deparcours peuvent tre ddis au lavage du

solide.

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Ces filtres sont surtout utiliss pour des

suspensions forte concentration de solide et/ou

densit du solide leve.

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Filtres tambour

Principe: un tambour horizontal, recouvert (ounon) de media filtrant et divis en diffrents

secteurs, plonge dans une auge ou est alimente

la suspension filtrer. Le tambour est anim d'un

mouvement de rotation rgulier. Chaque secteurdu tambour est reli par un distributeur tournant,

soit une collecte de filtrat sous vide, soit une

collecte d'eau de lavage, soit de l'air comprim

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Filtres tambour

Un racleur assure l'vacuation du gteau encontinu vers une bande transporteuse.

Certains tambours supportent directement le

mdia filtrant. D'autres sont quips d'une toile

filtrante avec renvois par rouleaux pour la tensionet systme de lavage. D'autres enfin sont des

filtres pr-couche.

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Filtres tambour

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Filtres tambour

On distingue sur cette photo

3 filtres tambour de 50 m2chacun disposs en

ligne

le distributeur - collecteur du filtre au premier plan

la dcharge du gteau en continu par couteau

racleur

le transport des solides issus des 3 filtres par unseul transporteur bande sans fin

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Filtres tambour

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Filtres tambour

On distingue sur cette photo 3 filtres tambour quips de hottes

aspirantes pour reprises des vapeurs

Des rampes de lavage du gteau (lignes bleues)

L'auge de rcupration des solides, gauche,

avec le moteur de ce qui est probablement une

vis sans fin

Filtre tambour dcharge par

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toile sortante


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toile sortante

On distingue sur cette photo: 8.3 au premier plan le collecteur - distributeur de

filtrat,

les lignes de soutirage des 16 secteurs

les rouleaux de renvoi et de tension de la toile

filtrante

le racleur du gteau situ gauche

le systme de lavage de la toile avec l'auge dercupration

le piquage d'alimentation de la suspension


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toile sortante


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toile sortante


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toile sortante

On distingue sur cette photo

la pompe de reprise et le bac de filtrat

le ballon tampon avec la ligne suprieure

d'aspiration de la pompe vide

la pompe vide, situe derrire en bleu

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Filtre prcouche

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Filtre prcouche

La clarification des suspensions faible teneuren solides ainsi que la sparation de fines

particules de structure amorphe exigent

l'utilisation du filtre prcouche. Contrairement

ce qui se passe dans la filtration sur les autresfiltres tambour, il ne se forme pas de gteau

paisseur dchargeable et le mdium filtrant ne

retient pas les solides ni ne subit de colmatage.

Ce type de filtre est donc recommand pour lesfiltrations dites de polissage .

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Filtre prcouche

Ce sont des filtres sous pression. Ils sont trsemploys lorsque la filtrabilit du gteau n'est pas

bonne, et qu'il faut une grande DP pour obtenir

un dbit de filtration satisfaisant.

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Filtre presse

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Filtre presse

Il sont constitus par des lments verticauxalterns (plateau - cadre), l'ensemble tant

maintenu par des rails et serr entre deux

plaques

Noter sur cette photo

les tubulures d'admission et de sortie non

connectes

le manomtre sur l'entre

la cuvette de rtention

le matriaux de construction (usine alimentaire)

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Filtre presse

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Filtre presse

Une des plaques est fixe et reoit les tubuluresd'admission de la suspension et de soutirage du

filtrat.

La plaque fixe prsente ici uniquement la tubulure

d'alimentation Le filtrat est vacu dans une goulotte latrale

avec une sortie pour chaque plateau

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Filtre presse

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Filtre presse

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Filtre presse automatique

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Filtres cadres

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Filtres cadres

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filtres manches

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Filtres manches

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Filtres de tuyauterie

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