• Document: Opération Unitaire : LA FILTRATION FRONTALE. Gaëtane COLLARD
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Opération Unitaire : LA FILTRATION FRONTALE Gaëtane COLLARD Nicolas MADET Licence IUP SIAL Thomas TEISSIER Année universitaire 2003/2004 Introduction : Dans l'industrie agroalimentaire, la filtration frontale est une technique largement utilisée pour traiter des produits liquides chargés de particules. Ainsi, au cours du processus de fabrication, la bière, après une première étape de fermentation, est gardée en tank pour une période de trois semaines durant laquelle elle subit une fermentation secondaire et une maturation. Ce procédé définit ce qu'on appelle "bière de garde". La bière est ensuite filtrée, pour éliminer les levures ainsi que les particules colloïdales en suspension, responsables de son apparence trouble. Le procédé classique utilise un filtre à base de kieselguhr, poudre composée de micro-organismes fossilisés. Objectifs : L'objectif de ce TP est de vérifier des lois simples de la filtration sur support, à débit constant puis à pression constante et de dimensionner l'installation du pilote après des essais préalables en laboratoire. Finalement, une opération de filtration pour vérifier la précision du calcul prévisionnel. Matériel et méthodes : Comme il est dit dans le paragraphe précédent, des essais en laboratoire sur filtre Büchner sont réalisés afin d'optimiser l'installation du filtre à plaques COFRAM-SEITZ. Deux types de plaques filtrantes (K250 et K1000) sont utilisés pour les essais. Les caractéristiques des plaques filtrantes diffèrent par la taille des pores. La T1000 possède des pores plus petits que la K250 d'où une rétention de plus petites molécules. La filtration est réalisée sur une suspension de Kieselguhr (adjuvant de filtration) pour une concentration de 10g/L et à pression constante. En effet, le principe de la filtration est le maintient d'une différence de pression entre l'amont du filtre et l'aval de ce dernier. Les particules en suspension sont arrêtées par la plaque filtrante selon la taille définie des pores. Elles créent au fur et à mesure du passage du produit à traiter un gâteau qui crée la filtration en complément de la plaque. Un produit plus ou moins clair, selon la porosité du filtre, est récupéré à la sortie de ce dernier. Essais en laboratoire: Les essais en laboratoire ont pour but de déterminer la résistance spécifique du gâteau et de connaître quel type de plaque filtrante offre la meilleure filtration sans colmatage et le plus rapidement. On filtre donc sous vide 3 Litres de préparation de Kieselguhr à 10 g/L pour chaque essai à pression constante avec un ∆P de 0,95 bar. Dans un premier temps, on utilisera la plaque filtrante K250 supportée par un fritté de résistance négligeable dans un Büchner. On mesure le temps qu'il faut pour obtenir 900 mL de filtrat en prenant une mesure tous les 100 mL récupérés. (fig. 1) La même opération est réalisée avec un disque de plaque filtrante K1000. Les courbes (t/V) = f(v) sont tracées pour chaque plaque. Figure 1: Schéma de l'installation de filtration du laboratoire. Moteur malaxeur Suspension de Kieselguhr à 10g/L Gâteau de filtration Filtre Büchner Pompe à vide Eprouvette La résistance spécifique RS est donnée par l'ordonnée à l'origine de la courbe selon l'équation : t = η.c.r.V + ∆ηRS V 2S²∆P S∆P Grâce aux essais réalisés en laboratoire, on peut en déduire le nombre de plaques pour que la perte de charge ∆P dans le filtre atteigne 1 bar au bout de 10 min. On suppose le gâteau comme étant incompressible et la résistance du support négligeable. Une suspension aqueuse de kieselguhr à 2g/L est filtrée dans un premier temps à débit constant (∆P augmentant) puis à ∆P constant (1 bar et à débit décroissant). Le type de plaques utilisé est celui de référence T1000 donc, pour établir combien de plaques doivent être utilisées, l’équation générale ci-dessous permet de déduire la surface totale de filtration : ηCrQ ² ηRsQ ∆P = t+ S² S ηRsQ Avec négligeable, puisque la résistance RS est supposée très inférieure à r, la S surface totale de filtration peut être calculée : ηCrQ ² ηCrQ ²t On a ∆P = t alors S =

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