Faire du thé en est l’exemple le plus typique. Un filtre ou un tamis est utilisé pour séparer les feuilles de thé de l’eau lors de la préparation du thé. Seule l’eau s’écoulera par les trous du tamis. Le filtrat est le liquide recueilli après filtration ; dans cet exemple, l’eau est le filtrat. Le papier, le tissu, le coton, l’amiante, le laitier ou la laine de verre, la terre cuite non émaillée, le sable ou tout autre matériau poreux peuvent être utilisés comme filtre. La filtration est utilisée dans le traitement de l’eau et des eaux usées.
Table des matières
Qu’est-ce que la filtration ?
Filtration est une technique de séparation qui utilise un milieu poreux qui retient la substance solide mais permet au fluide de la traverser. C’est le processus d’élimination des substances insolubles de la solution.
Ce processus est réalisé à l’aide d’un média filtrant, par exemple du papier filtre. Les pores du média filtrant utilisé sont moindres par rapport à la taille des particules à extraire. Ce procédé peut généralement être utilisé pour la séparation de tout mélange hétérogène.
Principe de filtration : Le procédé de filtration repose sur le principe de différence de taille entre les particules. Il choisit un solvant de telle sorte qu’une substance se dissolve dans le solvant et pas l’autre. Par conséquent, ce dernier est collecté en tant que résidu sur le média filtrant choisi.
Processus de filtration
- Un solide insoluble est dispersé dans le liquide pour former une solution.
- Un cône de papier filtre est fixé dans un entonnoir à l’aide de la tige de verre.
- Les pores du papier filtre sont plus petits que les particules du solide insoluble. Par conséquent, le solide est extrait sous forme de résidu dans le papier filtre.
- Le papier filtre est ensuite placé sur un treillis pour fournir un support.
- La gravité agit sur le milieu liquide.
- La suspension est obtenue sur le média filtrant. Le fluide traverse le média filtrant et s’accumule en tant que solvant au fond du bécher en raison de la différence de pression créée.
Facteurs affectant la filtration
- Propriétés du solide utilisé :
- Forme et taille des particules
- Charge de particules
- Distribution granulométrique
- Propriété de la particule d’adhérer ensemble
- Densité
- Rigidité sur l’application de la pression
- Propriétés du liquide utilisé :
- La densité du liquide utilisé
- Viscosité- Une augmentation de la viscosité du filtrat augmentera la résistance à l’écoulement dans le fluide conduisant à une diminution du taux de filtration.
- Température de suspension
- Propriétés des solides dans le lisier : Le taux de formation du gâteau de filtration pendant les étapes initiales de la filtration.
- La surface du média filtrant : Le taux de filtration est inversement proportionnel à la surface spécifique du lit filtrant. Cependant, il offre une proportionnalité directe au média filtrant. Par conséquent, l’utilisation d’un grand filtre augmenterait le taux de filtration. Il peut également être augmenté en connectant un certain nombre de petites unités en parallèle.
- La pression du média filtrant : Le taux d’évaporation est directement proportionnel à la pression du gâteau de filtration et du milieu. Une différence de pression peut être obtenue en maintenant l’avance du lisier au-dessus du média filtrant.
Types de filtration
La filtration peut être globalement classée en deux catégories distinctes :
- Filtration de surface ou à tamis
- C’est une action d’écran par laquelle les trous du milieu perturbent le mouvement des solides.
- Ce type de filtration fait appel à la technique du tamisage. Il s’agit d’une technique où les particules plus grosses que la taille des pores du média filtrant seront retenues sur le média filtrant. Cela se fait par l’utilisation de plaques avec des pores ou des tamis tissés.
- L’efficacité de cette approche est définie par rapport à la taille moyenne ou maximale des pores.
- Habituellement, la résistance mécanique du média filtrant est moindre.
- Une faible capacité est généralement observée.
- La taille des particules retenues est considérée comme supérieure à la taille moyenne des pores.
- L’équipement est généralement cher.
- Par exemple, filtre à membrane en cellulose.
- Filtration en profondeur
- Il s’agit d’un processus de pénétration où la boue pénètre profondément dans un point où le diamètre des particules solides est supérieur à celui du vide ou du canal tortueux.
- Ce type de filtration fait appel à la technique de l’enchevêtrement. Il s’agit d’une technique où les particules s’emmêlent sous la forme d’une masse de fibres dans le cas où le média filtrant est un tissu ou un feutre poreux.
- La taille des particules est considérée comme inférieure à la taille des pores.
- Habituellement, la résistance mécanique du média filtrant est élevée.
- Une capacité élevée est généralement observée.
- L’équipement est généralement bon marché.
- par exemple des filtres en céramique.
Applications de la séparation par filtration
Certaines applications de la méthode de séparation par filtration sont :
- Préparation du café et du thé : Le café chaud est obtenu sous forme de filtrat tandis que les grains de café restent sous forme de résidus sur le dessus du filtre.
- Un mélange de poudre de craie et d’eau peut être séparé par cette technique.
- Les aspirateurs sont équipés de filtres afin d’absorber les particules de poussière.
- Filtration de particules de sable à partir d’eau ou de poudre de craie.
- Effluents et traitement des eaux usées : La filtration est une technique utile pour simuler le processus de traitement de l’eau, cependant, le processus est coûteux et lourd.
- Utilisé par les fours pour simuler la prévention des éléments de four contre l’encrassement par des particules.
- Les filtres à air sont utilisés pour éliminer les particules en suspension dans l’air dans les systèmes de ventilation des bâtiments et les moteurs à combustion.
- Le traitement des eaux usées potables est réalisé par filtration sur biofilm dans des filtres à sable lents.
- Production de dosage liquide
- Filtration du sang dans les reins
Exemples de problèmes
Problème 1 : Comment surmonter le problème d’une diminution du taux d’évaporation due à l’augmentation de la viscosité ?
Solution :
Le problème d’une diminution de la vitesse d’évaporation due à l’augmentation de la viscosité peut être résolu par les méthodes suivantes :
1. Chauffer le liquide pour augmenter sa température.
2. La dilution peut être simulée afin d’augmenter le taux d’évaporation.
Problème 2 : Qu’entendez-vous par gâteau de filtration ?
Solution:
Un gâteau de filtration est formé par les particules ou les substances qui sont retenues sur un filtre pendant le processus de filtration. Le gâteau de filtration comprend généralement des adjuvants de filtration, tels que du charbon actif afin d’augmenter le débit ou d’obtenir une filtration plus petite au micron. Le gâteau de filtration s’épaissit plus que la matière particulaire au fur et à mesure que le processus de filtration progresse.
Problème 3 : Définir lisier?
Solution:
Le lisier est essentiellement un mélange fluide liquide-solide avec une valeur de densité supérieure à 1. Le lisier est amené à traverser chacune des chambres de filtration, sous pression délivrée par une pompe à lisier.
Problème 4 : Expliquez brièvement les types de médias filtrants.
Solution:
Les deux principaux types de média filtrant sont :
- Barrières minces, illustrées par un tissu filtrant ou un papier filtre ;
- Barrières épaisses, par exemple, des lits de sable ou du métal poreux.
Problème 5 : Comment la filtration est-elle utilisée dans la préparation du thé ?
Solution :
Un tamis ou un filtre à mailles est utilisé comme papier filtre afin de séparer les feuilles de thé de l’eau. En conséquence, les feuilles de thé restent sous forme de résidus sur le tamis tandis que l’eau au goût de feuilles de thé sort sous forme de filtrat.
Problème 6 : Nous avons un mélange de sable, de sel, et de l’eau. Comment allez-vous le séparer ?
Solution :
Le sel se dissout dans l’eau et forme une solution. Il peut être séparé de la solution par évaporation. Maintenant, le mélange de sable et d’eau reste. Le sable se dépose au fond et reste non dissous sous forme de résidu. Il peut être séparé en faisant passer le mélange à travers un papier filtre, ce qui entraîne la collecte de sable sous forme de résidu et d’eau sous forme de filtrat.
Problème 7 : Quelles sont les exigences de base pour le processus de filtration ?
Solution :
Les exigences de base pour la filtration sont les suivantes :
- Média filtrant;
- Fluide avec matières en suspension
- Différence de pression pour faire s’écouler le fluide ;
- Filtre qui contient le média filtrant, contient le fluide.
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