Comprendre les différents types de filtration des procédés

De la filtration de vos pâtes à la préparation de votre café, la filtration est partout dans notre vie quotidienne.
Mais saviez-vous que de nombreux produits du quotidien subissent également plusieurs étapes de filtration pendant leur production ?
Dans cet article, vous découvrirez les types fondamentaux de techniques de filtration, leur fonctionnement et leur utilisation dans la filtration des procédés.

La filtration de procédés est utilisée pour éliminer les particules, les contaminants ou d’autres substances indésirables des liquides ou des gaz dans le cadre du processus de production. Il aide à séparer les solides des liquides ou les vapeurs des flux de gaz et garantit que le produit final répond aux normes de qualité et de sécurité. Cette étape est essentielle dans des secteurs tels que l’agroalimentaire, les produits pharmaceutiques, les cosmétiques, l’alimentation animale, la chimie et la microélectronique. Dans ces secteurs, la filtration aide à maintenir l’homogénéité, à répondre aux exigences réglementaires et à prolonger la durée de conservation des produits.

Nous pouvons distinguer quatre méthodes de filtration fondamentales, généralement définies par la manière dont les particules sont retenues et la nature du média filtrant.

Lorsqu’un grand nombre de particules sont piégées par le média filtrant, elles forment un lit de particules. Une fois ce gâteau filtrant créé, il devient le média filtrant primaire et est crucial pour obtenir une filtration efficace. Des agents filtrants courants tels que la terre diatomée ou le charbon actif sont ajoutés pour former ce gâteau filtrant. Dans l’industrie agroalimentaire, ce principe est généralement appliqué pour clarifier les liquides hautement colloïdaux tels que la bière, le vin et les jus. Ce type de filtration est également utilisé dans des domaines tels que le raffinage de l’huile alimentaire ou du sucre, où les solides lourds doivent être éliminés efficacement. 

La filtration en profondeur capture les particules sur toute la profondeur du média filtrant, pas seulement à la surface. Le filtre se compose généralement de matériaux fibreux, granuleux ou frittés qui sont pressés, enroulés ou autrement liés dans un labyrinthe de canaux d’écoulement. Ensemble, les fibres forment des canaux irréguliers, ce qui entraîne un chemin sinueux pour les particules. En raison de différents mécanismes de rétention, les filtres de profondeur sont capables de capturer des particules beaucoup plus petites que le diamètre du canal sur toute la profondeur de la matrice filtrante. Par exemple, un filtre de profondeur de qualité stérile pour l’air a une taille de pore moyenne de 8 µm, mais est capable de retenir des bactéries de 0,22 µm avec une efficacité de qualité stérile.

Les filtres de profondeur sont largement utilisés dans la filtration des procédés, par exemple pour éliminer les couleurs, récupérer les catalyseurs ou séparer les particules non dissoutes. De plus, grâce à leur grande capacité de rétention des impuretés, ils sont souvent utilisés comme étapes de préfiltration pour protéger les filtres à membrane plus fins dans les applications stériles ou l’osmose inverse. Ce type de filtration est également utilisé dans les applications pharmaceutiques ou les procédés enzymatiques où les solides sont élevés et où la clarté finale est importante.

Le tamisage est le type de filtration le plus reconnaissable qui utilise un effet de tamisage, également appelé exclusion de taille. Les particules plus grandes que les ouvertures dans le treillis filtrant seront capturées à la surface, tandis que les particules plus petites les traversent. C’est pourquoi elle est également appelée filtration de surface. Au quotidien, nous passons les pâtes à l’aide d’une passoire pour égoutter l’eau. Dans la filtration de procédé, les filtres à membrane à petits pores en sont un bon exemple, car ils peuvent retenir les bactéries à la surface. Ils sont souvent appliqués comme étape de filtration finale pour rendre le liquide stérile. Cela le rend particulièrement utile dans les industries telles que les cosmétiques, l’embouteillage de l’eau et les produits pharmaceutiques où la clarté et la sécurité microbiologique sont essentielles.

Dans la filtration tangentielle, le fluide ne s’écoule pas à travers le média filtrant (« filtration frontale »), mais le long de la surface du média filtrant (« filtration tangentielle »). L’osmose inverse est un exemple courant de filtration croisée. Seules les molécules d’eau traversent la membrane, ce qui bloque et élimine efficacement d’autres particules telles que les sels, les produits chimiques et les micro-organismes.
L’effluent est de l’eau purifiée. La filtration tangentielle est largement utilisée dans l’ultrafiltration laitière (par exemple, la séparation des protéines de lactosérum), les applications biopharmaceutiques et les processus de purification de l’eau à haut volume où un fonctionnement continu et un colmatage minimal sont essentiels.

• La filtration en couche est souvent utilisée dans la vinification, la clarification des jus et d’autres tâches impliquant une teneur élevée en solides.
  
  
• La filtration en profondeur prend en charge des étapes telles que la préfiltration, l’élimination des pigments ou la récupération du catalyseur.
  
  
• La filtration de surface joue un rôle clé dans le traitement de l’eau en bouteille, des cosmétiques et des médicaments stériles.
  
  
• La filtration tangentielle convient aux biotechnologies, à la production laitière et au traitement de l’eau, où un flux constant est important.

Chaque méthodeprésente un avantage différent, qu’il s’agisse d’éliminer les particules, de clarifier les liquides ou de créer des fluides stériles. Savoir comment ils fonctionnent permet d’associer la bonne solution au bon processus.

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Voici quelques questions courantes que nous entendons sur les méthodes de filtration, utiles si vous comparez des options ou affinez votre processus.
 

• Quelle est la différence entre la filtration en surface et la filtration en profondeur ?
  Dans la filtration de surface, les contaminants sont retenus à la surface du filtre, comme des membranes. Avec filtration en profondeur,
  les particules sont collectées sur toute la profondeur du filtre, par exemple dans des filtres en polypropylène soufflés à la fusion.
  
  
  
• Quelle est la différence entre la filtration frontale et la filtration tangentielle ?
  Dans la filtration frontale (également appelée filtration directe ou filtration à bout fermé), le fluide traverse le média filtrant,
  tandis que pour la filtration à flux croisés (également appelée filtration tangentielle), le fluide circule le long du filtre. Cette dernière est généralement appliquée pour des médias filtrants très denses tels que ceux en osmose inverse.
  
  
• Quelle est la différence entre un filtre nominal et un filtre absolu ?
  Un filtre absolu est capable d’éliminer toutes les particules au-delà d’une taille spécifiée (taux de rétention typique : 99,98 %).
  Un filtre nominal est capable d’éliminer un certain nombre de particules, mais pas toutes les particules (taux de rétention typique : 98 %).
  La taille absolue ou nominale est toujours spécifiée pour une certaine taille de contamination. En d’autres termes, un élément filtrant ayant une efficacité de filtration nominale absolue à 5 µm peut être nominal à 1 µm.