UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA

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1 UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA ESTÁGIO CURRICULAR OBRIGATÓRIO: ANDRITZ SEPARATION INDÚSTRIA E COMÉRCIO DE EQUIPAMENTOS DE FILTRAÇÃO LTDA. CAROLINI MACHADO REBELO BLUMENAU 2010

2 CAROLINI MACHADO REBELO ESTÁGIO CURRICULAR OBRIGATÓRIO: ANDRITZ SEPARATION INDÚSTRIA E COMERCIO DE EQUIPAMENTOS DE FILTRAÇÃO LTDA Relatório de estagio curricular obrigatório apresentado à disciplina Estágio Supervisionado do curso de Engenharia Química da Universidade Regional de Blumenau. Orientador: Rodrigo Koerich Decker, Dr. Supervisor: Idemilson Fritzke, Eng. Coordenador: Griseldes Fredel Boos, Dra. BLUMENAU 2010

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4 4 AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus por ter me dado saúde e coragem para alcançar meu objetivo. Aos meus pais, Élio e Eva pela força, carinho, compreensão e pelo todo o esforço para que eu conseguisse fazer uma faculdade. A minha irmã Catherini pelo carinho e compreensão na minha ausência em muitos momentos especiais em sua vida. Ao meu namorado Paulo César por todo o carinho, amor e compreensão pelos dias que não pude estar presente. A toda equipe da Andritz Separation Indústria e Comércio de Equipamentos de Filtração Ltda, em especial ao sr. Maurício Heinzle, co-diretor da empresa, sr. Idemilson Fritzke, gerente de vendas e aplicações e ao Jefferson, laboratorista, pela paciência, compreensão e pela confiança em meu trabalho. A todos os meus professores de faculdade, em especial a professora Griseldes, coordenadora do estágio e ao professor Rodrigo, orientador de estágio, pela atenção e pelo conhecimento adquirido. A dona Cilene, pessoa que me alugou um quarto em Pomerode, onde eu pude ficar para a realização desse estágio.

5 LISTA DE ILUSTRAÇOES Figura 1 Andritz Separation Indústria Comércio de Equipamentos de Filtração Ltda Pomerode/sc Figura 2 Linha de produtos Andritz Figura 3 Decantador Figura 4 - Flotador Figura 5 Centrífuga decanter Andritz Figura 6 Filtro prensa Figura 7 Diagrama de fluxo filtro prensa Figura 8 Filtro prensa tipo câmara Andritz Figura 9 Filtro prensa tipo diafragma Andritz Figura 10 Dispositivo monoface Figura 11 Teste planta piloto, filtro prensa Figura 12 Água de lavador de gases Figura 13 Argila e sílica Figura 14 Efluente de indústria de pigmentos orgânicos Figura 15 Efluente de tinta a base de água Figura 16 ETA e ETE Figura 17 Lama bentonita Figura 18 Lodo de cromagem Figura 19 Lodo de ferro Figura 20 Sulfato de cálcio Figura 21 Suspensão de sílica Figura 22 Testemunho de sondagem Figura 23 Centrífuga instalada, start up Figura 24 Torta centrífuga... 32

6 6 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO APRESENTAÇÃO DA EMPRESA OPERAÇÕES UNITÁRIAS DE SEPARAÇÃO SEPARAÇÕES SÓLIDO-LÍQUIDO Decantação Flotação Centrífugas FILTRAÇÃO FILTRO PRENSA Filtro prensa tipo câmara Filtro prensa tipo diafragma Filtro prensa tipo placa e quadro FILTRO CONTÍNUO ROTATIVO FILTRO TAMBOR ROTATIVO FILTRO DE DISCO ROTATIVO FILTROS CONTÍNUOS HORIZONTAIS ATIVIDADES DESENVOLVIDAS CENTRO DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO DE APLICAÇÕES LABORATÓRIO START-UP EM CENTRÍFUGAS CONCLUSÃO REFERÊNCIAS... 34

7 1 INTRODUÇÃO As operações unitárias de separação estão presentes nos mais diversos ramos da indústria química. Sejam eles como parte integrante de um processo industrial, com o objetivo de alcançar a produção de um produto pré-definido, ou como alternativa para os tratamentos de água e efluentes, visando atender às questões ambientais tão presentes na legislação em vigor. O presente estágio foi realizado na empresa Andritz Separation Indústria e Comércio de Equipamentos de Filtração Ltda, em Pomerode/SC, no período de 13 de outubro de 2009 à 19 de fevereiro de O objetivo do mesmo foi aplicar os conhecimentos adquiridos durante a graduação em situações práticas vivenciadas pelas indústrias químicas. Uma das atividades desenvolvidas foi o acompanhamento durante a visita de start-up em uma centrífuga. 1.1 APRESENTAÇÃO DA EMPRESA A Andritz foi fundada em 1852, na cidade de Graz na Áustria, pelo húngaro Josef Körösi, para a fabricação e fundição de componentes para máquinas. Desde a fundação, o foco da empresa esteve voltado ao desenvolvimento e produção de bens de capital e plantas industriais completas para vários tipos de produtos standardizados ou específicos de alta tecnologia. No ano de 1999 tornou-se uma S.A. Atualmente o grupo possui cinco áreas de negócios e respectiva participação no faturamento de 2008: - Papel de celulose (Pulp & paper): 37%; - Energia hidráulica (Hydro): 33%; - Siderurgia (Metal): 16%; - Processos e meio ambiente (Environment & Process): 10%; - Alimentação animal e biocombustível (Feed & Biofuel): 4%.

8 8 Na área de negócios de meio ambiente e processos, o grupo Andritz adquiriu em 2004 todas as atividades mundiais da Unidade de Negócios Filtração do grupo Netzsch. Sendo assim, a empresa Andritz Separation Indústria e Comércio de Equipamentos de Filtração Ltda, inaugurada em 09 de novembro de 2005, surgiu como sucessora das atividades da Unidade de Negócios Filtração da Netzsch do Brasil, a qual atuava no mercado sul-americano desde Com uma área construída de 6.900m², a Anditz Separation Indústria e Comércio de Equipamentos de Filtração Ltda, (figura 1), localizada em Pomerode/SC, possui também, filiais de vendas nas cidades de São Paulo/SP e Belo Horizonte/MG e contou, em 2009, com a colaboração direta de 95 funcionários. Figura 1 Andritz Separation Indústria e Comércio de Equipamentos de Filtração Ltda Pomerode/SC Nos últimos cinco anos, a unidade de negócios em processos e meios ambiente, através de aquisições complementares e pesquisas avançadas, firmou-se como líder global em tecnologias de separação sólido-líquido e está presente nos mais variados ramos de processos industriais e efluentes com uma variada linha de produtos para o desaguamento mecânico, com destaque para: filtro prensa, desaguadora cotínua (contipress), centrífugas decanter, prensas desaguadoras, decantadores mecânicos, peneiras estáticas e dinâmicas e filtro de disco à vácuo ou hiperbárico, conforme figura 2.

9 Figura 2 Linha de produtos Andritz 9

10 2 OPERAÇÕES UNITÁRIAS DE SEPARAÇÃO Os diversos ramos da industria química utilizam a separação de materiais, seja como parte integrante do processo industrial, com o objetivo de alcançar a produção de um produto pré-estabelecido ou como alternativa para os tratamentos de águas e efluentes, visando atender às questões ambientais tão presentes na legislação em vigor. Há uma grande variedade de técnicas utilizadas para a separação em conseqüência do grande número de aplicações. Uma separação satisfatória depende primordialmente da escolha do método mais apropriado das características do produto. Com certeza é o maior grupo de operações unitárias aplicadas nas indústrias químicas. Este grupo inclui: processos físicos em que se permite a separação de duas fases (sólidolíquido e líquido-líquido), como filtração, decantação e centrifugação; processos em que ocorrem transferências de massa de uma fase para outra, pela afinidade do material para segunda fase, como a absorção (do gás para o líquido), a extração (de líquido para outro líquido), a adsorção (de uma mistura gasosa ou líquida para um sólido), a secagem etc.; processos em que ocorrem as tranferências de material de uma fase para outra pela influência de troca de calor, como a evaporação, a destilação, a cristalização,etc. Três são os critérios básicos de classificação das separações mecânicas: tipo de sistema, propriedade utilizada na separação e mecanismo. (GOMIDE, 1980) As classificações baseadas em qualquer destes critérios isolados são insatisfatórias. Uma vez que a natureza das fases a separar é a melhor orientação para selecionar o método de separação apropriado, o tipo de sistema é utilizado como base de classificação e os outros dois como critérios para definir sub-classes. São considerados quatro tipos de sistemas construídos respectivamente de: sólidos, sólidos e líquidos, sólidos ou líquidos e gases, e líquidos imiscíveis. (GOMIDE, 1980) As propriedades utilizadas como critério secundário para definir os métodos de separação são quatro: tamanho, densidade, inércia e propriedades eletromagnéticas. (GOMIDE, 1980) Segundo o mecanismo, que deve ser entendido como o maior ou menor importância do movimento relativo das fases na separação, os métodos são de dois tipos: dinâmicos e

11 11 estáticos. (GOMIDE, 1980) Um método é dinâmico quando a separação depende diretamente do movimento relativo das fases no seio de um fluido que já existe no sistema ou que é introduzido intencionalmente para promover a separação. A maior ou menor rapidez na movimentação relativa das fases constitui a base da separação. São exemplos a decantação diferencial, a classificação de sólidos em caixas de poeira e as operações de separação hidráulica. Nos métodos estáticos, exemplificados pelo peneiramento e a filtração, uma das fases é retida numa peneira ou tecido através dos quais as outras conseguem passar. (GOMIDE, 1980) 2.1 SEPARAÇÕES SÓLIDO-LÍQUIDO Muitos produtos industriais são suspensões de sólidos em líquidos, sendo necessário separar as fases para isolar o produto, seja ele o sólido ou o líquido. Os métodos de separação empregados são classificados de acordo com dois critérios. O primeiro critério refere-se ao movimento relativo das fases, distinguindo-se operações nas quais o sólido se move através do líquido em repouso e operações nas quais o líquido se move através da fase sólida estacionária. Do primeiro tipo são as operações de decantação, que podem ser sub-divididas de acordo com a concentração da suspensão ou com o fim visando: clarificação, que envolve suspensões diluídas e cujo objetivo é obter a fase líquida com um mínimo de sólidos; e espessamento, que visa obter sólidos com um mínimo de líquido, partindo de suspensões concentradas. As operações do segundo tipo são exemplificadas pela filtração. (GOMIDE, 1980) O segundo critério refere-se a força propulsora. As operações serão gravitacionais, centrífugas, por diferença de pressão ou eletromegnéticas. (GOMIDE, 1980) A combinação destes critérios conduz à seguinte divisão: Separação por decantação: clarificação, espessamento e lavagem; Decantação invertida (flotação); Separações centrífugas; Filtração.

12 Decantação Muito embora um sólido possa decantar sob a ação de uma força centrífuga, a decantação deve ser entendida como o movimento de partículas no seio de uma fase fluida, provocado pela ação da gravidade. Entende-se geralmente que as partículas são mais densas do que o fluido, apesar de haver decantação de sólidos ou líquidos em gases. (GOMIDE, 1980) A decantação pode visar a clarificação do líquido, o espessamento da suspensão ou a lavagem dos sólidos. No primeiro caso parte-se de uma suspensão com baixa concentração de sólidos para obter um líquido com um mínimo de sólidos. Obtém-se também uma suspensão mais concentrada do que a inicial, mas o fim visado é clarificar o líquido. No segundo caso parte-se de uma suspensão concentrada para obter os sólidos com a quantidade mínima possível de líquido. Algumas vezes, como no tratamento de minérios de zinco, chumbo e fosfatos, procura-se atingir os dois objetivos simultaneamente: obter uma lama com pouca água e ao mesmo tempo um concentrado com um mínimo de lama. Sendo assim, um mesmo decantador pode funcionar como clarificador ou espessador. (GOMIDE, 1980) A terceira finalidade é a passagem da fase sólida de um líquido para outro, para lavá-la sem recorrer à filtração, que é uma operação mais dispendiosa. Neste caso a decantação pode ser realizada em colunas na quais a suspensão alimentada pelo topo é tratada com um líquido de lavagem introduzido pela base. A decantação das partículas sólidas realiza-se em suspensão de concentração praticamente constante. Infelizmente estas oprerações são muito instáveis, pois as diferenças locais de concentração provocam escoamentos preferenciais intensos. O recurso é utilizar decantadores em série operando em contra-corrente. O exemplo típico é a lavagem da lama de carbonato na indústria de celulose pelo processo sulfato. (GOMIDE, 1980) Figura 3 Decantador

13 Flotação A flotação no tratamento de efluentes e água separa líquidos de sólidos com nuvens de microbolhas de ar que arrastam as impurezas em suspensão para a superfície. (NATURALTEC, 2010) Para aplicações industriais existem dois tipos básicos de flotação: flotação por ar dissolvido, com microbolhas da ordem de micra; e a flotação por ar disperso, com bolhas maiores, para arraste de partículs de maior facilidade de remoção. A eficiência da flotação ou flotador depende da relação ar/sólidos e tamanho da bolha. Quanto maior a quantidade de ar e menor o tamanho da bolha, mais eficiente o flotador. As bolhas produzidas no flotador tem efeito sobre a agregação das partículas e uma boa dispersão ar/sólidos para a colisão e agregação de partículas com as microbolhas é indispensável. (NATURALTEC, 2010) O flotador (figura 4) funciona por redução de densidade das impurezas fazendo-as flutuar. As microbolhas produzidas na câmara de flotação se prendem às partículas sólidas e óleos formando aglomerados carregados para a superfície. A espuma produzida na superfície é então retirada. A flotação/flotador funciona para partículas com densidade semelhante ou pouco acima da água e óleos/graxas. A flotação permite o controle e remoção de gases e odores da água; o oxigênio/ar fornecido ao líquido em flotação leva a oxigenação à saturação. Com a oxigenação tem-se um controle dos agentes de produção de odores (microorganismos) e do gases dissolvidos no efluente. (NATURALTEC, 2010) Figura 4 Flotador (Naturaltec, 2010)

14 Centrífugas A característica fundamental destas separações é a substituição da força da gravidade que atua sobre as partículas por uma força centrífuga de maior intensidade e que pode ser aumentada à nossa conveniência aumentando-se a rotação. Tudo se passa como se o peso das partículas fosse multiplicado por um fator maior do que um, de modo que a decantação das partículas no seio do líquido poderá ser tão rápida quanto for desejada. (GOMIDE, 1980) Separações centrífugas são utilizadas para realizar a decantação de sólidos (clarificação ou espessamento) e para filtração. Empregam-se também normalmente na separação de líquidos imiscíveis, para separar partículas sólidas ou gotículas em suspensão nos gases, para a separação de gases finamente dispersos em líquidos e ainda para a clarificação hidráulica de misturas de sólidos. (GOMIDE, 1980) Exemplo de aplicação na indústria química: clarificação de óleos lubrificantes, tanto para fazer a recuperação como durante o seu preparo; espessamento de suspensões de amido; filtração de cristais de açúcar ou de sal comum. (GOMIDE, 1980) As operações podem ser descontínuas, semi contínuas ou contínuas. No primeiro caso a carga e a descarga são feitas com a centrífuga parada. Nas operações semi contínuas a operação ainda é realizada em batelada, porém não se interrompe a operação para carregar e descarregar. Isto acarreta economia no consumo de energia porque um dos grandes consumos é o necessário para levar a máquina até a rotação de regime. O terceiro tipo de operação é inteiramente contínuo, sendo a alimentação e a descarga realizadas em regime permanente. (GOMIDE, 1980) As principais separações centrífugas são realizadas com dois tipos de máquinas: centrífugas decantadoras (figura 5) e centrífugas filtrantes. (GOMIDE, 1980) As centrífugas decantadoras servem para clarificar ou espessar suspensões. Um tambor horizontal, vertical ou inclinado gira em alta rotação em torno do eixo e as partículas são dirigidas para a periferia. A operação pode ser contínua ou semi contínua. Nas operações semi contínuas os sólidos acumulados na periferia devem ser retirados periodicamente por meio de facas ou raspadores. Centrífugas desse tipo prestam-se para suspensões diluídas (1 a 2% de sólidos). Um tipo bastante comum é o que permite a saída dos sólidos por bocais. Ao mesmo tempo que é feita a clarificação pode-se realizar a decantação de dois líquidos. (GOMIDE, 1980)

15 15 Figura 5 Centrífuga decanter Andritz (ANDRITZ, 2010) As centrífugas filtrantes constam de uma cesta que gira em alta velocidade em torno de um eixo vertical ou horizontal e cuja parede é feita de tela ou placa perfurada. Às vezes há uma tela por dentro e uma placa de reforço por fora. Os sólidos vão para a periferia e formam uma torta cuja espessura vai aumentando a medida que a operação prossegue. O filtrado passa através da torta e da tela, sendo recolhido num tambor fixo em cujo interior está girando a cesta. No fundo do tambor há uma válvula que levanta para dar saída ao líquido. A descarga da torta pode ser contínua ou descontínua, porém é sempre feita com uma lâmina que raspa os sólidos depositados. A rotação deve ser reduzida durante a raspagem. (GOMIDE, 1980)

16 16 3 FILTRAÇÃO Filtração consiste em separar mecanicamente as partículas sólidas de uma suspensão líquida com o auxílio de um leito poroso. Quando se força a suspensão através do leito, o sólido da suspensão fica retido sobre o meio filtrante, formando um depósito que se denomina torta e cuja espessura vai aumentando no decurso da operação. O líquido que passa através do leito é o filtrado. (GOMIDE, 1980) Em princípio a filtração compete com a decantação, a centrifugação e a prensagem. Seu campo específico é: a separação de sólidos relativamente puros de suspensões diluídas; a clarificação total de produtos líquidos encerrando pouco sólido; a eliminação total do líquido de uma lama já espessada. Em certas situações a filtração não compete com outras operações. Por exemplo, se o líquido for o produto e o sólido constituir o resíduo, como no caso do óleo existente nas tortas de algodão ou amendoim, a prensagem é o processo mais indicado. Do mesmo modo, a centrifugação compete com a filtração na clarificação de suspensões de média e elevada concentração. (GOMIDE, 1980) Frequentemente são tomadas medidas especiais para facilitar a descarga do bolo e aumentar a filtração. As medidas são: pré-cobertura e adição de um auxiliar de filtração. (UFRN, 2010) O pré revestimento das placas antes de introduzir a alimentação só é feita nos seguintes casos: (UFRN, 2010) quando os contaminantes são gelatinosos e pegajosos o pré revestimento forma uma barreira que evita a saturação do pano (entupimento). Igualmente a interface entre a pré-capa e o pano solta-se facilmente e assim o bolo descarrega deixando um pano limpo; (UFRN, 2010) quando um filtrado claro é requerido imediatamente depois do ciclo de filtração começar, caso contrário deve ser empregada a recirculação até um filtrado claro ser obtido. (UFRN, 2010) Quando a fase de pré-cobertura é completada a polpa do processo é bombeado no filtro, o bolo formado é retido nos pratos e o filtrado escoa para processos posteriores. Quando os sólidos são finos e reduzem a velocidade de filtração um corpo auxiliar é adicionado à polpa alimentada para aumentar a permeabilidade do bolo. Porém, deveria se

17 17 ter em mente que a adição de auxiliares aumenta a concentração de sólidos na alimentação e assim ocupa um vomule adicional entre os pratos e aumenta a quantidade de bolo formado. Do mesmo modo, para as aplicações onde o bolo é o produto, não podem ser usados a pré-cobertura nem auxiliares de filtração pois eles se misturam e descarregam junto com o bolo. (UFRN, 2010) Diversos são os fatores que devem ser considerados para especificar um filtro. Em primeiro lugar estão os fatores associados com a suspensão: vazão, temperatura, tipo e concentração dos sólidos, granulometria, heterogeneidade e forma das partículas. Vêm depois as características da torta: quantidade, compressibilidade, valor unitário, propriedades físico-químicas, uniformidade e estado de pureza desejado. Há os fatores associados com o filtrado: vazão, viscosidade, temperatura, pressão de vapor e grau de clarificação desejado. A seleção é feita dentre os diversos modelos existentes na praça, com todos estes fatores em mente, muito embora alguns sejam dominantes em certos casos, como a escala de operação ou a facilidade de remoção da torta, a perfeição da lavagem ou a economia de mão de obra. O tipo mais indicado para uma dada operação é aquele que, além de satisfazer aos requisitos de operação, também satisfaz quanto ao custo total de operação. (GOMIDE, 1980) 3.1 FILTRO PRENSA Os filtro prensa foram introduzidos por volta do século XIX e foram utilizados por muitos anos principalmente na separação de lamas servidas. Eles eram considerados máquinas de trabalho intensivo, consequentemente não encontraram muita aceitação nas indústrias de processo sofisticados e altamente automatizados. Isto ocorreu até meados dos anos 60 quando esta imagem mudou pela introdução de mecanismos avançados, orientados para obter bolos de baixa umidade que descarregam automaticamente e permitem a lavagem do pano ao término do ciclo de filtração. (UFRN, 2010) O filtro prensa (figura 6) consiste em uma cabeça e seguidor que contem entre si um pacote de placas retangulares verticais que são apoiadas pelo lado ou sobre vigas. A cabeça serve como um extremo fixo no qual os tubos de alimentação e filtrado são conectados e o seguidor move-se ao longo das vigas e comprime as placas juntas durante o ciclo de filtração por um mecanismo hidráulico ou mecânico. (UFRN, 2010)

18 18 Figura 6 Filtro prensa (UFRN, 2010) Cada placa é revestida com um pano filtrante (lona ou papel) em ambos os lados e, uma vez apertadas lado a lado, elas formam uma série de câmaras que dependem do número de placas. As placas geralmente tem uma porta de alimentação central que atravessa toda a extensão do filtro prensa, de forma que todas as câmaras do conjunto de placas estão interconectadas. (UFRN, 2010) Para os filtros prensa, os tecidos recomendados são os lisos, que soltam bem a torta. Por isso, as opções são os tecidos multifilamento e monofilamento. Do mesmo modo, quatro aberturas de canto conectam todas as placas e coletam os filtrados mãe e de lavagem em uma descarga fechada para saídas que são localizadas no mesmo lado que a entrada de alimentação. Alguns filtro prensa tem placas que dispõem de torneiras no seu lado mais inferior, de forma que o filtrado flui em uma descarga aberta para uma calha e serve como amostrador da condição do pano filtrante, pela claridade do filtrado que atravessa cada câmara. A desvantagem deste arranjo é que não pode ser usado com filtrados que são tóxicos, inflamáveis ou voláteis. (UFRN, 2010) Um diagrama de fluxo (figura 7) típico tem a seguinte aparência: Figura 7 Diagrama de fluxo filtro prensa (UFRN, 2010)

19 19 Atualmente os filtro prensa são equipados com características que habilitam operação completamente automática controladas por PLC. (UFRN, 2010) As principais características são: (UFRN, 2010) deslocadores móveis que separam os pratos um por um para descarga do bolo a uma taxa de 5-6 segundos por placa. Um projeto especial do mecanismo móvel assegura que duas placas adjacentes não ficam aderidas devido a bolos pegajosos; batedeira que sujeita a placa a vibrações e ajuda na descarga do bolo; regadores do pano com tubulações móveis e jatos de alto impacto para lavagem intensiva do pano. Os filtros prensa se aplicam melhor nas seguintes circunstâncias: (UFRN, 2010) quando é requerido um conteúdo muito baixo de umidade, para a secagem térmica da torta ou incineração; quandoé requerida alta claridade do filtrado, para aplicações de polimento; quando é requerida a liberação da torta auxiliada por compressão; quando o bolo é disposto como enchimento de terra, para esparramar com um trator, desde que ela seja dura o bastante para aguentar seu peso; quando grandes áreas de filtração são requeridas, num espaço limitado. Eles deveriam ser selecionados com cuidado: (UFRN, 2010) na filtração de salmouras saturadas, porque as placas esfriam durante a descarga da torta, requerendo aquecimento prévio para alimentar a polpa do processo. Para tais salmouras, filtros autoclavados como os de placas horizontais, folha vertical ou filtros de velas se adaptam melhor à medida que eles podem ser cobertos com uma camisa de vapor; quando há um risco de contaminação ambiental por bolos tóxicos, inflamáveis ou voláteis, quando as placas são abertas para descarga, ao término de cada ciclo. Novamente, os filtros autoclavados são melhor adaptados; quando uma lavagem eficiente é requerida, pois com a câmara cheia de torta, a água de lavagem pode não alcançar toda sua superfície, causando um deslocamento desigual. Porém, isto não apresenta nenhum problema quando permanece um espaçamento entre os bolos formados dentro de uma câmara, de forma que a água de lavagem é distribuída uniformemente em cima do bolo e alcança toda a superfície.

20 20 O ensaio no filtro prensa é realizado da seguinte forma: coloca-se a amostra em uma bombona de 200 litros, agita-se, coleta-se uma amostra de aproximadamente 2 litros; faz-se a análise de ph, densidade e teor de sólidos da amostra; faz-se um teste em dispositivo monoface para saber o tipo de tecido e a espessura da amostra; coloca-se as lonas nas placas; fecha-se as válvulas da unidade hidráulica; fecha-se o cilindro hidráulico através de botões do CLP (painel de comando); verifica-se a disposição das válvulas de acordo com a necessidade; ajusta-se os parâmetros pressão alimentação e frequencia através da IHM (localizada no painel elétrico); aciona-se a bomba de enchimento; faz-se o sopro de canal; faz-se lavagem, se necessário; faz-se pressurização, se necessário; faz-se secagem diagonal ou não; faz-se novamente o sopro do canal; faz-se despressurização; abre-se a unidade hidráulica; abre-se o filtro; coleta-se as tortas; faz-se análise de teor de sólidos, densidade e peso das tortas; registra-se os resultados obtidos; arquiva-se os resultados; descarta-se ou devolve-se os rejeitos. Muitos produtos contém quantias significativas de materiais que podem ser dissolvido na fase líquida. A remoção destes materiais é realizada através do processo de lavagem da torta, isto é, lavagem dos sólidos obtidos, que pode ser integrada ao processo de filtragem. Valiosos materiais poderão assim ser recuperados e também alcançar alto teor de pureza na torta. (ANDRITZ, 2010) Uma vantagem sem igual do filtro prensa é a capacidade para combinar várias fases do processo em uma unidade operacional, podendo assim alcançar uma alta performance. (ANDRITZ, 2010)

21 21 Fatores como pressurização e permeabilidade da torta; gradientes de temperatura e pressão; tem um papel no investimento de capital e custos operacionais. (ANDRITZ, 2010) O projeto e controle dos equipamentos periféricos, como sistema de alimentação, bombas de lavagem e pressurização das membranas são exigidos para otimizar custos. (ANDRITZ, 2010) Principais vantagens dos filtro prensa: (GOMIDE, 1980) construção simples, robusta e econômica; grande área filtrante por unidade de área de implantação; flexibilidade (pode-se aumentar ou diminuir o número de elementos para variar a capacidade); não tem partes móveis; os vazamentos são detectados com grande facilidade; trabalham sob pressões até 50kgf/cm²; a manutenção é muito simples e econômica: apenas substituição periódica das lonas. As desvantagens são: (GOMIDE, 1980) operação intermitente. A filtração deve ser interrompida, o mais tardar, quando os quadros estiverem cheios de torta; o custo da mão de obra de operação, montagem e desmontagem é elevado; a lavagem da torta, além de ser imperfeita, pode durar várias horas e será tanto mais demorada quanto mais densa for a torta. Suspensões de granulometria uniforme dão tortas homogêneas e portanto mais fáceis de lavar. Partículas finas tendem a produzir tortas de lavagem difícil. O uso de auxiliares de filtração melhora as condições de lavagem, mas não resolve completamente o problema Filtro prensa tipo câmara O filtro prensa tipo câmara (figura 8) funciona com o aumento da pressão com o passar do tempo em função da formação da torta, apresentando um desempenho excelente na desidratação de suspensões, obtendo assim tortas compactas e secas com baixa umidade. (ANDRITZ, 2010)

22 22 O filtro prensa tipo câmara distingue-se por sua confiabilidade e robustez em múltiplas áreas de aplicação em processos ou efluentes industriais. O pacote de placas é composto por placas tipo câmara homogêneas, com um recesso de mm para recepção das tortas. Uma placa tipo câmara é a combinação de uma placa de filtragem e dois semi-quadros, formando uma única peça. Normalmente as placas tipo câmaras são de polipropileno ou placas de material metálico, ferro fundido, aço inoxidável, alumínio, sendo conforme a necessidade da aplicação específica. (ANDRITZ, 2010) A sequencia de operação é definida pelas seguintes etapas: primeiramente a prensa é montada, começa-se então a alimentar a suspensão e pressegue-se até que as câmaras estejam cheias de torta ou quando a pressão exceder um valor pré-definido. Abre-se o filtro, retira-se a torta e monta-se novamente o conjunto. (GOMIDE, 1980) Figura 8 Filtro prensa tipo câmara Andritz (ANDRITZ, 2010) Filtro prensa tipo diafragma Durante a fase inicial do ciclo de filtração, denominada de enchimento o processo é semelhante ao filtro prensa tipo câmara. Depois de alcançar uma pressão definida, usualmente de 4 10 bar, a alimentação deste produto é parada e as membranas infladas, usando água ou ar (pressurização média), comprimido a torta facilitando assim o escoamento. Este processo é contínuo até que o fluxo do filtrado alcance o limite mínimo pré-estabelecido. Então os diafragmas são despressurizados e a torta descarregada. (ANDRITZ, 2010) As placas de filtragem tipo diafragma são constituídas conforme as placas tipo

23 23 câmara anteriormente descritas no corpo-suporte está fixada uma membrana flexível. Como o material para os diafragmas, é utilizado: polipropileno, borracha sintética ou elastômero termoplástico. Outros materiais especiais como PVDF, também estão disponíveis. O diafragma é impermeável e tem função de reduzir a espessura da torta na câmara. Como fluido para pressurização poderão ser utilizados: meios líquidos, como também gasosos (ar comprimido). (ANDRITZ, 2010) Poderão se utilizadas pressões de pressurização de até 30 bar, ou mais em casos especiais. (ANDRITZ, 2010) Figura 9 Filtro prensa tipo diafragma Andritz (ANDRITZ, 2010) Filtro prensa tipo placa e quadro Neste tipo de filtro as placas são quadradas, com faces planas e bordas levemente ressaltadas. Entre duas placas sucessivas da prensa há um quadro que nada mais é do que um espaçador das placas. De cada lado de um quadro há uma lona que encosta-se à placa correspondente. Assim sendo, as câmaras onde será formada a torta ficam delimitadas pelas lonas. A superfície das placas apresenta a mesma textura já descrita. Assim como os demais tipos de filtro prensa, a estrutura de suporte do conjunto é constituida por barras laterais que servem de suporte para as placas e os quadros e o aperto do conjunto é feito por meio de um sistema hidráulico. (GOMIDE, 1980) Num dos cantos superiores, às vezes num dos inferiores, de cada quadro há um furo circular que se comunica com a parte interna do quadro. As placas também apresentam um furo na mesma posição. Quando a prensa é montada, estes furos formam um canal de

24 24 escoamento da suspensão através do qual se alimenta a lama no interior de cada quadro. O filtrado atravessa as lona situadas ao lado dos quadros e passa para as placas, sobre cuja superfície escoa até chegar aos furos de saída. As lonas tem furos nas posições correspondentes aos canais. A saída de filtrado pode ser feita através de uma torneira existente em cada placa, ou por um canal idêntico ao de alimentação da suspensão formado pela justaposição de furos circulares que se comunicam com a saída das placas (GOMIDE, 1980) A vantagem do primeiro sistema é permitir retirar de operação as placas que estiverem produzindo filtrado turvo. Por outro lado, em certas circunstâncias a filtração tem que ser realizada a quente e, assim sendo, deve-se usar contra-pressão para evitar a vaporização do líquido. Nestas situações o canal coletor único de saída oferece vantagens. Uma outra vantagem deste segundo tipo de saída é evitar a exposição do filtrado ao ar, o que muitas vezes é um requisito de processo. O inconveniente é a necessidade de desmontar a prensa se em virtude de uma falha de montagem o filtrado sair turvo. (GOMIDE, 1980) 3.2 FILTRO CONTÍNUO ROTATIVO Como o nome indica, são de funcionamento contínuo, sendo indicados para operações que requerem filtros de grande capacidade. A saída do filtrado, a formação, a lavagem, a drenagem e a descarga da torta são realizadas automaticamente. Muito embora haja alguns tipos que funcionam sob pressão, estes filtros geralmente operam a vácuo. Os tipos existentes são: de tambor, de discos e horizontais. (ANDRITZ, 2010) 3.3 FILTRO TAMBOR ROTATIVO Consta de um tambor cilíndrico horizontal, com até 5m de diâmetro e 7m de

25 25 comprimento, que gira a baixa velocidade parcialmente submerso na suspensão a filtrar. A superfície externa do tambor é feita de tela ou metal perfurado sobre a qual é fixada a lona filtrante. O cilindro é dividido num certo número de setores, 8 a 24, por meio de partições radiais com o comprimento do tambor. Ligando estas partições há um outro cilindro interno de chapa comum. Assim, cada setor é parte de um compartimento que se comunica diretamente com um furo na sede de uma válvula. A sede da válvula gira com o tambor, mas está em contato com uma outra placa estacionária com rasgos junto a periferia. Estes rasgos comunicam-se através de tubulações presas numa terceira placa, também estacionária, com os reservatórios de filtrado, água de lavagem e, algumas vezes, de ar comprimido. (GOMIDE, 1980) A operação é automática. À medida que o tambor gira, os diversos setores vão passando sucessivamente pela suspensão enquanto um dado setor estiver submerso, o furo que lhe corresponde na sede da válvula estará passando em frente ao rasgo que comunica com o reservatório de filtrado e que é mantido em vácuo. Logo que o setor sair da suspensão e a torta estiver drenada começa a lavagem e o furo correspondente passa a ficar em comunicação com o reservatório de água de lavagem. Depois de feita quantas lavagens forem necessárias, a torta é soprada com ar comprimido e raspada por meio de uma faca. (GOMIDE, 1980) A retirada da torta nunca é total por duas razões: primeiro, para não haver o risco de rasgar a lona ou a tela do filtro e segundo, para não perder o vácuo. Em alguns modelos a torta é retirada do tambor por meio de cordas metálicas que giram com o tambor e passam por uma polia de retorno. (GOMIDE, 1980) As vantagens dos filtros rotativos são a grande capacidade produtiva e a pequena mão de obra necessária. As desvantagens estão no elevado investimento inicial, alto custo de operação e limitação da diferença de pressão ao máximo de 1atm. (GOMIDE, 1980) 3.4 FILTRO DE DISCO ROTATIVO Neste caso o tambor é substituído por discos verticais que giram parcialmente submersos na suspensão. O elemento filtrante é na realidade constituído de lâminas, mas o filtro não deixa de ter as características de um filtro conínuo rotativo. Cada setor do disco é ligado ao eixo do filtro por tubos. Os setores correspondentes dos diversos discos, isto é, os

26 26 de igual posição, chegam a um mesmo coletor geral no eixo, que vai para o furo correspondente na sede da válvula rotativa. O princípio de funcionamento é o mesmo do filtro de tambor rotativo. (GOMIDE, 1980) A vantagem dos filtros de disco rotativo é a grande área filtrante por unidade de área de implantação. As áreas são bem maiores que as do modelo convencional, variando ente 10 e 400m². (GOMIDE, 1980) 3.5 FILTROS CONTÍNUOS HORIZONTAIS Consta de certo número de células horizontais de filtração que giram presas numa estrutura circular. Cada célula passa sucessivamente pelo ponto de alimentação e pelos diversos pontos de lavagem. Os tempos de filtração e lavagem podem ser regulados à vontade. Tanto o filtrado, como as águas de lavagem são retirados por sucção pela parte inferior das células. A descarga da torta é feita por gravidade quando a célula correspondente é invertida automaticamente. Ao mesmo tempo atua um sopro de ar comprimido por trás do meio filtrante. Estes filtros prestam-se para operações de grande escala e oferecem a vantagem de facilitar a formação da torta por decantação. (GOMIDE, 1980)

27 27 4 ATIVIDADES DESENVOLVIDAS O estágio curricular obrigatório, desenvolvido no período de 13 de outubro de 2009 à 19 de fevereiro de 2010, foi caracterizado pelo desenvolvimento de atividades relacionadas a operação unitária de separação sólido-líquido através de equipamentos mecânicos tais como: filtro prensa e centrífugas. O estágio foi realizado no centro de pesquisa e desenvolvimento de aplicações (laboratório) e visita a uma empresa de beneficiamento têxtil. 4.1 CENTRO DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO DE APLICAÇÕES LABORATÓRIO Neste setor foram realizados alguns testes em planta piloto de filtro prensa, bem como, o desenvolvimento de atividades laboratoriais. Foram feitas análises para a venda de filtro e para resolver problemas como: soltura da torta, melhor lona para se filtrar determinada suspensão (no caso o cliente havia mudado de produto), tempo de decantação da suspensão, entre outros. Após o recebimento da amostra enviada pelo cliente, primeiramente, eram realizados alguns procedimentos para a caracterização da suspensão, tais como a determinação de: ph, teor de sólidos totais e densidade. Os valores de ph e teor de sólidos totais eram obtidos, respectivamente, através de phmetro e balança infra vermelho. A densidade era determinada a partir de certo volume de amostra recolhido em uma proveta, o qual tinha sua massa registrada por uma balança analítica. Em seguida, a amostra era submetida a testes em dispositivo monoface (figura 10), com a finalidade de selecionar o tecido de filtragem (lona) mais apropriada para a aplicação em questão, levando-se em consideração aspectos técnicos quantitativos e qualitativos, tais como: grau de filtrabilidade e desaguamento, formação e soltura das tortas e aparência dos filtrados.

28 28 Figura 10 Dispositivo Monoface Selecionado o tecido mais adequado para o produto a ser testado, através da análise dos testes em dispositivo monoface, seguia-se então, para os ensaios na planta piloto (figura 11), os quais tinham por objetivo o levantamento dos parâmetros fundamentais para o dimensionamento do filtro necessário para atender a vazão definida pelo cliente. Figura 11 Teste planta piloto, filtroprensa (ANDRITZ)

29 29 Estes parâmetros constavam da densidade da torta formada, teor de sólidos da torta, pressurização e tempo de ciclo, ou seja, o tempo necessário para o cumprimento das etapas envolvidas em uma batelada. Dentre a principais etapas envolvidas no processo de filtração, através de filtro prensa, estão: alimentação do filtro, filtração propriamente dita e descarga das tortas, podendo também apresentar as etapas de limpeza do canal, lavagem, se necessário, e secagem das tortas. Também era verificada a pressão para a alimentação do filtro, para o futuro dimensionamento da bomba de alimentação. Foram realizados testes em filtro 470x470mm e 250x250mm, com os seguintes produtos: água de lavador de gases, argila e sílica provenientes da fabricação de sulfato térmico, efluente de indústria de pigmentos orgânicos, efluente de tinta a base de água, ETA e ETE proveniente da fabricação de refrigerantes, lama bentonita, lodo de cromagem, lodo de ferro, sulfato de cálcio, suspensão de sílica e testemunho de sondagem (obtido por perfuração com sonda de rotação). Figura 12 Água de lavador de gases Figura 13 Argila e sílica Figura 14 Efluente de indústria de pigmentos orgânicos Figura 15 Efluente de tinta a base de água

30 30 Figura 16 ETA e ETE Figura 17 Lama bentonita Figura 18 Lodo de cromagem Figura 19 Lodo de ferro Figura 20 Sulfato de cálcio Figura 21 Suspensão de sílica

31 31 Figura 22 Testemunho de sondagem O dimensionamento de um filtro prensa, baseado no volume de torta formado por ciclo, é representado pela equação a seguir: V filtro. prensa Q( m = 3 / hora) xt T S torta S suspensão (%) xρ (%) xρ torta suspensão ( kg / l) x( horas / dia) ( kg / l) xnc( ciclos / dia Onde: Q: vazão da suspensão Ts suspensão: teor de sólidos totais da suspensão ρ suspensão: massa específica da suspensão Ts torta: teor de sólidos totais na torta ρ torta: massa específica da torta nc: número de ciclos por dia Após obtido o valor do volume de torta para um ciclo, obtém-se, através de tabelas específicas, o tamanho do filtro e a quantidade de câmaras necessárias para atender a vazão informada. 4.2 START-UP EM CENTRÍFUGAS O start-up foi realizado em uma empresa de beneficiamento têxtil. As etapas do start-up foram as seguintes:

32 32 Nivelamento do equipamento Teste de vibração do equipamento Ajuste dos inversores Programação dos inversores Verificação mecânica e elétrica Testes na centrífuga Mini curso para os operadores da máquina Figura 23 Centrífuga instalada, start up Figura 24 Torta centrífuga

33 CONCLUSÃO O engenheiro químico atualmente, na indústria, se depara com vários problemas, um deles é a separação de materiais. Uma separação satisfatória depende primordialmente da escolha do método mais apropriado. O estágio realizado na empresa Anditz Separation Indústria e Comércio de Equipamentos de Filtração Ltda, através da sua diversidade em equipamentos de separação sólido-líquido, permitiu juntar o conhecimento teórico com o prático, onde podese ter uma noção de como funciona a separação nas indústrias. A realização desse estágio permitiu também a verificação de possíveis melhorias no sentido de tentar suavizar as muitas diferenças enfrentadas durante a transição universidade - indústria. Sugestões para a FURB: fazer um contrato com as empresas onde o aluno passaria dois meses em sala de aula e dois meses na indústria, assim não teria tanta dificuldade quando fosse para o mercado de trabalho. Para a Andritz: abertura de vaga de estágio não obrigatório, sem a necessidade de remuneração e participação nas semanas acadêmicas da faculdade, assim os acadêmicos teriam conhecimento da empresa.

34 REFERÊNCIAS GOMIDE, Reynaldo. Operações unitárias. São Paulo, p, il. ANDRITZ. Filtro prensa. Disponível em: Acesso em: 05/01/2010. UFRN. Filterpress. Disponível em: OPUNIT/Filterpress.htm. Acesso em 30/10/2009. NATURALTEC. Flotador. Disponível em: 3.jpg&imgrefurl= PqA- X-O4dD_VUg99Kz2MKkv_BW0=&h=422&w=278&sz=21&hl=pt- BR&start=10&tbnid=lghmBFbyDLOrTM:&tbnh=126&tbnw=83&prev=/images%3Fq%3Dflota %25C3%25A7%25C3%25A3o%26gbv%3D2%26hl%3Dpt-BR. Acesso em 15/12/2009.