Operações Unitárias Experimental II Filtração. Professora: Simone de Fátima Medeiros

Transcrição

1 Operações Unitárias Experimental II Filtração Professora: Simone de Fátima Medeiros Lorena SP-2014

2 Conceito Separação sólido-fluido: Separação de partículas sólidas contidas em um fluido (líquido ou gás) seja para sua concentração ou para recuperação do fluido puro.

3 Classificação 1) Quanto ao movimento relativo das fases: Filtração Decantação ou sedimentação: Clarificação 2) Quanto à força propulsora: Centrifugação separação magnética Espessamento de soluções Lavagem de sólidos

4 FILTRAÇÃO Alimentação Na filtração, as partículas sólidas suspensas em um fluido são separadas usando um meio poroso. Torta Meio poroso Ele separa as partículas em uma fase sólida ( torta ) e permite o escoamento de um fluido claro ( filtrado ). Filtrado O fluido pode ser um gás ou um líquido. O produto pode ser tanto o fluido clarificado quanto a torta de partículas sólidas.

5 O princípio da filtração industrial e o do equipamento de laboratório é o mesmo, apenas muda a quantidade de material a ser filtrado. Bomba de vácuo Filtro de Papel O aparelho de filtração de laboratório mais comum é denominado filtro de Büchner. O líquido é colocado por cima e flui por ação da gravidade e no seu percurso encontra um tecido poroso (um filtro de papel). Como a resistência à passagem pelo meio poroso aumenta no decorrer do tempo, usa-se um vaso Kitassato conectado a uma bomba de vácuo.

6 Os filtros industriais podem ser feitos para funcionar: em batelada (a torta é retirada depois de cada corrida) ou de forma contínua (a torta sólida é retirada continuamente). Os filtros podem funcionar: - por ação da gravidade, o líquido flui devido a existência de uma coluna hidrostática; - por ação de força centrífuga; - por meio da aplicação de pressão ou vácuo para aumentar a taxa de fluxo. O meio de filtração pode ser: - um leito poroso de materiais sólidos inertes, - um conjunto de placas, marcos e telas em uma prensa, - um conjunto de folhas duplas dentro de um tanque, - um cilindro rotativo mergulhado na suspensão, - ou discos rotativos mergulhados na suspensão. - ou bolsas ou cartuchos dentro de uma carcaça.

7 FILTRAÇÃO P a Filtrado Suspensão P b Meio de filtração L Torta P a = pressão da suspensão P b = pressão do filtrado L = espessura da torta

8 FILTRAÇÃO A escolha do equipamento filtrante depende em grande parte da economia do processo, mas as vantagens econômicas serão variáveis de acordo com o seguinte: 1- Viscosidade, densidade e reatividade química do fluído; 2 - Dimensões da partícula sólida, distribuição granulométrica, forma da partícula, tendência a floculação e deformidade; 3 - Concentração da suspensão de alimentação; 4 - Quantidade do material que deve ser operado; 5 - Valores absolutos e relativos dos produtos líquidos e sólidos; 6 - Grau de separação que se deseja efetuar; 7 - Custos relativos da mão-de-obra, do capital e de energia.

9 Meio Filtrante: Classificação dos filtros: leitos granulares soltos, leitos rígidos, telas metálicas, tecidos e membranas; Os leitos granulares soltos mais comuns são feitos de areia, pedregulho, carvão britado, escória, calcário, coque e carvão de madeira, utilizado para clarificar suspensões diluídas; Os leitos rígidos são feitos sob a forma de tubos porosos de aglomerados de quartzo ou alumina (para a filtração de ácidos), de carvão poroso (para soluções de soda e líquidos amoniacais) ou barro e caulim cozidos a baixa temperatura (usados na clarificação de água potável).

10 Meio Filtrante: Os tecidos são utilizados industrialmente e ainda são os meios filtrantes mais comuns; Há tecidos vegetais, como o algodão, a juta (para álcalis fracos), o cânhamo e o papel; tecidos de origem animal, como a lã e a crina (para ácidos fracos); Minerais: amianto, lã de rocha e lã de vidro, para águas de caldeira; plásticos: polietileno, polipropileno, PVC, nylon, teflon, orlon, saran, acrilan e tergal;

11 FILTRO PRENSA DE PLACA E QUADRO O mais comum; Baixo custo de projeto e de manutenção; Extrema flexibilidade na operação; Necessita da desmontagem manual e consequentemente, mão de obra.

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15 FILTRO PRENSA DE PLACA E QUADRO Um ciclo completo de operação em um filtro prensa compreende três etapas: a filtração no tempo t, a lavagem da torta no tempo t L (ocasionalmente desnecessária) e a descarga, limpeza e montagem do filtro no tempo t D. A produção ou capacidade do filtrado, C, é expressa por: C t V t L t D

16 FILTRO PRENSA DE PLACA E QUADRO C t V t L t D Em que: V é o volume de filtrado e (t + t L + t D ) o tempo de um ciclo completo.

17 FILTRO PRENSA DE PLACA E QUADRO O filtro prensa leva à formação de tortas de espessura superior a uma polegada. Por tal motivo, a resistência oferecida pelo meio filtrante só é significativa no início da filtração.

18 FILTRO PRENSA DE PLACA E QUADRO FILTRAÇÃO COM TORTAS COMPRESSÍVEIS α = Resistência específica da torta (bolo). Se α é independente de ΔP a torta é incompressível. Mas usualmente α aumenta com ΔP, pois a torta geralmente é compressível. Assim: 0( P) Sendo: α 0 - Resistência específica da torta em pressão nula; é uma constante; s Fator de compressibilidade da torta, constante em domínios moderados de pressão; Valores empíricos que podem ser determinados por experimentos. Quando s = 0, tortas incompressíveis. Para s entre 0 e 1, tortas compressíveis. S

19 FILTRO PRENSA DE PLACA E QUADRO FILTRAÇÃO COM TORTAS INCOMPRESSÍVEIS A resistência oferecida pela torta, como apresentado, depende da sua compressibilidade. Todavia, na maioria das situações de interesse industrial a filtração é conduzida sob queda de pressão constante. Por via de consequência, a Equação p = p p 1 (para sistemas com tortas compressíveis) é retomada como: t V Área V s p R m p 2 Área