Aula: Processo de Filtração Definição: É uma operação unitária que tem por finalidade, a separação de um sólido insolúvel presente em um fluido (líquido ou gás), através da passagem desta mistura sólido-fluido em uma membrana porosa, para reter as partículas sólidas. A membrana porosa é denominada meio filtrante; as partículas sólidas retidas na membrana formam uma massa denominada torta e o líquido que atravessa a membrana porosa, isento de sólidos denomina-se filtrado. Neste processo a fase desejada pode ser o filtrado, a torta ou ambos O processo de filtração pode ser com pressão ou a vácuo Aplicação na indústria: Operações Unitárias I LOQ 4085 suspensões com grande quantidade de sólidos insolúveis (interesse pelo filtrado, sólido ou ambos) suspensões com poucos sólidos insolúveis, que em geral são indesejáveis (clarificação) microfiltração, cujas partículas a serem separadas são de tamanhos da ordem de 0,1 mm 1
Nas indústrias de alimentos e bebidas, a filtração aparece na produção de suco de frutas, óleos vegetais, leite e derivados, dentre outros produtos. As partículas sólidas podem ser: grossas ou finas, rígidas ou plásticas, redondas ou planas individualmente separadas ou agrupadas Basicamente é processo de separar um sólido particulado de um fluido, fazendo com que o sólido fique retido num meio poroso, e o fluido passe através desse meio. 2
Alimentação Torta Meio poroso Filtrado O filtro separa as partículas em uma fase sólida ( torta ) e permite o escoamento de um fluido claro ( filtrado ). 3
A alimentação de entrada pode conter alta ou baixa carga de partículas sólidas. Quando a concentração é mínima, os filtros operam em tempos maiores, antes da necessidade de limpeza do meio filtrante. A figura abaixo apresenta um equipamento de filtração típico de laboratório. Bomba de vácuo Filtro de Papel 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 Kitasato conectado a uma bomba de vácuo. 4
A força motriz do processo é uma diferença de pressão ( P), através desse meio. por ação da gravidade, o líquido flui devido a existência de uma coluna hidrostática; Os filtros podem funcionar: por ação de força centrífuga; por meio da aplicação de pressão ou vácuo para aumentar a taxa de fluxo. 5
Tipos de equipamentos A classificação baseia-se em diferentes critérios: no interesse pela torta ou pelo líquido transparente (filtrado); de acordo com o ciclo de operação (batelada ou contínuo); utilização da gravidade, pressão ou vácuo; tipo de instalação do meio filtrante (em série na forma de placas planas; como folhas individuais; sobre cilindros giratórios). 6
Equipamentos de filtração Resistência específica do meio poroso de filtração; Fatores importantes para a seleção de um filtro: Quantidade de suspensão a ser filtrada; Concentração de sólidos na suspensão; Facilidade de descarregar a torta formada no processo de filtração. 7
1) Leito de Filtração Operações Unitárias I LOQ 4085 - Aplicado em casos em que há no produto, pequenas quantidades de sólidos a serem separados de uma grande quantidade de água, clarificando o líquido. - O processo continua até que o precipitado, ou partículas contidas no filtro, obstruam o leito, diminuindo a velocidade de filtração. - A lavagem é feita com água sendo adicionada no sentido contrário ao fluxo do processo. - Para sólidos que se desprendem com facilidade no processo de retro-lavagem. Entrada do líquido Partículas sólidas separadas Defletor Placa metálica perfurada ou com ranhuras Partículas finas Partículas grossas Fluido clarificado 8
2) Filtro Prensa de Placas e Quadros É um dos tipos de filtros mais importantes, consistindo de placas e quadros que se alternam numa armação, com uma tela filtrante em cada lado das placas. São fortemente comprimidos uns contra os outros por meio de uma prensa. A suspensão de alimentação é bombeada ao filtro, fluindo entre a tela filtrante e a superfície das placas através de canais até o exterior, e os sólidos se acumulam como torta no espaço vazio dos quadros. Este processo é descontínuo, onde a filtração se processa até que os quadros fiquem com grande quantidade de torta, sendo necessária então, a separação desta armação, com a retirada da torta, armando-se em seguida novamente o filtro, para a realização de um novo ciclo. Possui a vantagem de baixo custo inicial, com baixa manutenção e extrema flexibilidade de operação. Por outro lado, a necessidade de desmontagem manual periódica constitui um dispêndio de mão-de-obra frequentemente excessiva. 9
Filtro prensa A alimentação é bombeada à prensa e flui pelas armações. Os sólidos acumulam-se como torta dentro da armação. Filtro de tecido Alimentação Filtrado O filtrado flui entre o filtro de tecido e a placa pelos canais de passagem e sai pela parte inferior de cada placa. Marco Torta Placa 10
Filtro prensa 11
3) Filtro de Folhas É também um filtro de operação descontínua, porém não há necessidade de ser completamente desmontado para a limpeza. Este tipo de filtro é constituído por uma placa oca, suportada internamente, que fica permanentemente coberta pelo meio filtrante. A suspensão a ser filtrada enche o espaço em torno da folha e é forçada, mediante pressão exercida sobre ela (ou pelo vácuo que se faz dentro da folha), a escoar através do meio filtrante. A torta de filtração forma-se no exterior da folha, e o filtrado passa por dentro da folha e daí para o sistema de descarga. Quando a torta atinge a espessura desejada, as folhas são removidas para limpeza ou quando o material sólido não é o principal, a torta pode ser limpa adicionando-se um jato de água com pressão, a fim de desprendê-la, sendo então eliminada sem a necessidade de se abrir o filtro. 12
Filtro de Folhas Operações Unitárias I LOQ 4085 Projetado para grandes volumes de líquido e para ter uma lavagem eficiente. Cada folha é uma armação de metal oca coberta por um filtro de tecido. Elas são suspensas em um tanque fechado. 13
Filtro de Folhas 14
4) Filtros Rotativos Contínuos Processos modernos de elevada capacidade, tornaram imprescindível o desenvolvimento de filtros contínuos. Neste caso, a suspensão é injetada continuamente, e a torta e o filtrado também são produzidos continuamente. O tambor cilíndrico giratório é recoberto por um meio filtrante adequado, e uma válvula automática central ativa as funções para o filtrado, secagem, lavagem e descarga da torta no ciclo de operação. 15
Filtros Rotativos Contínuos Ciclo de lavagem Carga Secagem Suspensão Secagem Descarga Válvula automática Formação da torta O filtrado sai pelo eixo de rotação. Existem passagens separadas para o filtrado e para o líquido de lavagem. Há uma conexão com ar comprimido que se utiliza para ajudar a raspadeira de facas na retirada da torta. 16
Filtros Rotativos Contínuos Operações Unitárias I LOQ 4085 17
Filtros Rotativos Contínuos Operações Unitárias I LOQ 4085 18
5) Filtração por Centrifugação Neste processo utiliza-se a força centrífuga em lugar da força gerada pela pressão. Estes filtros são geralmente utilizados na separação de sólidos granulados grosseiros ou sólidos cristalinos, podendo operar de forma contínua ou descontínua. 19
Meios Filtrantes Uma das características mais importantes é que permita separar os sólidos da suspensão, produzindo um filtrado transparente. Deve permitir a extração da torta sem dificuldades nem perdas. Resistência suficiente para não se danificar e não ser afetado pelos produtos químicos presentes. Meios filtrantes de uso comum: telas grossas, tecidos pesados, fibra de vidro, papel, feltro de celulose, telas metálicas, de lã, de nylon, e outros tecidos sintéticos. 20
Equacionamento para a Filtração à P cte: Processo em batelada Processo contínuo 21