Informe de filtración

INFORME 11: FILTRACIÓN

Grupo 2-Subgrupo B

Barreto Martín, Diego Mauricio; Castro Rico, Juan José; Forero Rosas, Alejandra;

Maya Correa, Salvador Elías; Muñoz Otero, Edgar David; Vidal Infante, Lina Gabriela.

JUSTIFICACIÓN

La filtración es una de las operaciones unitarias más utilizadas a nivel industrial, por ejemplo, en el tratamiento de agua, esta operación se emplea en el proceso de volverla potable o en la adecuación para su tratamiento ambiental y así disponerla a la naturaleza generando el mínimo impacto de acuerdo con normatividad legal. Por otra parte, también es utilizado para recuperar alguna sustancia presente en alguna corriente, por ejemplo, corrientes con contenidos de pigmentos, metales, sales, fibras, etc.

OBJETIVOS

General

Determinar mediante el uso del equipo, las resistencias totales y los flujos, el proceso de filtrado de una solución de carbonato de calcio en agua.

Específicos

• Determinar los valores de resistencia de la torta y del medio filtrante.
• Calcular el flujo de filtrado mediante una relación entre la caída de presión y la resistencia del medio filtrante, así como mediante balance de masa.

MARCO TEÓRICO

La filtración consiste en un proceso de separación mecánica, el cual emplea un medio poroso. conocido como medio filtrante, que retiene partículas en forma de fase separada y permite el paso del filtrado sin sólidos. Este proceso permite la separación de sólidos finos o de gran tamaño y se puede emplear para partículas con distintas geometrías. En el caso en el que la alimentación tenga una alta carga de partículas, los filtros operarán por tiempos más cortos, en comparación con una alimentación con bajas concentraciones de partículas. El fluido puede circular a través del medio filtrante debido a una diferencia de presiones, de forma tal que los filtros pueden clasificarse si operan a sobrepresión aguas arriba o si presentan vacío aguas abajo, El tipo de filtro empleado y las condiciones en las que se realiza la separación, se seleccionan dependiendo del tipo de sólido, de la proporción de sólido presente en el líquido, de la viscosidad del fluido, de la cantidad de sólido en el alimento, entre otros. Por esta razón, las características de un lodo son inaplicables a otro [1].

El medio filtrante debe retener los sólidos, dando lugar a un filtrado claro, no debe obstruirse, debe ser químicamente resistente y contar con resistencia física requerida de acuerdo con las condiciones del proceso, debe permitir que la torta se desprenda de forma limpia y completa y, finalmente, debe ser asequible económicamente [1].

Filtro de prensa

Este tipo de filtro consiste en un conjunto de placas que proporcionan una serie de compartimentos en los cuales se recogerán los sólidos. Estas placas (cuadradas o circulares, verticales u horizontales) se recubren con medio filtrante, en el cual quedará una torta húmeda de sólidos, una vez el líquido pase a través de él.

[pic 1]

Ilustración 1. Filtro prensa [1]

La suspensión se alimenta por un extremo de las placas y marcos, y atraviesa el canal que lo distribuye hacia cada uno de los marcos, en donde los sólidos se depositan sobre las cubiertas de tela de las placas y el líquido atraviesa las telas y sale del filtro.

Lavado de torta

La torta suele lavarse con un solvente. Si la torta es de bajo valor, el lavado se emplea para remover posibles solutos valiosos disueltos en el fluido que se encuentra adherido a la torta. Si la torta es valiosa, el lavado removerá impurezas y solutos adheridos a la torta. El volumen y velocidad de lavado suelen definirse de forma experimental y se expresan en función del volumen y velocidad de filtrado [2]

Secado de la torta

El secado puede realizarse mediante compresión o mediante el paso de aire a presión a través de la torta, lo cual se traduce en la disminución de líquido residual. Es necesario vencer la mínima presión para que el aire pueda pasar a través de la torta. Dada la estructura, siempre quedará dentro una cantidad de líquido residual en equilibrio [2]

Filtración a presión constante

La caída global de presión en un instante cualquiera es la suma de las caídas de presión en el medio filtrante y en la torta. Si  es la presión en la entrada,  la presión en la salida y  la presión en el límite de separación entre el medio filtrante y la torta, entonces:[pic 2][pic 3][pic 4]

[pic 5]

Donde:

[pic 6]

[pic 7]

[pic 8]

La caída de presión a través de la torta de filtrado depende de la viscosidad, la velocidad lineal, superficie y volumen de la partícula y porosidad de la torta.  No obstante, La mayor parte de las tortas que se encuentran en las operaciones industriales no están formadas por partículas rígidas individuales. La suspensión usual es una mezcla de aglomerados, o flóculos, consistentes en débiles acoplamientos de partículas muy pequeñas, y la resistencia de la torta depende de las propiedades de los flóculos en vez de la geometría de las partículas individuales (Torta compresible) y entonces, conviene expresar una resistencia específica de la torta α como:

[pic 9]

Donde A es el área normal en la dirección del flujo de filtrado, μ es la viscosidad del filtrado, u es la velocidad lineal, V corresponde al volumen del filtrado, ΔPc es la caída de presión en la torta

Al utilizar la ecuación (2) es conveniente sustituir u, la velocidad lineal del filtrado, y mc , la masa total de sólido en la torta, por funciones del volumen total de filtrado recogido (V) durante el tiempo t. La velocidad lineal se expresa con la ecuación (3) y la masa total del sólido en la torta esta representada por la ecuación (4) como la masa de partículas depositadas en el filtro (c) por unidad de volumen (V):

[pic 10]

[pic 11]

Reemplazando en (2):

[pic 12]

Cuando la torta este formada por sólidos no deformables, α se vuelve independiente de la caída de presión en la torta y no varía a lo largo de la torta. Caso contrario cuando la torta es deformable, el valor de α va a depender de la caída de presión y por lo tanto varía a lo largo del grosor de la torta. En la práctica, las variaciones de α con el tiempo y la localización se ignoran. Un valor promedio se obtiene experimentalmente para el material a ser filtrado, utilizando la ecuación (2).

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