Separación Mecánica Solido-Liquido

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Introducción En la fltración, las partículas suspendidas en un uid, !a sea li"uid  #as, se separan $ec%nica  &ísica$ente usand un $edi prs "ue retiene las partículas en &r$a de &ase separada "ue per per$ite $ite el pas as  del del fltrad trad  sin sin só sóli lid ds' s' Las fltr fltrac aciines nes c$erciales c$erciales cu(ren una a$plia #a$a de aplicacines' El uid uid puede puede ser un #as  un lí"ui lí"uid' d' Las partíc partícula ulass sólidas sólidas suspendidas pueden ser $u! fnas )del rden de $icró$etrs*  (astante #randes, $u! rí#idas  pl%sticas, es&+ricas  de &r$a $u! irre#ula irre#ular, r, a#re#ads a#re#ads  partículas partículas indiiduales' indiiduales' El prduct prduct alis puede ser el fltrad sin slids  la trta sólida' En al#uns cass, se re"uiere una eli$inación c$pleta de las partículas sólidas ! en trs, (asta cn una eli$inación eli$inación parcial' parcial'

Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina /

ESCUELA TECNOLÓGICA UMAG I.

Preguntas Fácticas

a) Nombre los equipos de separación:

E0isten dierss $+tds para clasifcar ls e"uips de fltración ! n es psi(le esta(lecer un siste$a si$ple "ue inclu!a a tds ells' En una de las a#rupacines, ls fltrs se clasifcan dependiend de "ue la trta de fltrad sea el prduct desead  (ien el lí"uid transparente' En cual"uier cas, la suspensión puede tener un persna1e de sólids relatia$ente alt, l "ue cnduce a la &r$ación de una trta,  a tener $u! pcas partículas en suspensión' Ls fltrs ta$(i+n se clasifcan de acuerd cn un cicl de peración pr ltes, cuand se e0trae la trta despu+s de ciert tie$p,  de $anera cntinua, cuand la trta se a e0tra!end a $edida "ue se &r$a' En tra clasifcación, ls fltrs pueden ser de #raedad, dnde el lí"uid si$ple$ente u!e de(id a la presencia de una car#a 2idrst%tica,  (ien se puede usar presión  ací para incre$entar la elcidad de u1' Un $+td de clasifcación $u! i$prtante se (asa en la clcación $ec%nica del $edi fltrante' La tela fltrante puede estar en serie, en &r$a de placas planas encerradas, c$ 21as indiiduales su$er#idas en la suspensión,  s(re cilindrs #iratris "ue penetran en la suspensión' Entre ls $%s i$prtantes destaca$s3 • • • •

Lec2 de 4iltración' 4iltrs prensas de placas ! $arcs' 4iltr de 21as' 4iltrs rtatris cntinus3 ♦ 4iltr rtatri cntin5 de ta$(r al ací' ♦ 4iltr de disc rtatri cntin5'

b) ¿A qué se llama medio fltrante

El $edi para fltracines industriales de(e tener ciertas características' La pri$era ! $%s i$prtantes "ue per$ita separar ls sólids de la suspensión ! prducir un fltrad transparente' Ade$%s, ls prs n se de(en (struir cn &acilidad para "ue la elcidad del prces n sea de$asiad lenta' El $edi fltrante Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina 6

ESCUELA TECNOLÓGICA UMAG de(e per$itir la e0tracción de la trta sin difcultades ni perdidas' O(ia$ente, de(e tener una resistencia sufciente para n ras#arse ! n ser a&ectad pr ls prducts "uí$ics presentes' Al#uns $edis fltrantes de us c$5n sn telas #ruesas de lneta  sar#as, te1ids pesads, f(ra de idri, papel, fltr de celulsa, telas $et%licas, de lana, de n!ln, de dacrón ! trs te1ids sint+tics' Las f(ras de 2ilac2a de $ateria naturales, sn $%s efcaces para partículas fnas "ue las f(ras pl%sticas  $et%licas' Al#unas eces, el fltrad sale un pc lec2s al principi, antes de "ue se depsiten las pri$eras capas de partículas "ue a!udan al fltrad su(secuente' El fltrad se puede recircular para una nuea fltración' c) Indique las !ariables in!olucradas en la fltración a tra!és de una torta.

Al#unas aria(les en el prces de fltración sn3 Presión:  En t+r$ins #enerales se prefere una presión (a1a al

inici de peración, especial$ente cuand l "ue se (usca fltrar es un lec2 cn (a1 cntenid de sólids' Sin e$(ar#, ta$(i+n depende del tip de sólid, pr e1e$pl al tratarse de #ranulares ! cristalins, un au$ent de la presión cnllea a un au$ent de la elcidad de u1 casi en &r$a prprcinal' "spesor de la torta: Este &actr es i$prescindi(le, !a "ue inu!e

si#nifcatia$ente en la capacidad ! dise7 del fltr ! en el cicl de peración' Ideal$ente, se (usca una trta cn una alta resistencia, inclus cuand el espesr sea del#ad' .ese a ell, en t+r$ins pr%ctics se prefere una trta de espesr aprecia(le, la cual es $%s ia(le a niel ecnó$ic' #iscosidad: El e&ect de esta aria(le a acrde cn la intuición,

en tras pala(ras, un uid $%s iscs 2ar% de la fltración un prces $%s lent !, pr l tant, $ens renta(le' En cnsecuencia, se (usca $en#uar este e&ect reali8%ndle una dislución cn un slente de (a1a iscsidad, aun"ue es i$prtante tener en cuenta si psterir$ente 2a(r% la necesidad de una cncentración alta, en cu! cas dic2a dilución de1aría de ser

Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina 9

ESCUELA TECNOLÓGICA UMAG tan &acti(le, de(id a "ue la ecn$ía de la fltración se a&ectaría de $anera des&ara(le )cst de recncentración*' $emperatura: C$ se sa(e, la iscsidad de ls lí"uids

dis$inu!e a $edida "ue au$enta la te$peratura' .r cnsi#uiente, es de esperar "ue un au$ent en dic2a aria(le &are8ca la elcidad de u1, n (stante, sie$pre 2a! e0cepcines, en este cas ls lds c$prensi(les sn a&ectads pr la te$peratura en &r$as $%s c$ple1as' $ama%o de las part&culas: En este aspect, l ideal es tener

partículas #randes, de(id a "ue las pe"ue7as prducen una elcidad (a1a ! 2u$edad alta, aun"ue $e1ran la efciencia en el laad' .ara est, 2a! $5ltiples trata$ients en ls "ue se encuentran el cntrl del ($(e ! la a#itación 1unt cn el pre trata$ient cn electrlits c$ sales, pr $edi de ls cuales se (usca eitar el r$pi$ient de partículas "ue llean a la dis$inución de ta$a7 ! encapsular las partículas fnas "ue suelen escaparse del fltr, respectia$ente'

d) Indique que 'ormula sir!e para calcular la resistencia de una torta.

.ara calcular la resistencia a la fltración de la trta, supniend +sta inc$presi(le, se tiene la si#uiente e0presión3

:ónde3 ; 8en! 3

:nde? U
ESCUELA TECNOLÓGICA UMAG U se calcula cn la si#' Ecuación3

:nde? < es el lu$en de fltrad rec#id para un tie$p t A $edida "ue transcurre la fltración se an acu$uland las partículas "ue &r$an un deter$inad lu$en de trta, "ue se puede deter$inar pr $edi del par%$etr3

Este par%$etr representa el lu$en de trta &r$ad en el pas de una unidad de fltrad' Bee$pla8and en la ecuación del #radiente se (tiene la si#uiente e0presión3

:nde "uedan relacinads el lu$en de fltrad, #, cn la altura de la trta, (' Otra $anera de esta(lecer dic2a relación se cnsi#ue cn el si#uiente cciente3

dnde  es la &racción $%sica de sólids en la suspensión ri#inal' Otr par%$etr $u! e$plead es la $asa de trta seca pr unidad de lu$en de fltrad3

:nde m es la $asa de trta 25$eda pr unidad de $asa de sólids secs cntenids en ella' Si se inclu!e la resistencia del $edi fltrante, +sta se suele e0presar c$ una altura de trta e"uialente3

Este lu$en e"uialente, e", es el lu$en de fltrad necesari para crear una altura de trta Le" ! depende 5nica$ente de las prpiedades de la suspensión ! del $edi fltrante' Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina 

ESCUELA TECNOLÓGICA UMAG Si se c$(inan las ds resistencias se7aladas se tiene una ecuación #eneral a partir de la cual se (tienen las ecuacines de dise7 para ls distints tips de fltración3

e) "n que consiste el fltrado de prensa de placas.

Un de ls tips de fltrs $%s i$prtantes es el fltr prensa de placas ! $arcs, "ue se $uestra en la f#ura/' Ests fltrs cnsisten de placas ! $arcs alternads cn una tela fltrante a cada lad de las placas' Las placas tienen incisines cn &r$a de canales para drenar el fltrad en cada placa' La suspensión de ali$entación se ($(ea en la prensa ! u!e a tra+s del cnduct al interir de cada un de ls $arcs a(ierts, de $anera "ue a llenand ls espacis acís' El fltrad u!e entre la tela fltrante ! la superfcie de la placa, a tra+s de ls canales ! 2acia el e0terir, $ientras ls sólids se acu$ulan c$ trta en ls $arcs' La fltración cntin5a 2asta "ue ls $arcs "uedan c$pleta$ente llens de sólids' En la f#ura /, tdas las salidas de descar#a c$unican a un ca(e8al c$5n' En $uc2s cass, el fltr prensa tiene una descar#a a(ierta indiidual para cada $arc, "ue per$ite una inspección isual para erifcar la transparencia del lí"uid fltrad' Si una de las salidas descar#a lí"uid tur(i de(id a una per&ración de la tela  a tras causas, se puede cerrar pr separad ! cntinuar cn la peración' Cuand ls espacis est%n ttal$ente llens, las placas ! ls $arcs se separan ! se e0traen las trtas' :espu+s se uele a ar$ar el fltr ! se repite el cicl' Si se desea laar la trta, esta se de1a en ls $arcs ! se prcede a un laad transersal, c$ se $uestra en la f#ura 6' En este tip de prensa e0iste un canal aparte para la entrada del a#uade laad, "ue penetra a la unidad ! a las placas a tra+s de a(erturas situadas detr%s de las telas fltrantes, en placas alternadas' El a#ua de laad u!e a tra+s de la tela, pasa pr la ttalidad de la trta )n pr una $itad, c$ en la fltración*, a tra+s de la tela fltrante, del tr lad de ls $arcs, ! pr 5lti$, pasa al canal de descar#a' Nótese "ue la f#ura 6 ilustra ds tips de placas3 la "ue tienen cnducts para ad$itir el a#ua pr detr%s de la tela fltrante, Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina D

ESCUELA TECNOLÓGICA UMAG ! las "ue est%n alternadas cn las anterires ! carecen de dic2s cnducts' Las prensas de placas ! $arcs presentan ls incnenientes c$unes a tds ls prcess pr ltes' El cst de $an de (ra para e0traer las trtas ! ler a ensa$(lar la unidad, $%s ls csts f1s pr tie$ps $uerts, pueden cnstituir una prción $u! eleada de ls csts ttales de peración' Al#uns $dels $derns de prensas de placas ! $arcs tienen un 1ue# duplicad de $arcs $ntads en un e1e #iratri' Mientras se usa la $itad de ls $arcs, la tra $itad se descar#a ! se li$pia, l "ue reduce ls csts de $an de (ra' E0isten ta$(i+n siste$as aut$ati8ads "ue se 2an aplicad a ests tips de fltrs' Ls fltrs prensa se usan en ls prcess pr ltes per n se pueden e$plear para prcess de alt rendi$ient' Se $ane1an cn &acilidad, sn ers%tiles ! de peración e0i(le ! se pueden utili8ar a altas presines si es necesari, cn slucines iscsas  cuand la trta de fltr tiene una #ran resistencia' 4i#ura /

4i#ura 6

Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina 

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II.

Preguntas de Aplicación

a) *encione las consideraciones básicas para elegir un medio fltrante.

La elección del $edi de fltración es, cn &recuencia, la cnsideración, $%s i$prtante para ase#urar el &uncina$ient satis&actri de un fltr' .ara la fltración de la trta, la selección del $edi fltrante inclu!e la pti$i8ación de ls si#uientes &actres3 •

•

•

• • • • •

•

Capacidad de detener ls sólids s(re sus prs cn cierta rapide8, despu+s de "ue se inicie la ali$entación )est es prpensión $íni$a a ser pur#ads*' Fa1a elcidad de arrastre de sólids 2acia el interir de sus intersticis )est es prpensión $íni$a a ls atasca$ients*' Besistencia $íni$a a la crriente de fltrad )es decir eleada elcidad de prducción*' Besistencia a ls ata"ues "uí$ics' Sufciente resistencia para sprtar la presión de fltración' Besistencia acepta(le al des#aste $ec%nic' Capacidad de descar#a de la trta cn &acilidad ! li$pie8a' Capacidad de adaptación $ec%nica al tip de fltr en el "ue se utili8ara' Cst $íni$'

En la selección del $edi fltrante se inclu!en innu$era(les tips de telas, te1ids de f(ras, feltr  f(ras n te1idas, sólids prss  sinteri8ads, $e$(ranas pli$+ricas  sólids particulads en &r$a de lec2 per$ea(le' Tds ls $edis fltrantes se encuentran dispni(les en una #ran ariedad de $ateriales' Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina 

ESCUELA TECNOLÓGICA UMAG $ela de fbras te+idas3 .ara la fltración de trta estas telas sn el

tip $%s usual c$ $edi fltrante' E0iste una #ran ariedad de $ateriales, ls $%s usads ls pde$s encntrar en ta(las cn sus &actres de resistencia "uí$ica ! te$peratura' Aparte del $aterial de las f(ras, ciertas características de cnstrucción descri(en la tela fltrante3 te1id, estil, pes, cuenta, plie#ues, ! el n5$er de 2ils' :e ls $uc2s tips de te1ids dispni(les, sl cuatr sn ls $%s utili8ads c$ $edi fltrante3 liss, sar#a, te1id, de cadena ! sat+n'  Tds ests te1ids se pueden cn&eccinar a partir de cual"uier f(ra te0til, natural  sint+tica' Se pueden te1er cn 2ils $ultifla$ent  $nfla$ent cntinu' La capacidad ! el dese$pe7 de la tela para fltrs dependen del tip de 2il' Un reciente desarrll cncid c$ d(le capa incrpra di&erentes tra$as en ls te1ids, per$itiend la c$(inación de las distintas prpiedades de cada un de ls $ateriales' $elas metálicas o tamices3 e0isten en di&erentes tips de te1ids

en ní"uel, c(re, latón, (rnce, alu$ini, acer in0ida(le, $nel ! tras aleacines' En ls te1ids liss, el espaciad $%s pe"ue7 entre ls 2ils es el de @HH $allas, l cual li$ita el e$ple de este tip de te1id a las suspensines de pulpa, las suspensines cristalinas #ruesas, entre tras' Ls den$inads )te1ids 2landeses* e$plean 2ils  ala$(res lar#s ! rects, relatia$ente anc2s, "ue per$iten un espaciad rect ! cnsi#uen un entra$ad dens ! sn un (uen $edi para fltración de suspensines de pulpas ! de cristales de pe"ue7as di$ensines' Sin e$(ar#, este tip de te1id tiende a atascarse cn &acilidad cuand se utili8a para partículas a$r&as ! pc ru#sas, de(iend recurrir a tr tip de ta$i8' Papeles de fltro3 Ests presentan una #a$a de per$ea(ilidad,

espesres ! resistencias' C$ ests $ateriales pseen (a1a resistencia, re"uieren la clcación de una placa c$ sprte' *edios porosos r&gidos3 Ests $edis se encuentran dispni(les

c$ 21as, placas  tu(s' Ls $ateriales para su cnstrucción Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina 

ESCUELA TECNOLÓGICA UMAG inclu!en acer in0ida(le sinteti8ad ! trs $etales, #raft, 0id de alu$ini, sílice, prcelana, ! al#uns pl%stics, #a$a "ue per$ite un a$pli interal de resistencia a la te$peratura ! a ls prducts "uí$ics' La $a!r parte de las aplicacines sn para la clarifcación' *embranas poliméricas3 Estas $e$(ranas se utili8an en las

aplicacines de fltración para la separación de partículas fnas tales c$ $icrfltración ! ultrafltración )la clarifcación inclu!e la eli$inación de partículas de / ! $enres*' Las $e$(ranas se &a(rican cn di&erentes $ateriales ! ls $%s c$unes sn ls acetats de celulsa ! las plia$idas*' Ls $edis fltrantes tant te1ids c$ n te1ids pueden ser recu(ierts cn una película de un plí$er, tal c$ el .ri$apr, reali8ad pr SCA.A 4iltratin, ! Grete0, reali8ad pr J'L' Gre ! asciads, c$(inand la alta capacidad de retención característica de una $e$(rana cn la resistencia ! duración de un te1id #rues' Ests tips sn usads tant en peracines de fltración cntinuas e inter$itentes en las "ue se necesita una e0celente calidad de fltrad' (ec,os granulares de part&culas sólidas 3 Ls lec2s cn sólids,

c$ pr e1e$pl, arena  car(ón, se utili8an c$ $edi fltrante para la clarifcación de a#ua  slucines "uí$icas "ue cntienen pe"ue7as cantidades de partículas en suspensión' Se pueden ad"uirir #r%nuls para fltrs cn el di%$etr de partícula desead' Cn &recuencia, ls lec2s est%n cnstituids pr distintas capas de di&erentes $ateriales ! de di&erentes ta$a7s de partículas' A-udas de Filtración: En al#uns cass se usan a!udas de

fltración para acelerar el prces' .r l #eneral, sn tierras diat$%ceas  Kiesel#u2r, "ue est%n cnstituids principal$ente pr sílice n c$prensi(le' Ta$(i+n se usa celulsa de $adera, as(est ! trs slids prss inertes' Estas a!udas de fltración se pueden usar de di&erentes $aneras? pr e1e$pl c$ recu(ri$ient prei antes de fltrarla suspensión, el cual i$pide "ue ls sólids de tip #elatins (stru!an el $edi fltrante ! per$ite (tener un fltrad $%s transparente' Ta$(i+n se puede a7adir a la suspensión antes de la Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina /H

ESCUELA TECNOLÓGICA UMAG fltración' Est au$enta la prsidad de la trta ! reduce su resistencia durante el prces' En un fltr rtatri, la a!uda de fltración se puede aplicar c$ recu(ri$ient prei ! durante la peración se desprende 1unt cn la trta' El us de a!udas de fltración suele estar li$itad a ls cass en "ue la trta es el $aterial "ue se descarta,  cuand el precipitad se puede separar de ellas pr $edis "uí$ics' b) ¿Por qué es compresibilidad

importante

obtener

el

'actor

de

En las trtas (tenidas pr fltración, la resistencia especifca de esta aria cn la caída de presión prducida a $edida "ue esta se depsita? est se e0plica pr"ue la trta se a 2aciend $%s densa a $edida "ue la presión se 2ace $a!r ! dispne pr ell de $ens pasadi8s cn un ta$a7 $enr para "ue pase el u1' Este &enó$en se cnce c$ c$presi(ilidad de la trta'  Trtas $u! c$presi(les ser%n a"uellas "ue derian de sus sustancias (landas ! culentas, en cntraste cn sustancias duras ! #ranulares, c$ el a85car ! ls cristales de sal, "ue se en $u! pc a&ectads pr la presión )la elcidad es independiente de la presión*'

c) n fltro de marcos - placas fltra unos lodos dando / m 0 de fltrado en 12 minutos - 33 m 0 en 24 minutos5 después el fltro estaba lleno - la fltración se paró. "stimar el tiempo de la!ado de la torta usando 4 m 0 de agua si la presión de la!ado es la misma que la usada durante la fltración. 6uponer que todas las operaciones tienen lugar a presión constante.

(

t  α μ W  V  = + Ve V   A2 ∆ P 2

)

=

mV + b

m=

24 8

α μ W  2

 A ∆ P 2

=

m∗ 8 +b

Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina //

b=

45 11

α μ W Ve 2

 A ∆ P

=

m∗11 + b

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dV  dV  = dt lavado dt final de filtracion

dV  ∆P = dt  α μ W  α μ W  V + Ve 2 2

dV  dV  = dt lavado dt finalde filtracion

V liquidolavado dV  = dt lavado t lavado

dV  = dt  α μ W  2

V +

α μ W  2

Ve

1

<

2∗0,336 ∗11+ 0,091

lavado =¿

III.

dV  1 = dt  2 mV + b

1

V liquidolavado dV  dt 

=

<

5 0,1236

= 40,4 min.

Pregunta 7reati!a

a) 8e un e+emplo de uso de un fltro de prensa que no sea de alimentos. 8escr&balo.

Se e$plean ls fltrs prensa en la fltración de &an#s ur(ans )er f#ura*' El acndicina$ient se reali8a cn cal ! clrur &+rric "ue $e1ra el espesa$ient' Se cnsi#uen 2u$edades residuales del H'

Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina /6

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