Laboratorio de Tecnología Química I Prof.: William Larrota 11 de octubre de 2012 PRÁCTICA N° 2. FILTRO DE TAMBOR ROTATORIO Mejía Medina, Jésica Julieth; Sequeda Pico, Ingrid Natalia. GRUPO 2 INTRODUCCIÓN La filtración es la operación unitaria en la que el componente sólido insoluble de una suspensión sólido- líquido es separado del componente líquido haciendo pasar éste a través de una membrana porosa que retiene a las partículas sólidas en su superficie corriente arriba, dentro de su estructura o ambos. Se le denomina como prefiltrado a la suspensión sólido- líquido alimentada, filtrado al componente líquido que pasa a través de la membrana, y a la membrana en sí se le conoce como el medio filtrante. A los sólidos separados se les llama la torta del filtro, una vez que forman una capa que se puede percibir en la superficie de la membrana. En las etapas iniciales de la filtración las primeras partículas sólidas que entran en contacto con el medio filtrante se incrustan en éste, y reducen el área superficial de los pasajes por donde fluye el líquido aumentando la resistencia al flujo de éste. Conforme procede la filtración una capa de sólidos se acumula aumentando de grosor con el tiempo en la cara corriente arriba del medio filtrante. Una vez formada ésta torta, se vuelve en sí el principal medio filtrante. Filtros de Tambor Rotatorio al Vacío Este tipo de filtros es recomendado para procesos continuos. En estos filtros se mantiene una presión sub-atmosférica corriente abajo del medio filtrante y atmosférica corriente arriba. Consisten de un tambor rotatorio girando alrededor de su eje horizontal. La superficie del tambor consiste de un número de compartimientos poco profundos formados por flejes divisorios que corren a lo largo del tambor. Cada compartimento se encuentra conectado por una o varias tuberías a una válvula rotatoria automática situada centralmente en un extremo del tambor. El tambor se encuentra parcialmente sumergido en un tanque abierto que contiene la suspensión a filtrarse. El medio filtrante cubre la superficie del tambor y se encuentra soportado por placas perforadas. El tambor gira a velocidades del orden de 0.1-2 rpm. Conforme el tambor gira los compartimentos sumergidos en la suspensión forman un vacío. El filtrado fluye a través del medio filtrante y salen por la tubería de drenado, mientras que los sólidos forman una torta en la superficie externa del medio filtrante. Conforme el compartimento emerge de la suspensión, la capa de torta es raspada.
REGISTRE EN UNA HOJA DE TRABAJO (EN FORMA DE TABLA) LAS CONDICIONES DE OPERACION Y LOS DATOS OBTENIDOS DURANTE LA PRACTICA.
Grupo 1 (Zaida Fonseca y compañía)
-
Cálculo del porcentaje de rendimiento:
rendimiento=
Peso experimental ∗100 Peso teórico
rendimiento=
X ∗100=X 790
-
Condiciones de operación:
Peso del material de pesada o bandeja: 290 g Peso inicial de material de pesado + CaCO3 seco: 1080 g Peso inicial de CaCO3 seco: 1080-290= 790 g (Aprox. 800 g) Peso final de material de pesado + CaCO3 húmedo: X g Peso final de CaCO3 húmedo: X g Peso final de CaCO3 seco: X g Concentración de CaCO3 = 800g/50L =
16 g . L−1
Presión: 11 pulgadas de vacío Velocidad de giro del tambor rotatorio: 5.75 rpm
Medidas 1 2 3 4 5 6 7
Tiempo entre medidas 3 3 3 3 3 3 3
Altura de inmersión [cm] -
Cantidad de Flujo de salida [mL] 8690 6300 6300 6700 6300 7000 5202
Grupo 2 (NOSOTROS) -
Cálculo del porcentaje de rendimiento:
rendimiento=
Peso experimental ∗100 Peso teórico
rendimiento=
511 ∗100=85.16 600
-
Condiciones de operación:
Peso del material de pesada o bandeja: 305 g Peso inicial de material de pesado + CaCO3 seco: 903 g Peso inicial de CaCO3 seco: 903-305= 598 g (Aprox. 600 g) Peso final de material de pesado + CaCO3 húmedo:925 g Peso final de CaCO3 húmedo: 925-305= 620 g Peso final de CaCO3 seco: 816-305=511 g Peso humedad: 620-511=109 g Concentración de CaCO3 = 600g/50L =
−1
12 g . L
Presión: 12 pulgadas de vacío Velocidad de giro del tambor rotatorio: 6.27 rpm Medidas 1 2 3 4 5 6
Tiempo entre medidas 3 3 3 3 3 3
Grupo 3 (Diego Pérez y compañía) -
Cálculo del porcentaje de rendimiento:
rendimiento=
Peso experimental ∗100 Peso teórico
Altura de inmersión [cm] 2.5 4.5 6.5 8.5 10.5 13.5
Cantidad de Flujo de salida [mL] 8000 7000 7150 7100 8000 7850
rendimiento=
-
478 ∗100=79.66 600
Condiciones de operación:
Peso del material de pesada o bandeja: 292 g Peso inicial de material de pesado + CaCO3 seco: 892 g Peso inicial de CaCO3 seco: 892-292= 600 g (Aprox. 600 g) Peso final de CaCO3 húmedo: 852-292=560 g Peso final de CaCO3 seco: 770-292= 478 g Concentración de CaCO3 = 600g/50L =
12 g . L−1
Presión: X Velocidad de giro del tambor rotatorio: 2.18 rpm Medidas 1 2 3 4 5 6 7 8
Tiempo entre medidas 3 3 3 3 3 3 3 3
Altura de inmersión [cm] 175,3 176,8 179,1 181,2 183,0 184,5 185,8 186,8
Cantidad de Flujo de salida [mL] 7600 7850 6500 7200 6300 4970 4450 3300
Grupo 4 (Laura Acevedo y compañía) -
Cálculo del porcentaje de rendimiento:
rendimiento=
Peso experimental ∗100 Peso teórico
rendimiento=
X ∗100=X 600
-
Condiciones de operación:
Peso del material de pesada o bandeja: 289.5 g Peso inicial de material de pesado + CaCO3 seco: 889.5 g Peso inicial de CaCO3 seco: 889.5 -289.5= 600 g (Aprox. 600 g)
Peso final de material de pesado + CaCO3 húmedo:824 g Peso final de CaCO3 húmedo: 824.5-289.5= 535 g Peso final de CaCO3 seco: 816-305=X g Concentración de CaCO3 = 600g/50L = Presión: 11 pulgadas de vacío
12 g . L−1
Velocidad de giro del tambor rotatorio: 1.71 rpm Medidas 1 2 3 4 5 6 7
Tiempo entre medidas 3 3 3 3 3 3 3
Altura de inmersión [cm] 10,5 9 7,5 5 4 3 2
Cantidad de Flujo de salida [mL] 3700 5900 6400 5250 6050 5850 9550
Grupo 5 (Gustavo Rodríguez y compañía) -
Cálculo del porcentaje de rendimiento:
rendimiento= -
X ∗100=X 600
Condiciones de operación:
Peso del material de pesada o bandeja: 302 g Peso inicial de material de pesado + CaCO3 seco: 902 g Peso inicial de CaCO3 seco: 902 -302= 600 g (Aprox. 600 g) Peso final de material de pesado + CaCO3 húmedo:860 g Peso final de CaCO3 húmedo: 860-302= 558 g Peso final de CaCO3 seco: 816-305=X g Concentración de CaCO3 = 600g/50L =
12 g . L−1
Presión: 7 pulgadas de vacío Velocidad de giro del tambor rotatorio: 0.98 rpm Medidas
Tiempo entre medidas
Altura de inmersión [cm]
Cantidad de Flujo de salida [mL]
1.5 16500 1 3’00’’ 3.8 14450 2 6’02’’ 6 13850 3 9’02’’ 8.2 250 4 12’04’’ 10.2 5 15’01’’ 12 12000 6 18’06’’ 13.8 13800 7 21’19’’ GRAFIQUE VELOCIDAD DE FILTRADO VS TIEMPO. DISCUTA LOS RESULTADOS OBTENIDOS. CONCENTRACIÓN CONSTANTE
Gráfica de velocidad vs tiempo(600 g)
Velocidad de filtrado L/s
18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0
Grupo 2-12 pulgadas Grupo 3 Grupo 4-11 pulgadas Grupo 5-7 pulgadas
5 10 15 20 25
Tiempo (minutos)
Gráfica 1. Velocidad vs tiempo a igual concentración y distintas presiones En la gráfica 1 se realizaron las filtraciones a diferente presión de vacío y la misma concentración (cantidad de sólidos disueltos), observándose claramente que a una mayor presión de vacío (12 pulgadas) las velocidades de filtración son mayores que a una menor presión (11pulgadas) (líneas color rojo y color morado respectivamente). De la línea verde no se puede obtener alguna discusión ya que no se sabe cuál es la presión de trabajo ni de la línea azul ya que los datos son erróneos. PRESIÓN CONSTANTE
Gráfica de velocidad vs tiempo(11 pulgadas) 12000 10000 8000 Velocidad de filtrado L/s
Grupo 1-800 g
6000
Grupo 4-600 g
4000 2000 0 2 4 6 8 10121416182022 Tiempo (minutos)
Gráfica 2. Velocidad vs tiempo a igual presión y distintas concentraciones En la gráfica 2 se realizaron las filtraciones a diferentes concentraciones e iguales presiones de vacío (11 pulgadas), observándose que no hay alguna diferencia notoria, sólo en el minuto 13 se observa una pequeña diferencia, pero en general la velocidad de filtrado no depende de la concentración, en este caso 800 y 600 g en líneas color azul y morado respectivamente.
Gráfica de velocidad vs tiempo
Velocidad de filtrado L/s
18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5
Tiempo (minutos)
Gráfica 3. Velocidad vs tiempo En la gráfica 3 se puede apreciar que otro de los factores importantes es la velocidad de giro del tambor rotatorio, en la cual a menor velocidad (rpm) hay mayor tiempo de sumersión y por ende mayor capacidad filtrante en un mismo tiempo.
DISCUTA LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN CUANTO A PESO DE MATERIAL INGRESADO AL FILTRO Y PESO DE MATERIAL FINAL. Grupo 1 2 3 4 5
Peso inicial 800 600 600 600 600
Peso final 511 478 -
% Eficiencia 85.16 79.66 -
Sólo fue posible obtener dos resultados comparativos, en este caso los del grupo 2 y el grupo 3. Para cada uno de los dos resultados se pudo observar claramente una eficiencia media-alta en el proceso, en el cual se obtuvo una recuperación del 85.16% y del 79.66% respectivamente. Para el grupo 2 se implementó una presión máxima de vacío por tanto la eficiencia del proceso debe ser mayor, siendo el resultado acorde con ello. EN UNA TABLA ENUMERE TODAS LAS VARIABLES DEL PROCESO DE FILTRACION EN UN FILTRO DE TAMBOR ROTATORIO. EXPLICAR SU INFLUENCIA EN EL PROCESO Variable 1. Concentración de CaCO3
2. Velocidad de giro
Influencia en el proceso La concentración de CaCO3 no tiene dependencia con la velocidad de filtración. A medida que la velocidad de giro del tambor disminuya, este permanecerá sumergido más tiempo provocando que la tela filtrante retenga más cantidad de CaCO3, es decir, la disminución de la velocidad de giro (Vg) provoca un aumento en la eficiencia del proceso, son inversamente proporcionales:
V
3. Presión de la bomba de vacío de agua
g∝
1 Eficiencia
Si la presión de la bomba de vacío es alta, el vacío aplicado es mayor, por lo que la humedad del sólido está siendo separada o retirada más rápidamente. Por tanto, la velocidad del filtrado (Vf) aumenta a medida que aumenta la presión de vacío (Pv).
Pv ∝ V f 4. Área de contacto 5. Altura de humedad recogida por la
y
V f ∝ Eficiencia
A mayor área de contacto habrá mayor retención de sólido en la superficie filtrante Da una idea de la cantidad de humedad (en este
bomba
caso agua) que se pudo retirar en el proceso, por tanto si la altura de inmersión es mayor da un indicio que la cantidad de agua separada del sólido fue mayor, es decir, a mayor altura de inmersión (Ai) hay un aumento en la eficiencia del proceso, siendo variables proporcionales:
A i ∝ Eficiencia 6. Altura de inmersión
La altura de inmersión da una medida de la cantidad de solución en contacto con la superficie del tambor
ENUMERE CINCO EQUIPOS (INCLUIR IMAGEN) UTILIZADOS EN PROCESOS DE FILTRACION A PRESION. EXPLICAR SU FUNCIONAMIENTO. VENTAJAS Y DESVENTAJAS. Llamamos Filtros de Presión a los filtros en los que la separación tiene lugar gracias a la presión que imprime la bomba de alimentación. En los Filtros de Presión, la superficie filtrante es la suma de las superficies de todas los elementos que se disponen en su interior, situados verticalmente, en paralelo y conectados a un colector único de salida de filtrado. En los Filtros de Bujías los elementos filtrantes tienen forma de bastón, mientras que en los Filtros de Placas, los elementos son superficies planas y dispuestas también en forma vertical. Para ambos tipos de filtros la filtración tiene lugar sobre todos los elementos filtrantes a la vez de fuera hacia adentro, de forma que los sólidos filtrados se acumulan en toda su superficie externa. Esta acumulación de sólidos conlleva un aumento gradual de la pérdida de carga. Usualmente llegado a un valor de consigna se detiene la filtración y se procede a la descarga de los sólidos separados. TIPOS DE FILTROS A PRESIÓN:
CAMPOS DE APLICACIÓN INDUSTRIA QUÍMICA: • • • • • • •
Purificación de Salmuera. Separación de Catalizadores. Recuperación de Tintas. Recuperación de Carbón Activo. Clarificación de Ácido Fosfórico. Clarificación de Ácido Sulfúrico. Clarificación de Sosa Cáustica.
INDUSTRIA FARMACÉUTICA: •
Clarificación y separación de los diferentes productos farmacéuticos.
INDUSTRIA ALIMENTARIA: • •
Clarificación de cerveza y otras bebidas. Clarificación de zumos.
• •
Clarificación de glucosa, dextrosa y gelatina. Clarificación de aceites comestibles.
INDUSTRIA PETROQUÍMICA: • • • •
Separación de carbón activo de aceites parafinas. Clarificación de disolventes. Tratamiento de glicerina. Clarificación de viscosa.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES: • • •
Pulido de aguas residuales industriales. Separación de sólidos de condensación. Filtración de lotes residuales tóxicos
1. FILTROS DE PLACAS VERTICALES El Filtro Vertical de Placas consta de un depósito en el que se encierra cierto número de placas verticales apoyadas sobre un colector transversal ubicado en la parte baja del tanque por donde se recoge el líquido filtrado. Principales características:
Optimización del tamaño de depósito en relación con la superficie filtrante.
Posibilidad de filtrar sobre tela y sobre malla metálica.
Posibilidad de ampliar fácilmente su capacidad mediante la instalación de más placas.
Posibilidad de secar el sólido filtrado mediante la inyección de aire y de vapor.
Fácil automatización del equipo.
Tipos de descarga En los filtros de placas, la descarga de los sólidos filtrados puede realizarse por vía seca o por vía húmeda. La descarga vía húmeda consiste en evacuar y purgar todos los sólidos filtrados por el fondo del tanque junto con el volumen muerto del depósito bien mediante la inyección de líquido a contracorriente o bien mediante la inyección de aire a presión. La descarga vía seca consiste en descargar los sólidos separados después de vaciar el depósito del filtro y haber secado la torta. Esta descarga exige de la instalación de una amplia línea de purga que puede oscilar entre los 250 y los 600 mm de diámetro donde se conecta una válvula de mariposa. 2. FILTROS DE PLACAS HORIZONTALES Al igual que el Filtro Vertical, el Filtro Horizontal de Placas consiste en una serie de placas verticales montadas dentro de un depósito horizontal conectadas a un único colector de salida de líquido filtrado. Esta configuración permite construir filtros de gran capacidad.
Principales características:
Posibilidad de realizar descargas secas de los sólidos filtrados así como descargas húmedas.
Fácil acceso al interior del filtro. Posibilidad de descarga de tortas manual y automática. Posibilidad de filtrar sobre tela y sobre malla metálica. Gran capacidad de filtración. Posibilidad de ampliar fácilmente su capacidad mediante la instalación de más placas. Posibilidad de secar el sólido filtrado mediante la inyección de vapor. Fácil automatización.
PRINCIPALES VENTAJAS Filtros de gran capacidad adecuados para el tratamiento continúo de grandes caudales. Construcción simple y robusta con la ausencia de partes móviles y descargas mecánicas. Reducción notable del coste de mantenimiento. Filtro cerrado, estanco y seguro. Ideal para productos peligrosos o de alto valor. Posibilidad de total automatización. Se evita la necesidad de personal para su funcionamiento. Posibilidad de formación de pre-capa. Posibilidad de obtener corrientes filtradas con un nulo contenido en sólidos. Posibilidad de encamisar. Apto para procesos con la temperatura como factor crítico. Realización íntegra del filtro en acero inoxidable AISI 304, AISI 316 y otros metales. Ideal para tratar productos alimentarios y farmacéuticos. 3. FILTROS MONOPLACA TIPO NUCHA El Filtro de Plato o Nucha Filtrante consiste en un reactor cilíndrico en el que la filtración tiene lugar sobre tela o papel en el fondo del depósito. Su superficie actúa como medio filtrante y es practicable para poder retirar los sólidos filtrados. La separación sólido/líquido tiene lugar gracias a la presurización del depósito.
PRINCIPALES VENTAJAS
Filtro cerrado y estanco. Ideal para la filtración de líquidos peligrosos y/o de alto valor. Posibilidad de filtrar sobre tela y/o sobre papel. Ideal para la separación de sólidos con un alto valor (catalizadores, metales preciosos). Realización íntegra del filtro en acero inoxidable AISI 304, AISI 316 y otros metales. Ideal para tratar productos alimentarios y farmacéuticos. Ausencia de volúmenes muertos en el interior del filtro con un escurrido total de líquido en el sólido separado. Ideal para trabajar por lotes con nulas pérdidas de producto. Construcción simple y robusta. Notable reducción de los costes de mantenimiento. Posibilidad de encamisar. Apto para procesos con la temperatura como factor crítico.
4. FILTROS DE BUJÍA El Filtro de Bujías consiste en un depósito vertical en el que se instalan gran número de elementos filtrantes en forma de bujía.
La disposición de las bujías en el interior del depósito permite reunir la salida de líquido filtrado en un punto así como separarlo en varias líneas independientes.
PRINCIPALES VENTAJAS:
Ideal para pulir corrientes con un bajo contenido en sólidos. La filtración siempre tiene lugar sobre tela. Posibilidad de realizar descargas secas de los sólidos filtrados así como descargas húmedas. Posibilidad de trabajar a contracorriente con la inyección de aire o líquido, favoreciendo así la descarga de los sólidos filtrados. Posibilidad de aumentar la capacidad mediante la instalación de más bujías. Facilidad de automatización. Posibilidad de funcionamiento continúo.
5. FILTROS DE PRENSA Es uno de los filtros más usados debido a su gran versatilidad, tanto en relación a la amplia gama de materiales y como las diversas condiciones de operación que se pueden aplicar, además de su bajo coste de mantenimiento.
Se emplea en los casos en que la resistencia específica de la torta es elevada y siempre que la cantidad de sólidos no sea tan elevada que obligue a desmontar frecuentemente la prensa que provocaría desgastes excesivos en las telas. Sin embargo, no está recomendado su uso para tratar
grandes cantidades. Consisten en una serie de elementos cuadrados o rectangulares, que pueden ser placas y marcos alternados o cámaras, entre los que se coloca la tela filtrante. De esta forma, se distinguen dos tipos de filtros prensa: la prensa de placas y marcos y la prensa de cámaras. La diferencia entre ambas radica en que la segunda prescinde de los marcos y que el canal de alimentación se encuentra en el centro de cada una de las placas en vez de en una de las esquinas como ocurre en la prensa de placas y marcos. ENUMERE TRES PROCESO A NIVEL INDUSTRIAL DONDE SE INCLUYA LA FILTRACION EN FILTROS DE TAMBOR ROTATORIO.INCLUIR DIAGRAMA DE FLUJO. 1. PROCESAMIENTO DE PRODUCTOS FARMACÉUTICOS
Filtro de tambor rotatorio de banda
Diagrama de flujo
2. REMOCIÓN DE SÓLIDOS EN POTABILIZACIÓN DE AGUAS
Filtro de tambo rotatorio
Diagrama de flujo 3. ESTERILIZACIÓN DE LÍQUIDOS
Metafiltro
Diagrama de flujo EXPLIQUE BREVEMENTE EL APORTE DE ESTA PRÁCTICA PARA SU DESEMPEÑO PROFESIONAL.
Se pudo ver a escala un proceso que se lleva a cabo a nivel industrial, la filtración. Estos equipos son muy importantes en muchos de los procesos industriales ya que permiten separar una fase sólida de una fase líquida y obtener cualquier producto de interés de una suspensión sólido líquido. Además se pudo dar cuenta de la alta variedad de equipos específicos para un proceso, y de los cambios que pueden realizarse para un requerimiento en específico. CONCLUSIONES En esta práctica se pudo medir las diferentes variables que acompañan al proceso de filtración, del cual la concentración de sólidos (Carbonato de calcio) no tiene dependencia con la velocidad de filtración; cuando la altura de inmersión en la solución es máxima hay mas superficie de este en contacto, por tanto habrá mayor filtración; en el caso de la velocidad de giro a menor velocidad hay mayor eficiencia en el proceso ya que el material filtrante permanecerá mayor tiempo en contacto con la solución a filtrar; para la presión de la bomba se tiene que a mayor presión hay más succión y a mayor succión mayor eficiencia en la filtración; la humedad recogida por la bomba tiene una dependencia proporcional a la presión de esta misma, en el cual a mayor presión mas humedad recogida y por tanto mayor eficiencia del proceso; finalmente el área de contacto tiene dependencia con la altura de inmersión y la velocidad de giro, en donde a mayor área de contacto más eficiente es el proceso. BIBLIOGRAFÍA -Manual de laboratorio de operaciones unitarias. UNIVERSIIDAD AUTONOMA METROPOLITANA. UNIDAD IZTAPALAPA. DIVISIÓN DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA. Disponible en: http://cbi.izt.uam.mx/iq/Laboratorio%20de%20Operaciones%20Unitarias/Practicas %20Laboratorios/PRACTICA4.pdf visitada el 16 de Julio de 2012. -http://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/catalogo/FILTROS/Tipo4.htm -http://www.gruptefsa.com/sp/fp.htm
