Informe Filtro Prensa

Universidad Tecnológica Metropolitana Facultad de Ciencias Naturales, Matemáticas y del Medio ambiente Departamento de Química

Laboratorio Transferencia de Masa

Filtración (Filtro-Prensa)

Integrantes :

Dusanka Cabello S. Juan Pablo Díaz F. Jorge Garrido L. Robinson Guzmán R. Juan Saavedra M.

Profesor

:

Pedro Alvarez A.

Carrera

:

Ingeniería en Química.

Grupo

:

G1.

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Fecha de entrega:

05 de Junio de 2013.

Resumen

Un filtro de prensa es un aparato diseñado para separar líquidos y sólidos. Dicha separación se realiza a través de filtración mediante presión previamente espesados en un









en un bastidor compuesto de dos cabezales y dos travesaños, en aceros. El paquete filtrante se abre y cierra mediante un dispositivo electrohidráulico. Los filtros se alimentan mediante una bomba de caudal y presión variable. Antes de poner el equipo en marcha, tuvimos que dejar que la emulsión fuese revuelta por un agitador y también verificar que todas las válvulas estuvieran en su posición de operación, una vez revisada cada una de las válvulas válvulas encendimos la bomba y la emulsión fue trasladada trasladada hasta el filtro prensa empezando así el proceso de experimentación correspondiente a filtración. Tienen una amplia y variada en el filtrado de muchos líquidos. Su utilidad abarca, entre otras, otras, las indust industrias rias químic químicas, as, de textil textiles es artifi artificia ciales les,, azucare azucarera, ra, cervecer cervecería, ía, indust industria riass aceiteras, industria cerámica y algunas industrias extractivas. Actualmente, se ha extendido el uso de los filtros a la industria pesada y minera, por los excelentes rendimientos y magníficas respuestas que se obtienen









Objetivos

•

Graficar Graficar

versus V y obtener obtener la Pendiente Pendiente de la curva y el corte en el eje de las

ordenadas. •

Calcular la resistencia específica de la torta RM ; la porosidad media de la torta designada por ε

•

El tamaño de la partícula.









Marco teórico

Los filtros prensa son un método simple y confiable para lograr una alta compactación. Los sólidos se bombean entre cada par de basti bastidores dores y una vez llenos, mediante mediante un tornillo se van oprimiendo unos contra otros expulsando el agua a través de la tela. Los filtros prensa pueden comprimir y deshidratar sólidos hasta obtener del 25% al 60% por peso de los lodos compactados. Según las necesidades, el filtro prensa puede alimentarse directamente desde un clarificador/espesador de lodos, o bien desde un tanque de almacenamiento intermedio, que confiere al sistema una mayor independencia. El filtro se instala normalmente elevado sobre unos pedestales de hormigón de manera que las "tortas" caen directamente donde se almacenan. Eventualmente las tortas pueden ser recogidas por una cinta transportadora, instalándose en ese caso el filtro a baja altura. Funcionamiento

El ci cicl clo o de fifiltltrad rado o da co comi mienz enzo o co con n el pa paqu quet ete e fifiltltra rant nte e ce cerra rrado do y al alim iment entan ando do mediante la bomba. El sólido queda retenido en las cámaras mientras que el agua se filtra a través de las telas, situadas en el interior de las cámaras formadas entre cada dos placas. Cuando el volumen de filtrados es mínimo se considera finalizado el proceso de filtración y empieza la apertura del filtro, produciéndose la descarga de las tortas. Una vez concluida la descarga, se cierra el filtro y comienza un nuevo ciclo de filtrado. El filtro prensa tiene una operación muy sencilla: Primero, el líquido es bombeado a las cámaras que se encuentran rodeadas por lonas fifiltltra rant ntes es.. Al bo bomb mbea earr la pr pres esió ión n se in incr crem emen enta ta y es fo forz rzad ado o a at atra rave vesa sarr la lass lo lona nas, s, provocando que los sólidos se acumulen y formen una pasta seca. Posteriormente, el pistón hidráulico empuja la placa de acero contra las placas de polietileno haciendo la prensa. El cabezal y el soporte terminal son sostenidos por rieles de las barras de soporte. El filtrado pasa a través de las lonas y es dirigido hacia los canales de las placas y puertos de drenado









Para remover la pasta compactada, se hace retroceder el pistón neumático, relajando la presión y separando cada una de las placas, para permitir que la pasta compactada caiga desde la cámara.

Tipos de Filtro- Prensa 1) Filtración a presión constante :

Para una suspensión determinada determinada en un filt filtro ro dado,

la variable principal que se puede controlar es la caída de presión, en la que si la diferencia de ésta es constante, la velocidad de flujo es máxima al comienzo de la filtración y disminuye continuamente hasta el final. Este método es llamado filtración a presión constante. 2) Filtración a velocidad constante:

Al comienzo de la filtración, con frecuencia, la

resistencia del filtro es grande comparada con la resistencia de la torta, ya que ésta es delgada. En estas circunstancias, la resistencia ofrecida al flujo es prácticamente constante, por lo que la filtración transcurre a velocidad casi constante. A través de relaciones matemáticas se puede obtener la cantidad de líquido que ha pasado por el filtro, la caída de presión necesaria para obtener cualquier velocidad de flujo deseada y además, determinar la resistencia de la torta de filtración. Compresibilidad de la torta

En las tortas obtenidas por filtración, la resistencia específica de ésta varía con la caída de presión producida a medida que ésta se deposita. Esto se explica porque la torta se va











sustancias blandas y floculentas, en contraste con sustancias duras y granulares, como el azúcar y los crista cristales les de sal, que se ven muy poco afectados por la presión (la veloc velocidad idad es independiente de la presión). Medios filtrantes

La resistencia del material del filtro y la de la capa preliminar de la torta, se combinan en una sola resistencia, que se conoce como resistencia del filtro y que se expresa en función de un espesor ficticio de torta de filtración. Este espesor se multiplica por la resistencia específica de la torta, obteniéndose así, el valor numérico de la resistencia del filtro. Algunos ejemplos de medios filtrantes son: telas, tejidos de fibras, fieltro o fibras no tejidas, sólidos porosos o perforados, membranas poliméricas o sólidos particulados en forma de un lecho permeable. En relación a la resistencia que ofrece el medio de filtración, se sabe que la diferencia de presión y tal vez, la velocidad de flujo, lo afecten. Además, un medio filtrante viejo y usado tiene una resistencia mucho mayor que uno nuevo y limpio. Esta resistencia del medio es considerada constante, porque generalmente sólo es importante en los primeros instantes del proceso. De esta manera, puede ser determinada a partir de datos experimentales. Filtros prensa (discontinuo de presión)

En éstos se coloca una tela o una malla sobre placas, de manera tal que sean los bordes los que soporten a la tela y al mismo tiempo, dejen debajo de la tela un área libre lo más grande posible para que pase el filtrado. Las placas se disponen generalmente en forma horizontal, aunque con mayor frecuencia cuelgan verticalmente, para así disponer de un área suficiente









Usos y aplicaciones de los filtros prensa

Los filtros prensa tienen una amplia aplicación en la separación sólido-líquido. Se utilizan mucho para el filtrado y clarificación de numerosos líquidos, también tienen utilidad en las industrias químicas o en las de los textiles artificiales, industria azucarera, cervecería, vinificación, industrias aceiteras, industria cerámica o en ciertas industrias extractivas. Actualmente los filtros presa tienen un uso preferencial en muchas industrias por los altos rendimientos obtenidos, factor determinante en la industria pesada y minera, donde se exigen respuestas muy efectivas con equipos de nivel técnico especial. Principio Teórico de Filtración

El principio teórico de la filtración se fundamenta en la cuantificación de la relación básica de velocidad un fluido o caudal:

Donde la fuerza impulsora (F) que puede ser la fuerza de gravedad, el empuje de una bomba de presión o de succión, o la fuerza centrífuga, mientras que la resistencia (R) es la suma de la ofrecida por el medio filtrante y la torta de sólido formada sobre el mismo. La velocidad del fluido se ve condicionada por el hecho de que tiene que atravesar un medio irregular constituido por los canales pequeños formados en los intersticios de la torta y el medio filtrante. •

•

Haci Hacien endo do el bala balanc nce e de mate materi ria a corr corres espo pond ndie ient nte e al sist sistem ema a de filt filtra raci ción ón y cons consid ider eran ando do un sist sistem ema a lami lamina narr, se lleg llega a a la sigu siguie ient nte e expresión:









(3)

(3)

∆t = KV + R ∆V • Cabe destacar que la variable α representa la resistencia específica promedio de la torta, que es constante para la torta particular en sus condiciones inmediatas, y se puede determinar mediante la expresión: T

(1 − ε )

2

(4) •

α = 4,17 µ S SY 2

3

ε

(4)

Para una filtración discontinua a Presión constante tenemos la expresión: (5)

•

Si designamos a R T a la resistencia de la torta encontramos la expresión: K =

α · ρ·C E 2

2 ΔP · A [(1 - ε ) ρS - ε · ρC E ]

(6)

Ahora definimos la ecuación operacional que regirá el proceso e filtración, de la siguiente forma llegando a la ecuación: (7)

RT

=

R M µ A∆P

Si en la expresión (7), se designa como K a los siguientes términos:









•

Reordenado términos y reemplazando en la ecuación operacional (7) encontrada anteriormente llegamos a la siguiente expresión: (10)

•

Para determinar determinar las constantes constantes de la ecuación (9), se puede graficar graficar Δt/ΔV Δt/ΔV versus V obten obtenie iend ndo o una una gráfi gráfica ca la cual cual tiene tiene una una tend tenden enci cia a rect recta, a, en que la pend pendie ient nte e corresponde a K2, y el corte en el eje de las ordenadas corresponde a R T. Esta representación se efectúa mucho más fácilmente tomando la diferencia, tanto de los valores valores de V como como del tiempo y dividien dividiendo do la diferen diferencia cia ∆t por la difere diferenci ncia a ∆V y representando el cociente como la altura de un rectángulo ∆V, como base del mismo. Esta forma de proceder está representada en la figura (6). Se traza una línea recta por la parte superior superior de estos rectángulo rectángulos s y aC partir de la inclinación inclinación y corte en el eje de t − t (V + V )αρ C = fácilmente las ordenadas se calculan K 2 y RT respectivamente. 2 V − V C  2 ∆PA (1 − ε ) ρ − ρε C  o

o

o

E

s

E









Procedimiento experimental

•

En el proceso, ésta suspensión se envía al filtro prensa (el cual ha sido previamente armado con su tela filtrante perfectamente colocada y ajustada al marco y placas), impulsada por una bomba centrífuga, Esta, a su vez, consta de un manómetro y válvula de regulación manual en su descarga, antes de entrar al filtro, con el fin de mantener una presión arbitraria constante en un rango de 5 a 25 (psi) fija para cada corrida.

•

Se realizarán tres corridas, con tres presiones elegidas constantes en cada corrida.

•

El volum volumen en de filt filtrad rado o se cole colect cta a en una una probe probeta ta en cond condic icio iones nes de Volum olumen en constante, o bien, en condiciones de tiempo constante y se pesa. Por ello se debe operar con dos probetas probetas simultáneamente simultáneamente,, en orden a no perder en ningún ningún momento el volumen de filtrado que está saliendo continuamente del sistema de filtración.

•

Cuando sea necesario debe regularse el flujo y por ende la presión sobre el filtro, con la válvula de ingreso al filtro y la válvula de recirculación al estanque.

•

Si se observa, en la corrida, que el flujo de filtrado ha disminuido notablemente (flujo cercano a cero), se detiene el sistema de bombeo, se abre el filtro, se saca la torta (o queque), se mide sus dimensiones (lo más práctico es medir el volumen del conjunto marco y placas) y se pesa. Luego se seca, proceso que puede durar una semana al aire ambiente, midiéndose sus características en seco (masa y volumen).











Cálculos y Resultados

En el laboratorio se obtuvieron los siguientes datos de volumen y tiempo. Tiempo, t (s) (s)

Volu olumen, V (L) (L)

0 14 39 52 64 80 87 97 102 114 132 141 159 Tabla 1: Datos Laboratorio

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24









En la tabla 2 se adjuntan los resultados. t ( s)

V (L)

V(m3)

Δt (s)

ΔV (m3)

Δt/ΔV (s/m3)

0 10 22 35 47 61 76 93 112 130

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 2·10-3 4·10-3 6·10-3 8·10-3 10·10-3 12·10-3 14·10-3 16·10-3 18·10-3

10 12 13 12 14 15 17 19 18

2·10-3 2·10-3 2·10-3 2·10-3 2·10-3 2·10-3 2·10-3 2·10-3 2·10-3

5000 6000 6500 6000 7000 7500 8500 9500 9000









C

E

=

Peso Total Torta Seca Peso Total Agua Recogida Torta Seca (mS): 1,35 kg

Agua Recogida = 26 L ≈ 26 kg CE = 0,0519 kg CaCO 3 /kgH /kgH2O Determinación de otros parámetros:

De Apéndice B: Densidad: ρ (10,5ºC) = 999,6 kg/m 3 Viscosidad: µ (10,5ºC) = 1,30·10 -3kg/m·s De Datos: Área: A = 8,82 ·10 -2 m2 Presión: ΔP = 15 psi = 10,3425·10 4kg/m·s2 Densidad Torta: ρS = 2630 kg/m3









α = 3713·10 8 kg·m-3·s-1

Se tiene que R M es mediante la ecuación nº4: R T =

R M ·μ ΔP A· Δ

R M =

R T ·A· Δ ΔP μ



RM = 1,497·10 10 m-1

Tamaño de la partícula considerada como una esfera esf era A π d 2 6 S y = = = V π d 3 d 6

Por lo que d = 6·Sy -1



















Discusión

Conclusión

Lass va La vari riab able less qu que e in inflfluye uyen n en el pr proc oceso eso de fifiltltrad rado, o, so son n la pr pres esió ión n ya qu que e al aumentarla conlleva a un aumento del caudal o de la velocidad de filtración, pero en la práctica observamos que se prefiere operar a una presión constante ya que se requiere de una un a tor ortta fi fina na,, es espe pesa sa y no gr gra anu nullad ada. a. La teoría se seña ñala la qu que e de depe pend ndie iend ndo o de la lass características del medio filtrante, el caudal promedio es inversamente proporcional a la









Nomenclatura

A CE d K ml mS RM RT

Área de filtración del marco, m2. Concentración de entrada de CaCO 3 de la solución filtrada, kg CaCO3 /kg /kg H2O. Diám Diámet etro ro de de par partí tícu cula la cons consid ider erad ada a com como o una una esfe esfera ra,, m Pendiente de la regresión, s/m6. Masa de líquido en torta, kg. Masa de sólido seco en torta, kg. Resistencia específica de la torta, m-1. Corte en el eje de la ordenada en la regresión, 1/m.









Bibliografía

•

Manual del Ingeniero Químico, Autor: Robert H. Perry

•

McCabe, Warren, Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, 7ª edición, editorial McGraw Hill, México

•

Guía de laboratorio, correspondiente ha filtrado.

Informe Filtro Prensa

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