UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA FILTRACION EN FILTRO PRENSA
LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS
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FILTRACION EN FILTRO PRENSA
OBJETIVO: ⎛ Δt ⎞ versus V y obtener la Pendiente de la curva y el corte en el eje Graficar ⎜ ⎟ ⎝ ΔV ⎠ de las ordenadas. Calcular la resistencia específica de la torta R M ; la porosidad media de la torta designada por ε El tamaño de la partícula considerada como una esfera. INTRODUCCION : La filtración es un proceso mediante el cual se logra la separación de partículas sólidas que se encuentran en suspensión en un medio líquido. Para este fin, se requiere de un medio poroso que retenga las partículas sólidas permitiendo el paso del fluido, además de una fuerza impulsora (gravedad, presión o fuerza centrífuga). El sólido se retiene sobre el medio filtrante formando una torta porosa. En la mayor parte de los procesos industriales y mineros se requiere tener presente los siguientes equipos y procesos de filtración: a)
b)
Filtros de lecho profundo • Abiertos (por gravedad) • Cerrados (por presión) Filtros de superficie • Cedazos y coladores • Filtros de manga • Filtros prensas • Filtros de presión de hoja • Tambor rotatorio • Filtros bandas
En esta experiencia se trabajará con un filtro común, a nivel industrial, denominado
filtro prensa.
TEORIA: El filtro prensa es un equipo compuesto de marcos y placas metálicas, que sustentan unas telas que actúan de superficie filtrante. El sistema de operación del filtro prensa corresponde a un proceso batch (por lotes).Ello significa que está involucrado el ciclo de filtración. este está compuesto por: a) Filtración. b) Lavado c) Descarga.
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Haciendo el balance de materia correspondiente al sistema de filtración y considerando régimen laminar, se llega a la ecuación de Kozeny que está supeditada al concepto: velocidad generalizada
=
Fuerzaimpulsión / generalizada
(1)
Re sistenciageneralizada
Es decir, dV dt
= 4.17 * μ . * .S *
dV =
2
− V o2
(1 − ε )2 ε
(3)
3
ΔPA 2 [(1 − ε ) ρ s − ερ C E ]
=
2
(2)
V ρ C E α 2 y
α
V
=
ΔPA 2 [(1 − ε ) ρ s − ερ C E ]
V ρ C E α
ΔPA 2 [(1 − ε ) ρ s − ερ C E ] ρ C E α
(4)
dt
(t − t o )
(5)
La ec.(6) se obtiene para filtración discontinua a presión constante. t − t o V − V o
=
(V + V o ) * αρ C E 2 * ΔP * A 2 [(1 − ε ) ρ s
(6)
− ρε C E ]
La Ecuación operacional será:
Δt = ΔV
V * αρ C E
[
2 * ΔP * A (1 − ε ) ρ S 2
− ε * ρ C
E
]
+
R M * μ
(7)
A * ΔP
Si se designa por: 1 ε
=
m S * ρ l ml * ρ S
+1
Siendo: ms= masa de sólido seco en torta(kg ss) ml = masa de líquido en torta (kg agua) ε = porosidad de la torta (adimensional) 2 A = áreas de filtración del marco (considerar ambas caras) (m )
(8)
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CE = concentración de entrada de de la suspensión de CaCO 3 al sistema - razón en peso ( kg de CaCO 3 / kg de agua), es decir, experimentalmente corresponderá a la razón entre el (peso de torta seca/peso del agua total recogido). V = volumen de filtrado en el instante t (seg) ρ = densidad del agua a temperatura de trabajo (kg /m 3) μ = viscosidad del agua a temperatura de trabajo (kg / m seg) Sy = área específica de gránulo de CaCO 3, correspondiente a la razón de (área /volumen). ρs= densidad absoluta del CaCO 3 igual a 2630 (kg/m 3)
Todas las cantidades se deben expresar en unidades consistentes.Si se designa por Resistencia de la Torta a la variable RT : RT
=
R M * μ
(9)
A * ΔP
Como el tiempo se comienza a evaluar desde el inicio, se cumple que cuando t0=0 resulta ser V0=0, entonces la ecuación (7), toma la forma siguiente:
Δt = ΔV
α * ρ * C E
2 * ΔP * A
2
[(1 − ε ) ρ S − ε * ρ * C E ]
* V +
R M * μ A * ΔP
(10)
La Ecuación (11) se reduce a la siguiente forma:
Δt = K * V + RT ΔV Al graficar
(11)
(Δt ΔV ) versus V se obtiene una gráfica, cuya tendencia es la de una recta,
en que la pendiente corresponde a K 2 y el corte en el eje de las ordenadas corresponde a RT EQUIPO:
Consiste en un filtro prensa de marcos y placas de fierro. Se utiliza un solo conjunto de marco y placas. La suspensión a filtrar se encuentra almacenada en un estanque provisto con agitador.
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Antes de efectuar la experiencia se debe agitar la suspensión, agregando carbonato de calcio ( 1kg) y agua (si es necesario), al estanque, hasta que alcance un nivel medio.
PROCEDIMIEN TO 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 volumen de filtrado se colecta en una probeta en condiciones de Volumen constante, o bien, en condiciones de tiempo constante y se pesa. Por ello se debe operar c on dos probetas simultáneamente, en orden a no perder en 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). Al iniciarse una nueva corrida es necesario reponer el carbonato cálcico faltante. Se determina la razón ( torta húmeda / torta seca)
BIBLIOGRAFÍA: (1) Manual del Ingeniero Químico, Perry R. H. Sexta Edición. Editorial Mc Graw Hill, México, 1992 (2) Operaciones Básicas de Ingeniería Química, McCabe Warren L., Smith Julian C. 4ª Edición, Editor ial McGraw Hill,(1991). (3) Introducción a la Ingeniería Química, Badger L.Walter y Banche ro, Julius T., Editorial McGraw-Hill.(1977)
