Filtracion Trabajo Final

8/16/2019 Filtracion Trabajo Final

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Laboratorio de operaciones unitarias I

FILTRACIÓN

I. OBJETIVOS.-

'studio de la variación de la presión vs. la resistencia espec()ca de unatorta incompresible.

'jercitarse en el manipuleo de e*uipos de )ltro prensa + )ltración avac(o.

eterminar la resistencia espec()ca de una torta incompresible a presiónconstante.

'studio de la )ltración a trav,s de un )ltro prensa de placas + marcosoperando a presión + caudal variable.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO.-

Defnición

a )ltración es una operación b/sica mu+ utili0ada en la industria*u(mica consistente en *ue las part(culas sólidas suspendidas en un uido +asea l(*uido o as se separan mec/nica o (sicamente usando un medio poroso*ue retiene las part(culas en orma separada *ue permite el paso del )ltradosin sólidos4 es decir son atrapadas dentro de los poros de la membrana + se

acumulan en una capa sobre la super)cie de esta membrana. a alimentacióno suspensión de entrada puede contener una ran cara de part(culas sólidas ouna proporción baja4 cuando la concentración es m(nima los )ltros operan portiempos mu+ laros antes de *ue sea necesario limpiar el medio )ltrante. aspart(culas sólidas se acumulan en orma de una torta de )ltrado a medida *uese veri)ca el proceso esta torta tambi,n acta como )ltro de las part(culassuspendidas4 la resistencia al ujo aumenta a medida *ue la torta crece.'n la orma en *ue se lleva a cabo en la industria resulta exactamente an/loaa las )ltraciones *ue se veri)can en el laboratorio *u(mico sólo di)eren en lo*ue respecta a la cantidad de materia *ue se maneja + en la necesidad deoperar a costos bajos.6 medida *ue avan0a el proceso de )ltración aumenta el espesor de la torta

por lo *ue la resistencia al paso de uido es cada ve0 ma+or pudi,ndose llevara cabo la operación de las siuientes ormas7

- Filtrción !re"ión c#n"tnte$ 'l caudal disminu+e con el tiempo.- Filtrción c%&l c#n"tnte$ a presión aumenta al avan0ar la)ltración.

Me&i# fltrnte

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's una membrana de cer/mica metal o de un pol(mero con poros losu)cientemente pe*ue8os para excluir la ma+or(a de las part(culassuspendidas. Parte del l(*uido pasa a trav,s del l(*uido como )ltrado clarodejando atr/s una suspensión m/s concentrada. 'l medio )ltrante de cual*uier)ltro debe cumplir los siuientes re*uerimientos7

1. #etener los sólidos a )ltrar dando luar a un )ltrado ra0onablemente claro.2. 9o obstruirse o cearse.3. :er *u(micamente resistente + tener su)ciente resistencia (sica para

soportar las condiciones del proceso.". Permitir *ue la torta ormada se desprenda de una orma limpia + completa.5. 9o ser en exceso caro.

'n la )ltración industrial un medio )ltrante recuente es la tela de lona dedierentes pesos + modelos de tejido dependiendo del objetivo *ue se persia.os l(*uidos corrosivos re*uieren el empleo de otros medios )ltrantes talescomo telas de lana de metal monel o acero inoxidable de vidrio o de papel.as )bras sint,ticas como n+lon propileno + varios poli,steres tienen tambi,n

una elevada resistencia *u(mica

FACTORES 'UE INFLU(EN EN LA FILTRACIÓN• Presión• Temperatura• %aracter(sticas del medio )ltrante• #a0ón solidó ;li*uido• 'spesor + caracter(sticas de la torta•


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-BP C ca(da de presión a trav,s del lec=o poroso. C espesor del lec=o poroso.D C viscosidad del uido.E C densidad del uido.< C velocidad del uido reerida al /rea de sección normal del lec=o C porosidad del lec=o Gracción =uecaH.

C di/metro e*uivalente de las part(culas *ue constitu+en el lec=o.

Re"i"tenci E"!ec)*ic &e l T#rt +,.-

Iue es su resistencia por unidad de rosor.

onde7C :uper)cie espec()ca de la part(cula sólida.

C constante *ue corrie unidades.C densidad del sólido.

Re"i"tenci &el Me&i# Filtrnte +R.-

a resistencia del medio )ltrante #m var(a con la ca(da de presión debido a*ue la velocidad del l(*uido m/s alta causada por una ca(da de presión =ace*ue part(culas adicionales de sólidos penetren en el medio )ltrante. Tambi,nvar(a con el tiempo + la limpie0a del medio )ltrante4 pero como sólo esimportante durante las primeras etapas de la )ltración casi siempre resultasatisactorio suponer *ue es constante durante cual*uier )ltración + obtener

su valor a partir de datos experimentales. :e presenta la ecuación *uede)ne la resistencia espec()ca7

onde7

s C racción m/sica del sólido en suspensión G?. sólido ; ?.suspensiónH.

C racción m/sica del sólido en la torta =meda G?. sólido ; ?.

Torta =medaH.C


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C ca(da de presión total a trav,s de la torta inclu+e tuber(aresistencia al medio )ltrante.

6s(7

Fct#r &e C#!re"i/ili&& &e l T#rt +n.-

#eali0ando experimentos a presión constante para varias ca(das de presiónes posible calcular la variación de K con BP. :i K es independiente de BP latorta es incompresible. Por lo eneral K aumenta con BP +a *ue la ma+or

parte de las tortas son por lo menos en aluna medida compresibles. Paratortas altamente compresibles K aumenta mu+ r/pido con BP.

:e pueden utili0ar ecuaciones emp(ricas para ajustar los datosexperimentales de K en unción de BP como la de la relación de 6lm+ -eLis7

onde7

C #esistencia espec()ca a presión cero.

K C #esistencia espec(ica a una presión dada.n C Factor de compresibilidad comprendido entre MN-1 realmente suvariación est/ entre7 N15 Gpara coad+uvantesH =asta N Gpara=idróxidos + sustancias compresiblesH

entro de los l(mites de aplicabilidad de la ecuación anterior se puede reali0aruna lineali0ación donde QnR es la pendiente de la recta siuiente7

Filtr# !ren"

's el aparato bajo presión m/s en uso. :e compone de una serie debastidores con el costado de unas pe*ue8as orejas *ue se a)rman sobre u(as.Sn tornillo de cierre movido por un volantito acerca o aleja dic=os bastidores.'stos )ltros prensa pueden llear a dimensiones mu+ randes + operan demanera discontinua.os bastidores se arman alternadamente de manera *ue resulten unasc/maras vac(as + unas planc=as llenas sobre cada c/mara llena se apo+a la

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tela )ltradora *ue orma con la tela colocada de rente en la c/mara vac(acomo una bolsa.:obre el cuadro vac(o una serie de aujeros comunica la bolsa con el conducto*ue lleva el l(*uido *ue debe )ltrarse.'l l(*uido a )ltrar debe pasar a trav,s de las telas + dejar sobre estas laspart(culas sólidas *ue contiene. Por ser la tela mu+ )na + dada la clase de

material *ue se deposita sobre ella se determina una resistencia a la )ltraciónpara vencerla se env(a el l(*uido con una presión de varias atmóseras comoresultado de esta presión.'n los )ltros prensa pueden emplearse presión + temperatura elevadas durantela )ltración sin embaro estos )ltros tienen altas de =omoeneidad en ellavado de las tortas + en la descara de los depósitos sólidos.

III. DATOS

Filtrción l 0c)#

COM1OSICIÓN0#l.S%"!en"i#n

1N litros

2"#li" 1N

ESTANDARI3ACIONV#l. 4% 5V6 5NN mlV#l. 4% 5V7 5NN mlV#l. 4% 5V8 5NN ml

Alt%r cmE9%i0lenci 2cm C 1N2.&& ml

1:;

c=4

1)n7 2V "U $" 3V ""U $V 32U7< 3V 2&U &" "V 2U &V "3U

6


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77 "V N$U 33 5V 1U V N2U7? "V "!U 11 $V "NU 11V "&U7@ 5V "!U !5 !V 1NU7> $V 3NU !&8< &V N$U 1"

87 !V N$U8? 1NV N!U8@ 11V NNU NN

/ Filtr# 1ren"

1re"ión!"i

V#l%en fltr+L

Tie!#

F1 F2 F3

; 5N 11N 5N 5U"N &N 3N 5U

6< 5 1N !5 5U&N 15N $5 5U

6; &5 15N &N 5U&5 15N &N 5U

7< !N 1$N &N 5U&2 1"N &N 5U

7; &! 15N &N 5U&5 15N &N 5U

8< !N 1$N &" 5U&N 1"N $N 5U8; !N 1$N !N 5U

!N 1$N &N 5U8@ !N 15N &N 5U

!N 15N &N 5U

7

1re"ión ;<c=4

88.>c=4

7


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T#rt

N6$ 'spesor GcmH 3.& 3.$ 3. 3.!Peso =umedo G?H 3

N7$ 'spesor GcmH 3.& " ".2 3.! Peso =umedo G?H 3.5

IV. TRATAMIENTO DE DATOS

IV. I CALCULO DE FILTRACIÓN AL VACÍO

6. E"tn&rición

:e usó 5NN m de aua + la variación de altura ue .$ cm.ueo se determina la e*uivalencia para 2 cm por rela de tres simple7

5NN m -----------. cmW ----------- 2 cm

ónde7 WC 1N1.N1 mCN.1N1 CN.NNN1N1 m3 N.NNN1N17. O/tención &e 4rfc" &e !r !re"i#ne"

;c=4 7 c =4

Alt%r

+c

Tie!# +"

V#l%en

+8

H +&t

HV+&V

HHV+&t&V

7 13 1.N1'-

N"13 1.N1'-

N"12!&12

.? 15 2.N2'-

N"2 1.N1'-

N"1!N1.

!@ 2& 3.N3'-

N"12 1.N1'-

N"11!!11

.> "" ".N"'-

N"1& 1.N1'-

N"1$!31$

.!6< 5 5.N5'- 15 1.N1'- 1"!51"

8

V#l. S%!"!en"i#n 6


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N" N" .67 &3 $.N$'-

N"1" 1.N1'-

N"13!$13

.6? 1N" &.N&'-

N"31 1.N1'-

N"3N$3N

.&6@ 135 !.N!'-

N"31 1.N1'-

N"3N$3N

.&6> 1$ .N'-

N"3" 1.N1'-

N"33$$33

.&7< 2N& 1.N1'-

N33! 1.N1'-

N"3&$23&

.$77 2&3 1.11'-

N3$$ 1.N1'-

N"$53"$5

.37? 2!! 1.21'-

N315 1.N1'-

N"1"!51"

.7@ 3"! 1.31'-

N3$N 1.N1'-

N"5"N5

."

7> 3N 1."1'-N3 "2 1.N1'-N" "15!"1.$8< "2$ 1.52'-

N33$ 1.N1'-

N"35$"35

.$87 "!$ 1.$2'-

N3$N 1.N1'-

N"5"N5

."8? $N! 1.&2'-

N3122 1.N1'-

N"12N&2

18@ $$N 1.!2'-

N352 1.N1'-

N"51"!51

.5

%omparando la ecuación obtenida en el r/)co con la ecuación inicial se obtiene7

9


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/ 1r 1G 88.> c=4

Alt%r

+c

Tie!# +"

V#l%en

+8

H +&t

HV+&V

HHV+&t&V

7 1" 1.N1'-

N"1" 1.N1'-N" 13!$13

.? 2& 2.N2'-

N"13 1.N1'-N" 12!&12

.

@ "1 3.N3'-N"

1" 1.N1'-N" 13!$13.

> 5! ".N"'-N"

1& 1.N1'-N" 1$!31$.!

6< !" 5.N5'-N"

2$ 1.N1'-N" 25&"25.&

67 11N $.N$'-N"

2$ 1.N1'-N" 25&"25.&

6? 12$ &.N&'-N"

1$ 1.N1'-N" 15!"15.!

6@ 1&5 !.N!'-N"

" 1.N1'-N" "!51"!.5

6> 22" .N'-N"

" 1.N1'-N" "!51"!.5

7< 2$ 1.N1'-N3

"5 1.N1'-N" ""55"".$

77 31 1.11'-N3

5N 1.N1'-N" "5N".5

7? "NN 1.21'-N3

!1 1.N1'-N" !N1!N.2

7@ "N 1.31'-N3

N 1.N1'-N" !1N!.1

10


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N" ."7< "$3 1.N1'-

N3&1 1.N1'-N" &N2&N

.377 5"2 1.11'-

N3& 1.N1'-N" &!21&!

.27? &N& 1.21'-

N31$5 1.N1'-N" 1$33$$

3

%omparando la ecuación obtenida en el r/)co con la ecuación inicial se obtiene7

8. Clc%l# &e l " &e l t#rt e& t#rt "ec

1re"ión ;< c=4

88.> c=4

7


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1r #/tener l#" re"%lt" 9%e "e %e"trn en l" t/l"&e rn %"# &e l" "i4%iente" ec%ci#ne"$

Área de fltración:

Densidad del sólido:

Fracción de masa en la suspensión y en la torta húmeda:

1G ;etros

t#rt%.

252.! ramos

N.252! ?

t#rt"ec

1&1.5 ramos

N.1&15 ?

A &efltrci#n

2!3.53 cmY2 N.N2!353

mY2

&. T#rt"ec

N.$&21 ;cmY3

$&2.1 Z;mY3

&elS#li

1.NNNN ?

S%"!enc.

1N.NNNN ?

%+0i"c#"i&

& &el4%

N.NN1N Pa.s

O/tención &e l" *rcci#ne"" N.1NNN" N.$&!"


14/23


4

Xallando la #esistencia 'speci)ca7

e la 'cuación7

:e espeja la #esistencia 'speci)ca de la torta 7

13&N&!."33

Xallando la #esistencia del >edio7

espejando se obtiene7

/ 1G88.> c=4

DATOS VALORES

"i"te C..S

Vl#re" Si"teinternci#nl

&1 33.! cm X "5N$3 Pascal

D+&ietr#

1! cm N.1! metros

L+lt.T#rt

N.$ cm N.NN$ metros

t#rt%.

2$&." ramos

N.2$&." ?

t#rt"ec

153.& ramos

N.253& ?

A &efltrci#n

25"."$ cmY2 N.N25""$

mY2

&. T#rt"ec

1.N$"3 ;cmY3

1N$".3 Z;mY3

14


15/23


&elS#li

1.NNNN ?

S%"!enc.

1N.NNNN ?

%+0i"c#"i&

& &el4%

N.NN1N Pa.s

O/tención &e l" *rcci#ne"

" N.1NNN

" N.5&5

4


e la 'cuación7




c 1G7


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DATOS VALORES

"i"te C..S

Vl#re" Si"teinternci#nl

&1 2N.5 cm X 2&331 Pascal

D+&ietr# 1 %m N.1 metros

L+lt.T#rt

N.$ %m N.NN$ metros

t#rt%.

253.$ [ramos

N.253$ ?

t#rt"ec

153.$ [ramos

N.153$ ?

A &efltrci#n 2!3.53 cmY2 N.N2!353 mY2

&. T#rt"ec

N.$&$! ;cmY3

$&$.! Z;mY3

&elS#li

1.NNNN ?

S%"!enc.

1N.NNNN ?

%+0i"c#"i&

& &el4%

N.NN1N Pa.s

O/tención &e l" *rcci#ne"

" N.1NNN

" N.$N5&

4


e la 'cuación7

16


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Cuadro Resumen7Re"i"tenci E"!ecifc

&e l t#rt

Re"i"tenci &el e&i#

+;


18/23


< 6


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rafica N*1

Si la velocidad de filtración permanece constante (dv/dθ = cte) y la tortaincompresible:

P = K3 V + K4

Para una torta compresible, se tiene la siguiente ecuación:

4

1

3 K V P K P

n+∆=∆ ……()

#eali0ando la reresión lineal de los datos *ue se muestran en la tabla7P C 1N! Pn .


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%oncentración de la torta 17C

Wt:=

]ts C peso de la torta seca.

]t= C peso de la torta =meda.]torta seca C 3.NNN ?.]torta =meda C C 3.5NN ?.

% C !5.&

%/lculo del /rea donde se deposita la torta7

! π "

4⋅:=

C 2$ cm.6 C N.N52&1 m2

%/lculo de la masa del sólido reerida al volumen de )ltrado7W

1 $ #⋅−:=

E7 densidad del aua:7 racción masica del sólido en suspensión.m7 torta =meda;torta seca: C G5 ? %a%O3;1NN ? suspensiónH C N.N5 ? %a%O3;?

suspensiónm C 1.1$

#eempla0ando datos obtenemos el valor de ]7] C 53.1N ?;m3

%alculo del tiempo de lavado7θ%a&

d'

dθ

%a&

:=

…………….. G ^ H%alculo del caudal7

( )1 (3 2 ........cte

dv K

gcA d

α µω α

θ

= ÷

espejando se =alla el caudal del )ltrado7

20


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……G__H

onde7

#eempla0ando datos en G__H

6=ora se =alla el caudal de lavado7

Xallando la densidad de la torta =meda7

#empla0ando en la ecuación Ĝ H se obtiene el tiempo de lavado7

G6sumirH

21


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%alculo de la capacidad del ciclo7

I.OBSERVACIONES

E:!erienci 6$ Filtr# !ren"

• Para tomar el tratamiento estad(stico de los datos tomadosdescartaremos los primeros puntos + los primeros puntos de los ltimosdebido a *ue se busca lineali0ar la tendencia de la presión


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• :i la presión inicial de la )ltración es elevada las part(culassólidas se depositan sobre el )ltro en masa compacta comoprensada oreciendo ma+or resistencia a la )ltración +disminu+endo la velocidad en el paso del l(*uido de maneraevidente + r/pida mientras la operación procede.

• :e veri)có la tendencia de un comportamiento lineal por lo *ueaun*ue se comprueba la condición de *ue la resistencia espec()cade la torta no es una constante sino *ue var(a con la presión seconclu+e *ue la torta de carbonato de calcio se ajusta al modelopropuesto de torta incompresible.

ii. E:!erienci 7$ Filtrción !re"ión c#n"tnte

• 'l valor del actor de compresibilidad GnH calculadoexperimentalmente para el caso del %aO ue N.23 lo cual indica*ue l t#rt *#r& tien&e "er c#!re"i/le.

•

a resistencia del medio )ltrante aumenta para un dierencial depresión ma+or debido a *ue los poros del medio )ltrante se venobstruidos con el material *ue se est/ recuperando + dado *ue latorta se =ace m/s compacta esta no permite *ue el uido arrastre aestas part(culas depositadas.

• 'l caudal del uido en la )ltración al vac(o aumenta conorme seincrementa la dierencia de presión pero es desavorecido mientrasla torta incrementa su espesor.

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