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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MEXICO INSTITUTO TECNOLÓGICO DE OAXACA Departamento de ingeniería química

Laboratorio integral I

Practica número 2. “filtración en filtro prensa” Catedrático: Ángel Gildardo Castañeda López.

Alumno: Xanat García Gómez

Fecha de entrega: 11 de septiembre del 2019.

Contenido Objetivos de la práctica ................................................................................................................... 3 Objetivo general ........................................................................................................................ 3 Objetivos específicos). - Identificar todas variables que intervienen y alteran la operación del filtro prensa. ...................................................................................................... 3 Introducción. ...................................................................................................................................... 3 Marco teórico. ................................................................................................................................... 4 Ecuación General de la Filtración .......................................................................................... 8 Procedimiento. ................................................................................................................................ 10 Resultados....................................................................................................................................... 10 Cálculos. .......................................................................................................................................... 11 Conclusiones. .................................................................................................................................. 12 Referencias. ................................................................................................................................ 12

Objetivos de la práctica Objetivo general Realizar un proceso de filtrado haciendo uso adecuado del equipo en cuestión (filtro prensa), de esta manera se tendrá conocimiento y dominio de cada uno de los elementos que lo integran. Objetivos específicos). - Identificar todas variables que intervienen y alteran la operación del filtro prensa. b). - Reconocer la funcionalidad de un ayuda filtro en el proceso. c). - Realizar los cálculos correspondientes para conocer la compresibilidad la torta, las gráficas presión contra volumen y las gráficas de velocidad contra tiempo

Introducción. En el reporte de la siguiente práctica, se abordará el trabajo realizado con el filtro prensa usando una solución de agua con cal. Con esto se busca entender el uso correcto del equipo al momento que se identifican las variables que intervienen en el funcionamiento de este proceso, como lo pueden ser: presión, volumen, tiempo, velocidad del filtrado, espesor de la torta formada, densidad, tamaño de los sólidos, área de filtrado, etc. Es importante conocer de antemano que el equipo de filtro prensa consta de un separador de líquidos y sólidos. Este funciona a través de filtración por presión. Este equipo contiene una serie de bastidores de acero que sostienen una tela o malla. De igual manera cuenta con unas placas filtrantes desmontables, las cuales están hechas de polipropileno. De igual manera las mallas pueden ser de 3 diferentes tipos: 1. Tipo selladas 2. Tipo no selladas 3. Tipo membranas de alta resistencia Los filtros prensa son un método simple y confiable para lograr una alta compactación. Los sólidos se bombean entre cada par de bastidores y una vez llenos, 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. En esta práctica, lo que interesa es el líquido filtrado. Por este motivo se realizará el proceso usando un ayuda filtro (el cual está compuesto por una solución de cal), el cual será pasado primeramente por el filtro prensa a una presión conocida. Una vez formada la torta en las lonas, se procederá a filtrar la solución problema, cambiando la presión de operación. De igual manera se harán cálculos correspondientes. Marco teórico. El filtro prensa se diferencia por tener un sistema de filtración a presión, el cual consiste en alternar una serie de placas y marcos con una tela filtrante a cada lado. Por lo tanto, estas placas tienen incisiones con forma de canales para drenar el filtrado en cada placa; este filtro se compone de una serie de chapas verticales, yuxtapuestas y acopladas. Estas chapas prensadas entre ellas cuentan con un sistema hidráulico-neumático que puede ser automático, semiautomático. La presión aplicada a las zonas unidad de cada filtro debe de soportar la presión interna de la cámara que se forma debido a la inyección mediante bomba del lodo al sistema. Esta disposición de placas verticales forma cámaras de filtración estanca a la inmersión que permiten la fácil mecanización de la descarga de las pastas. Membranas filtrantes finamente y fijamente malladas se aplican en las dos grandes superficies crecientes en estas placas. A través de orificios se alimenta el sistema de lodo para ser prensado en la cámara de filtración. Están generalmente colocados en el centro de estas placas permitiendo una distribución adecuada del flujo, presión adecuada y mejor drenaje del lodo dentro de la cámara. Lodos sólidos se acumulan gradualmente en la cámara de filtración hasta que se genera una pasta compacta final. El filtrado se colecta en la parte de atrás del soporte de filtración mediante ductos internos. Los filtros de prensa son sistemas de deshidratación intermitente. Cada operación de prensado supone los siguientes pasos:

1- Cerramiento de la prensa: cuando el filtro está totalmente vacío, la cabeza movible que es activado por el sistema hidráulico-neumático cierra las placas. La presión de cerramiento es autorregulada mediante la filtración. 2- Rellenado: Durante esta fase corta la cámara se llena con lodos para su filtración. El tiempo de relleno depende del flujo de la bomba de alimentación. Para lodo con gran capacidad de filtración es mejor rellenar el filtro rápidamente para evitar la formación de una pasta en la cámara primaria antes de que se haya rellenado del todo. 3- Filtración: Una vez rellenada la cámara, la llegada de manera continua de lodo a tratar para ser desaguado provoca un aumento de la presión debido a la formación de una capa espesa de lodo en las membranas. Esta fase de filtración puede reducirse de manera manual, mediante un temporizador o un indicador del flujo que activa una alarma de parada cuando se alcanza el final de la capacidad de filtración. Cuando se ha parado la bomba de filtración, los circuitos de filtración y ductos centrales, que están todavía rellenos de lodo se les aplica aire comprimido para su purgado. Características de los medios filtrantes -

Elevado poder de retención de partículas o microorganismos

-

Gran resistencia química y mecánica

-

Facilidad de desprendimiento de la torta

-

Máximo volumen filtrable

-

Elevado caudal de filtración con mínima resistencia al flujo

-

No exista extracción de ningún componente del filtro.

-

Escasa o nula capacidad de adsorción de sustancias (macromoléculas, conservantes, etc.)

Capacidad de filtración La capacidad de producción de un filtro de prensa es de entre 1.5 y 10 kg de sólidos por m2 de superficie de filtración. para cada modelo de filtro de prensa el volumen de la cámara y la superficie de filtración depende del número de placas del filtro.

En términos prácticos el tiempo de prensado es menor de cuatro horas. La filtración depende de: -

espesamiento de la pasta

-

concentración de lodo

-

resistencia especifica

-

coeficiente de compresibilidad.

Una de las ventajas del filtro prensa es que pueden aceptar lodo con distinta capacidad de filtración. Es recomendable espesar el lodo antes de la operación en el filtro de prensado. Aunque el lodo presenta gran capacidad de filtración permite capacidad de producción mayores, los filtros de prensa aceptan igualmente lodo con condiciones poco precisas para su filtrado. Esta tolerancia significa que el sistema presenta condiciones de operabilidad seguras y con pocos riesgos. En el proceso de filtración por torta se pasa a través de tres clases de resistencia en serie: 1._ Las resistencias de los canales que llevan la suspensión hasta la cara anterior de la torta, y el filtrado desde que sale del medio filtrante. 2._La resistencia correspondiente a la torta. 3._ La resistencia correspondiente al medio filtrante. Con respecto a la distribución de la caída global de presión, se observa que por ser éste un flujo en serie, la diferencia de presión total en el filtro puede igualarse a la suma de las diferencias de presión individuales. En un filtro bien diseñado las resistencias de las conexiones de entrada y salida son pequeñas y pueden despreciarse en comparación con la resistencia de la torta y del medio filtrante. Al incrustarse las primeras partículas en las mallas del medio filtrante, se produce una resistencia adicional que afecta al flujo posterior. La resistencia total que se establece sobre el medio, incluyendo la de las partículas incrustadas, se llama resistencia del medio filtrante y es importante durante los primeros momentos de la filtración. La resistencia que ofrecen los sólidos, y que no

se debe al medio filtrante, se llama resistencia de torta. La resistencia de la torta es cero al iniciar la filtración, a causa de la deposición continua de sólidos sobre el medio, esta resistencia aumenta continuamente con el tiempo de filtración. matemáticamente, un filtro de torta trabaja de la siguiente manera: ΔP= ΔPc+ ΔPm; - ΔP= - ΔPc- ΔPm (1)

En él existen resistencias que bloquean el paso del líquido de un lado al otro, siendo las dos más importante y caso de estudio la resistencia de la torta (ΔPc) y la resistencia del medio filtrante (ΔPm). Resistencia de la torta (ΔPc) La velocidad de fluido a través de la torta viene dado por:

(2)

Donde:  

dv: diferencial de volumen. dt: diferencial de tiempo.

de donde la ecuación queda:

(3)

En analogía a la resistencia de la torta, se realiza la resistencia del medio filtrante. La velocidad de fluido a través del medio filtrante viene dado por la ecuación 2 y sus miembros como la resistencia del medio filtrante y la fuerza impulsora son: La resistencia del medio filtrante Una vez realizados todos los cambios que se deben la velocidad en el medio filtrante es la siguiente: (4)

Donde: 

R: Resistencia



Rm: Resistencia del medio.



μ: Viscosidad

Compresibilidad de la torta En las tortas obtenidas por filtración, la resistencia específica de ésta varia con la caída de presión producida a medida que ésta se deposita; esto se explica porque la torta se va haciendo más densa a medida que la presión se hace mayor y dispone por ello de menos pasadizos con un tamaño menor para que pase el flujo. Este fenómeno se conoce como compresibilidad de la torta. Una torta compuesta por partículas sólidas flexibles y deformables, blandas y floculentas, tiene una resistencia al flujo que depende de la caída de presión y varía a lo largo de todo el espesor de la torta, siendo mayor cerca del medio filtrante; a estas tortas se le denominan "Compresibles". Las tortas denominadas "incompresibles" son aquellas formadas por partículas sólidas rígidas e indeformables donde la resistencia es independiente de la presión y no varía con la profundidad de la torta. Tortas muy compresibles serán aquellas que derivan de sustancias blandas y floculentas, en contraste con sustancias duras y granulares, como el azúcar y los cristales de sal, que se ven muy poco afectados por la presión (la velocidad es independiente de la presión). Para expresar esta influencia de la presión sobre las partículas de la torta se tienen ecuaciones empíricas que las representan, entre estas está: a = a o.(-D P)s (5) donde: a : resistencia específica de la torta, a o: resistencia media específica de la torta, s: factor de compresibilidad (S=0, torta incompresible; S=1, torta compresible); D P: presión total del sistema. Ecuación General de la Filtración De las ecuaciones (3) y (4) se despejan las variaciones de presión de la torta y del medio filtrante respectivamente (D Pc y D Pm) y se sustituye en la ecuación 1:

(6)

Realizando algunos cambios y conociendo que: C=mc / V (7)

con C: Concentración de sólidos en el filtrado. V: volumen del filtrado y mc: masa de sólidos secos. Llegamos a:

(8)

La ecuación (7) expresa la concentración de sólidos en el filtro en base al volumen de filtrado. Existe otra manera de referirse a la concentración de sólidos en la filtración que es Cs = mc / Vs, indica la cantidad de sólidos en base al volumen de suspensión, con el volumen de suspensión la suma del volumen de filtrado más el volumen de líquido que queda en la torta húmeda. La siguiente formula relaciona C y Cs:

(9)

Donde: mf: masa de torta húmeda; mc: masa torta seca; r : densidad.

Procedimiento. 1._Montar el filtro con 3 marcas de 20 cm. 2._Colocar entre las marcas las mallas para filtración. 3._Preparar en un tanque la suspensión que se va a filtrar con los siguientes materiales: 30 L de agua y 500 gr, y 30 L para 1500 g. 4._Hacer pasar la suspensión de ayuda filtro; por el filtro a un flujo tal que no le pase la presión de 0.2kg/cm manteniéndolo constante. 5._Obervar la válvula baypass durante el tiempo de filtración. 6._Quitar los marcos dos marcos con sus placas fijando un marco con una placa. 7._Hacer pasar la suspensión problema manteniendo un a presion de 0.3 Kg/cm y mida el volumen filtrado por cada minuto hasta completar 5 minutos. 8._Quitar las placas y marco. 9._Quitar las mallas para filtración con la torta formada y sustituyéndolos por otras dos que tengan la precapa del ayuda filtro. 10._Limpiar el equipo.

Resultados. La torta resultante se peso al termino de la practica aun humeda, y su peso fue de 327 kg. La torta procedio a secarse en el tiempo de 1 un dia a la sombra.

Al pesarse luego de que secara el peso fue de 306 gramos, el peso dismuyo al evaporarse el agua que contenia la torta humeda. Para el tiempo en el que la torta fue realizada el tamaño es consiste a los calculos.

Presión a 0.2 kg/cmˆ2 Minuto

Volumen filtrado.

1

0.44L

2

0.39

3

0.35

4

0.38

5

0.45

Cálculos. Matemáticamente, un filtro de torta trabaja de la siguiente manera: ΔP= ΔPc+ ΔPm; - ΔP= - ΔPc- ΔPm (1)

En él existen resistencias que bloquean el paso del líquido de un lado al otro, siendo las dos más importante y caso de estudio la resistencia de la torta (ΔPc) y la resistencia del medio filtrante (ΔPm). Resistencia de la torta (ΔPc) La velocidad de fluido a través de la torta viene dado por:

(2)

Donde:  

dv: diferencial de volumen. dt: diferencial de tiempo.

de donde la ecuación queda:

(3)

En analogía a la resistencia de la torta, se realiza la resistencia del medio filtrante. La velocidad de fluido a través del medio filtrante viene dado por la ecuación 2 y sus miembros como la resistencia del medio filtrante y la fuerza impulsora Conclusiones. Del presente trabajo se ha podido concluir lo siguiente, la practica concluyo exitosamente al formarse una torta de 306 gramos y un grosor de medio centímetro, es un proceso en el que se requiere mucha presión puesto, que, por ejemplo: las mallas filtradoras deben embonar correctamente para evitar fugas. también se concluye que los procesos de filtración son elementales para separar o reconocer el soluto de una solución, se pudo medir el tiempo de filtración para cada precipitado formado.

Referencias. Halberthal, Josh. Ingeniería aspectos de la separación sólido-lquido.. The Filterpress. Revisado por: . 2005 McCabe, W; Smith J. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. Editorial McGraw-Hill. Cuarta Edición Darby, R. Ingeniería química de mecánica de fluidos. Marcel Dekker, 1996. Ullmann´s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Volumen B2, Ed. Advisoty Board, 1988.