aula 7 eq - filtracao.1
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-
UNIFESP campus Diadema Operaes Unitrias I
Eng. Qumica Integral, 1 sem/2015
Aula 7: Filtrao
Prof. Dr. Igor Tadeu Lazzarotto Bresolin
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Seminrios
7 Grupos:
5
6
7
8
9
10
11
Temas:
1. Flotao (Gomide v. 3 II) 2. Separadores magnticos e eletrostticos
(Gomide v. 3 II) 3. Precipitao eletrosttica (Gomide v. 3 V) 4. Tubulaes e acessrios (McCabe 8)
5. Vlvulas (McCabe 8)
6. Ventiladores e sopradores (McCabe 8)
7. Compressores (McCabe 8)
Data: 25/05/15
20 minutos de apresentao + 5 minutos de perguntas
Apresentao ser na ordem dos temas
Os temas sero sorteados.
Slides sero colocados no Moodle contedo cai na P2.
-
Grupos
84.517 BIANCA APARECIDA DE FREITAS SANTOS
84.532 CLAUDIA MEIHUA IE
84.568 JAQUELINE HIROMI MORIMOTO
84.654 REBECA NAOMI YAGI
84.668 THALITA SILVA LARANJEIRA
68.360 ALESSANDRA MOECKEL
78.628 ANA CAROLINA FERRAZ FERRARINI
78.569 JHESSICA CAROLINE MENDES CARDOSO DAVY
79.039 LUMA BEATRIZ PAULINELI NAVAS
78.581 MAYARA SOARES ASTINI
78.224 ESTELA BOARO HERBST
70.102 JESSICA CRISTINA FUJITA
61.497 PAULO HENRIQUE COELHO DA COSTA
84.656 RENAN FRANCATO BERTOLUCCI
10
11
9
78.978 BRUNA OLIVEIRA AGOSTINHO
78.223 CAROLINE KAORI SHIMIZU
78.314 ESTELA DE PAULA GOMES DA SILVA
78.991 HELOISA GOMES DE SYLOS
79.037 LAURA TIMOTEO
78.987 LETICIA AYUMI TAGAWA WADA
84.549 HAIESSA PINHEIRO MARTINS
84.524 JACQUELINE AKIE MIYAI
84.588 LARISSA OLIVEIRA DA SILVA
70.382 LUDMILA SANTOS DA SILVA
70.106 THUANNI CIAPPINA PEREIRA
87.526 ANGELO CESAR SOUZA ABREU
87.524 HENRIQUE REPECKA DE ARAUJO
84.576 JOSE ARMANDO BERTOLINI NETO
84.582 JULIA YUMI INOMATA
84.630 LUISA STORELLI DOS REIS
84.640 NATALIA TOME DOMINGOS
84.504 ANA CAROLINA MORENO PASSARO
84.579 JULIA BIANCHINI COLONTONIO
84.585 KAREN MIDORI ONO
84.661 TAINA MAIA MOZETIC
84.672 THASSIA GASPAR JORGE
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5
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8
-
Analogias cotidianas da filtrao
-
Suspenso
Filtrado
Meio filtrante poroso
Filtrao sem formao de torta: Deep bed filtration
As partculas slidas da suspenso so
obstrudas ou mesmo so aderidas ao recheio da
coluna, de forma que essencialmente s o lquido
(filtrado) saia na parte baixa da coluna.
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-
Suspenso
Filtrado
h
Torta Filtrante Filtro
Filtrao com Formao de Torta: Cake Filtration
As partculas do slido ficam retidas na superfcie
filtrante, de modo que essencialmente s o lquido
(filtrado) chegue ao fundo da coluna.
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Conforme o andamento do processo, existe um acmulo de massa de
slidos acima da superfcie filtrante formando uma subcamada a torta. A torta cresce com o passar do tempo e auxilia durante boa parte deste
tempo a prpria eficincia da filtrao na medida em que torna-se um
novo meio filtrante, uma espcie de manta porosa filtrante.
Suspenso
Filtrado
h
Torta Filtrante Filtro
Filtrao com Formao de Torta: Cake Filtration
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Filtrao
Separao de slidos suspensos em fluidos atravs do
uso de um meio poroso que retm partculas slidas e
permite a passagem do fluido.
Condies.
1. Porosidade do meio maior que o tamanho das partculas a serem filtradas.
2. Formao na maioria dos casos prticos da indstria de uma torta filtrante.
Algumas questes:
- S liquido filtrado o produto de interesse?
- Quanto desse mesmo lquido fica retido junto ao slido
e ao meio filtrante?
- A vazo de lquido filtrado constante?
- Qual a fora motriz, ou quais so elas?
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Variveis Importantes que implicam na velocidade de filtrao:
- Do fluido: = (T);
- Do slido: concentrao, tipo da torta;
- Do filtro: rea, P, meio filtrante.
- Escoamento Laminar: Os canais da torta so de pequeno
dimetro.
Fora Propulsora: diferena de presso (P)
Resistncia possui 2 parcelas:
- Resistncia da torta: Varia com o tempo porque a espessura
aumenta.
- Resistncia do resto do sistema (meio filtrante e canais do filtro):
(filtro bem projetado: resistncia dos canais ser desprezvel) =
Resistncia do meio filtrante.
aresistnci
propulsoraforaVelocidade
Teoria da Filtrao
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Tipos de Torta:
- Slidos cristalinos: Tortas abertas que facilitam o escoamento.
- Precipitados gelatinosos: Tortas pouco permeveis.
O tipo da torta depende da natureza do slido, da granulometria,
da forma das partculas e do grau de heterogeneidade do slido.
Tortas Deformveis ou Compressveis: resistncia especfica
aumenta com a presso de trabalho
Tortas Indeformveis ou Incompressveis: resistncia
especfica independe da presso de trabalho
Filtrao pode ser: Presso constante ou Velocidade
(vazo) constante
Por outro lado, as duas resistncias dependem da viscosidade do
filtrado. Ento:
RRP
Velocidade
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Equacionamento
(na lousa)
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Exemplo: Lista 3 (exerccio 1)
Em alguns ensaios de filtrao realizados
em laboratrio presso constante de
338,1 kN/m2 com uma suspenso aquosa
a 25 C, foram obtidos os resultados
abaixo. A rea do filtro 440 cm2, C = 235
g de Slido/L de Filtrado e a 25oC.
Calcular e Rm.
t (s) V (L)
5,0 0,5
11,5 1,0
19,8 1,5
30,1 2,0
56,8 3,0
91,2 4,0
133,0 5,0
156,0 5,5
182,5 6,0
-
y = 3,76E+06x + 7757R = 0,9995
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007
t/V
(s/
m3 )
V (m3)
-
Filtrao simples
-
Filtrao de laboratrio
-
Filtrao simples: diferena de presso usada para forar o
lquido a passar pelo filtro e pela torta acumulada;
Filtrao centrfuga: fora centrfuga utilizada em vez de
uma diferena de presso.
Funcionamento dos filtros:
Batelada: torta retirada depois de cada corrida Contnua: torta retirada continuamente.
Filtrao industrial
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Finalidade do Servio:
Tipo de suspenso a manusear
Volume a ser produzido
Condies do processo
Exigncias de desempenho
Materiais aceitveis para a construo do filtro
Equipamento:
Tipo do ciclo (em batelada / contnuo)
Fora motriz
Taxa de produo das maiores e das menores unidades
Possibilidade de lavagem da torta
Materiais de construo
Custos
Seleo de equipamento para filtrao
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Vantagens
- Torta com baixa umidade.
- Permite recirculao do filtrado e pr-cobertura.
- Filtrado com alto grau de claridade.
- Utilizvel com gs (exceto Filtro-prensa)
- Revestimento com camisa de vapor (exceto Filtro-prensa):
importante para salmouras saturadas.
- Vrios materiais de construo
- Possibilidade de grande nvel de automatizao
-Desvantagens
- Lavagem do pano difcil e, se os slidos so pegajosos, uma
pr-cobertura (acrscimo de etapa)
- Operador quase no pode ver a torta se formando: impossvel
inspecionar em operao.
- Difcil limpeza interna: problema nas aplicaes envolvendo
alimentos.
-
Vantagens
- Operao contnua ( exceo do filtro de Nutsche)
- Recuperao ou remoo dos contaminantes solveis do bolo pela
lavagem em contracorrente (especialmente nos filtros de correia
horizontal, de bandeja inclinada e de mesa)
- Filtrados relativamente limpos
- Permite polir solues (em um filtro de pr-revestimento)
- Acesso conveniente ao bolo para atividades do operador ou
retirada de amostragem
- Controle fcil de parmetros operacionais tais como relaes da
espessura ou da lavagem do bolo
- Grande variedade de materiais de construo
Desvantagens
- Umidade residual mais elevada na torta
- Construo de difcil vedao para permitir presena de gases
- Difcil de limpar (principalmente no grau necessrio para aplicaes
com produtos alimentcios)
- Consumo elevado de potncia pela bomba de vcuo
-
Filtrao rpida
Filtrao mdia
Filtrao lenta Diluda Muito diluda
Caractersticas da suspenso
Velocidade de formao da torta in/s in/min 0,05 0,25 in/min
< 0,05 in/min
No h torta
Concentrao de slidos > 20% 10 20%
1 10% < 5% < 0,1%
Velocidade de sedimentao Muito rpido
Rpido Lento Lento
Fluxo no ensaio de folha, lb/h.ft2 > 500 50 500 5 50 < 5
Fluxo de filtrado, gal/min.ft2 > 5 0,2 5 0,01 0,02 0,01 2 0,01 2
Filtros:
Filtros contnuos a vcuo
de tambor com vrios compartimentos
de tambor com um s compartimento
Dorrco
de alimentao pelo topo
de mesa horizontal
de bandeja inclinvel
de correia, horizontal
a disco
com pr-revestimento
De folha, a vcuo, descontnuo
Vertical descontnuo
Filtros de presso descontnuos
de placa e quadro
de folha vertical
tubular
de placa horizontal
de cartucho
Filtros de presso contnuos
de tambor
filtro Fest
com pr-revestimento
-
Lavagem % de slidos na alimentao
0 25 50 75 100 0 1 5 10 20 +
Filtros a vcuo
Contnuos, de tambor:
Descarga a faca
Descarga a fio
Descarga a rolo
Descarga a correia
Alimentao pelo topo
De um compartimento
Contnuo horizontal
De mesa
De bandeja inclinvel
De correia
Contnuo a disco
Contnuo com pr-capa
De folha, descontnuo
Filtros de presso
Descontnuo (placa e quadro)
Descontnuo (folha vertical)
Descontnuo tubular
De aresta
Cartucho
Contnuo de tambor
Filtro Fest
Contnuo com pr-capa
Capacidade de lavagem e teor de slidos na alimentao(Perry & Chilton, 5a edio, 19-80).
-
Filtros de leito fixo: tipo mais simples.
Clarificao de gua: quantidades pequenas de slidos e grandes
volumes de lquido.
Camada de fundo: cascalho grosso em uma placa perfurada.
Acima do cascalho: areia fina que atua como filtro.
Equipamentos utilizados em filtrao
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Tratamento convencional de guas de abastecimento
Manancial Coagulao Floculao Sedimentao
Filtrao Desinfeco Fluoretao Correo de pH
gua Final
Polmero Agente oxidante
Alcalinizante
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Sistema de filtrao !!!
SISTEMA DE FILTRAO
SABESP - ETA RIO GRANDE
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Filtro Prensa FILTROS DE PRESSO
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Vantagens:
- Construo simples, robusta e econmica;
- Grande rea filtrante por rea de implantao;
- Flexibilidade (pode ou o no elementos para variar a
capacidade);
- No tem partes mveis;
- Trabalha com altas presses;
- Manuteno simples: apenas substituio peridica das lonas.
Desvantagens:
- Operao intermitente;
- Alto custo de mo-de-obra;
- Lavagem da torta imperfeita e demorada. Meio Filtrante:
- Telas metlicas: ao-carbono, inox, nquel;
- Tecidos (+ comuns): algodo, papel, l, l de vidro;
- Membranas
Tortas:
- Compressvel;
- Incompressvel;
- Auxiliar de filtrao: terra de diatomceas.
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Filtro de folhas
Cada folha: armao de metal oca coberta por um filtro de tecido. Elas so
suspensas em um tanque fechado;
Alimentao introduzida no tanque e passa pelo tecido, a torta se deposita no
exterior da folha;
Filtrado flui para dentro da armao oca. O lquido de lavagem segue o mesmo
caminho que a alimentao;
A torta retirada por uma abertura do casco.
Grandes volumes de lquido e para ter uma lavagem eficiente;
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Filtro de tambor a vcuo rotativo contnuo
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Filtro de Discos
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Filtro de Nutsche
Verso industrial do Funil de Bchner
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Exemplo 2:
O mesmo produto do exemplo 1 est
sendo filtrado em um filtro de prensa de
placa com 20 placas de 0,873 m2 de rea
cada uma. A filtrao ocorrer presso
constante. Assumindo as mesmas
caractersticas da torta do exemplo
anterior, calcule o tempo para recolher
3,37 m3 de filtrado.
= 2,09 1010 m/kg
Rm = 1,15 1011 m-1
t (s) V (L)
5,0 0,5
11,5 1,0
19,8 1,5
30,1 2,0
56,8 3,0
91,2 4,0
133,0 5,0
156,0 5,5
182,5 6,0
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Filtrao de gases
Mtodo mais seguro mtodo de controle de emisso de
poluentes.
Filtro de Mangas:
Separador de "altssima eficincia de coleta"
Tecidos especiais como meio filtrante
Altas cargas de materiais particulados
Processos: cimento, gesso, cermica, borracha, qumica,
petroqumica, siderrgica, automobilstica, cal, minerao,
amianto, alumnio, ferro, coque, silicatos, amidos, carvo,
anilinas, fibras de gros etc.
-
Princpio de funcionamento:
Passagem do ar+partculas atravs dessas mangas.
Partculas retidas na superfcie das mangas e nos poros dos
fibras, formando uma torta que atua tambm como meio
filtrante.
Remoo peridica desta torta.
Operao contnua e limpeza automtica das mangas.
Carga at 2.300 g/m e T at 260C.
Mangas: feltros de polister, acrlico, polipropileno, etc,
agulhados ou chamuscados, com tratamento especiais, tais
como teflon ou silicone.
-
PRINCIPAIS VANTAGENS
-Altssima eficincia de coleta para partculas muito finas, menor
que 1 m
- Coleta material a seco e em forma reutilizvel em recipientes
facilmente intercambiveis ou ainda sistemas de transporte
pneumtico;
- Perda de carga e custo operacional so moderados
- Recomendados para todas as faixas de vazo
-Pode ser fornecido com sistema de limpeza 100% automtico
tipo "jato pulsante" ou "Fluxo Reverso;
- o equipamento de Controle de poluio do ar mais utilizado
no mundo.
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PRINCIPAIS DESVANTAGENS
-Custo de manuteno geralmente elevado (substituio
peridica das mangas: desgaste e colmatao)
-Exige controle de temperatura
-Exige material filtrantes ou controles especiais nos casos de
possibilidades de condensao de umidade na superfcie
filtrante
-Exige um espao mdio ou considervel para a sua instalao
-
O meio para filtrao industrial deve:
Retirar o slido a ser filtrado da alimentao e gerar um filtrado claro;
Permitir que a torta retida no filtro seja removida de forma fcil e limpa;
Forte o suficiente para no rasgar e quimicamente resistente s solues usadas;
Poros no devem ser obstrudos para que a taxa da filtrao no fique muito lenta.
Meios de filtrao
Meios de Filtrao e Auxiliares de Filtrao
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Auxiliares de Filtrao
1. Como pr-cobertura antes da filtrao:
Prevenir entupimento com os slidos gelatinosos e tambm obter um
filtrado mais claro;
2. Acrescentados alimentao antes da filtrao:
Aumenta a porosidade da torta e reduzindo a resistncia da torta durante a
filtrao;
3. Em um filtro rotativo, o auxiliar de filtrao pode ser aplicado como
uma pr-cobertura:
Posteriormente, as fatias finas desta camada so raspadas junto com a
torta.
-
Materiais mais usados para formar a pr-
cobertura:
Terra diatomcea (ou Diatomita) - rocha sedimentar, rica em
slica, carapaas de diatomceas (algas microscpicas
unicelulares de tamanho que varia entre 5 e 400 m).
Perlita: triturado vtreo de rocha termoexpandida de origem
vulcnica.
Celulose - agregado de fibras leves e cinzas como meio.
Embora chamados "auxiliares de filtrao", eles no ajudam a
filtrao, mas servem como um meio filtrante, em analogia ao
pano filtrante num filtro de tambor convencional.
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