UNIFESP campus Diadema Operaes Unitrias I

Eng. Qumica Integral, 1 sem/2015

Aula 7: Filtrao

Prof. Dr. Igor Tadeu Lazzarotto Bresolin

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

7

5

6

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.

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

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.

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

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

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

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?

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

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

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

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

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

Equacionamento

(na lousa)

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

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

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

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

BRUNARealce

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

Tratamento convencional de guas de abastecimento

Manancial Coagulao Floculao Sedimentao

Filtrao Desinfeco Fluoretao Correo de pH

gua Final

Polmero Agente oxidante

Alcalinizante

Sistema de filtrao !!!

SISTEMA DE FILTRAO

SABESP - ETA RIO GRANDE

Filtro Prensa FILTROS DE PRESSO

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.

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;

Filtro de tambor a vcuo rotativo contnuo

Filtro de Discos

Filtro de Nutsche

Verso industrial do Funil de Bchner

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

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.

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

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.