Laboratrio de Engenharia Qumica II

UNIVERSIDADE DE RIBEIRO PRETO UNAERPCENTRO DE CINCIAS EXATAS, NATURAIS E DE TECNOLOGIACURSO DE ENGENHARIA QUMICA

Experimento 2Filtrao

LABORATRIO DE ENGENHARIA QUMICA IIProf. Dr. Pisani

Bianca Chieregato Maniglia 800501Bruno Fazanaro Cunha 754979Tamires Carmo 78486

RIBEIRO PRETO - SPDezembro de 2011

INTRODUO A filtrao uma operao unitria que pode ser utilizada para processos de separao dos slidos de suspenses lquidas e, tambm para separao de partculas slidas de gases, como por exemplo, a separao das poeiras arrastadas pelos gases utilizando tecidos.O objetivo da operao separar mecanicamente as partculas slidas de uma suspenso lquida com o auxlio de um leito poroso. Quando se fora a suspenso atravs do leito, o slido da suspenso fica retido sobre o meio filtrante, formando um depsito que se denomina torta e cuja espessura vai aumentando no decorrer da operao. O lquido que passa atravs do leito chamado de filtrado.Em princpio a filtrao compete com a decantao, a centrifugao e aprensagem. Seu campo especfico : a separao de slidos relativamente puros de suspenso diludas; a clarificao total (e s vezes at o branqueamento simultneo) de produtos lquidos encerrando pouco slido; a eliminao total do lquido de uma lama j espessada.

Em certas situaes a filtrao no compete com outras operaes. Por exemplo, se o lquido for o produto e o slido constituir o resduo, como no caso do leo existente nas tortas de algodo ou amendoim, a prensagem o processo mais indicado. Porm, quando o objetivo a clarificao de suspenses de mdia e elevada concentrao, a centrifugao compete com a filtrao.A filtrao industrial difere da filtrao de laboratrio somente no volume de material operado e na necessidade de ser realizada a baixo custo. Assim para se ter uma produo razovel, com um filtro de dimenses moderadas, deve-se aumentar a queda de presso, ou diminuir a resistncia ao escoamento, a fim de aumentar a vazo.A maioria dos equipamentos industriais opera mediante a diminuio da resistncia ao escoamento, fazendo com que a rea filtrante seja a maior possvel, sem que as dimenses globais do filtro aumentem proporcionalmente.A escolha do filtro depende em grande parte da economia do processo, porm asvantagens econmicas so variveis de acordo com o seguinte: Viscosidade, densidade e reatividade qumica do fluido; Dimenses da partcula slida, tendncia floculao e deformabilidade; Concentrao da suspenso de alimentao; Quantidade do material que deve ser operado; Valores absolutos e relativos dos produtos lquido e slido; Grau de separao que se deseja realizar; Custos relativos da mo-de-obra, do capital e da energia.No filtro h um suporte do meio filtrante sobre o qual vai se depositando a torta medida que a suspenso passa atravs do filtro. A fora propulsora da operao varia de um modelo de filtro para outro, podendo ser: prprio peso da suspenso, como no caso da figura; presso aplicada sobre o lquido; vcuo; fora centrfuga.Ao contrrio do que se pensa comumente, os poros do meio filtrante no precisam ser necessariamente menores do que o tamanho das partculas. De fato, os canais do meio filtrante so tortuosos, irregulares e mesmo que seu dimetro seja maior do que o das partculas, quando a operao comea algumas partculas ficam retidas por aderncia e tem incio a formao da torta, que o verdadeiro leito poroso promotor da separao. Tanto isso verdade, que as primeiras pores do filtrado so geralmente turvas.Um dos filtros muito utilizados o filtro-prensa que fornecido sob a forma de uma serie de placas que sao apertadas firmemente umas das outras, com uma lona sobre cada lado de cada placa. Vem dai a denominao filtro-prensa de placas. Ha placas circulares e placas quadradas, horizontais ou verticais e com depresses ou planas. As placas com depresses, quando justapostas formam o filtro-prensa de camaras. Quando as placas sao planas os compartimentos de alimentacao da torta sao formados por meio de quadros que separam as diversas placas. Este tipo e chamado filtro prensa de placas e quadros (figura-1).

Figura 1 - Modelo de filtro prensa de placas e esquema de funcionamento de um filtro prensa com sistema de lavagem do pano.Este tipo de filtro apresenta placas quadradas, com faces planas e bordas levemente ressaltadas. Entre duas placas sucessivas da prensa h um quadro que serve como espaador das placas. De cada lado de um quadro h uma lona que encosta-se placa correspondente. Assim, as cmaras onde ser formada a torta ficam delimitadas pelas lonas. A estrutura de suporte do conjunto tem barras laterais que servem de suporte para as placas e os quadros. O aperto do conjunto feito por meio de um parafuso ou sistema hidrulico. Nos filtros prensa existe uma seqncia de placas metlicas perfuradas e alternadas entre si. H um vo livre entre duas placas que permite a passagem da mistura heterognea. Cada placa coberta com um elemento filtrante e sobre ele comea a se depositar o slido separado, formando uma torta que pode ser compressvel ou incompressvel. H duas classes de filtros-prensa de placas e quadros: os que permitem lavar a torta, denominados filtros-prensa lavadores, e os no-lavadores. Como exemplo do emprego de filtros prensa em indstrias alimentcias, se obtm o refino de leos vegetais, e na produo de molho shoyu, na purificao do xarope para a produo de refrigerantes, indstria de sucos na separao do bagao da polpa, etc.

OBJETIVO

O objetivo deste experimento operar um filtro de placas e quadros a presso constante, determinando-se a resistncia especfica da torta e a resistncia do meio filtrante, a partir dos dados coletados.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Os materiais utilizados para o experimento de filtrao foram os seguintes: - Filtro prensa de 3 placas e 2 quadros: constitudo por um conjunto de placas para escoar o filtrado, e de quadros para reter a torta; - Equipamento que contm tubulaes e vlvulas por onde segue o fluxo da gua de lavagem; - Calha para coleta do filtrado; - Filtrado (gua de lavagem) utilizado: composto por uma soluo de gua e calcrio dolomtico;- Foram utilizados alguns materiais de apoio tambm para o experimento como balana, cadinho, pipeta volumtrica e um cronmetro para medio. - Bomba radial ou centrfuga;- Dois tanques (ambos com sistemas a reciclo e apenas um com chicanas)As placas e os quadros esto representados na figura 2.

Figura 2 - Principais componentes de um filtro prensa de placa e quadros.Para realizar a filtrao e obter os dados necessrios para o posterior clculo da resistncia do filtro, realizaram-se os seguintes procedimentos experimentais: - Retirada de uma amostra da gua de lavagem, com auxlio de uma pipeta volumtrica. - Pesagem: do cadinho e da amostra retirada (da gua de lavagem). - Medio da rea do quadro. - Montagem do filtro. - Medio da temperatura da suspenso. - Filtrao propriamente dita, abrindo totalmente a vlvula e garantindo a manuteno da presso durante o processo. - Anotao do tempo de filtrao. - Desmontagem do filtro e coleta da torta na chapa de metal. - Pesagem da torta mida e, posteriormente, da torta seca (aps 24h na estufa). Na figura 3 h a representao do sistema a ser trabalhado para facilitar o entendimento do procedimento a ser tomado durante a relaizao do experimento.

Vlvula 3Vlvula 7Tanque 1Tanque 2Vlvula 6Vlvula 5Vlvula 1Vlvula 4Vlvula 2Figura 3 - Sistema para filtrao com destaque para os tanques e as vlvulas utilizadas.Para iniciar a filtrao, temos todas as vlvulas do sistema fechadas. Adiciona o fluido no tanque 1, abre a vlvula 1 e a 3 e liga a bomba. Neste processo temos apenas a recirculao deste fluido.O prximo passo abrir a vlvula 5 e a 6 e regular a vazo para manter a presso constante 0,5 kgf/cm2. Assim, inicia-se o processo de filtrao. Porm com o decorrer do processo vai havendo aumento da perda de carga por acmulo do material filtrado. Para manter a presso constante, deve-se ajustar a vlvula para uma vazo em que a presso se mantenha. O fluido ao encontrar a barreira fsica no meio filtrante, d preferncia para escoar para o lado onde ocorre a recirculao, portanto, deve-se ajustar a vlvula 1 no sentido de fech-la para diminuir essa vazo de recirculao e permitir que o fluido escoe para o meio filtrante.As Figuras 4 e 5 mostram a diferena entre a soluo de calcrio antes e depois de passar pelo filtro.

Figura 4 - Soluo de calcrio dolomtico dentro do tanque 1 durante a filtrao.

Figura 5 - Foto tirada durante o processo de filtrao, mostrando a sada da soluo filtrada.Quando o ajuste destas vlvulas j no for o suficiente no controle da perda de carga, deve-se iniciar o processo de limpeza dos filtros. Para este processo de limpeza, realiza-se a seguinte seqncia: as vlvula 5 e 6 so fechadas, a vlvula 2 e 4 so abertas, e por fim as vlvulas 1 e 3 so fechadas. O sistema ficar recirculando apenas no tanque 2. O prximo passo abrir a vlvula 5 e 7 para iniciar a limpeza do filtro. A torta ento removida nas torneira pea passagem do fluido. Tabela 1 - Dados experimentais obtidos Tempo (s)Massa (kg) Massa acumulada (kg)Volume preenchido(L)Volume acumulado(L)Tempo/Volume acumulado (s/L)

313,493,493,523,528,81

2453,186,673,216,7336,41

4411,868,531,888,6051,25

6361,399,921,4010,0163,56

8391,2311,151,2411,2574,59

10190,8912,040,9012,1583,90

11950,6712,710,6812,8293,20

13820,5613,270,5613,39103,24

15600,4313,70,4313,82112,88

17370,3714,070,3714,19122,38

19170,314,370,3014,50132,24

21000,2614,630,2614,76142,29

Com os valores obtidos, plotou-se o grfico t/va x va.

Figura 4 - Grfico de t/Va em funo do Va.A linha de tendncia traada resultou na seguinte equao da reta:y = 11,224x - 41,561

Com coeficiente de correlao R = 0,9443Lembrando da equao 13:

(13)

Fazendo uma analogia com a equao da reta, onde tf /Vf corresponde a y e Vfcorresponde a x, percebe-se que:

Kp/ 2 (-P) =11,224B/ -P = -41,561

O valor da perda total de presso atravs do filtro P = -0,5 kgf/cm. Logo:

= 1,10. . . = 1, 10. . = 2,04. . = 2,04. .

Determinados os valores das constantes Kp e B, possvel obter a resistnciaespecfica da torta () e a resistncia do meio filtrante (Rm).

e

Portanto Cs = 0,1 g/cm.Em seguida, determinou-se a rea de filtrao, A = 1,65.10-2 m2.Em seguida, buscou-se na literatura a viscosidade da gua para a temperatura doexperimento. Para 31,5 C, = 0,77625 kg.m-1.s-1. A porosidade = 0,38.Com base nestes dados pde-se calcular a resistncia especfica da torta (): = 3,86 *109 m/kgE em seguida calculou-se a resistncia do meio filtrante (Rm):Rm = 4,34*10 m-1

CONCLUSO

O experimento forneceu dados satisfatrios para a determinao das variveis em questo. Realizando medies do volume de filtrado ao longo do tempo, pde-se construir uma curva que se mostrou linear, e gerou a equao de uma reta. Com essa equao pde-se determinar o valor das constantes Kp e B, por meio de uma analogiacom o coeficiente angular e linear da reta de ajuste. Com o valor dessas constantes, foipossvel a determinao da resistncia especfica da torta ( = 3,86 *109 m/kg) e da resistncia do meio filtrante (Rm = 4,34*10 m-1).

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

GOMIDE, R. (1980). Operaes Unitrias, vol. 3 Ed do Autor, So Paulo. SHREVE, R. N.; BRINK Jr, J. A. (1980) Indstrias de Processos Qumicos Ed. Guanabara Dois S.A., Rio de Janeiro RJ, 4 edio. http://www.enq.ufsc.br/disci/eqa5313/ acesso em 03 de Dezembro de 2011