guia de filtrado en laboratorios

7/26/2019 Guia de filtrado en laboratorios

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Departamento de Ingeniera rea de Procesos Fsicos

OPERACIONES UNITARIAS IINGENIERA QUMICA

Trabajo Prctico deLaboratorio No2

Filtracin

F.I.C.A.

1

1- INTRODUCCIN

La filtracin es una operacin unitaria que consiste en separar un slido del seno de unasuspensin. Esta operacin se puede realizar en forma discontinua y continua.En el presente trabajo prctico de Laboratorio se operar con un filtro discontinuo, tipo

prensa, que ser descrito mas adelante.

2- CONSIDERACIONES TERICAS

La velocidad de filtracin se puede interpretar a travs de la siguiente ecuacin:

aResistenci

ImpulsoraFuerza

FiltraciondeVelocidad

La velocidad de filtracin se define a su vez como la relacin que existe entre el volumendel lquido filtrado, el tiempo insumido para obtenerlo, y el rea a travs de la cual se realiza laoperacin.

d

dV

A

1FiltraciondeVelocidad

Durante el proceso de filtracin, el fluido encuentra dos resistencias que debe vencer a supaso por el sistema a saber:

m1 rrtotalaResistenci

Siendo:

filtrantemediodelaresistencilaRr

tortaladearesistencilaA

VCr

mm

1

En estas ecuaciones:: es la resistencia especfica de la tortaA: es el rea de filtracin: es la viscosidad del lquido filtradoV: es el volumen del filtradoms: es la masa del slidoC: es la concentracin de slido expresada como: ms/V

La fuerza impulsora que permite el paso del fluido venciendo estas resistencias con unadeterminada velocidad es la diferencia de presin aplicada P. De sta forma la ecuacin bsica defiltracin se expresa:

mRA

VC

P

d

dV

A

1


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Filtracin

F.I.C.A.

2

En donde se considerar P = cte., pudiendo as separar variables e integrar para obtener:

0002

ddVAP

RdV

AP

VC V mV

VAP

RV

AP

C m

2

2

2

2.1- Clculo de C

Cuando se filtra un volumen de suspensin Vscon una densidad s, parte de ste volumenpasa como filtrado V. Una vez terminada la filtracin, los marcos quedan llenos con el slidomojado en todo su volumen Vm. luego podemos definir como la relacin:

secatortalademasa

hmedatortalademasa

Siendo la masa de la torta hmeda igual a la masa de slido (ms) mas la masa de lquidoretenido (mlr)

1m;despejando

m

1m

mm

lr

ss

lrs

s

lr

m

m

Mediante un balance de lquido (en un marco o en todos los marcos, debido a que trabajanen forma paralela) se obtiene:

Volumen de lquido que entra = volumen de lquido que sale filtrado + volumen de lquido quequeda retenido, es decir:

lrssuspensin

retenidolquidofiltradoslidouspensin

VVVVdecir,Es

VVVS

3

1

2

4


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Filtracin

F.I.C.A.

3

Referencias:

1- placas colectoras de filtrado2- marcos filtrantes3- alimentacin de la suspensin4- salida del lquido filtrado

El medio filtrante est ubicado entre los colectores de filtrado y el marco filtrante (lnea detrazos).

Con estas ecuaciones y llamando Cs(concentracin de la suspensin)s

s

V

m resulta:

l

ss

l

s

l

lr

lr

VCmmV

11

Luego:

s

ss

l

ss

s

CVVCVV

1

s

s

l

s

s

CCVV

11

s

s

l

s

s

sss

CCV

VC

V

mC

11

Finalmente se tiene:

s

s

l

s

ss

CC

C

V

mC

11

2.2- Clculo de la porosidad

Sabemos que la porosidad satisface la siguiente ecuacin:totalVol.

lquidoelporocupadoVol.

Adecundola a nuestra experiencia de secado de la torta obtenemos:

s

s

l

sth

l

sth

slr

lr

mmm

mm

VV

V

;lrsts

mmm

2.3- Clculo de y Rm

La ecuacin bsica de filtracin para operar a presin constante es:


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Filtracin

F.I.C.A.

4

VV2

2

2 AP

R

AP

C m

Definiendo:

By2 AP

R

AP

CKp m

2p V2

K VB

Esta ecuacin representa una recta. Luego si medimos los volmenes filtrados en intervalosde tiempo a lo largo de la filtracin, podemos confeccionar la grfica = f (V).

Con los valores de y de V, podemos construir la curva )(VfV

, determinando los

valores de las constantes B, como el valor de la ordenada al origen y Kp/2 como el valor de lapendiente de la recta con el eje de abscisas.

Sabiendo que:

By2 2 AP

R

AP

CKp m

Se obtiene

PAB

C

PAKp

m

2

R

y

2

Todas las consideraciones anteriores se han hecho suponiendo que la resistencia especficade la torta permanece constante, suposicin que se cumple para materiales incompresibles. En el

caso de que el slido resulte compresible, es posible determinar la variacin de la resistenciaespecfica en funcin de la presin a travs de la expresin = oP

s. Siendo s el coeficiente de

/V

V

B

Kp/2


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Filtracin

F.I.C.A.

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compresibilidad del slido. Para determinar o y s se debe graficar en coordenadas logartmicasvalores experimentales de y de la cada de presin P correspondiente. La recta resultante al

interceptar el eje de abscisas dar el valor de oy la pendiente de dicha recta brindar el valor de s.

2.4- Clculo del volumen filtrado V

11

LA

11

11

11Vs

s

s

s

s

mmm

s

sm

mm

s

ss

mm

s

s

slr

CV

CVVV

C

VV

VVC

VVV

C

mVVV

Donde A es el rea filtrante (dos reas de marco) y L es el espesor til del marco.

3- DESCRIPCIN DEL EQUIPO

Consta de un recipiente cerrado (A) provisto de un agitador y de un manmetro (B) y conuna entrada de aire a presin (C) suministrado por un compresor.

Se regula la presin accionado una vlvula manual que esta ubicada a la salida delcompresor. El recipiente A est conectado al filtro prensa (E) a travs de una caera de plstico.(D).

4- TCNICA OPERATORIA

Se prepara una suspensin de 4 kg carbonato de calcio en 25 l de agua. Se coloca lasuspensin en el recipiente A, se enciende el agitador y se conecta la manguera plstica delcompresor a la entrada del tanque. Mientras tanto se procede a armar el filtro prensa que constar de


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Filtracin

F.I.C.A.

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un marco filtrante con las dos telas filtrantes y los dos cabezales colectores de filtrado con suscorrespondientes caeras plsticas colectoras.

Finalizada la tarea de armado del filtro se presuriza el tanque A y a continuacin se abre lavlvula que est sobre la caera D. Se considera que ha comenzado la filtracin cuando haaparecida la primera gota de filtrado en el conducto colector, y es en se instante donde se considerael punto inicial de proceso, ponindose en marcha el cronmetro, tomndose en formaininterrumpida los valores del tiempo y volumen de filtrado recogido. Se aconseja tomar para los

primeros puntos valores grandes de volmenes, para minimizar los errores que se comenten en lamedicin de los tiempos, porque el lquido encuentra menor resistencia al estar el marco vacos deslidos.

La filtracin se considera terminada cuando la totalidad del marco se encuentra ocupada porla torta (compuesta de slido y lquido retenido). Prcticamente puede tomarse como punto final elinstante en que por la caera de filtrado se observa el cambio de torrente a un rgimen de goteo

constante. Ocurrido esto ltimo se cierra la vlvula de alimentacin, se despresuriza el tanque A, seabre el filtro, se retira una muestra de la torta hmeda, se pesa dicha porcin (obtenindose la mth),

se seca hasta pesada constante, obtenindose la masa de slido (ms). Esto permite calculars

th

m

m

5- DETERMINACION DE LOS PARAMETROS DE FILTRACION

5.1.- Recoger la siguiente informacin:

a) rea del marco

b) Espesor del marcoc) Cada de presin disponibled) Viscosidad de filtradoe) Densidad del slidof) Densidad del filtradog) Concentracin de la suspensin , Csh) Relacin mth/ms, Wi) Volumen de suspensin

5.2.-Tomar datos de volumen de filtrado recogido a diferentes tiempos

5.2.- Calcular:a) Concentracin

b) Porosidad de la Tortac) Constantes de Filtracin,

mRy :

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