Práctica 6 - Filtración

LABORATORIO DE INGEBNIERA QUMICA II

Ing. CARLOS ANGELES QUEIROLO

Universidad Nacional del Callao

Facultad de Ingeniera Qumica

Prctica N 6: FILTRACIN A PRESIN CONSTANTE

OBJETIVOS

Evaluar la reisatencia a la filtracin del medio filtrante y de la otrta de

filtracin.

Relacionar la resistencia de la torta de filtracin con la cada de presin.

FUNDAMENTO TERICO

La filtracin es una operacin bsica de la ingeniera qumica que se puede

considerar como un caso particular del flujo de fluidos a travs de lechos

granulares, con la diferencia de que el espesor del lecho va aumentando con el

tiempo.

La filtracin es un mtodo fsico para la separacin de mezclas de sustancias

compuestas de diferentes fases. Las partculas suspendidas en un fluido (lquido o

gas) se pueden separar fsicamente mediante el uso de un medio poroso que retiene

las partculas y que permite el paso del fluido.

Medio filtrante: Superficie porosa en la cual quedan retenidas las partculas de

slidos.

Torta de filtracin: Constituida por los slidos acumulados por el medio filtrante.

Filtrado: Es el fluido que pasa a travs del medio filtrante (Lquido claro).

Su principal limitacin reside en el hecho de que las caractersticas de la mezcla a

tratar de partculas slidas y fluido, por su complejidad e interaccin pueden ser

muy variables en los diferentes casos reales.

Filtrado

Torta de filtracin

Suspensin

Medio filtrante





El flujo de lquido o gas a travs del filtro se produce debido a la alta presin que

se emplea o a un vaco en el extremo opuesto.

Las pequeas aberturas del medio filtrante bloquean el paso de las partculas, las

cuales se acumulan en forma de una torta de filtrado la cual acta a su vez como

filtro.

Las partculas slidas que se someten a la filtracin pueden tener tamaos muy

diversos, variando desde partculas micromtricas a partculas de varios

milmetros.

En la mayora de los casos, el tamao de las partculas es muy pequeo, y a medida

que son retenidas por el medio filtrante, se va formando la torta de filtracin.

Los poros del medio filtrante pueden ser algo mayores que las partculas que deben

separarse, sin que se dificulte la operacin, ya que al comienzo algunas partculas

penetran los poros del medio filtrante, quedando posteriormente retenidas sobre

su superficie formando un lecho o torta de espesor progresivamente creciente.

Las aplicaciones de los procesos de filtracin son muy extensas, encontrndose en

muchos mbitos de la actividad humana, tanto en la vida domstica como en la

industria general

La filtracin ha recibido una mayor atencin terica a partir de los trabajos de P.

Carman en 1937 y B. Ruth en 1946 estudios que fueron progresivamente ampliados

en trabajos con medios porosos, por Heertjes (1966) y Tiller (1953 - 1964. )

Varios autores han revisado el estado de los conocimientos en filtracin tanto

desde una perspectiva prctica en los trabajos de Cain en 1984 y Kiefer, en 1991

como en sus principios tericos con las publicaciones de Bear, 1988. y Norden en

1994.

La teora de la filtracin es frecuentemente empleada para la interpretacin de

resultados a escala de laboratorio, la optimizacin de aplicaciones o la prediccin

de cambios en las condiciones de trabajo.

Prdidas de presin en la filtracin

El fluido tiene que vencer tres tipos de resistencias en la filtracin:

Resistencia a travs de las tuberas de alimentacin al filtro y la resistencia a

travs de la tubera de descarga.

Resistencia del medio filtrante.

Resistencia de la torta.





La influencia de las resistencias en las tuberas es muy pequea, por lo que se

puede considerar despreciable.

La resistencia del medio filtrante tiene importancia en el momento que se inicia la

filtracin, despus cuando se va formando la torta, la resistencia de sta es mucho

mayor.

.

PA = Presin en la superficie de la torta

PB = Presin a la salida del medio filtrante

(-P)TOTAL = PB - PA

(-P)TOTAL = (-P)torta + (-P)medio filtrante

Para la torta, se puede aplicar la ecuacin de Carman Kozeny desarrollada para

lechos porosos:

(1 )2 . Vs . . L (-P)torta = K2 . ------------------- 3. Dpe2 . gC

L = Altura del lecho (torta)

= Porosidad del lecho

VS = Velocidad superficial del filtrado referida al rea de filtracin

= Viscosidad del filtrado

Dpe = Dimetro equivalente de las partculas de slido

gC = Constante gravitacional = 9.8067 kgm / kgf s2 = 32.174 lbpie/lbf s

2

En la filtracin, se puede considerar que el fluido circula en rgimen laminar y en

este caso K2 = 150

(1 )2 . Vs . . L (-P) torta = 150 . ------------------- 3. Dpe2 . gC

Para el slido que constituye la torta y considerando que sta es incompresible:

Vslido = Vtorta . (1- ) = A . L (1- )

Filtrado

Torta de filtracin

Suspensin

Medio filtrante

PA

PB





mslido = slido . Vslido = slido . A . L (1- )

L = mslido / slido . A . (1- )

(1 ) . Vs . . mslido (-P) torta = 150 . ----------------------- 3. slido . A Dpe2 . gC

Definiendo como la resistencia de la torta:

150 . (1 ) = --------------- 3. slido . Dpe2 . Vs . . mslido (-P) torta = ------------------- A . gC

Por otro lado, si la torta es incompresible: mslido V . xS

V = Volumen del filtrado

xS = Concentracin suspensin = masa slido/volumen del filtrado

. Vs . . xS (-P) torta = -------------- . V A . gC

Para el medio filtrante:

(-P)medio filtrante = Rm . Vs . / gC

Rm Resistencia del medio filtrante

VS = Velocidad superficial del filtrado referida al rea de filtracin

= Viscosidad del filtrado

gC = Constante gravitacional = 9.8067 kgm / kgf s2 = 32.174 lbpie/lbf s

2

. Vs . . xS Rm . Vs . (-P) TOTAL = -------------- . V + ------------ A . gC gC

. . xS Rm . (-P) TOTAL = VS . ----------- . V + ------- A . gC gC





Siendo el flujo volumtrico de filtracin (V) igual al producto de la velocidad de

filtracin (VS) por el rea de la superficie normal a la direccin del flujo (A):

VS = ( 1 / A ) . dV / d

dV / d= VS . A

(-P) TOTAL . A

dV / d= ---------------------------- . . xS Rm . . ----------- . V + ------- A . gC gC . . xS Rm . d/ dV =. ------------------. V + ----------------- (-P) TOTAL . A

2 . gC (-P) TOTAL . A . gC

. . xS Kp = ----------------- (-P) TOTAL . A

2 . gC Rm . = ----------------- (-P) TOTAL . A . gC

/V =. Kp . V +

Ecuacin que corresponde a la de una lnea recta, y que al evaluar la pendiente y el

intercepto, permite evaluar la resistencia de la torta y del medio filtrante.

/V

Kp

V





PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Preparar 6 litros de una suspensin de carbonato de calcio (< 400 m) en agua,

con una concentracin de 100 gramos/litro.

Encender la compresora, cuidando que las llaves de paso permanezcan

cerradas, hasta alcanzar una presin media.

Colocar el medio filtrante y sobre ste el tanque que ha de contener la

suspensin.

Cargar el tanque con la suspensin preparada, colocar la tapa y realizar los

ajustes necesarios, evitando la prdida de la suspensin.

Abrir las llaves que permitan el paso del aire comprimido, manteniendo cerrada

la llave de descarga del tanque de filtracin, y regular la presin a la cual se ha

de realizar la experiencia. (5, 10 y 15 psi).

Alcanzada la presin de trabajo, que se ha de mantener constante, abrir la

llave de descarga del lquido de filtrado y medir el volumen con ayuda de una

probeta, en funcin del tiempo.





RESULTADOS

Tiempo () Volumen de filtrado (V)

CLCULOS

Calcular la resistencia de la torta y del medio filtrante

Kp . (-P) TOTAL . A

2 . gC = ---------------------- . xS . (-P) TOTAL . A . gC Rm = --------------------

Práctica 6 - Filtración

Documents

Transcript of Práctica 6 - Filtración