RECUPERACIN DEL PRODUCTO

IntroduccinLa filtracin es una operacin unitaria donde se consiguela separacin de los slidos que se encuentran suspendidos en un medio lquidohaciendo pasar la suspensin a travs de un medio poroso, el cual va a retener las partculas slidas dejando pasar el lquido. Los slidos quedarn retenidos en funcin de su granulometra y segn sea el tamao de los poros.Elmedio filtrantees la barrera que retiene los slidos y deja pasar el lquido, puede ser un tamiz, una tela, un tejido de fibras, fieltro, membranas polimricas o un lecho de slidos. El lquido que atraviesa el medio filtrante se denominafiltrado.

Distintos tipos de mallas para el medio filtrante

FiltracinConsiste en la separacin de un slido de un fluido por accin de un medio filtrante y un gradiente de presin.Los tres tipos de mecanismos de filtracin son:Filtracin de lecho profundoFiltracin con formacin de torta (convencional)Filtracin por membranas

Un proceso de filtracin presenta diversas caractersticas que se han de tener en cuenta para clasificar el proceso y seleccionar el equipo adecuado. Como son:

La fuerza impulsora de la filtracin.GravedadPresin o vacio Centrifuga

El mecanismo de filtracin.Filtracin por torta Filtracin de lecho profundo

El ciclo de operacin.Continuo Discontinuo

La naturaleza de los slidos.Torta compresibleTorta incompresible filtracin con membrana

Filtracin de lecho profundoLos slidos se depositan dentro del medio filtrante.Filtracin por membranasSe utilizan membranas especiales de tamao de poro muy pequeo que operan con flujo paralelo a la membrana, de manera que, no hay un depsito de slidos sobre la misma, sino una concentracin del caldo.Filtracin con formacin de tortaLos slidos se depositan sobre el medio filtrante formando una pasta.

TORTA

MEDIOSUSPENSIONLa filtracin con formacin de torta es de principal inters en las bioseparaciones slido - lquido (BSL).

Etapas y mtodos de las BSLPRETRATAMIENTOFISICOQUIMICOEMZIMATICOCONCENTRACIONSEDIMENTACION -GRAVEDAD -CENTRIFUGAFLOTACIONSEPARACIONFILTRACIONCENTRIFUGACIONPOSTRATAMIENTOLAVADOSECADOCALDOLIQUIDOLIQUIDO

Pretratamiento: mejora las propiedades del caldo para facilitar la bioseparacin.Concentracin: permite una mejor separacin de slidos, disminuyendo el volumen a manejar y los costos globales.Separacin de slidos: donde se obtiene la mayor parte del slido.Postratamiento: lavado o secado de acuerdo con los requerimientos del proceso.

FACTORES PARA EL DISEO Y SELECCIN DE PROCESOS BSL

requrimientosPropiedades del caldoCaractersticas del equipo disponibleFlujoTamao de partculaCapacidadIntermitente o continuoDensidadIntermitente o continuo% separacinViscosidadTamao de partculaPostratamientosTiempo de sedimentacinConcentracin mximaEsterilidad% solidosCapacidad de lavadoTipo de tortaEsterilidadEspumeoClaridad de la descargaToxicidadLabilidad

Pretratamiento de caldos Trmico: el calentamiento reduce el volumen, la viscosidad y rompe la estructura gelatinosa que dificultan las operaciones posteriores.

Coagulacin y floculacin: mejora la sedimentacin de las partculas pequeas por el agregado de agentes qumicos.Ejemplos:Floculantes polimricos catinicos, aninicos y neutros utilizados en el tratamiento del agua y aguas residuales.Polielectrolitos catinicos Poli(cloruro de amonio de dialidimetilo); Epiclorfidrina/ polmeros de dimetilamina; poliscaridas catinicas; Poli(alquilaminas); Derivados del Poli(estireno); Ionenes; polmeros de sulfonio; biololmeros catinicos naturales (chitosan, almidones catinicos) Polielectrolitos aninicos

Poliacrilamidos aninicos; Polmeros cidos carboxlicos; Polmeros cidos fosfnicos; Polmeros cidos sulfnicos; Polmeros naturales aninicos (polisacridos sulfatados, sulfonatos modificados de lignina)

Polmeros No-Aninicos Poliacrilamida; Biopolmeros naturales no-inicos (almidn, derivados de celulosa); Alcohol de polivinilo a. Adaptado de la referencia 3 b. Ejemplos adicionales presentados en las referencias 6-9

Uso de Ayudas-Filtro: actan como absorbentes de las partculas coloidales, mejorando el tamao, incompresibilidad y permeabilidad de los slidos, facilitando la filtracin.

Teora de la filtracin Deriva de los estudios de la mecnica de fluidos de medios porosos para fluidos newtonianos, obteniendo como ecuacin de diseo

Rgimen laminar

TiposExisten numerosos tipos de filtros dependiendo de aplicacin a que estn destinados, como son:

Filtros clarificadores o de lecho profundo.Se suelen emplear cuando la cantidad de slidos presentes en el lquido es muy pequea, siendo de gran aplicacin para la depuracin de agua y el tratamiento de aguas residuales.

Filtros de torta.La mayor parte de filtros empleados en la industria qumica sonfiltros de tortay dentro de stos suclasificacinsuele hacerse en funcin de la fuerza impulsora (presin, vaco o centrfuga).

Filtro prensa.Es uno de los filtros ms usados debido a su gran versatilidad, tanto en relacin a la amplia gama de materiales y como las diversas condiciones de operacin que se pueden aplicar, adems de su bajo coste de mantenimiento. Sin embargo, no est recomendado su uso para tratar grandes cantidades.

Filtro de banda.presenta una gran flexibilidad de aplicacin y alta capacidad. Permite la filtracin en continuo. Consiste en una especie de cinta transportadora donde la cinta se ha sustituido por una banda o tela permeable. La suspensin se alimenta por la parte superior y en un extremo de la cinta, mientras que por la parte inferior de sta se hace el vaco y se recoge el filtrado. Se van a ajustar la velocidad de la cinta y la distancia a la que se aplica la suspensin para producir una torta del espesor adecuado. La torta se desprende al final de la cinta.

Filtros rotativos a vaco.son muy empleados debido a que trabajan en continuo y a su bajo coste de operacin motivado por su funcionamiento automtico. Dentro de los filtros rotativos se tienen dos tipos:De tambor rotativo: Consiste en un cilindro cuya superficie exterior esta formada por una plancha perforada donde se fija la tela filtrante. El tambor esta parcialmente sumergido en una cuba la cual se alimenta la suspensin a filtrar y se aplica vacio en las secciones sumergidas. De esta manera se forma una torta del espesor deseado ajustando la velocidad de rotacin del tambor.

De recubrimiento: se emplea cuando el material forma una torta de elevada resistencia. En primer lugar se provoca la formacin de una gruesa capa de un material de muy fcil filtracin sobre el medio filtrante para luego que se produzca la filtracin a travs de esta capa. As la torta formada es muy delgada y se retira junto con una fina capa del material de recubrimiento.

Filtro Nutscha: existen dos variantes a presin y a vaco.

A vacio: son filtros de pequea capacidad pero de una gran simplicidad constructiva. Consiste en un recipiente donde la alimentacin se realiza porla parte superior y en la zona inferior se dispone el sistema de vacio. Entreambas zonas se halla el medio filtrante

A presin: se tienen dos tipos, uno de descarga manual y otro de descarga automtica. El primero es similar al filtro de vaco mientras que el segundo est dotado de un agitador que permite el mantenimiento de la suspensin durante el filtrado y la mejora de la eficacia por eliminacin de la humedad residual de la torta.

Algunos de estos filtros admiten calefaccin, lo que permite disminuir la viscosidad del filtrado, aumentar la velocidad de filtracin y, adems, producir una torta ms seca.

FuncionamientoEl funcionamiento de todo filtro se basa en la existencia de una diferencia de presin que obliga a una suspensin a atravesar el medio filtrante.

Losfactores principalesque afectan a la filtrabilidad son:La naturaleza de la suspensin La fuerza impulsora aplicada La resistencia total de la torta a la filtracin La temperatura de la suspensin El tamao de las partculasLa concentracin de slidos en suspensinEl efecto utilizado de floculantes y de agitacinLa naturaleza del medio filtranteEl medio filtrante debe ser resistente mecnicamente y a la accin corrosiva del fluido, mostrar poca resistencia al flujo del filtrado, as como permitir que la torta se desprenda fcilmente.

La secuencia de operaciones que tienen lugar en una filtracin se conoce comociclo de filtraciny son las siguientes:

Segn el tipo de filtro y el modo de operacin un ciclo podr contener ms o menos operaciones.Si los slidos de la suspensin son muy finos o viscosos, forman una torta densa e impermeable y obstruyen en seguida el medio filtrante, y ser necesario aadir ciertos aditivos que aumenten la porosidad de la torta llamados coadyuvantes de filtracin (perlita, tierra de diatomeas o la celulosa de madera). Estos materiales forman lechos de porosidades muy elevadas, provocan la reduccin de la resistencia especfica de la torta a la vez que aumentan su grosor, y hacen que sta sea ms compresibleLos coadyuvantes se suelen utilizar cuando el filtrado es valioso y el residuo puede desecharse.Normalmente es necesario realizar unlavadode la torta para recuperar el lquido que haya quedado retenido, para ello se utiliza un disolvente miscible con el filtrado (usualmente agua).

Elsecadode la torta se suele efectuar por medio de aire caliente o aplicando vaco.

existen dosmodos de operacinposibles:

A presin constante:la presin de impulsin de la suspensin se mantiene constante durante todo el ciclo de filtracin, con lo que el caudal de filtrado resulta variable y decreciente, ya que la resistencia de la torta aumenta con el espesor de la misma. El ciclo concluye cuando el caudal de filtrado est por debajo de un mnimo.

A volumen constante:se intenta mantener fijo el volumen de filtrado, lo que se exige aplicar presiones crecientes para compensar los aumentos progresivos de resistencia de la torta. El ciclo se dar por terminado cuando se alcance la presin mxima que puede soportar el sistema.

ClculosEn primer lugar se debe conocer la resistencia global que se ofrece ante el paso del lquido. Fundamentalmente el filtrado pasa a travs de dos resistencias en serie:La resistencia total que se establece sobre el medio (incluyendo la de las partculas incrustadas) que se llamaresistencia del medio filtrantey es importante durante los primeros momentos de la filtracin.La resistencia que ofrecen los slidos, que se denominaresistencia de la torta. La resistencia de la torta es cero al iniciar la filtracin. Esta resistencia aumenta continuamente con el tiempo de filtracin.

En la filtracin por torta los factores ms importantes de los que depende la velocidad de filtracin son:la cada de presin desde la alimentacin hasta el lado ms lejano del medio filtranteel rea de la superficie filtrantela viscosidad del filtradola resistencia de la tortala resistencia del medio filtrante y de las capas iniciales de la torta

Calculo de resistencia continua.Para calcular laresistencia a la filtracin de la torta, suponiendo sta incompresible, se tiene la siguiente expresin:

Donde; es la porosidad la superficie especifica

El gradiente de presin por unidad de altura de torta formada, L, se expresa a travs de laecuacin de Carman-Kozeny:

Donde;U es la velocidad superficial del filtrado en un tiempo t

U se calcula con la sig. EcuacinDonde;V es el volumen de filtrado recogido para un tiempo t

A medida que transcurre la filtracin se van acumulando las partculas que forman un determinadovolumen de torta, que se puede determinar por medio del parmetro: Este parmetro representa el volumen de torta formado en el paso de una unidad de filtrado.

Sustiyendo en la ecuacin del gradiente se obtiene la siguiente expresin: Donde quedan relacionados el volumen de filtrado,V, con la altura de la torta,L.

Otra manera de establecer dicha relacin se consigue con el siguiente cociente: dondeJes la fraccin msica de slidos en la suspensin original

Otro parmetro muy empleado es la masa de torta seca por unidad de volumen de filtrado: Dondemes la masa de torta hmeda por unidad de masa de slidos secos contenidos en ella

Si se incluye laresistencia del medio filtrante, sta se suele expresar como una altura de torta equivalente: Este volumen equivalente,Veq, es el volumen de filtrado necesario para crear una altura de tortaLeqy depende nicamente de las propiedades de la suspensin y del medio filtrante.

Si se combinan las dos resistencias sealadas se tiene unaecuacin generala partir de la cual se obtienen las ecuaciones de diseo para los distintos tipos de filtracin:

AplicacionesLa filtracin se emplea en un gran nmero de procesos relacionados con industrias muy diversas; como ejemplo se citan las siguientes:

Qumica: filtracin de azufre fundido, silicato sdico, cido ctrico, resinas y fibras sintticas, plsticosFarmacutica: produccin de vitaminas y antibiticosAlimentaria: filtracin de glucosa, fructosa y azcares, jugos de frutas, cerveza, vinoIndustria del aceite: pulido de aceites, blanqueo y winterizacin.Agroqumica: produccin de insecticidasPetroqumica: separacin de distintos componentes como la posibilidad de obtencin de parafinas cristalinas de las que no lo sonRecuperacin y refino de metales: por ejemplo filtracin de sales de zinc, cobre, nquel, etc.

Tratamiento de aguas residuales: tanto urbanas como procedentes de instalaciones industriales. La filtracin aparece en el acondicionamiento de aguas residuales y en el tratamiento de fangos.La filtracin de agua implica su paso a travs de capas de arena, carbn y otros materiales granulares para eliminar microorganismos y cualquier flculo o sedimento que pudiera quedar.Tambin se emplean los filtros prensa en lafiltracin de fangos urbanos(verdiagrama). El acondicionamiento se realiza con cal y cloruro frrico que mejora el espesamiento. Se consiguen humedades residuales del 50%.1.- Espesador2.- Dosificador de cal3.- Deposito de reaccin4.- Dosificacin de cloruro frrico5.- deposito intermedio6.- Bomba de pistn y membrana7.- Filtro prensa

Filtro intermitente a presin-Filtros prensa de marcos y placas-Filtros de cmara con elementos filtrantesEquipos de filtracin

Filtros continuos al vaco

Diseo de equipoFiltros intermitentes- A flujo constante- A cada de presin constante

Filtros continuos- Formacin de torta- Lavado de torta- Descarga de torta

Filtracin intermitenteTortas incompresibles y cada de presin constanteLa resistencia de la torta es directamente proporcional a la cantidad de slido depositado por unidad de rea

Filtracin intermitenteTortas compresibles y cada de presin constanteAumento de la resistencia especifica al aumentar el gradiente de presin sobre la torta.

Filtracin continuaFormacin de tortaEl espesor de la torta es constante y el rea de la torta varia con el tiempo.La resistencia del medio es despreciable, obteniendo:

Filtracin continuaLavado de tortaRemocin del soluto retenido en el liquido y en la masa celular de la torta.

Etapas:1)Calculo del volumen de lavado2)Calculo del tiempo de lavado

Filtracin continuaDescarga de tortaDepende del diseo mecnico.

FIN!!

-filtracin por torta: si la proporcin de slidos es muy elevada, las partculas quedan retenidas en la superficie del medio filtrante establecindose gradualmente unatortade espesor creciente sobre el medio filtrante, con lo que en realidad la filtracin se va a realizar a travs de la torta. Por tanto la mayor parte de partculas se recogen en la torta filtrante y posteriormente sta se separa del medio.-

-filtracin en lecho profundo: la proporcin de partculas slidas es muy pequea y con frecuencia su dimetro es menor que el de los poros del medio filtrante por lo que las partculas penetran hasta una profundidad considerable antes de ser atrapadas.

torta compresible: si los slidos son deformables.torta incompresible: si stos son rgidos.*En este grupo se tienen los filtros de lecho, los cartuchos filtrantes (foto1)y otros. Los filtros de cartucho son cada vez ms utilizados en la industria por sus buenos resultados.

Filtro prensa:Consisten en una serie de elementos cuadrados o rectangulares, que pueden ser placas y marcos alternados o cmaras, entre los que se coloca la tela filtrante. De esta forma, se distinguen dos tipos de filtros prensa: laprensa de placas y marcosy laprensa decmaras. La diferencia entre ambas radica en que la segunda prescinde de los marcos y que el canal de alimentacin se encuentra en el centro de cada una de las placas en vez de en una de las esquinas como ocurre en la prensa de placas y marcos.*A presion:Sin embargo este equipo presenta un precio bastante elevado debido a la complejidad del sistema.*Se denomina Winterizacin o Invernacin de aceites al proceso de eliminacin de los glicridos de punto defusinelevados*