LOU 1 - FILTRACION

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS

INTEGRANTES:

AGUILAR TORRES ANTONIO

FLORES ANTONIO ANGIE

FLORES SALAZAR ABRAHAM

ROLDAN ÑAÑEZ KATHLEEN

SAYRE QUILLAS MARIA LUISA

2010

UNIFACULTAD DE INGENIERÍA QUIMICA Y TEXTIL

INDICE1. OBJETIVOS:………………………………………………………………………3

2. FUNDAMENTO:………………………………………………………………….3

2.1. Tipos de Tortas

Tortas incompresibles

Tortas comprensibles

2.2. Tipos de Filtros

Filtros-Prensa de Placas y Marcos.-

Filtro al vacío

2.3. Ecuaciones y parámentros para el diseño de un filtro industrial

3. DATOS DE LA FILTRACIÓN:………………………………………………………8

4. TRATAMIENTO DE DATOS……………………………………………………….12

5. OBSERVACIONES………………………………………………………………….20

6. CONCLUSIONES:…………………………………………………………………..21

7. BIBLIOGRAFIA:…………………………………………………………………….21

2

FILTRACIÓN1. OBJETIVOS:

Adiestramiento en el funcionamiento de un filtro tipo prensa de placas y marcos y un filtro al vacío.

Determinar la resistencia específica de una torta incompresible ha presión constante.

Estudiar como varía la resistencia especifica de una torta con respecto a la presión (α vs. P).

2. FUNDAMENTO:

2.1. Tipos de Tortas

Tortas incompresibles

- Operaciones a presión constante.- Si a un filtro le llega una alimentación procedente de un tanque de nivel constante la presión en la cara aguas arriba de la torta es constante como la presión en la cara aguas abajo del medio es normalmente 1 atm.

- Operación a caudal constante.- Si la suspensión entra en el filtro por medio de una bomba de desplazamiento positivo, el caudal es aproximadamente constante.

- Operación a caudal y presión variables.- Si la alimentación se introduce por medio de una bomba centrifuga, la presión del caudal están relacionados por una curva.

Tortas comprensibles

Si la resistencia específica no es constante si no que es función de la presión del sólido, se dice que la torta filtrante es comprensible.

2.2. Tipos de Filtros

Filtros-Prensa de Placas y Marcos.-

Estos filtros consisten en placas y marcos alternados con una tela filtrante de cada lado de las placas. Las placas tienen incisiones en forma de canales, para poder drenar el filtrado en cada placa. La suspensión de alimentación se bombea en la prensa y fluye a través del ducto al interior de cada uno de los marcos abiertos, de tal manera que la

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suspensión va llenando los espacios vacíos. El filtrado fluye entre la tela filtrante y la superficie de la placa, a través de los canales y hacia el exterior, mientras los sólidos se acumulan como torta en ambos lados de los marcos.

En muchos casos, el filtro-prensa tiene una descarga abierta individual para cada marco, que permite una inspección visual para verificar la transparencia del líquido filtrado. Si una de las salidas descarga líquido turbio debido a una perforación de la tela o a otras causas, puede cerrarse por separado y continuar con la operación. Cuando los espacios están totalmente llenos, las placas y marcos se separan y se extraen las tortas. Después se vuelve a armar el filtro y se repite el ciclo. Si se desea lavar la torta, está se deja en los marcos y se procede a un lavado transversal.

En este tipo de prensa existe un canal separado para la entrada del agua de lavado, la que penetra a la unidad y a las placas por medio de aberturas situadas detrás de las telas filtrantes, en placas alternadas. El agua de lavado fluye a través de la tela, pasa por la totalidad de la torta (no por una mitad como en la filtración), a través de la tela filtrante, del otro lado de los marcos, y por último pasa al canal de descarga.

Mientras se usa la mitad de los marcos la otra mitad se está descargando y limpiando, lo que reduce los costos de la mano de obra. Existen también otros sistemas de automatización que se han aplicado a estos tipos de filtros.

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Filtro al vacío

Instalado en el Laboratorio de Operaciones Unitarias (LOU), este tipo de filtro nos permite filtrar a presión constante; y esta constituido por un agitador, butchner, kitasato, manómetro en U de mercurio y bomba de vacío

2.3. Ecuaciones y parámentros para el diseño de un filtro industrial

Ecuación de Carman –Kozeny.- Considerando un flujo en régimen laminar:

(−ΔPf )L

= 150 ×μ×Vs×(1- ε )2

gc×D2×ε3× ρ

.. . .. .. .(1)

Donde:

−ΔPf : caída de presión a través del lecho poroso

L : Espesor del lecho poroso.

μ : Viscosidad del fluido.

ρ : Densidad del fluido.

Vs : Velocidad del fluido referida al área de sección normal del lecho.

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ε : Porosidad del lecho (fracción hueca).

D : Diámetro equivalente de las partículas que constituyen el lecho.

Resistencia Especifica de la torta (α )

α = k×A2×(1−ε )

ρ×ε3. .. . .. ..(2 )

Donde:

A : Área superficial de partícula sólida.

K : Constante que corrige unidades.

Resistencia del medio filtrante (Rm)

Rm = α×ρ×s×V fA×(1-m×s )

. . .. ..(3 )

Donde:

s : Fracción del sólidos en suspensión(Kg sólidos/ Kg suspensión ).

m : Relación másica de (torta húmeda/torta seca).

Vf : Volumen de filtrado para formar la torta hipotética.

A : Área normal al flujo.

Remplazando ecuacion (3) en (1) e integrando:

(−ΔP t )=(K 1×V f+K 2)q . .. . .. .(4 )

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−ΔP t : caída de presión total

K1=s×ρ×μ×α

(1−s

s ')A2 gc

K2=

Rm×μA×gc

Factor de compresibilidad de la torta(n)

Dada por el efecto de la presión sobre la resistencia especifica.

α = α 0×(−ΔP )n

Donde:

α 0 : Resistencia especifica a presión cero.

α : Resistencia especifica a una presión dada.

n : Factor de compresibilidad, comprendido entre [0-1], realmente su variación esta entre: 0.15 (para coadyuvantes) hasta 0.9 (para hidróxidos y sustancias comprensibles).

Dentro de los limites de aplicabilidad de la ecuación anterior, `n` es la pendiente de la recta siguiente:

Log( α ) = Log (α 0) + n×Log(ΔP )

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3. DATOS DE LA FILTRACIÓN:

FILTRACIÓN A PRESIÓN CONSTANTE:

ESTANDARIZADO:

VOLUMEN MEDIDA EN (Ml.)

MEDIDA EN EL NIVEL (cm)

V1 500 9.7V2 500 9.7V3 500 9.7PROMEDIO 9.7

Equivalencia es 2cm↔103,09mL.

1 era PRESIÓN:

W torta Kita. = 901,4 gramos

W papel filtro =3,65 gramos

W torta hum. = 723,55 gramos

W torta seca = 451,65 gramos

8

P=54 cmHg

Altura Tiempo

cm seg

16 0

18 13,72

20 18,61

22 27,05

24 37,08

26 47,62

28 66,2830 83,8832 108,6234 127,0936 144,2538 162,9740 188,64

2 da PRESIÓN:

Altura Tiempocm Seg

19 021 12,8123 24,0325 32,0427 43,2129 59,3231 76,0033 94,3635 112,0337 133,1439 155,241 18043 204,0345 223,0547 254,57

W torta Kita. = 870 gramos

W papel filtro =

3,5 gramos

W torta hum. = 705,9000

gramos

W torta seca = 681,2000

gramos

3 ra PRESIÓN:

9

P=35 cmHg

P=22 cmHg

Altura Tiempo

cm seg

16 018 14,520 30,1822 49,5224 68,526 86,2528 112,230 134,0632 165,9634 200,1736 243,1338 275,5340 313,14

W torta Kita. = 751 gramos

W papel filtro =

2,6 gramos



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FILTRO PRENSA DE MARCOS Y PLACAS :

Presión Vol. Grifo 1

Vol. Grifo 2

Vol. Grifo 3

Vol. Total

lb/in^2 ml ml ml ml

5120,00 230,00 124,00 474,00

55,00 110,00 50,00 215,00

1098,00 198,00 90,00 386,0080,00 150,00 75,00 305,00

15 80,00 170,00 80,00 330,00

2090,00 180,00 105,00 375,0085,00 190,00 100,00 375,00

25 80,00 170,00 90,00 340,00

3090,00 180,00 90,00 360,0085,00 180,00 35,00 300,00

3585,00 170,00 85,00 340,0080,00 170,00 80,00 330,00

4080,00 150,00 78,00 308,0088,00 145,00 75,00 308,00

Tiempo de Filtrado = 7 minutos

Volumen de Filtrado = Volumen Inicial de Suspensión - Volumen Final de Suspensión50 - 17,5

Volumen de Filtrado = 32,5 litros

Concentración de la torta = W. torta seca / W.torta humeda

W. Torta seca = 0,25 KgW. Torta húmeda = 0,619 KgConcentración de la torta = 0,40

Presión Inicial = 5,00 Lb/in^2Presión Final = 40,00 Lb/in^2

Diámetro de la lona = 0,24 m para el calculo de área

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4. TRATAMIENTO DE DATOS

FILTRACIÓN A PRESIÓN CONSTANTE:

TORTA NUMERO 1 (p =54cm Hg)

Altura Tiempo Volumen dt dV dt/dV

cm seg litros seg litros seg/litros

22 27,050,30927 8,44

0,10309 81,8702105

24 37,080,41236 10,03

0,10309 97,2936269

26 47,620,51545 10,54

0,10309 102,240761

30 83,880,72163 17,6

0,10309 170,72461

34 127,090,92781 18,47

0,10309 179,163837

36 144,251,0309 17,16

0,10309 166,456494

38 162,971,13399 18,72

0,10309 181,588903

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.40

50

100

150

200

250

f(x) = 130.729082180164 x + 46.0781407578454R² = 0.910676463262118

dt/dV VS Volumen (L)

Volumen (L)

dt/d

V

12

P=54 cmHg

DATOS NECESARIOS

dP = 71994,08 Pa

D = 19,0000 cm

L = 1,9500 cm



A de filtración = 283,5294 cm^2

Densidad = 997,0800 kg/m^3

W del Solido = 1,0000 Kg

W Suspenc. = 10,0000 Kg

u = 0,0009 Kg/ms

s = 0,1000

s' = 0,6242

K1 = 130,7300 s/L ^2

K2= 46,0780 s/L ^2

RESISNTENCIA ESPECIFICA

Calculando la masa por Volumen de filtrado

w =

w = 118,728478 Kg/m^3

= 70806,126 metro/Kg

RESISTENCIA DEL MEDIO FILTRANTE

Rm = 1,05E+08 metro^-1

13

w

gAPK c

2

1

'1s

s

s filtrado

c

m

gAPKR

2

TORTA NUMERO 2 (35 cm Hg)



21 12,810,10309 12,81

0,10309 124,260355

23 24,030,20618 11,22

0,10309 108,836939

29 59,320,51545 16,11

0,10309 156,271219

31 76,000,61854 16,68

0,10309 161,800369

33 94,360,72163 18,36

0,10309 178,096809

35 112,030,82472 17,67

0,10309 171,403628

37 144,140,92781 21,11

0,10309 204,772529

39 155,21,0309 22,06

0,10309 213,987778

14

P=35 cmHg

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.40

50

100

150

200

250

300

f(x) = 112.91020583638 x + 96.6659582025423R² = 0.94169781491845


Volumen (L)

dt/d

V

DATOS NECESARIOS

dP = 46662,83 PaD = 19,0000 cm

L = 2,0750 cm




d. Torta seca = 997,0800 g/cm^3



u = 0,0009 Kg/ms

s = 0,1000

s' = 0,9650

K1 = 112,9100 s/L ^2

K2= 96,6670 s/L ^2



w =

15'

1s

s

s filtrado

w = 111,2348414 Kg/m^3

= 42605,6494 m/Kg


Rm = 1,43E+08 metro^-1

TORTA NUMERO 3 (22 cmHg)



18 14,5 0,10309 14,5 0,10309 140,65379820 30,18 0,20618 15,68 0,10309 152,10010722 49,52 0,30927 19,34 0,10309 187,60306524 68,5 0,41236 18,98 0,10309 184,11097128 112,2 0,61854 25,95 0,10309 251,72179632 165,96 0,82472 31,9 0,10309 309,43835534 200,17 0,92781 34,21 0,10309 331,8459638 275,53 1,13399 32,4 0,10309 314,28848640 313,14 1,23708 37,61 0,10309 364,82685

16

w

gAPK c

2

1

c

m

gAPKR

2

P=22 cmHg

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.40

50

100

150

200

250

300

350

400

f(x) = 200.392195858274 x + 119.968580615092R² = 0.94989210321046


Volumen (L)

dt/d

V

DATOS NECESARIOS

dP = 29330,9210 Pa

D = 19,0000 cm

L = 1,6500 cm




d. Torta seca = 997,0800 g/cm^3



u = 0,0009 Kg/ms

s = 0,1000

s' = 0,7695

K1 = 200,39 s/L ^2

K2= 119,17 s/L ^2



17'

1s

s

s filtrado

w =

w = 114,600271 Kg/m^3

= 45811,0018 metro/Kg


Rm = 1,10E+08 metro^-1

CÁLCULO DEL FACTOR DE COMPRESIBILIDAD(n)

Para el cálculo de dicho factor se va utilizar la relación siguiente:

Como adopta la ecuación de una recta, el valor de “n” será la pendiente debe graficar los valores del cuadro:

Torta P (Pascales)

log α log P

1 71994,08 7,081E+04 11,1677 11,1843

2 46662,83 4,261E+04 10,6597 10,7507

329330,9210

545811,001

8 10,7323 10,2864

18

w

gAPK c

2

1

c

m

gAPKR

2

log α=s log ΔP+log α 0α=α0 ( ΔP ) s

10.2000 10.4000 10.6000 10.8000 11.0000 11.2000 11.400010.4000

10.5000

10.6000

10.7000

10.8000

10.9000

11.0000

11.1000

11.2000

11.3000

f(x) = 0.477364575294596 x + 5.72611616937034R² = 0.608804705421333

log (alpha) VS log (P)

log (P)

log

(a

lph

a)

Finalmente:

log∝0=5,7261∝0=532230,7958

Y el factor de compresibilidad sería:

Filtración a presión variablePresiónPascal

Vol. Grifo 1

m^3

Vol. Grifo 2

m^3

Vol. Grifo 3

m^334473,79 8,750E-05 1,700E-04 8,700E-0568947,57 8,900E-05 1,740E-04 8,250E-05103421,36 8,000E-05 1,700E-04 8,000E-05137895,14 8,750E-05 1,850E-04 1,025E-04172368,93 8,000E-05 1,700E-04 9,000E-05206842,71 8,750E-05 1,800E-04 6,250E-05241316,50 8,250E-05 1,700E-04 8,250E-05275790,28 8,400E-05 1,475E-04 7,650E-05

USANDO EL VALOR DE:

Presión Vol. Total Vol. Acumulad

o

tiempo(s)

P^(n)

34473,79 3,445E-04 0,000345 5,00 53,2268947,57 3,455E-04 0,000690 5,00 69,27

103421,36 3,300E-04 0,001020 5,00 80,83137895,14 3,750E-04 0,001395 5,00 90,17172368,93 3,400E-04 0,001735 5,00 98,16

19

n = 0.4774

n = 0.3804

206842,71 3,300E-04 0,002065 5,00 105,21241316,50 3,350E-04 0,002400 5,00 111,57275790,28 3,080E-04 0,002708 5,00 117,38

0.00 50000.00 100000.00 150000.00 200000.00 250000.00 300000.000.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

f(x) = 0.000256145522073456 x + 50.9909357644911R² = 0.970261881302509

P VS P^n

P^n

P

Tiempo de Filtrado = 7 minutos

Volumen de Filtrado = Volumen Inicial de Suspensión - Volumen Final de Suspensión50 - 17,5

Volumen de Filtrado = 32,5 litros

Concentración de la torta = W. torta seca / W.torta humeda

W. Torta seca = 0,25 KgW. Torta húmeda = 0,619 KgConcentración de la torta = 0,40

Presión Inicial = 5,00 Lb/in^2Presión Final = 40,00 Lb/in^2

Diámetro de la lona = 0,24 m para el calculo de área

Capacidad del Filtro = Volumen de Filtrado / Tiempo de ciclo

20

Capacidad del Filtro = 4,643 litros/min

5. OBSERVACIONES

Generalmente en los laboratorios de filtración se trabaja con cal apagada, es decir CaO.nH2O, cal hidratada, pero por esta ocasión se trabajo con cal viva, la cual es anhidra, y estuvo siendo hidratada con altas temperaturas.

Antes de iniciar la corrida de filtración es necesario hacer la estandarización del equipo para ello es necesario usar como fluido el agua (mismo liquido del equipo).

Evitamos formar sifones en el embudo, es decir que no se forme sólidos en los extremos de este.

La finalidad de que la torta se cuarte es para desprender más fácilmente el papel filtro del embudo.

En la preparación del filtro prensa es necesario fijarse que las lonas no tengan agujeros pues la corrida de filtración seria en vano.

El orden de las partes del filtro prensa es: marco-empaque-lona-empaque-placa-empaque-lona-empaque marco. Darnos cuenta que las placas deben tener las cañerías correspondientes.

En el equipo de filtración de presión constante es necesario hacer purgas por medio de las trampas para evitar deterioros de las bombas.

Debido a lo degastado de los empaques se veía unas fugas cuando se aumentaba la presión (filtro prensa) al finalizar la experiencia se observo que el marco contenía todavía una gran cantidad de liquido.

6. CONCLUSIONES:

El resultado de la estandarización fue de 2cm = 103.09mL Se obtuvo un coeficiente de compresibilidad de 0.384, lo cual indica que es

compresible. Conforme progresa la operación, el espesor de la torta aumenta con el

correspondiente incremento de la resistencia al flujo del filtrado. Al mantener la presión constante, la velocidad de filtración disminuye con el tiempo.

Efectos como la obtención de una solución no clarificada de filtrado, cuya densidad es diferente a la del agua pura y no ha sido considerada en los cálculos incrementan la incertidumbre en los resultados obtenidos, pero en general se observa la tendencia de los resultados.

Él líquido pasa a través de dos resistencias en serie: El de la torta y la del medio filtrante.

7. BIBLIOGRAFIA:

21Operaciones Básicas en Ingeniería

Química

Mc GRAW-HILL

Cuarta Edición 1991

Pág. 243-293

WARREN L. McCABE

ALAN S. FOUST

OCON G. - TOJO B.

22

Principios de Operaciones

unitarias

Continental S.A.

Segunda Edición 1996

Pág. 569-575

“Problemas de Ingeniería Química”.

Editorial Reverté S.A. Tercera Edición.Tomo II. Pág. 340 – 370.

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