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OPERACIONES UNITARIAS 1 BURGOS MARIA VIRGINIA FILTRACIÓN INTRODUCCIÓN Operación mediante la cual se separa un sólido suspendido en un fluido haciendo pasar a este a través de una membrana porosa que retiene al sólido. La mezcla sólido-fluido se llama suspensión a filtrar; el fluido que atraviesa la membrana, filtrado; la membrana, tela o medio filtrante. Los sólidos retenidos forman una capa llamada torta. La operación completa de filtración comprende: 1. Filtración: separa por un lado el líquido claro y por otro el sólido humedecido. 2. Lavado: separa el líquido que queda retenido por la torta. 3. Secado: desplaza el líquido de lavado retenido mediante aire o vapor. ECUACIÓN BÁSICA DE LA FILTRACIÓN 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 Á𝑟𝑒𝑎 = 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑟𝑎 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 → 𝑑𝑉 𝐴𝑑𝜃 = ∆Pt 𝑟 El volumen filtrado por unidad de área y tiempo es proporcional a la fuerza impulsora (caída de presión en la torta y medio filtrante) e inversamente proporcional a la resistencia del flujo. Las resistencias que encuentra el fluido a su desplazamiento son: a. La resistencia de la tora rc. b. La resistencia de la tela o medio filtrante rm. 𝑟 = 𝑟𝑐 + 𝑟𝑚 = 𝛼𝜇𝑐𝑉 𝐴 + 𝜇𝑅𝑚 → 𝑑𝑉 𝐴𝑑𝜃 = ∆Pt 𝛼𝜇𝑐𝑉 𝐴 + 𝜇𝑅𝑚 Donde: • ∆Pt = ∆Pc + ∆Pt → Caida de presión en la torta + Caida de presión en la tela • 𝜇 → viscosidad del líquido filtrado • 𝛼 → Resistencia específica de la torta • 𝑐 → concentración de la torta m/v • 𝑅𝑚 → Resistencia específica del medio filtrante. Resistencia específica de la torta Es función de la densidad, forma y tamaño de la partícula, de la porosidad de la torta y del régimen (laminar) del fluido. Además, puede depender de la caída de presión que tiene lugar en la torta, debido a que los materiales pueden comportarse de dos maneras: a) No experimentar deformación, materiales incompresibles b) Deformarse, materiales compresibles Los materiales en mayor o menor grado se deforman bajo acción de la presión; al deformarse tienden a ocupar los lugares vacíos de la torta produciendo su cierre. 𝛼 = 𝛼0∆𝑃 𝑠 Donde s es el coeficiente de compresibilidad y puede variar de 0 (materiales rígidos) a 1 (materiales muy compresibles). En general s varía de 0,1 a 0,8. OPERACIONES UNITARIAS 1 BURGOS MARIA VIRGINIA Análisis de la fórmula de filtración Reemplazando α por su valor en fn de la caída de presión y suponiendo que la resistencia del medio filtrante es despreciable frente a la que ocasiona la torta (Rm=0), se tiene: 𝑑𝑉 𝐴𝑑𝜃 = A∆𝑃1−𝑠 𝛼0𝜇𝑚 La velocidad de filtrado resulta proporcional al área filtrante e inversamente proporcional a la viscosidad del líquido filtrado, a la masa depositada y a las características de filtrabilidad del material expresadas por su resistencia específica. 1. Dependencia de la presión Si el material es incompresible, s=0 y la velocidad de filtrado es proporcional a la diferencia de presión; si es compresible y s=1, la velocidad es independiente de la presión. En la práctica se observa que cuando tenemos materiales granulares o cristalinos un aumento de presión determina un aumento aproximadamente proporcional de velocidad y en cambio para materiales floculados, la velocidad de filtrado prácticamente no varía con la presión. Para algunos materiales existe una presión crítica, es decir, la velocidad de filtración aumenta con la presión hasta dicho valor, y luego si continúa aumentando la presión, la velocidad de filtrado disminuye por aplastamiento de la torta. 2. Influencia de la viscosidad La velocidad de filtración es inversamente proporcional a la viscosidad del filtrado. Esta viscosidad se puede reducir de la siguiente forma: a. Por dilución, con un solvente de baja viscosidad, disminuyendo así el tiempo neto del filtrado pese a haberse aumentado el volumen a filtrar. Para determinar la dilución correcta debe conocerse la relación entre viscosidad y dilución, que relacionada con la ecuación de filtración permite determinar el valor óptimo. b. Mediante calentamiento de la suspensión. Los límites de aplicabilidad de este recurso tratándose de filtros a presión, están determinados por el costo del calentamiento; en los de vacío por la tensión de vapores del filtrado. 3. Influencia de α La resistencia específica de la torta debe ser mínima para lograrse máxima velocidad de filtrado. Este factor depende entre otras, de la porosidad de la torta y superficie específica de la partícula (So) y éstas a su vez de la forma y tamaño de las mismas. Un decrecimiento en el tamaño de la partícula produce una disminución de la velocidad de filtración, aunque puede significar una mejor posibilidad de lavado. En general debe evitarse someter el material a acciones que produzcan una degradación del tamaño de partícula. En ciertos casos un pre- acondicionamiento de la suspensión mediante algún tratamiento químico, puede permitir la floculación de las partículas más pequeñas formándose agregados de mayor tamaño. Cuando no se puede actuar sobre el tamaño de las partículas y en el caso de que los sólidos no importen, se puede incorporar a la suspensión un material incompresible y de fácil filtración, por ejemplo, tierra de diatomea o kieselgur. 4. Influencia de la concentración (c), la masa (m) y el espesor de la torta (L) 𝑚 = 𝑐𝑉 → 𝑚 = 𝐴𝐿(1 − 𝜀)𝜌 → 𝑑𝑉 𝐴𝑑𝜃 = A∆𝑃1−𝑠 𝛼0𝜇𝑚 = ∆𝑃1−𝑠 𝛼0𝜇𝐿(1 − 𝜀)𝜌 OPERACIONES UNITARIAS 1 BURGOS MARIA VIRGINIA La velocidad de filtración es inversamente proporcional a (c) sólidos depositados por unidad de volumen de filtrado, pero para una misma masa de sólidos (m), el volumen a filtrar varía en razón inversa a (c); a mayor concentración menor volumen a filtrar y por lo tanto menor tiempo requerido. Además, las suspensiones concentradas originan tortas de menor resistencia específica a la filtración. Por todo esto es conveniente un tratamiento previo de espesamiento. En cuanto a la influencia del espesor de la torta (L) conviene que dicho espesor sea mínimo. Sin embargo, un espesor pequeño implica una mayor área para manejar la misma cantidad de sólido, es decir, se gana en el tiempo de filtración, pero a costa de un equipo más caro. MODOS DE CONDUCIR LA FILTRACIÓN Hay dos maneras de realizar la filtración: 1. Presión constante: la máxima presión de trabajo se aplica desde el momento inicial. Como a medida que avanza la operación de filtrado, aumenta la resistencia, siendo la presión constante, la velocidad de filtración disminuye con el tiempo. → Ventaja: al comienzo, (no hay prácticamente resistencia) pueden obtenerse grandes velocidades de filtrado. → Desventaja: las primeras partículas depositadas tenderán a atravesar la tela produciendo porciones de filtrado turbias, además, se produce compactación de partículas en la tela filtrante produciendo obstrucciones que disminuyen la velocidad por el resto del ciclo. Alta presión en materiales incompresibles, para altamente compresibles presiones bajas. 2. Velocidad constante: se comienza a baja presión y a medida que aumenta el espesor de la torta y por lo tanto la resistencia, se aumenta la presión de trabajo para mantener la velocidad constante. → Ventaja: se elimina el inconveniente de obturación del filtro → Desventaja: la máxima presión se alcanza al final del ciclo y en consecuencia considerando éste en su conjunto es de bajo rendimiento. 3. Régimen mixto: se inicia la filtración a velocidad constante hasta que la tela esté completamente recubierta por una delgada torta y luego se lleva a la máxima presión de trabajo completando la filtración a P cte. En la mayoría de los filtros a presión. la alimentación de los mismos se efectúa mediante bomba centrífuga, en tal caso la operación no tiene lugar ni a presión, ni a velocidad constante, sino que sigue una evolución dada por la curva característicade la bomba. LAVADO En la mayoría de los casos las suspensiones a filtrar no contienen sólo un sólido insoluble y un líquido puro, sino que éste lleva en solución otros materiales. a) Si lo que interesa es el sólido puro, debe eliminarse el líquido retenido (que lleva en disolución otros materiales) ya que, al eliminarse por secado, se contaminaría el componente principal. b) Si lo que interesa es el líquido, debe lavarse la torta para mejorar el rendimiento de la operación. Para el lavado se utiliza un líquido soluble en el filtrado. Si durante el lavado se controla la concentración del material soluble en el líquido en el tpo, obtenemos: 1. ab: la concentración del material soluble se mantiene constante e igual a la que se encuentra en el líquido filtrado. 2. bc: en ella la concentración cae bruscamente. 3. cd: la disminución de concentración tiene lugar lentamente y tiende asintóticamente a 0. OPERACIONES UNITARIAS 1 BURGOS MARIA VIRGINIA La zona ab es el lavado por desplazamiento, el líquido lavador empuja al líquido madre retenido por la torta y lo desplaza. Las concentraciones del líquido que van saliendo del filtro desde que comienza el lavado son constantes e iguales a las del filtrado. Teóricamente la cantidad necesaria de líquido de lavado en este período es igual a la del líquido retenido. Una vez que pasamos este volumen de líquido nos encontramos en la zona bc que es una intermedia entre el lavado por desplazamiento y por difusión. La extensión de tiempo en esta zona es aprox la misma que en la primera. La zona cd es el lavado por difusión, en esta, el líquido lavador llega a los huecos menos accesibles del filtro y la concentración de material soluble en el efluente es muy baja. Esta zona puede extenderse cuanto se quiera dependiendo ello de la importancia que tenga la eliminación de los restos de filtrado de las partículas. Puesto que el lavado es una filtración sin aporte de sólidos; resulta en la fórmula general: 𝑑𝑉 𝐴𝑑𝜃 = ∆𝑃𝑡 𝜇. [ 𝛼. 𝑚 𝐴 + 𝑅𝑚] Al fijarse una presión de trabajo, todo el segundo miembro es constante y el tiempo de lavado depende del volumen de líquido lavador. Si este tiene la misma viscosidad que el filtrado y si trabaja a la misma presión durante la filtración propiamente dicha y las áreas y caminos recorridos por el líquido lavador son iguales a los del filtrado, la velocidad de lavado es igual a la velocidad de filtración final. Sin embargo, el valor así obtenido es aproximado, debido a que el líquido de lavado no siempre sigue exactamente el mismo recorrido que el filtrado previo y aún así se ha encontrado en muchos casos que la velocidad de lavado es menor que la prevista, oscilando entre 70 y 90 % de la calculada. SECADO Se desplaza el líquido de lavado con aire o vapor según los casos. De esta manera se obtiene una forma más fácil de manipular, pero con restos de humedad. DETERMINACIÓN DE LAS CONSTANTES DE FILTRACIÓN a. Si la filtración es conducida a presión constante se tiene: 𝑑𝑉 𝐴𝑑𝜃 = ∆𝑃𝑡 𝜇. [ 𝛼. 𝑚 𝐴 + 𝑅𝑚] = ∆𝑃𝑡 𝜇. 𝛼. 𝑐. 𝑉 𝐴 + 𝜇. 𝑅𝑚 → 𝑑𝜃 = 𝜇. 𝛼. 𝑐. 𝑉 𝐴 + 𝜇. 𝑅𝑚 A. ∆𝑃𝑡 𝑑𝑉 Integrando da la relación entre el volumen filtrado (V) y el tiempo transcurrido θ 𝜃 = 𝜇. 𝛼. 𝑐. 𝑉2 2. 𝐴2. ∆𝑃𝑡 + 𝜇. 𝑅𝑚. 𝑉 A. ∆𝑃𝑡 = 𝐾𝑝. 𝑉 2 2 + 𝐵. 𝑉 Entonces → 𝛼 = 𝐾𝑝. 𝐴 2. ∆𝑃𝑡 𝜇. 𝑐 𝑦 𝑅𝑚 = 𝐵. 𝐴. ∆𝑃𝑡 𝜇 OPERACIONES UNITARIAS 1 BURGOS MARIA VIRGINIA Valores ctes siempre y cuando la temperatura y por lo tanto µ no se modifique. La ecuación es una parábola desplazada respecto a sus ejes y se traza a partir de los datos de volumen y tiempo de un ensayo de filtración. Si se deriva la ecuación respecto de V se obtiene: 𝑑𝜃 𝑑𝑉 = 𝐾𝑝. 𝑉 + 𝐵 Ecuación de una recta con pendiente Kp y ordenada al origen B. Determinando Kp y B pueden obtenerse α y Rm. Los valores de α y Rm obtenidos así son únicamente válidos para las condiciones en que se efectuó el ensayo. Sin embargo, como la resistencia de la tela es solo una fracción pequeña de la resistencia total, Rm puede considerarse constante e independiente por lo tanto de ∆Pt. En cuanto α la dependencia de la presión está dada por -> 𝛼 = 𝛼0∆𝑃 𝑠 → log(𝛼) = log(𝛼0) + 𝑠. log(∆𝑃𝑡) Ecuación de una recta que representada en coordenadas logarítmicas su pendiente nos da el valor de s y la ordenada al origen es el log(α0). Así podemos obtener ambos datos. Estos valores sólo son aceptables para presiones dentro del rango determinado en los ensayos. b. Filtración a velocidad cte. Si → 0 = 𝑑𝑉 𝐴𝑑𝜃 → 𝑉 𝐴. 𝜃 = 𝑐𝑡𝑒 → 𝑉 𝐴. 𝜃 = ∆𝑃𝑡 𝜇. 𝛼. 𝑐. 𝑉 𝐴 + 𝜇. 𝑅𝑚 ∆𝑃𝑡 = ( 𝑉 𝐴. 𝜃 ) 2 𝜇. 𝛼. 𝑐. 𝜃 + ( 𝑉 𝐴. 𝜃 ) 𝜇. 𝑅𝑚 = ∆𝑃𝑐 + ∆𝑃𝑚 → caida de P en torta + caida de P en medio filtrante ∆Pm es cte si se admite que Rm no varía con la presión La caída de presión en la torta, para una dada velocidad de filtración depende de α y θ, pero suponiendo que la variación de α con ∆Pc es igual que con ∆Pt, tenemos: 𝛼 = 𝛼0∆𝑃𝑐 𝑠 .⇒ ∆𝑃𝑐 𝛼 = ∆𝑃𝑐 𝛼0∆𝑃𝑐 𝑠 = ∆𝑃𝑐 1−𝑠 𝛼0 = ( 𝑉 𝐴. 𝜃 ) 2 𝜇. 𝑐. 𝜃 . ⇒ ∆𝑃𝑐 1−𝑠 = ( 𝑉 𝐴. 𝜃 ) 2 𝜇. 𝑐. 𝜃. 𝛼0 = 𝐾𝑣 . θ Ecuación que da la caída de presión en la torta en función del tiempo Kv es constante y los valores a determinar son ∆Pm, α0 y s. El primero puede obtenerse graficando ∆Pt en función de θ y extrapolando el valor en el tiempo inicial, ya que aquí la única resistencia influyente es la del medio filtrante. Si el valor así obtenido es el correcto, al introducirse en la ecuación de filtración: ∆𝑃𝑐 1−𝑠 = (∆𝑃𝑡 − ∆𝑃𝑚) 1−𝑠 = 𝐾𝑣 . 𝜃 Al ser representada logarítmicamente da una recta: log(𝜃) = (1 − 𝑠) log(∆𝑃𝑡 − ∆𝑃𝑚) − log(𝑘𝑣) Con esta recta podemos calcular s (coeficiente de compresibilidad) ya que (1-s) es la pendiente. Si no nos da una recta, se debe probar con otro valor de ∆Pm OPERACIONES UNITARIAS 1 BURGOS MARIA VIRGINIA Con s, puede calcularse analíticamente Kv y con este hallarse α0. 𝛼0 = 𝐾𝑣 ( 𝑉 𝐴. 𝜃 ) 2 𝜇. 𝑐 → con esto quedan determinadas todas las constantes CLASIFICACIÓN DE FILTROS La clasificación se dará en función a cómo se obtiene la diferencia de presión en los filtros Filtros de gravedad Son aquellos en los que la presión viene determinada por la carga hidrostática del mismo líquido. El medio filtrante no puede ser más fino que un tamiz grueso o un lecho de partículas gruesas como arena. Por lo tanto, se aplica a la separación de sólidos muy gruesos, clarificación de agua potable y tratamiento de aguas residuales. Consisten en un depósito de doble fondo. Sobre el primero, que es perforado, se sitúa el medio filtrante (arena, carbón, etc). El líquido a filtrar se introduce por la parte superior y cae a un plato que lo distribuye uniformemente por toda la superficie del material filtrante, atravesándolo por gravedad y saliendo por la parte inferior. Para que el fondo no se obstruya con la arena, se coloca sobre un lecho de grava. Se utiliza para poca cant. de sólidos en el fluido. Filtros de vacío La presión es generada por una succión que se da en el lado opuesto al sentido de la filtración. Discontinuos: Nutcha (Fig 14.12) El material filtrante se deposita sobre una placa filtrante agujereada. Pueden trabajar por gravedad o a presión si se los cierra por la parte superior. Debido a su sencillez, una nutcha se construye con facilidad con materiales resistentes a la corrosión y es útil cuando han de filtrarse cargas experimentales de una gran variedad de materiales corrosivos. Continuos: Rotatorios; de Tambor Wolf, Oliver (Fig 14.13) En todos los filtros continuos de vacío, el líquido es succionado a través de un medio filtrante en movimiento sobre el que se deposita una torta de sólidos. La torta se aleja de la zona de filtración, se lava, se seca por aspiración y se descarga del medio filtrante parareiniciar el ciclo con la entrada de otra carga de sólidos en suspensión. En todo momento una parte del medio filtrante se encuentra en la zona de filtración, otra parte en la zona de lavado y otra en la etapa de descarga de sólidos, de forma que la salida de líquidos y de sólidos se realiza en forma ininterrumpida. La presión diferencial a través del medio filtrante de un filtro de vacío continuo no es elevada. Se usa para: casos donde se precisa un gran volumen de producción, con escasa mano de obra. Y con líquidos turbios con gran concentración de sólidos. No son útiles para filtrar líquidos turbios con muy poco precipitado. Para economizar, se suele pasar los líquidos turbios por un espesador antes de llevarlo al filtro rotatorio. OPERACIONES UNITARIAS 1 BURGOS MARIA VIRGINIA Descripción del filtro de tambor rotatorio: Un tambor horizontal, con una superficie acanalada que gira a una velocidad de 0.1 a 2 rpm en un depósito con la suspensión agitada. Un medio filtrante, como una lona, cubre la superficie del tambor, que está sumergido parcialmente en el líquido. El líquido turbio llega continuamente al depósito inferior en el que se sumerge el tambor rotatorio. Una corriente de aire mantiene al líquido en buen estado de agitación para que la deposición de la torta filtrante sea uniforme. El tambor está dividido en compartimentos, mientras el tambor gira se alimenta aire y vacío alternativamente en cada compartimento. Una tira de tela filtrante cubre la cara expuesta de cada compartimento para formar una sucesión de paneles. En la posición 1 el vacío aspira el líquido turbio, se forma la torta sobre la superficie filtrante de, y el líquido filtrado va al depósito correspondiente. La posición 2 permite que la torta se escurra. La posición 3 es la zona de lavado. La posición 4 es la de secado, la corriente de aire penetra por la acción de vacío a través del precipitado. La posición 5 hace que se desprenda el precipitado con una corriente de aire del interior del tambor, el cual es rascado por una cuchilla y cae a un depósito colector. Variando el grado de inmersión del tambor se modifica la superficie de filtración. Y variando las revoluciones se consigue que la torta sea más o menos gruesa. Filtros de presión Utilizan una gran presión diferencial a través del medio filtrante para lograr una filtración rápida muy económica con líquidos viscosos o con sólidos finos. Filtros prensa Filtro prensa: ver con olibano Placas y marcos: el filtro está formado por prensas de placas y marcos, en donde placas cuadradas alternan con marcos abiertos. Las placas y los marcos se sitúan de forma vertical en un bastidor metálico, con telas que cubren las caras de cada placa, y se acoplan entre sí por medio de un tornillo o una prensa hidráulica. La suspensión entra por un extremo del conjunto de placas y marcos, por medio de una bomba a presión de 3 a 10 atm, y pasa a través de una esquina, hacia el canal que recorre el equipo de modo longitudinal. Los canales auxiliares llevan la suspensión desde el canal de entrada hasta cada uno de los OPERACIONES UNITARIAS 1 BURGOS MARIA VIRGINIA marcos. Aquí los sólidos se depositan en las caras cubiertas de tela de las placas. El líquido pasa a través de las telas, desciende por las canaladuras de las caras de las placas y sale del filtro prensa. La filtración continúa hasta que no fluya más licor por la descarga, o se eleve la P de filtración. Los marcos están llenos de sólido y se dice que la prensa está atestada. Luego se hacer entrar líquido de lavado para extraer las impurezas solubles de los sólidos, después de lo cual la torta se puede secar con vapor o con aire. Luego se abre la prensa, y la torta de sólidos se extrae del medio filtrante y se deja caer a un transportador o a un depósito de almacenaje. El material filtrante es casi siempre un tejido (lana, seda, algodón, nylon, etc). Los filtros prensa tienen un campo de aplicación muy grande, ya que es más barato en cuanto a costo de instalación. Los límites de presión suelen ser bastante elevados por lo que pueden filtrar con rapidez. Son caros en mano de obra, debido a que la descarga de las cámaras o marcos es manual. Aplicación: • Líquido turbio con gran cantidad de precipitado • Precipitado de filtración difícil • Se debe lavar el precipitado hasta el agotamiento • Volúmenes de producción no muy grandes. Filtros de carcasa y hojas Consta de una carcasa en cuyo interior se alojan unas hojas o bolsa planas cuya parte interior de todas ellas comunica con una misma tubería encargada de recoger el líquido filtrado. El líquido a filtrar penetra en la caja por las placas filtrantes. Estas van cubiertas por una bolsa de material filtrante. Durante la operación las hojas permanecen dentro del tanque cerrado. La alimentación entra por un lado del tanque, el filtrado pasa a través de las hojas y sale por un colector de descarga múltiple. • Menor presión. • Menor necesidad de mano de obra. • Mejor lavado de torta. (Comparado a un filtro prensa) Filtro spakler Utilizado principalmente como clarificador de gran rendimiento. Consta de una caja cilíndrica resistente a la presión, en cuyo interior se alojan una serie de placas de forma especial, todas las cuales reciben por un taladro lateral periférico el líquido turbio a presión, y después de filtrarlo lo descargan a un conducto central, común a todas las placas. Este filtro es una especie de nutcha a presión. Los filtros de caja se emplean cuando los precipitados filtran mal y es necesario emplear presión. También cuando el contenido en sólidos es muy elevado y cuando se manejan líquidos volátiles. Son más caros y difíciles de construir que los prensa, aunque su manejo suele ser más sencillo y barato. Filtros centrífugos OPERACIONES UNITARIAS 1 BURGOS MARIA VIRGINIA La filtración se produce por aplicación de fuerza centrífuga. La suspensión se introduce en una cesta rotatoria que tiene una pared perforada recubierta con un medio filtrante tal como una lona o tela metálica. La presión resultante de la fuerza centrífuga obliga al líquido a pasar a través del medio filtrante dejando los sólidos retenidos. Si se corta la alimentación y se sigue centrifugando, la torta de sólidos queda libre de la mayor parte del líquido residual, quedando los sólidos mucho “más secos” que en el caso de un filtro prensa o un filtro de vacío. → Reducción de costos cuando el material de filtrado debe secarse posteriormente. Centrifugas continuas de filtración El medio filtrante es generalmente la pared ranurada de la misma cesta. Una cesta rotatoria con la pared ranurada se alimenta por medio de un embudo giratorio. El propósito del embudo es acelerar en forma suave y progresiva la suspensión de alimentación. La alimentación entra por el extremo estrecho del embudo. Se desplaza hacia la parte ancha del embudo, ganando velocidad al desplazarse, hasta llegar a la pared de la cesta donde gira en el mismo sentido y con una velocidad aproximadamente igual que la pared. El líquido fluye a través de la pared de la cesta, que puede estar recubierta con una tela metálica. Se forma una capa de cristales de 25 a 75 mm. Esta capa se mueve sobre la superficie filtrante por medio de un impulsor reciprocante. Cada carrera del impulsor mueve los cristales unos pocos centímetros hacia la parte exterior de la cesta y durante el recorrido de vuelta se abre un espacio sobre la superficie filtrante en la que se deposita más torta. Cuando los cristales alcanzan el borde de la cesta caen en una gran carcasa y pasan a un colector de descarga. El filtrado y el líquido de lavado que se rocía sobre los cristales durante su movimiento abandonan la carcasa por salidas separadas. Centrífugas discontinuas suspendidas Los medios filtrantes son lonas o telas metálicas La cestaestá suspendida en la parte inferior de un eje vertical giratorio que es accionado desde la parte superior. Un medio filtrante recubre la pared perforada de la cesta. La suspensión de alimentación entra en la cesta giratoria a través de un tubo o vertedero. El líquido escurre a través del medio filtrante hasta la carcasa y sale por una tubería de descarga; los sólidos forman una torta de 50 a 150 mm de espesor en el interior de la cesta. A través de los sólidos se puede rociar líquido de lavado con el fin de separar el material soluble y después se centrifuga la torta para secarla lo más posible. Luego se desconecta el motor, y la cesta queda girando muy lento (30 a 50 rpm), allí se descargan los sólidos por medio de una cuchilla rascadora y caen a través de una abertura situada en el fondo de la cesta. CRITERIOS DE SELECCIÓN DE FILTROS Se debe considerar: → Propósitos de filtración OPERACIONES UNITARIAS 1 BURGOS MARIA VIRGINIA ▪ Recuperación de una torta sólida ▪ Recuperación de un filtro concentrado ▪ Recuperación de ambos. → Características del material a filtrar → Materiales de construcción → Otros requerimientos del proceso El ciclo de filtrado está controlado fundamentalmente por las características de la torta, por lo que de ésta depende la selección entre un filtro a vacío y otro a presión. En general como referencia, aquellos materiales con una resistencia específica (α) mayor a 3.3x1010 cm/g son comúnmente manejados en los filtros a presión a menos que sean altamente compresibles. También debe tenerse presente el diseño, costo y material del medio filtrante a emplearse. Así como otros requerimientos del proceso tales como: capacidad, temperatura de la operación, si el proceso es continuo o discontinuo, si el líquido es volátil o tóxico. Otras consideraciones a tener en cuenta: → Tipo de líquido (volátil o tóxico)-> filtros cerrados → Temperatura de operación -> filtros con camisa calefactora → Temperatura de ebullición del líquido -> limita el uso de filtros a presión → Requerimientos de capacidad pequeños -> se prefiere filtro a presión discontinuo. → Materiales altamente floculantes de pequeño tamaño de partícula -> filtros de vacío MEDIOS FILTRANTES Condiciones que debe reunir el medio filtrante: 1. Capacidad para que los sólidos se traben en sus poros luego de un tiempo razonable 2. Resistencia mínima a la circulación del fluido 3. Resistencia mecánica para soportar la presión de filtrado 4. Resistencia al ataque químico. 5. Superficie lisa para la fácil descarga de la torta. Los medios filtrantes se clasifican en: Rígidos Flexibles COADYUVANTES DE FILTRACIÓN Se emplean para mejorar la filtración de sólidos gelatinosos coloidales, ya que muchas veces por sus características estos tapan los poros del filtro, y su sensibilidad a la presión dificulta la filtración. Sólidos granulares, con resistencia mecánica tal como que no se desintegran sus gránulos. Poco compresibles. Densidad semejante a la del líquido a filtrar de modo que permanezca en suspensión. Químicamente inerte al líquido que se filtra. Tamaño de grano apropiado. Gran energía superficial específica. Tipos de coadyuvantes El más empleado es el Kieselguhr o tierras de diatomeas, constituido por infinidad de esqueletos silíceos, como Celite y Decalite importadas de USA. Otro coadyuvante muy empleado son las llamadas tierras de infusorios que son restos de esqueletos silíceos de determinados protozoos. OPERACIONES UNITARIAS 1 BURGOS MARIA VIRGINIA Perlita → es químicamente un silicato de aluminio, recibe un tratamiento de triturado, tamizado y calentado, quedando con una estructura física que da lugar a la formación de un material poroso con celdas semejantes a la de un panal de abejas multiplicando así su superficie. Celulosa → formada exclusivamente por fibras de celulosa de 35 a 165 micrones. Formas de usar los coadyuvantes a. Filtrando primero una dispersión del coadyuvante en agua hasta que se forma una placa o capa sobre el medio filtrante, “precapado”, luego se pasa el líquido turbio a través de esa capa, la torta que se forma en este caso no está contaminada de coadyuvante. b. Primero se realiza el precapado y luego se dosifica el coadyuvante a la alimentación en una proporción adecuada mientras dure la filtración. c. Se añaden al líquido turbio que contiene el precipitado difícil de filtrar, dispersándolos en el seno de éste para luego filtrar la suspensión. En general la cantidad de coadyuvante agregada es relativamente pequeña y el costo de su utilización se justifica por el aumento del rendimiento del filtro. Y en algunos casos su uso es inevitable
