Filtro prensa - Relatório

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE QUÍMICA
DEPARTAMENTO DE OPERAÇÕES E PROJETOS INDUSTRIAIS
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I
Filtro Prensa de Placas e Quadros
Grupo 2 (Noite):
Carina Soares
Gustavo Anciens
Hanny Juliani
Juliana Saldanha
Professor:
Marco Antonio Gaya de Figueiredo
Rio de Janeiro
28/10/2015
SUMÁRIO
1. Resumo........................................................................................................................3
2. Introdução.....................................................................................................................3
3. Motivação e Objetivos.................................................................................................4
4. Revisão Bibliográfica....................................................................................................4
5. Procedimento Experimental.........................................................................................6
6. Resultados e Discussão...............................................................................................6
7. Conclusões...................................................................................................................8
8. Estudo Dirigido.............................................................................................................9
8. Bibliografia..................................................................................................................11
RESUMO
A filtração é a separação de partículas (sólidas ou líquidas) de líquidos ou gases com o auxílio de um meio filtrante, o qual é essencialmente permeável à fase fluida que contém a mistura que se deseja separar.
A fim de entender o funcionamento de um filtro prensa e obter os parâmetros de projeto: resistência do meio filtrante, resistividade da torta, tempo de ciclo e volume de torta; Foi utilizado uma mistura de argila e água. Esta mistura foi submetida à filtração no filtro-prensa cuja finalidade é a separação do sólido do fluido que o carreia, para posterior análise dos parâmetros de projeto.
INTRODUÇÃO
Existem muitos equipamentos capazes de realizar a filtragem, como filtros rotativos, membranas e filtro prensa. Há também uma grande variedade de forças motrizes para a filtração, empregadas por cada equipamento, dentre elas: peso da suspensão, pressão exercida sobre o sistema, vácuo ou força centrífuga. 
Os filtros do tipo prensa utilizam-se da formação de um filme, mais comumente conhecido como torta filtrante (ou apenas torta), para a realização do processo de filtração. Neste tipo de filtro, a maior parte da filtragem é, na realidade, feita pela microporosidade criada pela torta. Nesse mecanismo, também conhecido como “filtragem por torta”, o meio filtrante não necessita de poros numerosos ou extremamente pequenos.
Para análise da operação de filtros prensa, variáveis importantes devem ser levadas em consideração: pressão de trabalho (P), tempo de filtração, vazão volumétrica da suspensão, além das propriedades do líquido, torta e meio filtrante. 
Os filtros prensa normalmente necessitam de critérios pré-estabelecidos (em geral, obtidos por experiências anteriores), os quais, quando atingidos, normalmente interrompem a operação (automaticamente) para que os critérios de pureza sejam alcançados, objetivando-se evitar que outras partículas (indesejáveis) sejam retidas na operação. 
Segundo informações dos fabricantes de filtros prensa, alguns dos fatores que influenciam diretamente na filtração são: Velocidade de sucção na filtração; Velocidade de passagem pelo elemento filtrante; Área filtrante. 
MOTIVAÇÃO E OBJETIVOS
A filtração é um processo bastante importante para a indústria, e assim é bastante necessário que se execute uma prática em laboratório. O objetivo da prática é demonstrar o comportamento de um fluido no processo de filtração em filtro-prensa a pressão constante de uma suspensão de argila e água, de forma a determinar a resistividade média da torta formada e a resistência do meio filtrante.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A filtração pode ser realizada de duas formas:
Pressão constante.
Vazão constante.
Através da “teoria simplificada da filtração com formação de torta” é possível calcular a porosidade média da torta, a resistividade média da torta e a resistência do meio filtrante através de diferentes volumes de filtrado e dos seus respectivos tempos de filtração para uma pressão constante. Nesta teoria é considerada a queda pressão constante, pois se considera que a compressão é a mesma em todos os tempos, em todas as “fatias”.
A massa de líquido contida na torta é dada por:
 
	Onde : é a massa específica do líquido, ε é a porosidade média da torta e V é o volume da torta.
A resistência do meio filtrante é definida como:
Onde: lm é o comprimento do meio filtrante e km é a permeabilidade do meio filtrante.
A resistividade média da torta (α) é obtida experimentalmente.
Através da equação de trabalho da filtração para uma queda de pressão constante, tem-se:
Onde: 
t = tempo de filtragem (s) 
V = volume de filtrado (𝑚³) 
A= área da torta (𝑚²) 
Rm = resistividade do meio filtrante (1/m) 
C = concentração da torta (kg/𝑚³)
µ = viscosidade da torta (Pa.s)
ΔP = diferencial de pressão (Pa)
Esta equação é linear. Com diferentes valores de t e V pode-se fazer uma regressão linear e calcular a Rm e α.
Sendo assim, pode-se construir um gráfico t/V em função de V conforme a Figura 1.
Figura 1 – Gráfico Típico de Filtração a Pressão Constante.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
5.1 – Descrição do equipamento
O Conjunto Didático Experimental “Filtro Prensa de Placas e Quadros” mostrado na Figura 2 consiste basicamente de dois reservatórios em aço inox, de capacidade nominal de 60 litros cada, sendo que o da esquerda deve necessariamente conter a suspensão à ser filtrada e o da direita, o fluido de lavagem da torta; manômetros, necessários para o escoamento controlado da suspensão para o interior do filtro prensa propriamente dito, do qual constam 3 quadros, intercalados por placas, num total de 7 unidades. Essas unidades são cuidadosa e adequadamente mantidas unidas, para a operação do equipamento, por meio de uma rosca, manualmente acionada. As placas possuem válvulas do tipo abre e fecha para o escoamento do filtrado. Acompanha o conjunto, três jogos de elementos filtrantes (dois de tecidos e um sintético) e duas bandejas de plástico.
5.2 – Procedimento Experimental
Este experimento foi realizado somente a pressão constante. Para esse tipo de operação, iniciou-se o processo tomando o cuidado de manter totalmente abertas as válvulas do tipo abre e fecha das placas. Também se encontrava aberta a válvula que controla a entrada de suspensão no filtro propriamente dito (Orifício central de 3 – Justamente o que contém um manômetro de precisão) enquanto que a válvula que controla a entrada de fluido de lavagem da torta, que se faz pelas duas entradas laterais deverá estar fechada. Abriu-se, em seguida, pouco, o registro controlador de vazão próximo ao filtro ao mesmo tempo em que se acionou um cronômetro. Fixou-se, dessa maneira, a pressão de trabalho, que é mantida constante durante toda a operação aumentando-se a vazão.
Ao final da prática de suspensão, desmontou-se o filtro, retirou-se a torta úmida, realizou-se a sua pesagem e a levou para a estufa. Posteriormente, pesou-se a torta seca até peso constante.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Inicialmente, apresentamos os dados de tempo coletados durante o experimento, assim como os dados da torta obtida e os valores de massa.
Tabela 1: Dados experimentais
Tabela 2: Dados da torta obtida
Tabela 3: Dados de massa obtidos
A partir destes, podemos calcular o volume de líquido na torta através da relação , e a concentraçãoda torta através da relação .
Tabela 4: Cálculos complementares
Por fim, plotamos o gráfico V x (t/V). Conhecidos seus coeficientes angulares e lineares podemos então conhecer os valores da resistividade do meio filtrante e resistência específica da torta.
Gráfico 1: tempo por volume de filtrado versus volume de filtrado
Utilizando a relação abaixo e comparando com a forma padrão de uma equação de primeiro grau, obtendo os coeficientes a e b, obtemos a resistividade do meio filtrante (Rm) e resistência específica da torta (α).
Tabela 5: Valores de resistividade obtidos
CONCLUSÕES
A torta é afetada pela pressão de operação, pois em pressões crescentes há a tendência das partículas se distorcerem e aglomerarem-se. As tortas também são afetadas pela vazão, uma vez que em vazões menores são formadas tortas menos densas e em vazões maiores as tortas são mais compactas, pois há melhor acomodação das partículas mais finas.
Alguns erros experimentais que podem ter causado variações nos valores de vazão e volume obtidos, tais como a possível falta de sincronismo ao acionar o cronômetro na medição da vazão, o erro de paralaxe na leitura dos volumes de filtrado, e possíveis respingamentos de filtrado para fora da proveta. Além desses fatores, podem ter ocorrido vazamentos pela malha do meio filtrante, assim como possíveis perdas de massa retida durante a transferência para a pesagem. Ainda, a pesagem foi realizada apenas com uma das tortas, assumindo que as demais teriam o mesmo peso e mesmas medidas. Na prática, o peso e as medidas das tortas podem variar.
Por fim, apesar dos possíveis erros experimentais mencionados acima, a reta traçada no gráfico 1, gerou um coeficiente de determinação próximo de 1 (R² = 0,971). Conclui-se que o procedimento adotado é apropriado para a obtenção de parâmetros, tanto resistividade específica da torta (α) quanto da resistividade do meio (Rm).
ESTUDO DIRIGIDO
I – Estudo dirigido: FILTRAÇÃO
A separação de sólidos existentes numa suspensão, seja esta aquosa ou orgânica, é de grande aplicação na indústria química / petroquímica. Desde separação de Polietileno de Alta Densidade (PEAD), obtido em suspensão com N-Hexano, a remoção de borra oriunda do processo de clarificação de calco de cana de açúcar na produção de açúcar, diversos são os mecanismos de separação utilizados. Balizado nisto liste os principais equipamentos para filtração utilizados industrialmente identificando as principais características de cada um deles.
O filtro de leito poroso é o mais simples. Funciona de acordo com o esquema a seguir.
Já no filtro de folhas, cada folha é uma armação de metal oca coberta por um filtro de tecido. Elas são suspensas em um tanque fechado. A alimentação é introduzida no tanque e passa pelo tecido a baixa pressão. A torta se deposita no exterior da folha e o filtrado flui para dentro da armação oca. 
Temos ainda filtros de cilindros e discos rotativos mergulhados na suspensão, bolsas e cartuchos dentro de uma carcaça e filtração por membranas. E obviamente, o filtro prensa, muito utilizado na indústria e já descrito no presente relatório.
Identifique as principais funções que são desenvolvidas em um filtro prensa na etapa de separação (filtração)
Este processo é feito pelo bombeamento de soluções contra as lonas filtrantes que só permitem a passagem da parte líquida da solução, a qual é drenada (já isenta de sólidos) através de canais presentes nas placas filtrantes. A parte sólida vai sendo continuamente depositada nas lonas, formando sobre as mesmas uma camada cada vez mais espessa. As placas filtrantes possuem um perfil que permite às mesmas, quando montadas uma contra a outra, formarem no interior do equipamento câmaras que são completamente preenchidas pelos sólidos. O bombeamento sob alta pressão faz com que as partículas se acomodem de forma a gerar no final do processo tortas compactas e com baixo nível de umidade. Com a abertura do equipamento, estas “tortas” são retidas para descarte ou reaproveitamento.
O fechamento do conjunto é feito por um cilindro hidráulico, mantendo as placas pressionadas uma contra a outra de forma que as mesmas não se separem quando submetidas às altas pressões de filtração.
Identifique as principais funções que são desenvolvidas em um filtro prensa na sequência de lavagem do meio filtrante
Identifique os principais parâmetros que devem ser informados na folha de especificação de um filtro prensa
Volume das câmaras, dimensões das placas, quantidade de placas, material de confecção, características da bomba de alimentação compatível.
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No manuseio de sistemas com sólidos em suspensão, quais os conceitos que devem ser aplicados
O objetivo da operação é separar mecanicamente as partículas sólidas de uma suspensão líquida com o auxílio de um leito poroso. Quando se força a suspensão através do leito, o sólido da suspensão fica retido sobre o meio filtrante, formando um depósito que se denomina torta e cuja espessura vai aumentando no decorrer da operação. O líquido que passa através do leito é chamado de filtrado. O esquema ilustra os parâmetros que devem ser observados:
Exercícios
Especifique um sistema de filtração a ser instalado numa fábrica que processe cerca de 20 t/h de alumina. Considere que a concentração de alimentação do filtro seja de 35%p/p, que a perda permitida no efluente seja de no máximo 1%, que a matéria volátil na torta seja de 30%. Considere que o fluido tenha massa especifica similar a água. 
Elabore um fluxograma de processo indicando a interligação dos equipamentos, para um sistema que envolva a alimentação da suspensão ao filtro prensa, a transferência da torta via elevador de caçamba para um silo de pesagem que irá alimentar uma área de acabamento (secagem). O Efluente liquido será transferido para a estação de tratamento de efluente (considere que o sistema de filtração está montado no piso inferior e que o silo está posicionado no segundo pavimento a uma altura de aproximadamente 7 metros da base onde o filtro esta instalado.
BIBLIOGRAFIA
Princípios das Operações Unitárias - Editora LTC (Grupo GEN) - ALAN S.FOUST, CURTIS W. CLUMP, LEONARD A. WENZEL ET AL
Fluidodinâmica em Sistemas Particulados – e-papers – GIULIO MASSARANI
BOMAX. Princípios de Funcionamento e Conceitos Básicos sobre Filtros Prensa. Disponível em:< http://www.bomax.com.br/pg-print-filtro-prensa.php>. Acesso em: 30/10/2015.
Engenharia do Processo. Filtro Prensa. Disponível em:<http://www. epengenharia.com.br/texto-b47filtro_prensa.html>. Acesso em: 30/10/2015.
Rushton, A., Ward, A.S., Holdich, R.G. Solid-Liquid Filtration and Separation Technology - John Wiley & Sons Editora.
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