Operação Unitária Filtragem

Prévia do material em texto

Operação 
Unitária:
Filtração
DISCIPLINA DE FÍSICA INDUSTRIAL
O que é Filtração?
PROCESSO utilizado para a SEPARAÇÃO de componentes 
precipitados insolúveis de um líquido.
Concentrar Sólidos – Filtração com resíduos
Purificar Fluídos
Clarificação - >1% sólido no filtrado
Quais os objetivos da Filtração?
Precipitados amorfos ou cristalinos, materiais coloidais ou gotículas de líquidos 
insolúveis
Separação Sólido-Gás (Ar)
• Separação de poeira ou outros materiais particulados presente em um fluido 
gasoso.
Separação Sólido-Líquido
• Separação de partículas sólidas e semi-sólidas presentes em um líquido
Separação Líquido-Líquido
• Separação de duas substâncias líquidas, compostas por macro partículas, à 
partir da exclusão por tamanho ou adsorção
Classificação 
Aplicações
• Concentração de sólidos insolúveis 
• Clarificação
Alimentos e 
Bebidas
• Remoção de endotoxinas
• EsterilizaçãoFarmacêutica
• Controle do Ar
• Água ultra puraLaboratoriais
O princípio da filtração industrial e o do 
equipamento de laboratório é o mesmo, 
apenas muda a quantidade de material a ser 
filtrado. 
O aparelho de filtração de laboratório
mais comum é denominado filtro de 
Büchner. 
O líquido é colocado por cima e flui 
por ação da gravidade e no seu 
percurso encontra um tecido poroso 
(um filtro de papel). 
Como a resistência à passagem pelo 
meio poroso aumenta no decorrer do 
tempo, usa-se um vaso Kitasato
conectado a uma bomba de vácuo.
Bomba 
de vácuo
Filtro de 
Papel
5
Torta (Cake) 
Formada pelo resíduo do filtrado (sólido) que se deposita no filtro 
(superfície ou poros).
É classificada de acordo com as propriedades do resíduo como a 
natureza do sólido, granulometria, forma das partículas e grau de 
heterogeneidade. 
Interfere diretamente na resistência do escoamento do líquido.
Torta (Cake) 
Torta (Cake) 
Filtrado
Alimentação
Meio poroso
Torta
Torta (Cake) 
• Alta resistência ao fluxo
• Aumento gradativo da 
pressão 
Partículas
Compressíveis
• Pouca resistência ao 
fluxo 
• Pouca influência na 
vazão do filtrado
Partículas
Incompressíveis
Adjuvantes de Filtração
São partículas inertes que quando adicionadas ao produto a ser 
filtrado convertem a torta compressível em uma torta quase 
incompressível ou aglutinam partículas formando complexos maiores 
que os poros do meio filtrante.
A aplicação destes adjuvantes devem sempre respeitar as 
características químicas e físico-químicas do produto e também as 
limitações do processo.
Aplicações: filtragem de açúcar, suco de frutas, bebidas alcoólicas ou 
não, ácidos, resinas, óleos vegetais, minerais e animais, xaropes, etc. .
Adjuvantes de Filtração
Diatomite
Rochas silicatadas formadas por sedimentos de algas microscópicas
Terra de diatomáceas = farinha fóssil=kieselgur
Adjuvantes de Filtração
Agentes Floculantes
São compostos que aglutinam partículas menores, formando 
complexos maiores que podem ser retirados através da filtração ou 
decantação. 
Principais Agentes Floculantes
• Inorgânicos – Sulfato de alumínio, bentonita, Cloreto férrico, etc.
• Orgânicos – polímeros de poliacrilamida, taninos
Adjuvantes de Filtração
Princípio da Filtração
velocidade = 
𝑓𝑜𝑟ç𝑎 𝑚𝑜𝑡𝑟𝑖𝑧
𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎
Processo de separar um sólido particulado de um 
fluido, fazendo com que o sólido fique retido num 
meio poroso (RESISTÊNCIA), e o fluido passe através 
desse meio (FORÇA MOTRIZ).
Princípio da Filtração
V = 
(𝐴 . 𝑑𝑃)
η.𝑅
V = velocidade (m3.hr-1 ou cm3.min-1)
A = área do filtro (cm2 ou m2)
dP = Diferencial de pressões 
η = viscosidade do filtrado (m2.s-1)
R = resistência do resíduo e do filtro
Filtração
Superfície Profundidade
Meios de Filtração
Meio onde ocorre a separação, os sólidos insolúveis se 
depositam e o líquido passa através dos poros, o meio 
deve reter os sólidos sem que ocorra a oclusão do septo, 
nem que haja a passagem de partículas no início da 
filtração.
Leito filtrante = material granulado
Meio filtrante = material sólido e único
Meios de Filtração
Filtro Nominal
• Valor arbitrário, fixado de acordo com cada 
fabricante de filtro, e expressa a 
porcentagem de retenção em peso de um 
determinado tamanho de partículas
Filtro Absoluto
• Filtros com matriz consolidada e poros de 
tamanho uniforme e consistente possuem 
classificação absoluta
Meios de Filtração
Selecionando o Meio Filtrante Ideal
Especificações 
técnicas do 
produto (inicial 
e final)
Compatibilidade 
do meio filtrante 
com o processo
Parâmetros do 
meio filtrante
Especificações técnicas do produto (inicial e final)
Selecionando o Meio Filtrante Ideal
• pH;
• Tamanho das partículas;
• Viscosidade;
• Meio aquoso, orgânico;
• Estabilidade;
• Esterilizante;
• Etc.
Compatibilidade do meio filtrante com o processo
Selecionando o Meio Filtrante Ideal
• Temperatura;
• Pressão;
• Vazão;
• Etc.
Selecionando o Meio Filtrante Ideal
Parâmetros do meio filtrante para seleção
• Material de fabricação;
• Tamanho de poro - nominal ou absoluto;
• Performance de filtração
• Compatibilidade com o filtro (equipamento);
• Custo.
Selecionando o Meio Filtrante Ideal
Areia e cascalho Fibras
Leito filtrante = granulados
Meio filtrante = sólido único
Cartuchos
Selecionando o Meio Filtrante Ideal
Placas
Plásticos e 
resinas
Selecionando o Meio Filtrante Ideal
Celulose Absoluto 10.000x
Selecionando o Equipamento Filtrante
O equipamento deve ser selecionado de maneira à otimizar o processo 
de fabricação, reduzindo o custo do mesmo e mantendo a qualidade 
final do produto.
A filtração é um dos processos mais críticos em uma linha de produção, 
por isso, a seleção correta de um equipamento é crucial para um 
produto de qualidade.
Selecionando o Equipamento Filtrante
Os filtros podem funcionar
Gravidade Força centrifuga
Pressão/vácuo Ação química
Biológica
Casquete para 
cartucho
Filtro de Placas
Selecionando o Equipamento Filtrante
Filtração
Os filtro podem funcionar de duas maneiras:
• Filtração por batelada: parada do processo para a 
retirada da torta.
• Continuo: retirada da torta sem a paralisação do 
processo de filtração.
Filtração: Meio Granulado
São os filtros industriais mais simples, são constituídos de camadas de 
sólidos particulados (carvão, cascalho, areia, etc.) suportados por uma 
grade metálica por onde o filtrado flui através da gravidade ou pressão.
São usados no tratamento de grandes volumes de suspensões, onde 
não há a necessidade de recuperação dos sólidos. 
Filtração: Meio Granulado
• Purificação de Água;
• Limpeza por retrolavagem.
Filtração: Meio Granulado
Filtração: Meio Multimídia
São filtros que utilizam mais de um leito filtrante, possuem 
uma performance melhor do que os que utilizam somente um 
leito.
Vantagens
Conseguem trabalhar com taxas de fluxo mais elevadas e por 
mais tempo, com um grau de filtração maior em relação aos 
filtros com um leito. 
Filtração: Meio Multimídia
Camada simples Dupla camada Tripla camada
Areia
ou Antracito
Areia
Antracito
Areia
Antracito
Granada
Filtração: Meio Multimídia
Filtração: Circulação Forçada
Filtros onde há a necessidade de forçar a passagem do líquido 
através do meio filtrante por meio de bombeamento.
A performance é medida pelo poder de compressão da 
bomba para gerar o fluxo ideal para filtração.
Filtração: Circulação Forçada
Vantagens
• Operação Continua;
• Valores absolutos e nominais;
• Recuperação do resíduo;
• Fácil manutenção e baixo custo;
• Retrolavagemé feita de acordo com o tipo do meio 
filtrante
Filtração: Pressão
Filtros de 
Pressão
Batelada
Fechados
Placas vertical
Placas horizontal
Velas
Abertos
Prensa
Contínuos
Tambor a 
Pressão
Filtração: Pressão 
Filtro Prensa
Filtro Prensa
Filtração: Pressão 
Um dos tipos mais usados na indústria.
Usam placas e marcos colocados em forma alternada. 
Utiliza-se tela (tecido de algodão ou de materiais sintéticos) 
para cobrir ambos lados das placas. 
Filtro de tecido
Torta
Marco
Placa
Alimentação
Filtrado
Filtro de tecido
Placa
Marco 
Torta
Alimentação
Filtrado
A filtração prossegue até o espaço 
interno da armação esteja 
completamente preenchida com 
sólidos.
Nesse momento a armação e as 
placas são separadas e a torta 
retirada. Depois o filtro é remontado 
e o ciclo se repete.
Filtração: Pressão 
Filtro Prensa
Filtração: Pressão 
Filtro de “folhas”
• E utilizado para filtrar grandes volumes de líquido;
• A folha é uma armação de metal oca coberta por 
um filtro de tecido. Elas são suspensas em um 
tanque fechado;
• Processo é limitado á operação em batelada e de 
capacidade modesta.
Filtração: Pressão 
Filtro de “folhas”
Filtração: Pressão 
Filtro de Sucção – Tambor rotativo
Carga
Secagem
Secagem
Ciclo de lavagem
Descarga
Válvula automática
Formação da tortaSuspensão
O tambor é recoberto por um 
meio filtrante adequado. Uma 
válvula ativa a rotação do 
tambor e a sucção. Parte do 
tambor passa pela suspensão 
(Carga), formando uma torta no 
meio filtrante do tambor. Essa 
torta é seca, lavada e 
descartada, recomeçando o 
ciclo.
Filtro Continuo
Filtração: Pressão 
Filtração: Membrana 
A filtração por membranas se baseia na permeabilidade 
seletiva. É utilizada para concentrar ou fracionar o líquido, 
obtendo-se duas soluções distintas. 
É um processo versátil, pode ser utilizado com alta ou 
baixa pressão dependendo do tipo do produto.
As membranas podem ser construídas em diversos tipos 
de materiais como ésteres de celulose, teflon, nylon 
poliamida, cloreto polivinilico, etc.
Filtração: Membrana 
Filtração por 
membrana
Microfiltração
Ultrafiltração
Nanofiltração
Osmose 
Reversa
Diafiltração
Diálise
Eletrodiálise
Pervaporação
Filtração: Membrana 
Microfiltração
• Poro 0,2 – 10 µm
• Separação 
seletiva de 
moléculas 
maiores que 200 
kDa
• Esterilização de 
produtos
Ultrafiltração
• Poro 1 nm – 0,2 
µm
• Separação de 
moléculas de 1 a 
200 kDa
• Recuperação de 
proteínas, 
tratamento de 
efluentes
Nanofiltração
• Poro >1 nm
• Separação de 
moléculas entre 
300 a 1000 Da
• Concentração de 
açucares, 
purificação 
corantes
Filtração: Membrana 
Ultrafiltração
Diafiltração: Adição de água na alimentação durante a filtração, para lavar os 
componentes que irão passar pelas membranas (Lactose e minerais)
Filtração: Membrana 
Osmose-reversa
Aplicações: Purificação de água, concentração de soro de 
leite, concentrar extratos e xaropes.
Filtração: Membrana 
Filtração: Membrana 
Diálise
É um processo onde duas soluções com concentração 
diferente são separadas por um membrana semipermeável, 
depois de um certo há o equilíbrio dessas soluções.
Aplicações: Purificação de 
proteínas, hemodiálise.
Filtração: Membrana 
Diálise
Filtração: Membrana 
Eletrodiálise
Utiliza membranas com carga elétrica (troca iônica).
Aplicações: dessalinização
Filtração: Membrana 
Pervaporação
A pervaporação é um processo de separação por membranas, em que os 
componentes de misturas líquidas são fracionados devido à sua vaporização 
parcial através de uma membrana densa de permeabilidade seletiva.
Conclusão
A utilização de filtros é necessária para realizar vários tipos de 
processos na industria, devido aos diversos tipos de meio 
filtrantes e filtros encontrados no mercado, é necessário um 
conhecimento do funcionamento destes equipamentos para 
realizar a escolha compatível com o produto a ser elaborado, 
garantindo no final um produto que atenda a legislação e aos 
padrões de qualidade. 
Dúvidas??
estevan.bruginski@gmail.com