A)FILTRACAO

Prévia do material em texto

FILTRAÇÃO 
J. F. Richardson , J. H. Harker 
CHEMICAL ENGINEERING 
Particle Technology and 
Separation Processes 
Coulson and Richardson, 2002 
 Elsevier Science 
FILTRAÇÃO 
Filtração – operação unitária 
que se separa sólido-fluido 
em suspensão através da 
passagem do fluido por uma 
barreira, ou meio poroso 
 
Filtro – pequenos orifícios –
retém as partículas sólidas 
contidas na mistura 
 
Ele separa as partículas em 
uma fase sólida (“torta”) e 
permite o escoamento de um 
fluido claro (“filtrado”). 
Filtrado 
Alimentação 
Meio poroso 
Torta 
FILTRAÇÃO 
Filtrado 
Alimentação 
Meio poroso 
Torta 
O fluido pode ser um gás ou 
um líquido. 
 
O produto pode ser tanto o 
fluido clarificado quanto a 
torta de partículas sólidas. 
Filtração de superfície ou com formação de torta: 
separar partículas sólidas de uma suspensão baseada 
em princípios de escoamento em meios porosos. 
O sólido da suspensão fica retido sobre o meio filtrante, 
formando um depósito e cuja espessura vai aumentando 
no decorrer da operação 
Filtração em profundidade: 
• O meio filtrante é mais poroso e muito mais espesso 
que a filtração de superfície. 
• Permite que as partículas, originalmente em 
suspensão, penetrem profundamente no meio filtrante, 
em que elas são retidas. 
• Considera-se tamanho e forma da partícula e dos 
diâmetros dos poros, a natureza química do fluido, do 
sólido e do meio filtrante 
 
Filtros em profundidade 
O tipo de filtro mais simples. 
Se usa no tratamento de água potável, quando se tem grandes 
volumes de líquido e pequenas quantidades de sólidos. 
A camada de fundo é composta de cascalho grosso que 
descansa em uma placa perfurada ou com ranhuras. Acima do 
cascalho é colocada areia fina que atua realmente como filtro. 
Partículas sólidas separadas 
Entrada do líquido 
Líquido clarificado 
Placa metálica 
perfurada ou com 
ranhuras 
Defletor 
Partículas grossas 
Partículas finas 
O meio para filtração industrial deve: 
1. Meios de filtração. 
Meios de Filtração e Auxiliares de Filtração 
• Retirar o sólido a ser filtrado da alimentação e gerar 
um filtrado claro. 
 
• Permitir que a torta com filtro seja removida de forma 
fácil e limpa. 
 
• Ser forte o suficiente para não rasgar e ser 
quimicamente resistente às soluções usadas. 
 
• Para que a taxa da filtração não fique muito lenta os 
poros devem ficar livres e não ser obstruídos. 
Os mais simples são os granulados constituídos por uma ou 
mais camadas de sólido particulado, suportado por um leito 
de cascalho sobre uma grade, através do qual o material a 
ser filtrado flui por gravidade ou sob pressão. 
Meios de filtração 
Outros meios:Lona, tecido sintético, papel de filtro, tela 
metálica, etc. 
 
Sistemas Gás-Sólido: Filtros saco ou manga.Grandes sacos 
de tecido suspensos no canal de escoamento do gás 
2. Auxiliares de Filtração 
Certos compostos podem ser usados para ajudar a 
filtração, como a terra de diatomáceas que é formada 
principalmente de sílica. Também são empregados a 
celulose de madeira e outros sólidos porosos inertes. 
Esses compostos podem ser usados de vários modos: 
1. Como pré-cobertura antes da filtração. 
O auxiliar de filtração prevenirá os sólidos gelatinosos de entupir 
o filtro e também permitirá um filtrado mais claro. 
2. Acrescentados à alimentação antes da filtração. 
Aumenta a porosidade da torta e reduz a resistência da torta 
durante a filtração. 
3. Em um filtro rotativo, o auxiliar de filtração pode ser 
aplicado como uma pré-cobertura. Posteriormente, as fatias 
finas desta camada são cortadas junto com a torta. 
Filtro prensa 
Um dos tipos mais usados na indústria. 
Usam placas e marcos/quadros colocados em forma 
alternada. 
Utiliza-se tela (tecido de algodão ou de materiais sintéticos) 
para cobrir ambos lados das placas. 
Filtros descontínuos: Filtros Prensa 
• É o mais barato com relação a custos de instalação por 
unidade de superfície de filtração. 
 
• Principal inconveniente: mão de obra cara devido à 
necessidade de efetuar manualmente a descarga das 
câmaras uma vez terminado o ciclo de trabalho. 
Suspensão 
Placa 
Tecido 
Torta 
Filtrado 
Filtrado 
Cabeçote móvel Guia fixo 
Placas rebaixadas 
A alimentação é bombeada à prensa e flui pelas armações. 
A filtração prossegue até o 
espaço interno da armação 
esteja completamente 
preenchida com sólidos. 
Os sólidos acumulam-se como “torta” dentro da armação. 
O filtrado flui entre o filtro de tecido e a placa pelos canais 
de passagem e sai pela parte inferior de cada placa. 
Nesse momento a armação 
e as placas são separadas e 
a torta retirada. Depois o 
filtro é remontado e o ciclo 
se repete. 
Filtro de tecido 
Placa 
 Marco 
Torta 
Alimentação 
Filtrado 
Placa com membrana 
Torta 
Filtro-Prensa 
São utilizados para filtrar grandes vazões em pouco 
tempo e necessita pouca mão de obra. 
 
Não são indicados quando os sólidos formam torta 
gelatinosa. 
Filtros contínuos: Tambor (ou disco) rotativo 
Ele filtra, lava e descarrega a 
torta de forma contínua. 
O tambor é recoberto com um 
meio de filtração conveniente. 
Uma válvula automática no 
centro do tambor ativa o ciclo 
de filtração, secagem, lavagem 
e retirada da torta. 
 Filtro de tambor a vácuo, rotativo e contínuo. 
O filtrado sai pelo eixo de rotação. 
Existem passagens separadas 
para o filtrado e para o líquido de 
lavagem. 
Há uma conexão com ar 
comprimido que se utiliza para 
ajudar a raspadeira de facas na 
retirada da torta. 
 Carga 
Secagem 
Secagem 
Ciclo de lavagem 
Descarga 
Válvula automática 
Formação da torta Suspensão 
 
•Cake Formation 
 
 
Filtro de tambor a vácuo, rotativo e contínuo. 
Filtro de tambor a vácuo, rotativo e contínuo. 
Filtração com formação de torta incompressível 
Filtração com formação de torta incompressível 
Filtração Unidirecional - Plana 
A única direção será x 
q independe de x 
Torta cresce no sentido contrário 
ao escoamento da suspensão 
x definido no sentido de 
crescimento da torta 
0 incompressível 
Na direção x q = - qx Escoamento Darcyano 
0 
Considerando as seguintes hipóteses: 
- Fluido Newtoniano 
- Aceleração nula – regime permanente 
Equação do movimento 
Sejam dm massa de sólidos na camada dx 
 
 
   
  




























s
ss
s
s
k
A
qdm
kA
dm
q
k
dP
dxq
k
dPq
kdx
dP
A
dm
dx
dxAdm








..1
1
..
.
..1
1
..1
.
.
..1
..1
A = área de filtração 
= resistividade da torta [M-1L1To] 
 = constante para torta incompressível 
O efeito de crescimento da 
massa da torta na queda de 
pressão é informação 
fundamental no projeto 
Filtração com formação de torta incompressível 
O efeito de crescimento 
da massa da torta na 
queda de pressão é 
informação fundamental 
no projeto 
Filtração com formação de torta incompressível 
Contam-se com os dados da filtração em laboratório de 
uma suspensão de CaCO3 em água a 298,2 K (25°C) e a 
uma pressão constante (-∆p) de 338 kN /m2. 
Exercício: 
Avaliação das Constantes para Filtração à Pressão 
Constante 
Área do filtro prensa de placa-e-marcoA = 0,0439 m2 
 
Concentração de alimentação 
C = 23,47 kg/m3 
Calcule as constantes α e Rm a partir dos dados 
experimentais de volume de filtrado (m3) versus tempo 
de filtração (s) . 
Tempo (s) Volume (m3) 
4,4 0,498 x 10-3 
9,5 1,000 x 10-3 
16,3 1,501 x 10-3 
24,6 2,000 x 10-3 
34,7 2,498 x 10-3 
46,1 3,002 x 10-3 
59,0 3,506 x 10-3 
73,6 4,004 x 10-3 
89,4 4,502 x 10-3 
107,3 5,009 x 10-3 
 = 23,47 kg/m3 
µ = 8,937 x 10-4 Pa.s (água a 298,2 K) 
Filtração com tortas compressíveis 
Observa-se que a porosidade e a resistência específica 
variam com a posição no interior da torta, devido as tensões 
mecânicas que tendem a comprimir a torta. 
Onde 
 P é a pressão na “cabeça” da torta 
P´ é a pressão na seção imediatamente anterior ao meio 
filtrante 
Admite-se que ε e α são funções da pressão compressiva 
definida como Ps: 
Os teste de variação de ε e α com Ps podem ser realizados 
no laboratório com uma célula de permeabilidade com 
compressão. 
 
As curvas de ε e α são do tipo: 
As correlações obtidas experimentalmente são do tipo: 
n nos dá uma medida quantitativa da compressibilidade da 
torta 
Equação Geral da Filtração pode ser usada para tortas 
compressíveis, usando no lugar de α a < α >, resistência 
média específica da torta, assim: 
< α > é obtido experimentalmente dos dados de tempo (t) e 
volume de filtrado (V) a vários ΔP. 
Por integração gráfica de t x V, obtém-se dt/dV, assim: 
< α > para cada ΔP nos dá o coeficiente angular das retas e 
pela correlação empírica, tem-se: 
Exemplo: Foram obtidos os 
seguintes resultados na filtração 
de uma suspensão aquosa de 
carbonato de cálcio (50g-sólidos/L) 
em um filtro prensa piloto 
operando com único quadro 
(6x6x11/4”) a 40 psi e 20ºC. 
Determinar <α>, Rm e a relação 
volume de filtrado por volume de 
torta (V/Vt) para o quadro cheio. 
Sabe-se que: 
Exemplo: Projetar o filtro-
rotativo a partir dos dados 
obtidos em filtro-folha de 
laboratório. 
Exemplo: Os seguintes dados foram obtidos em duas experiências 
conduzidas no mesmo filtro rotativo com uma mesma suspensão a 
uma mesma temperatura e pressão. Determinar a produção de filtrado 
para um ângulo de imersão de 1200 e 0,6 RPM