Prática de LabEQ - Filtração

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Laboratório de Engenharia Química – Filtração com tortas incompressíveis 
1. Introdução 
 
A filtração é um dos processos mais usados na indústria química para separar sólidos e 
líquidos. Além de ter custo relativamente baixo por demandar equipamentos simples, este 
processo é eficaz tanto nas situações em que o sólido é o produto de interesse, quanto 
naquelas em que o líquido está sendo purificado. Como exemplo, podemos citar a síntese de 
fármacos ou de bebidas fermentadas em um meio contendo microrganismos e partículas de 
substrato. Nas indústrias de alimentos e bebidas, o papel da filtração está centralizado na 
produção de suco de frutas, óleos vegetais, leite e derivados, entre outros produtos. 
Um dos equipamentos mais empregados na filtração é o filtro prensa. 
 
 
 
Figura 01 – Filtro prensa 
Num filtro-prensa simples (sem quadros específicos para lavagem), há dois tipos de quadros. 
Os do tipo 1 são apenas uma moldura e servem para estocar a torta que vai formando ao 
longo da operação. Já o tipo 2 possui uma parede rugosa e servem apenas para direcionar o 
filtrado para o tubo de saída. Cada quadro possui dois furos circulares nas diagonais, que 
formam dois tubos, o de alimentação e o de saída de filtrado, quando o filtro é montado. 
Para que seja feita a filtração, os quadros do tipo 2 são revestidos dos dois lados com meio 
filtrante. Sendo assim, a suspensão a ser filtrada é bombeada pelo tubo de alimentação, 
entra nos quadros do tipo 1, passa pelo meio filtrante e é direcionada pelos quadros do tipo 
2 para o tubo de saída. O ciclo termina quando o quadro está cheio dos sólidos retidos na 
filtração, o que é indicado pelo aumento da queda de pressão e diminuição da vazão do 
filtrado. 
Independentemente do tipo de filtração, a escolha adequada do meio filtrante é essencial, 
pois a qualidade do produto obtido depende, em grande parte, da eleição correta desse 
material. A escolha adequado do meio filtrante deve ser baseada na sua capacidade, entre 
outras, para: produzir um filtrado límpido; possibilitar uma retirada fácil da torta; ser 
resistente o suficiente para não sofrer fissuras, romper-se ou mesmo para não sofrer ataque 
químico dos constituintes presentes na suspensão a ser tratada; apresentar uma boa e 
adequada distribuição de poros de modo a não comprometer o curso da filtração e que 
apresente baixo custo e de fácil limpeza. 
2. Materiais e métodos 
 
Uma suspensão de CaCO3 com concentração C a ser determinada foi filtrada usando 
um filtro prensa em escala piloto, composto por quadros dos tipos 1 e 2, e tendo como meio 
filtrante o papel paraná. O filtrado foi recolhido e seu volume anotado em função do tempo. 
Ao ser alcançado a condição de quadro cheio, observado pela redução da vazão e aumento 
da pressão na leitura do manômetro, a bomba foi desligada e foram extraídas amostras da 
torta para avaliação. 
(a) Determinação da concentração 
Foram retiradas amostras da suspensão inicial, que foram pesadas. Estas amostras 
foram secas em estufas por vários dias, e a massa seca foi novamente pesada. 
(b) Aumento de pressão na bomba (P) 
A pressão da bomba foi medida através da leitura de um manômetro, e se 
manteve constante durante todo o processo de filtração, até a situação de quadro 
cheio. 
(c) Medições do tempo (t) e Volume de filtrado (V) 
O filtrado foi recolhido em uma proveta, e com auxílio de um cronômetro foi 
construída uma tabela de filtrado em função do tempo. A partir destes dados, pode 
ser construída uma tabela t/V em função de V, que será usada para determinação 
da resistência específica da torta () e resistência do meio filtrante (Rm). 
(d) Calculo da porosidade da torta (): 
A porosidade é igual ao volume de líquido sobre o volume total da torta. Calculando 
a massa de água perdida, pode-se calcular ser volume; com a massa de sólido, 
podemos também obter seu volume usando a densidade do CaCO3. 
 
3. Resultados e Discussão 
 
3.1 – Dados do equipamento piloto: 
Área do filtro prensa (quadro 2): 
3.2 – Dados da solução em estudo: 
Pesar a solução inicial (sólidos CaCO3 + H2O): 
3.3 – Dados operacionais do sistema e propriedades físico químicas da solução: 
Perda de Pressão (P): 
Viscosidade da água (Pa.s): 
3.4 - Os dados de tempo e vazão são apresentados a seguir: 
A tabela abaixo apresenta a coleta de dados experimentais referente ao tempo de filtração 
versus o volume de filtrado. 
Tabela 01 – tempo da filtração versus volume de filtrado 
 
t (s) 
V (m³) 
t/V (s/m³) 
 
3.5 - Resultados: 
Os resultados de tempo e volume podem ser plotados e a partir deles pode ser feito um 
ajuste linear, como representado a seguir: 
 
Figura 02 – Gráfico de t/V em função de V 
 
Os últimos pontos estão em uma situação próxima à de quadro cheio, e não serão utilizados 
como parâmetro de referência. Ajustando linearmente os pontos sinalizados, e 
consequentemente o coeficiente angular (a) e coeficiente linear (b), logo: 
 
Onde: 
KP/2 = Coeficiente angular da reta; 
 
B = coeficiente linear da reta. 
 
 
 
 
 
 
Com KP e B pode-se determinar diretamente o tempo de filtração. Conhecendo os 
parâmetros , Cs, A e P é possível determinar a resistência específica da torta () e 
resistência do meio filtrante (Rm). Logo, o cálculo de a e x permite obter a equação do tempo 
de filtração em termos dos parâmetros básicos da operação: 
 
 
4. Dados e Resultados experimentais 
 
Pontos t (s) V (m³) 
 1 101 0,000800 
 2 108 0,000900 
3 115 0,001000 
4 147 0,001400 
5 155 0,001500 
6 165 0,001600 
7 174 0,001700 
8 183 0,001800 
9 193 0,001900 
10 202 0,002000 
11 245 0,002400 
12 256 0,002500 
13 268 0,002600 
14 281 0,002700 
15 294 0,002800 
16 306 0,002900 
17 319 0,003000 
18 371 0,003400 
19 386 0,003500 
20 402 0,003600 
21 418 0,003700 
22 434 0,003800 
23 449 0,003900 
24 466 0,004000 
25 714 0,004400 
26 825 0,004500 
27 976 0,004600 
28 1170 0,004700 
29 1439 0,004800 
30 1781 0,004900 
31 1977 0,004950 
Dados de Entrada 
Área do filtro prensa (A) 0,0484 m² 
Concentração de alimentação (Cs) 50,0 kg/m³ 
Pressão (P) 50000 N/m² 
Viscosidade da água () 0,0008937 Pa.s 
 
5. Conclusões 
 
Pode-se observa que a construção de um filtro piloto antes da extrapolação para escala 
industrial é muito eficaz, no sentido de conferir maior segurança ao projeto a partir de 
experimentos simples. Portanto, diante dos resultados apresentados, estime o tempo 
necessário para filtrar 2 m³ da mesma suspensão em um filtro industrial com 1,2 m² de área. 
 
6. Referência Bibliográfica 
 
Cremasco, Marco Aurélio, Operações Unitárias em sistemas particulados e fluidomecânicos, 
2ª edição, São Paulo: Blucher, 2014. 
MCCABE, W. L.; SMITH, J. C.; HARRIOTT, P. Unit Operations of Chemical Engineering. 5th 
Edition. ed. Singapore: McGraw-Hill, Inc., 1993