Movimento de partículas num fluido-parte 1

Curso Profissional de Química:. Técnico de Laboratório. Técnico Fabril

Disciplina:. Tecnologia Química, 1º ano. Módulo 3

Prof: Fernando Sayal

Objectivos de Aprendizagem

• Reconhecer a importância da filtração;• Identificar tipos de filtros a utilizar, malhas e processos

de limpeza de filtros;• Explicar a necessidade do processo de centrifugação;• Identificar diversos tipos de centrifugadoras, referindo

o respectivo funcionamento;• Reconhecer a importância de sedimentação, referindo

as situações em que é utilizada;• Justificar a importância do despoeiramento, referindo

as consequências para a saúde;• Descrever os processos de retenção de poeiras e os

equipamentos utilizados.

Conteúdos do módulo 3

• Filtração – necessidade, tipos de filtros, sua substituição ou limpeza.

• Despoeiradores - necessidade do seu uso, métodos utilizados, equipamentos e processos de implementação

• Centrifugadoras – finalidade e aplicação.• Métodos de sedimentação – necessidade e processos

de execução.

F I L T R A Ç Ã O

Teoria da Filtração

• Filtração é a operação unitária pela qual se separa um sólido de um líquido ou gás, mediante um meio poroso, que retém o sólido mas deixa passar o fluido.

• No laboratório químico:o a filtração simples de uma suspensão efectua-se

muitas vezes usando um funil cónico de vidro provido de um papel de filtro,

o Ou usando um funil de Buchner onde o líquido é aspirado por uma bomba de vácuo.

• Na indústria, esta operação depara-se com as dificuldades derivadas das grandes quantidades das suspensões e dos sólidos em circulação;

• Formar-se-á durante o processo, uma camada espessa de sólidos no filtro e, para alcançar uma elevada velocidade de passagem de líquido, serão necessárias maiores pressões e maiores áreas.

O fluido pode ser um gás ou um líquido.

O produto pretendido tanto pode ser o fluido clarificado como o bolo de partículas sólidas.

FILTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO

Na filtração, as partículas sólidas suspensas num fluido são separadas usando um meio poroso.

Ele separa as partículas numa fase sólida (“bolo”) e permite o escoamento de um fluido claro (“filtrado”).

Filtrado

Alimentação

Meio porosoBolo

6 www.unicamp.br/fea/ortega/aulas/aula19_Filtracao.ppt

Factores para escolha do tipo de equipamento

• Propriedades do fluido como viscosidade, massa volúmica e propriedades corrosivas;

• Natureza do sólido como a dimensão e forma das partículas, a distribuição granulométrica e as características de empilhamento;

• Concentração de sólidos em suspensão;• Quantidade de material a movimentar;• O facto do material valioso ser o sólido, o líquido ou

ambos;• Velocidade de filtração, caudal de filtração, pressões de

operação;• Processo contínuo ou descontínuo (quando a resistência é

elevada)

• Facilidade de remoção do bolo.

Factores de que depende a velocidade de filtração

• Queda de pressão entre a alimentação da suspensão e o lado do meio filtrante;

• Área da superfície de filtração;• Viscosidade do filtrado;• Resistência do bolo de filtração;• Resistência do meio filtrante;• Entupimento dos poros do meio filtrante.

O Meio Filtrante

• A função do meio filtrante é actuar como um suporte para o bolo de filtração, ao passo que as camadas iniciais do bolo constituem o verdadeiro filtro.

• No caso de materiais muito grosseiros, como feltro ou flanela, algumas das partículas fina passam através do leito e são aprisionadas no interior do próprio leito.

• O meio filtrante deve ser mecanicamente forte, resistente à acção corrosiva do fluido e deve oferecer uma resistência tão pequena quanto possível ao fluxo do filtrado.

• Usa-se muitas vezes um material relativamente grosseiro e não se obtém filtrado límpido enquanto não se formam as camadas iniciais do bolo: o filtrado turvo inicial deve, pois, ser recirculado.

Meios filtrantes mais importantes:

Materiais tecidos, como: lã, algodão, linho, seda, vidro, plásticos, fibras de nylon e metal.Chapas perfuradas de metal.Materiais granulares como: brita, areia, asbesto, carvão e terra de diatomáceas.Sólidos porosos.Materiais de fibras entrecruzadas, sendo mais largamente usado o papel poroso.

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 acção 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 ligado a uma bomba de vácuo.

Filtro de Papel

Bomba de vácuo

www.unicamp.br/fea/ortega/aulas/aula19_Filtracao.ppt

Os filtros industriais podem funcionar

Batelada (o bolo é retirado depois de cada partida)

Contínuo (o bolo sólido é retirado continuamente)

Filtração

Os filtros podem funcionar:

por ação da gravidade, o líquido flui devido a existência de uma coluna

hidrostática;

por ação de força centrífuga;

por meio da aplicação de pressão ou vácuo para aumentar a taxa de fluxo.

O meio de O meio de filtração pode filtração pode

ser:ser:

conjunto de placas e telasplacas e telas numa prensa

cilindro rotativo cilindro rotativo mergulhado na suspensão

bolsas ou cartuchos bolsas ou cartuchos dentro de uma carcaça.

membranas, membranas, microfiltração, osmose inversa

Teoria Básica da Filtração !!!!!!

1. Meios de filtração

O meio para filtração industrial deve:

• Retirar o sólido a ser filtrado da alimentação e gerar um filtrado claro.

• Permitir que o bolo e o filtro sejam removidos 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.

2. Auxiliares de Filtração

Certos compostos podem ser usados para ajudar a filtração, como a terra de diatomáceas que é formada principalmente por sílica, 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.

3. Acrescentados à alimentação antes da filtraçãoAumenta a porosidade do bolo e reduz a resistência à passagem durante a filtração.

2. Como pré-cobertura antes da filtração num filtro rotativo. Posteriormente, as fatias finas desta camada são cortadas junto com o bolo.

Separação Sólido-Líquido

Tipos/Modelos de Filtros

A.AreiaB.Sólido porosoC.PressãoD.Vácuo

A- Filtros de Areia (leito fixo)

O tipo de filtro mais simples.

Usa-se 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 suportado por uma placa perfurada ou com ranhuras. Acima do cascalho é colocada areia fina que actua realmente como filtro.

Partículas sólidas separadasEntrada do líquido

Líquido clarificado

Placa metálica perfurada ou com ranhuras

Deflector

Partículas grossas

Partículas finas

http:// http://www.flickr.com/photos/sofiltros/page4/

http://portuguese.alibaba.com/product-gs/vertical-fiberglass-sand-filter-298476410.html

B- Filtro de Cerâmica Porosa

• O tratamento das soluções de todos os processos, metalúrgicos, químicos, industriais ou tóxicos, exige o equipamento mais eficiente e de menor custo (melhor relação custo/benefício).

• O recipiente consiste numa estrutura inferior com um disco na parte superior.

• Os cartuchos cerâmicos são suspensos a partir de placa colectora superior. Os cartuchos são facilmente destacáveis

• Aplicáveis na Purificação de Água para consumo

http://www.logismarket.ind.br/micronline/filtro-cartucho/1735743837-1179618921-p.html

1. Água sob pressão flui, do exterior para o interior através do elemento cerâmico.

2. As impurezas são impedidas de penetrar através dos canais microscópicos da cerâmica. Bactérias e outros micro-organismos são simplesmente retidos na superfície ou próximo da superfície do elemento de cerâmica .

3. Água livre de bactérias atravessa depois o núcleo de carvão activado, que reduz os teores em cloro, pesticidas, herbicidas e outros químicos tóxicos, assim como sabores

e odores desagradáveis presentes na água.

Eficiência: >99,99% de bactérias patogénicas >99.99% de partículas >0,2 micron 22

http://doultonusa.com/HTML%20pages/ceramic_candles.htm

http://doultonusa.com/HTML%20pages/technology.htm

Aplicações industriais:

Purificação de Soluções Electrolíticas • Purificação da solução de electro extração de

metais • Recuperação de sólidos de metais preciosos • Remoção de sólidos nos circuitos de reciclagem da

solução

Limpeza de águas industriais para arrefecimento e águas residuais

• Filtração de águas com o objectivo de retornar partículas sólidas de valor ao ciclo de produção

• Filtração de overflow do espessador de concentrado para devolver a fracção valiosa de componentes em suspensão (sólidos) para posterior desidratação.

Eliminação de Ácidos e Bases em Misturas23

http://www.purifil.com.br/filtro_cartucho.pdf

Filtro poroso de bronze

Filtro poroso - plástico

Filtro cerâmico de espuma de: Carboneto de Zircónio, Carboneto de Silicone e alumina

http://portuguese.alibaba.com/product-gs/plastic-porous-filter-303827465.htmlhttp://portuguese.alibaba.com/product-gs/porous-bronze-filter-237756243.htmlhttp://portuguese.alibaba.com/product-gs/alumina-silicon-carbide-zirconia-ceramic-foam-filter-298335937.html

Fonte das imagens:

C1: Filtro prensaC2: Filtro de folhas C3: Filtro de placa horizontalC4: Filtro de placa verticalC5: Filtro de cartuchoC6: Filtro de velas

C- Filtros de Pressão

C1- Filtro Prensa

Um dos tipos mais usados na indústria.Usam placas e marcos colocados em forma alternada. Utiliza-se tela (tecido de algodão ou de materiaissintéticos) para cobrir ambos os lados das placas.

http:www.dema.puc-rio.brcursosOUTecAmbSeminario_Filtracao.pdf

• Os Filtros-prensa foram introduzidos por volta do século XIX e foram utilizados por muitos anos principalmente na separação de lamas.

• Eram considerados máquinas de trabalho intensivo, consequentemente não encontraram muita aceitação nas indústrias de processo sofisticada e altamente automatizada.

• Isto ocorreu até meados dos anos 60 quando esta imagem mudou pela introdução de mecanismos avançados, orientados para obter bolos de baixa humidade que descarregam automaticamente e permitem a lavagem do pano no fim do ciclo de filtração.

Filtro de tecido

BoloMarco Placa

Alimentação

Filtrado

É o modelo mais simples dos filtros de pressão e o de maior utilização industrial.

Consiste num conjunto alternado de quadros ocos nos quais o bolo é retido durante a operação de filtração e placas maciças que possuem superfícies preparadas com sulcos ou furos que permitem a drenagem do filtrado.

O meio filtrante, geralmente umtecido, recobre ambas as facesda placa. O conjunto de placas e quadros é apoiado, de modo vertical,sobre um par de suportes paralelos fixos na estrutura do filtro.

Para proceder à operação de filtração, as placas e quadros pendurados no suporte são comprimidos entre duas placas extremas, uma fixa e outra móvel accionada por um macaco hidráulico.

httpwww.dema.puc-rio.brcursosOUTecAmbSeminario_Filtracao.pdf

Num filtro prensa a descarga do filtrado pode ser do tipo fechado ou do tipo aberto.No tipo fechado existe um canal por onde passa o filtrado que percorre todo o comprimento do filtro até um tudo de descarga na extremidade;No tipo aberto o filtrado é drenado através de torneiras individuais localizadas em cada placa, para um reservatório na parte inferior do tubo.

http://www.quimica.com.br/index.php?sessao=reportagem&id=864&codigo_revis=

Funcionamento

http://www.icolori.com.br/grabe/flowpress630.html

3. A medida que os sólidos se vão depositando, torna-se mais difícil o escoamento da parte líquida da solução entre as partículas, fazendo com que a bomba aumente gradativamente a pressão no interior das câmaras. Esse efeito causa uma compactação dos sólidos retidos, diminuindo o seu volume inicial.http://www.icolori.com.br/grabe/flowpress630.html

4. No final do processo (saturação), a pressão interna atinge o seu limite e a vazão de filtrado tende para zero.

5. Nesse momento a bomba de alimentação é desligada e inicia-se o processo de “secagem do bolo”, o qual é obtida pela injeção de ar comprimido no interior do filtro. O ar sob pressão, devido à sua maior fluidez, expulsa a maior parte do líquido ainda presente.

6. Após essa fase, o filtro pode ser aberto para extração dos bolos, já compactados e com um baixo índice de humidade.

http://www.icolori.com.br/grabe/flowpress630.html

A alimentação é bombeada para a prensa e flui pelas armações.

A filtração prossegue até que o espaço interno da armação esteja completamente preenchido com sólidos.

Os sólidos acumulam-se como “bolo” 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 o bolo é retirado. Depois o filtro é remontado e o ciclo repete-se.

Filtro de tecido

Placa Moldura

Alimentação

Filtrado

Filtro-Prensa

Vantagens:• Construção simples, robusta e económica;• Grande área filtrante por área de implantação;• Flexibilidade (pode aumentar ou diminuir o numero de

elementos para variar a capacidade);• Não tem partes móveis;• Trabalha com altas pressões;• Manutenção simples - Apenas substituição periódica das

lonas.

Desvantagens:• Operação intermitente,• Alto custo de mão-de-obra,• Lavagem do bolo imperfeita e demorada.

Benefícios:

O volume de material retido é bastante reduzido devido à compactação, quando comparado com outros sistemas de extração de sólidos (leito de secagem, etc.), o que reduz custos de armazenagem e principalmente transporte.Considerável redução nos custos de destino de resíduos (incineração, etc.), principalmente em E.T.E. (estações de tratamento de efluentes). Manuseamento fácil, já que os bolos são firmes e com baixo índice de humidade.O material retido pode ser reaproveitado, o que permite a sua aplicação em processos de produção dos mais diversos.Operação simples e eficiente, o que elimina fases do processo e reduz a necessidade de mão-de-obra.Exige pequeno espaço físico para instalação, considerando a área de filtragem oferecida e capacidade de extração de sólidos. Grande robustez e durabilidade, com mínima necessidade de manutenção.

Vídeos de Filtros prensa (clicar FP1…FP6 ou endereço)

FP1 http://www.youtube.com/watch?v=btsXMiVtjcw&feature=relatedFP2 http://www.youtube.com/watch?v=V3h_iFF7VMI&NR=1FP3 http://www.youtube.com/watch?v=xZFZBR69dbo&NR=1FP4 http://www.youtube.com/watch?v=Eo8ce3_V6ic&feature=relatedFP5 http://www.youtube.com/watch?v=FDHnW7LZcIMFP6 http://www.youtube.com/watch?v=dvs0dRe-tc8&feature=related

C2- Filtro de folhas

Filtros de “folhas”

Foi projetado para grandes volumes de líquido e para ter uma lavagem eficiente.

Cada folha é uma armação de metal oca coberta por um filtro de tecido.As folhas são suspensas num tanque fechado.

A alimentação é introduzida no tanque e passa pelo tecido a baixa pressão.

O bolo deposita-se no exterior da folha.

O filtrado flui para dentro da armação oca.

Após a filtragem, ocorre a limpeza do bolo. O líquido de lavagem entra e segue o mesmo caminho que a alimentação.

O bolo é retirada por uma abertura do casco.

D1: Tambor rotativoD2: Discos rotativos (ou vertical) D3: Correias horizontaisD4: Bandejas inclináveisD5: Mesa

D- Filtros a Vácuo

Características:

•São filtros que operam sob baixa pressão, basicamente inferiores à atmosférica, utilizando-se como principal ferramenta a bomba de vácuo por ser a fonte motriz de filtração.•Podem ser de operação continua ou descontínua.•Os filtros a vácuo contínuos possuem elevada capacidade de processamento, maior que as demais espécies de filtros •Os filtros a vácuo descontínuos têm uma utilização bastante restrita e específica.

D- Filtros a vácuo

http://www.rpaprocess.com/produtos/produtos.php?is=2&pid=13

• Possuem uma superfície filtrante na qual se deposita o bolo por efeito do vácuo no ponto de entrada da polpa,

• O bolo retira-se por meios mecânicos ou pneumáticos, • Apresentam uma válvula que regula a pressão abaixo da

superfície de filtração nos diferentes estágios de seu percurso permitindo a drenagem do filtrado, lavagem e secagem do bolo.

• O ciclo de operação deste filtro é, na realidade, uma série de etapas descontínuas muito próximas que simulam um processo contínuo.

Vantagens

• Operação contínua• Produção de filtrados relativamente limpos• Acesso conveniente ao bolo para actividades do

operador ou retirada de amostras• Controlo fácil de parâmetros operacionais tais como

relações da espessura ou da lavagem do bolo• Grande variedade de materiais de construção

Desvantagens:

• Humidade residual mais elevada no bolo

• Uma construção de difícil vedação para permitir a presença de gases

• Difícil de limpar (principalmente no grau necessário para aplicações com produtos alimentares)

• Consumo elevado de potência pela bomba de vácuo

http://www.rpaprocess.com/produtos/produtos.php?is=2&pid=13

51 http://www.rpaprocess.com/produtos/produtos.php?is=2&pid=13

Página do fabricante RPA

Ele filtra, lava e descarrega o bolo de forma contínua.

O tambor é recoberto com um meio de filtração conveniente. Uma válvula automática no centro do tambor activa o ciclo de filtração, secagem, lavagem e retirada do bolo.

Filtro de tambor rotativo contínuo a vácuo.

O filtrado sai pelo eixo de rotação.

Existem passagens separadas para o filtrado e para o líquido de lavagem.

Há uma ligação com ar comprimido que se utiliza para ajudar a raspadeira de facas na retirada do bolo

Carga da suspensão

SecagemSecagem

Ciclo de lavagem

Descarga

Válvula automática

Formação do boloSuspensão

1. O processo de filtração é contínuo. Cada volta do tambor consiste em:i. formação do bolo,ii. lavagem do bolo (se necessário),iii. desidratação ou secagemiv. descarga do bolo.

2. O cilindro gira parcialmente submerso na suspensão de alimentação

3. O vácuo provoca aspiração do líquidoatravés do meio filtrante (pano) na superfície do tambor que retém os sólidos.

4. O vácuo puxa ar (ou gás) através do bolo e continua a remover a humidade, enquanto o cilindro gira.

5. Se necessário, o bolo pode ser lavado para remover impurezas ou para extrair mais produto sendo necessária uma secagem adicional.

6. Finalmente, o bolo é descarregado a partir do tambor para um transportador ou calha, para o próximo passo do processo.O filtrado e o ar puxado passam através de tubos internos e por uma válvula rotativa até ao receptor de filtrado.

7. O fluxo líquido é separado do fluxo de vapor no receptor.8. O líquido filtrado é então bombeado para a próxima etapa no processo.

http://www.komline.com/docs/rotary_drum_vacuum_filter.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Rotary_vacuum-drum_filter

Filtro de tambor a vácuo rotativo

Filtro de tambor a vácuo, rotativo e contínuo.

É um conjunto de discos verticais que giram num eixo de rotação horizontal. Este filtro combina aspectos do filtro de tambor rotativo a vácuo e do filtro de folhas. Cada disco (folha) é oco e coberto com um tecido e é em parte submerso na alimentação. O bolo é lavado, seco e raspado quando o disco gira.

D2- Filtro contínuo de discos rotativos

58www.unicamp.br/fea/ortega/aulas/aula19_Filtracao.ppt

Filtro contínuo de discos rotativos•A alimentação é feita pelo fundo•São usados geralmente em aplicações resistentes, tais como, secagem nas indústrias de mineração de ferro, hematite, carvão, alumínio, etc.•O número de discos pode chegar aos 15 nas máquinas maiores (300 m2)•O espaço ocupado pelos filtros de disco é mínimo e o custo por metro quadrado de área de filtração é o mais baixo

Filtro contínuo de discos rotativos

Sequência operacional:- Formação de vácuo na parte inferior- Formação do bolo suspenso nos discos- Lavagem do bolo- Secagem do bolo por vácuo- Descarga do bolo- Zona morta (recomeço do processo)

http://www.solidliquid-separation.com/VacuumFilters/vacuum.htm

http://www.remae.com.br/produtos.php

http://www.tracing.com.br/produtos4.html

http://www.amtcmagnets.com/ZPG-Series-Disc-Vacuum-Filters.htm

http://www.slhcjx.com/En/Article_Show.asp?ArticleID=17 /

Vídeos de Filtros Rotativos a Vácuo, Tambor e Disco (clicar T1…T3, D1…D3 ou endereços)

T1 http://www.youtube.com/watch?v=stmcTY8WgNUT2 http://www.youtube.com/watch?v=CGpICAx2Vic&NR=1T3 http://www.youtube.com/watch?v=dTq39WcOv8YD1 http://www.youtube.com/watch?v=ta0vRzEHMJ4&feature=relatedD2 http://www.youtube.com/watch?v=bjAt8mzFqlg&feature=player_embeddedD3 http://www.youtube.com/watch?v=4PvKtOyrkXw&feature=related

D3- Filtro de Correia Horizontal

63httpwww.dema.puc-rio.brcursosOUTecAmbSeminario_Filtracao.pdf

Filtro de Correia Horizontal

C1 http://www.youtube.com/watch?v=O6SVHhRbwWM&feature=relatedC2 http://www.youtube.com/watch?v=O6SVHhRbwWM&feature=related

Clicar C1, C2 ou endereços

D4- Filtro de bandejas inclináveis

Movimento de partículas num fluido-parte 1

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