LABORATRIO DE ENGENHARIA QUMICA

PRTICA 11Operao de Filtro Prensa

Objetivos

1) Familiarizar-se com aspectos operacionais do filtro prensa.

2) Definir parmetros em escala piloto para projetar um filtro prensa industrial, como a resistncia do meio filtrante e a resistncia especfica da torta.Fundamentos Tericos

O filtro-prensa um equipamento amplamente utilizado na indstria e o objetivo principal separar um slido particulado de um fluido, fazendo com que o slido fique retido num meio poroso, e o fluido passe atravs desse meio. Seu dimensionamento depende de experimentos em escala de bancada, mantendo-se a presso, a temperatura e a concentrao da suspenso as mesmas de projeto da unidade industrial. O esquema abaixo mostra o interior do filtro-prensa, disponvel no laboratrio.

Figura 1. Diagrama esquemtico do interior do equipamento

A torta se forma nos quadros do equipamento. A operao deve ser interrompida assim que os quadros ficarem cheios. A Figura 2 mostra a evoluo da formao de torta com o tempo.

Figura 2. Formao de torta com a evoluo do experimento

A operao presso constante em geral realizada transportando-se a suspenso para o filtro atravs de uma bomba centrfuga e mantendo-se a presso selecionada no filtro por vlvulas. A Figura 3 mostra o esquema do aparato experimental

Figura 3 - Esquema do aparato experimental: reservatrio, bomba e filtro prensa

A partir das equaes desenvolvidas em escoamento de meios porosos, em que leva em considerao as caractersticas do meio poroso e as caractersticas do fluido em escoamento pode-se determinar as principais variveis do processo de filtrao, os parmetros ( (resistncia da torta) e Rm (resistncia do meio filtrante). Para uma dada suspenso que forma uma torta incompressvel estes parmetros (( e Rm) so determinados experimentalmente, e podem ser calculados integrando-se a Equao (1), obtida da equao de Kozeny-Carman para escoamento laminar em tortas. As constantes (( e Rm) so necessrias para ampliao de escala e anlise de desempenho de filtros em escala piloto e industrial, uma vez que estes valores so fixos para um mesmo meio filtrante e mesma soluo a ser filtrada tanto na escala laboratorial quanto na escala industrial.

(1)

Onde:

C = Frao de slidos na alimentao = massa de slidos / massa total da suspenso;

( = densidade do lquido da suspenso;P = presso de operao;A = rea de filtrao;

V = Volume do filtrado;( = tempo de filtrao;( = viscosidade do fluido da suspenso;

Rm = Resistncia do meio filtrante;

( = Resistncia especfica da torta.Integrando a equao (1), chega-se a:

(2)

Uma forma mais conveniente de escrever esta relao a forma linear abaixo:

(3)

A expresso (3) uma equao de uma reta do tipo y = ax + b. Portanto, construindo-se um grfico com os resultados experimentais de (i / Vi em funo de Vi , poderemos obter os coeficientes angular e linear da reta acima, e com estes determinarem-se os parmetros ( e Rm. O volume de filtrado correspondente ao quadro cheio (Vf) determinado como o ponto em que a dependncia de (/V x V deixa de ser linear. Esta transio pode ser suave, ento mais acurado determin-lo analiticamente segundo:

(4)

(s = densidade do lquido da suspensoA porosidade () mdia da torta determinada pela expresso abaixo, conhecendo-se a massa de torta mida e a massa de torta seca, obtidas experimentalmente, e o volume de um quadro, Vt.

(5)

Onde, Mtu = massa da torta mida e Mts a massa da torta seca.O tempo de filtrao pode ento ser calculado pela equao (6) escrita para o tempo final de filtrao (f

(6)

Procedimento Experimental

Durante toda a realizao do experimento, utilize equipamento de segurana: culos de segurana, jaleco (guarda-p), mscara de respirao e luvas de borracha.

Leia todo o procedimento abaixo antes de comear o experimento.

1) Coloque 40 litros de gua no reservatrio.

2) Monte o filtro prensa, alternando sempre uma placa e um quadro, colocando o meio filtrante em ambos os lados da placa. Aperte bem. Certifique-se de que as aberturas no meio filtrante coincidem com as aberturas nas placas e nos quadros para circulao das solues.

3) Ligue o filtro e verifique se h vazamentos. Retorne a sada de filtrado ao tanque de alimentao. Desligue-o.

4) Acrescente CaCO3 suficiente para fazer uma suspenso com concentrao 20 g/L.

5) Coloque a proveta na sada de filtrado e a mangueira de suco na soluo de CaCO3. Agite-a constantemente.

6) Ligue a bomba, e assim que chegar o primeiro filtrado na sada dispare o cronmetro.

7) Registre vrios pontos de (tempo, volume de filtrado, presso de operao). Sugere-se registrar o tempo a cada 500 ml de filtrado.

8) Quando a vazo cair muito (por exemplo, para 1 gota por segundo) ou a presso subir muito rpido, interrompa a operao.

9) Desmonte o filtro cuidadosamente. Retire o meio filtrante com a torta das placas. Remova toda a torta do meio filtrante. Limpe e remonte o filtro. Mea o tempo consumido para desmontagem, limpeza e remontagem do filtro.

10) Pese a torta mida obtida. Coloque a torta obtida na estufa, e deixe secar at atingir peso constante. Pese a massa de torta seca obtida e registre.

11) Determine a rea de cada placa de filtrao e o volume interno dos quadros.

12) Devolva todo o material empregado (inclusive a torta obtida) aos instrutores.

Anlise dos Dados

A partir de dados experimentais de ( e V traar o grfico de (/V x V. Obtenha os coeficientes angular e linear da reta acima, e com estes determine os parmetros ( (resistncia da torta) e Rm (resitncia do meio filtrante). Calcule a frao de lquido retido na torta e a frao de vazios da torta. Determine a capacidade do filtro empregando o volume de filtrado final, o tempo de filtrao e o tempo de desmontagem, limpeza e montagem.

Questes a Considerar

1) Quais as fontes de erro deste experimento? Quais as principais?

2) Qual a considerao feita em relao resistncia da torta?

3) Como seria a modelagem do processo de filtrao caso a presso variasse com o tempo de filtrao volume constante?4) Utilizando os dados experimentais obtidos, qual seria o tempo necessrio para a filtrao de 1 m3 da mesma soluo em um filtro-prensa em escala industrial de rea de 2m2 ?

5) Como este experimento poderia ser melhorado?

Referncias Bibliogrficas

MASSARANI, G. Fluidodinmica em Sistemas Particulados, 1 edio, Editora UFRJ, Rio de Janeiro, 1997. FOUST, A. S. Princpios das operaes unitrias, 2 edio, Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1982. PERRY, R. H., BENSKOW, L. R., BEIMESCH, W. E., et al. Manual de Engenharia Qumica, Perrys Chemical Engineers Handbook. 8a edio. Nova Iorque: McGraw-Hill, 2008. CREMASCO, M. A. Operaes Unitrias em Sistemas Particulados e Fluidomecnicos, 1a edio. Blucher, 2012.

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