Filtro Prensa

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANAFACULTAD DE CIENCIAS NATURALES, MATEMATICAS Y DEL MEDIO AMBIENTE INGENIERÍA EN QUIMICA

INFORME DE LABORATORIO Nº 2

TRANSFERENCIA DE MASA

TEMA:

Filtración en filtro prensa.

INTEGRANTES: Joselyn RamírezRicardo Luna

Bastian MirandaNicolás Leiva

Katherine CartesOscar Gallardo

DOCENTE: Pedro Álvarez

CARRERA: Ing. en Química

GRUPO: 4

FECHA DE ENTREGA: 6/7/2012

Informe de Laboratorio Nº _

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LABORATORIO TRANSFERENCIA DE MASA 2012

INDICE

Página

Resumen……………………………………………………………………………. 3

Objetivos……………………………………………………………………………. 3Marco Teórico………………………………………………………………...... 4Procedimiento Experimental……………………………………………… 6Aparatos………….…….………………………………………………………….. 7Resultados…………………………………………………………………………. 8

Discusión…………………………………………………………………………… 12Conclusiones……………………………………………………………………… 13Recomendaciones…………………………………………………………….. 14Nomenclatura…………………………………………………………………... 14

Bibliografía……………………………………………………………………….. 14

Apéndice……………………………….…….…………………………………… 15

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RESUMEN.

El presente informe refleja la investigación técnica y práctica del proceso unitario llamado Filtración, el cual consiste básicamente en separar la parte líquida de un sólido a través de una diferencia de presión y fuerzas impulsoras aplicadas sobre este Sólido-Líquido, en el cual se utilizara el aparato Filtro Prensa.

Después de haber separado el líquido del sólido con una presión constante, se realiza un gráfico Δt/ΔV versus el V, este indica la ecuación de la recta con los siguientes parámetros (y=3.7875x + 5.9391), que permite finalmente calcular RM y α.

El RM se indica a través del corte en eje de las ordenadas lo cual con RT = 5.9391 (s/m3) resultará un Rm = 43368413.56

Finalmente se calcula la porosidad, igual a 0,29, así como también α el cual da como

resultado 0.1025Sy^2, posteriormente Sy siendo su resultado 100.7868 cm^2/cm^3.

A partir de todos los cálculos anteriores se puede establecer el dato buscado, el diámetro

pedido.

OBJETIVOS.

Graficar (∆ t )

(∆V ) versus V y obtener la pendiente de la curva y el corte en el eje de las

ordenadas. Calcular la resistencia especifica de la torta RM; la porosidad media de la torta

designada por . Obtener el tamaño de la partícula.

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MARCO TEORICO.

El filtro prensa, es principalmente un separador de líquidos y sólidos a través de filtración por presión. Consiste en una serie de bastidores de acero que sostienen una tela o malla. Las placas filtrantes desmontables están hechas de polipropileno. (1)

Los filtros prensa de placas y marcos están concebidos para suspensiones cargadas que forman una torta, están formados por una serie de platos verticales yuxtapuestos alternativamente con armazones huecos en los cuales se acumula la torta. El soporte de filtración está formado por telas que sujetan los platos acanalados. El filtrado fluye tras cruzar el tejido filtrante por las conducciones adecuadas. Los platos y los armazones reposan sobre tirantes de acero horizontales y robustos que se ajustan unos contra otros entre dos soportes, uno de los cuales es fijo y el otro móvil. El cierre del filtro es manual en los modelos pequeños: hidráulico y más o menos automatizado en los aparatos más importantes. Cuando los bastidores están completamente llenos de torta el caudal de filtración es prácticamente nulo y finaliza la filtración. (2)

El ciclo operacional supone los siguientes procesos: Cerramiento de la prensa, Rellenado, Filtración, Apertura del filtro y Limpieza. (3)

Principio teórico de filtración.

El proceso en donde se pondrá mayor énfasis será el de filtración, ya que es aquí donde ocurrirá la transferencia de masas que permite desarrollar el objetivo del presente informe.

Una vez realizado los correspondientes balances de masa en este proceso y considerando régimen laminar logramos dar con la ecuación de Kozeni que explica el comportamiento de éste:

Donde,

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Que despejando variables e integrando tenemos:

La siguiente ecuación se obtiene para filtración discontinua a presión constante:

Como en el tiempo t=0 el volumen de filtrado inicial V0=0, la ecuación que explique finalmente nuestro proceso de filtración considerando la resistencia de la torta (RT) será:

(Ecuación operacional)

Donde,

;

Considerando las siguientes constantes:

;

La ecuación operacional queda expresada como:

Finalmente al graficar se obtiene una gráfica con tendencia lineal, donde la pendiente será K2 y el punto de corte RT.

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

1. Para iniciar esta experiencia, primero se verifica que todos estén en óptimas condiciones todos los equipos y materiales necesarios para desarrollar la fase experimental.

2. Se coloca entre el filtro de prensa una tela filtrante perfectamente estirada y ajustada al marco y placas.

3. Se agrega una solución de carbonato de calcio y agua al reactor se mantiene en agitación durante un tiempo corto para lograr una correcta homogenización de la solución.

4. Posterior a la homogenización, se enciende la bomba y se realiza un proceso de recirculación de la solución.

5. La bomba impulsa la solución hacia el filtro, que antes es conectado a una válvula de regulación manual, esta presión de salida debe estar en un rango de 5 a 25 psi.

6. Se toman lecturas del caudal de agua filtrado una vez iniciada la experiencia.

7. El filtrado culmina cuando notamos que el caudal de agua de salida ya es mínimo.

8. Se detiene el sistema de bombeo.

9. Se abre el filtro, para poder medir las dimensiones de la torta de carbonato de calcio, para en seguida tomar su peso húmedo.

10. Se debe dejar secando la torta por aproximadamente una semana para poder determinar sus características de peso y volumen en seco.

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APARATOS Y ACCESORIOS.

El equipo completo consta de: Un estanque con agitador Bomba Válvula de bola Manómetro Filtro Prensa Tela filtrante Probetas plásticas con aforo de 2 Lt. 1Kg Carbonato de calcio Agua Cronometro

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RESULTADOS.

Datos:Temperatura Agua: 14 ºCDensidad agua: 999.1 kg/m3

Viscosidad agua: 1.1896x10-3 kg/ms

Peso.Torta + agua + marco + tela = 7.65 kgMarco + Tela = 6.10 kgTorta+ agua = 1.55 kgTorta seca = 1.35 kgAgua evaporada = 0.2 kgPresión de trabajo = 15 psiVolumen torta = 1008.6 cm3

Dimensiones Marco.

Largo = 20.5 cmAlto = 20.5 cmAncho = 2.4 cmA (área filtración marco) = 420.25 cm2 = 0.042025 m2

Tabla Nº1

Volumen(litros) v (litros) Tiempo (seg) T/V

1 1 9.92 9.92

2 1 12.82 12.82

3 1 18.35 18.35

4 1 20.8 20.8

5 1 24.77 24.77

6 1 29.88 29.88

7 1 31.49 31.49

8 1 35.63 35.63

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9 1 38.58 38.58

10 1 43.8 43.8

11 1 48.96 48.96

Grafico T/ V vs Volumen .

La pendiente de esta recta es: 3.7875El corte en el eje de las ordenadas es: 5.9351R2 = 0.997

La Ecuación que rige esta grafica es:

Calculo de Resistencia específica de la torta

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Por lo tanto RT = 5.9351

donde:

La resistencia especifica de la torta entonces será:

Rm = Rt A P/

Donde:

2x 0.042025 m2 = 0.08405 m2

x10-3 kg/ms

P = 15 psi x (101325 Pa/ 14.696 psi) = 103420.9989 Pa = 103421 N/m2

Rm = (5.9351 x 0.08405 m2 x 103421 N/m2)/ 1.1896x10-3 kg/ms

Rm = 43368413.56

Caculo de la porosidad

ms = 1.35 kgml = 0.2 kgl= 999.1 kg/m3

s= 2700 kg/m3 (densidad absoluta del cristal de carbonato de calcio)

1/1.35 x 999.1)/(0.2 x 2700) + 1

1/3.49775

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0.2858 = 0.29

Calculo del área específica de la partícula,

La pendiente está dada por:

Donde:

Al reemplazar nos queda

4.17 x 1.1896x10-3 x Sy2 x (1-0.29)2 / 0.293

0.1025Sy2

La pendiente dio un valor de 3.7875

por lo tanto nos queda

Sy2 = 3.7875 x 2 x P x A2 [(1-) s - Ce] / 0.1025

Calculando Ce

Ce = 1.35 kg torta seca / 11 L recogidosCe = 0.123 kg/L

Ce = 123 kg/m3

Reemplazando

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Sy2 = 3.7875 x 2 x 103421 x 0.084052 [(1-0.29) x 2700 – 0.29 x 123] / 0.1025Sy = 10078.68 (m2/m3) x (10000 cm2/ 1m2) x (1 m3/ 1000000 cm3)

Sy = 100.7868 cm2/cm3

DISCUSION.

Los resultados de la experiencia son concordantes de acuerdo a lo que se esperado, ya que a pesar de que la presión no puede ser controlada de forma optima (debido a las diversas perturbaciones que sufre), se logra obtener una ecuación de la recta bastante acorde y correcta para realizar los cálculos posteriores. La grafica indica una correlación 0.997, positivamente significante en los cálculos, indicando una buena linealidad, por ende una buena obtención de datos.

Es discutido que RM está bien calculada y responde a la operación unitaria realizada, ya que no se tienen las herramientas para comprobar si realmente está entre esos rangos debido a que no existe mucha bibliografía que explique este proceso para poder asegurarse un 100%.

Finalmente se considera la experiencia como satisfactoria, ya que todos los objetivos propuestos para la operación unitaria de la Filtración

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CONCLUSIONES.

Este tipo de filtro es ampliamente usado en el área alimentaría, farmacéutica, cervecería y destilación. La unidad de tamaño de laboratorio es robusta y versátil, y diseñada para permitir la demostración clara del modo de operación y un alto grado de experimentación para su posterior paso a procesos industriales.

Se verificó el uso del filtrado, apreciando que este equipo se utiliza cuando el soluto (carbonato de calcio) y el solvente (agua) no se encuentran disueltos, si no que sus partículas están en suspensión. Ello posibilito que el equipo pueda separar mediante una tela filtradora de las partículas de carbonato.

Cuando se realiza una filtración a presión constante, la resistencia especifica que la torta va aumentando a medida que pasa el tiempo, por este motivo la velocidad de filtración va disminuyendo.

El gráfico de filtrado (Δt/ΔV v/s V) muestra una curva en que las variables presentan una relación directamente proporcional, es decir, se obtiene una recta, donde obtenemos las resistencias específicas de la torta.

Cabe señalar, que la porosidad medida fue bastante baja (ε = 29%), esto debido a que la porosidad es una función de la cantidad de agua en la torta, es decir, a mayor tiempo entre pesar la torta húmeda de la seca, mayor será la porosidad, puesto que se evapora por más tiempo el agua de la torta húmeda.

Mediante los resultados obtenidos se pudo calcular el diámetro promedio de los gránulos considerados como esferas, el cual dio; sin embargo, puesto que el diámetro es función del área específica y ésta es función de la porosidad, como se mencionó anteriormente, el diámetro del gránulo también dependerá del tiempo de secado de la torta. Por lo que se demuestra que a mayor porosidad (o mayor tiempo de secado), menor será el diámetro del gránulo.

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RECOMENDACIONES.

Para el correcto desarrollo de la experiencia se recomienda mantener siempre un flujo de recirculación para evitar la sobrecarga de la bomba. La salida de la parte liquida del filtrado presenta un inconveniente al momento de poder insertar las probetas para realizar la medición del caudal, ya que se debe mantener a una persona en una incorrecta ubicación y al momento del cambio de probeta existen perdidas de filtrado liquido que cae al suelo, lo cual hace un análisis inexacto en la medición del caudal de salida. Se recomienda la instalación de algún sistema que sea capaz de medir el caudal de salida de manera directa evitando las perdidas.

De la misma manera, se recomienda una actualización de los equipos existentes, ya que es evidente el deterioro por uso, lo cual también puede ir en desmedro de la realización futura de la experiencia.

NOMENCLATURA.mS = masa de sólido seco en tortaml = masa de líquido en tortaε = porosidad de la tortaA = áreas de filtración del marco (considerar ambas caras)CE = concentración de entrada de CaCO3 al sistema en (kg de CaCO3 / kg de agua)CE = Peso de torta seca/volumen de agua total recogidoV = volumen de filtrado en el instante t (seg)ρ = densidad del agua a temperatura de trabajo (kg /m3)µ = viscosidad del agua a temperatura de trabajo (kg / m seg)Sy = área específica de gránulo de CaCO3, correspondiente a la razón de (área/volumen).s = Densidad Absoluta de CaCO3

BIBLIOGRAFIA. (1) http://www.quiminet.com/articulos/el-funcionamiento-del-filtro-prensa-

23843.htm (2) http://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_prensa (3) http://www.lenntech.es/filtro-de-prensa-para-lodos.htm Guía de laboratorio, correspondiente ha filtrado.

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APENDICES.

Tabla A.1

La temperatura del agua es de 14ºC lo cual para encontrar sus propiedades a esa temperatura como la densidad y viscosidad debemos interpolar la temperatura dada para encontrar los valores en la taba A.1

Temperatura ºC Densidad kg/m^3 Viscosidad x 10^-3 kg/ms10 999.7 1.31014 20 998.2 1.009

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kg/m^3

x10^-3 kg/ms

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