Operación unitaria de filtración
Fiorella Cruces LlerenaSíntesis27 de Septiembre de 2019
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Contenido
1 Resumen 1
2 Objetivos 2
3 Marco teórico 3
3.1 Operación unitaria de filtración 3
3.1.1 Tipos de equipos de filtración. 4
3.2 Medios de filtración y ayudas filtrantes 7
3.2.1 Medios filtrantes. 7
3.2.2 Ayudas filtrantes. 7
3.3 Resistencia del medio filtrante 7
3.4 Resistencia de la torta 7
3.5 Filtración a presión constante 8
4 Requerimientos. 10
4.1 Materiales y equipos 10
4.2 Reactivos 10
5 Metodología 10
5.1 Preparación de solución al 15% de CaCO3. 10
5.2 Determinación de propiedades fisicoquímicas de la materia prima 10
5.2.1 Temperatura de la solución. 10
5.2.2 Densidad de la solución. 10
5.3 Medición de masa de papel filtro 11
5.4 Medición del diámetro de la base de papel filtro. 11
5.5 Procedimiento de la experiencia 11
5.6 Aplicación del método de mínimos cuadrados 12
6 Resultados 13
7 Análisis de resultados 14
8 Conclusiones 15
9 Bibliografía 15
10 Cuestionario 16
11 Hoja de seguridad del Carbonato de Calcio 17
12 Artículo de Investigación 24
Resumen
Se realizó la experiencia de la operación unitaria de Filtración; para ello se utilizó un embudo Buchner, una solución al 15% de carbonato de calcio, un cronometro y 10 tubos de ensayo.
Se tomó el tiempo de filtrado de cada 10 ml de solución filtrada y cada alícuota se almacenaron en los tubos de ensayo. Esto con el objetivo de aplicar el modelo matemático de filtración de presión constante que se explica a lo largo de la práctica.
Se utilizaron dos métodos para poder calcular las constantes k1, k2 y Ve; el método de mínimos cuadrados y el uso de una hoja de cálculo Excel. En Excel, no se obtuvo un modelo lineal puesto que el coeficiente R hallado tuvo un valor de 0.5887, hallando las constantes k1 y k2 junto con el volumen de filtrado (Ve). En el método de mínimos cuadrados, también se calcularon las constantes y el volumen de filtrado, pero, una de las constantes resulto negativa y por ende, el volumen de filtrado también resulto negativo.
Al finalizar la filtración, se midió la masa del papel filtro más la torta para luego secarla hasta obtener peso constante. Al cabo de 60 min la masa fue de 19.03 g., se observó que la masa no variaba significativamente, por lo que ya no se procedió a secar.
Objetivos
- Determinar la torta
- Determinar la resistencia del medio filtrante
- Determinar las propiedades de la torta, características físicas del medio filtrante, filtro, espesor, densidad de la torta y el medio filtrante.
Marco teórico
Operación unitaria de filtración
La filtración es una operación unitaria que se utiliza para separar partículas sólidas (insolubles) contenidas en fluidas (líquidos o gases), mediante el paso del fluido a través de una superficie con orificios de determinados tamaños.
La filtración es la separación de partículas sólidas a partir de un fluido mediante el paso del fluido a través de un medio filtrante o pared separadora sobre el que se depositan los sólidos. El fluido puede ser un líquido o un gas, y la corriente valiosa procedente de un filtro puede ser el fluido, los sólidos o ambos productos.
En la filtración industrial, el contenido de solidos de la alimentación se modifica de alguna forma mediante un pre tratamiento, a fin de aumentar la velocidad de filtración por medio de calentamiento, re cristalización o adición de un “coadyuvante de filtración”, tal como la celulosa o tierra de diatomeas. Debido a la variedad de materiales que se han de filtrar y las diferentes condiciones de operación de los procesos se han desarrollado numerosos tipos de filtros, algunos de los cuales se describen en la Figura 1.
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Figura 1: Mecanismos de filtración: a) filtro de torta, b) filtro clarificador, c) filtro de flujo transversal.
En la Figura 2 se muestra un aparato de filtración típico del laboratorio, que es un embudo de Buchner. El flujo del líquido a través de la tela o papel filtro se produce debido al vacío en el extremo de salida. La suspensión consta del líquido y las partículas suspendidas. Las pequeñas aberturas de los poros de la tela bloquean el paso de las partículas. Se usa un soporte con orificios bastante grandes, sobre el cual se apoya la tela filtrante.
Las partículas sólidas se acumulan en forma de una torta de filtrado a medida que se verifica el proceso. Esta torta también actúa como filtro de las partículas suspendidas. La resistencia de flujo aumenta a medida que la torta crece.
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Figura 2: Aparato de filtración de laboratorio.
Tipos de equipos de filtración.
En una de las agrupaciones los filtros se clasifican dependiendo de que la torta de filtrado sea el producto deseado o bien el líquido transparente.
Los filtros también se clasifican de acuerdo con su ciclo de operación: por lotes, cuando se extrae la torta después de cierto tiempo, o de manera continua, cuando la torta se va extrayendo a medida que se forma. En otra clasificación los filtros pueden ser de gravedad, donde el líquido simplemente fluye debido a la presencia de una carga hidrostática. A continuación se describirán los tipos más importantes.
Lecho de filtración.
El tipo más sencillo de filtro es el de lecho, que se muestra en la Figura 3. Este tipo es útil en casos en los que pequeñas cantidades relativas de solidos se separan de grandes cantidades de agua y se clarifica el líquido. Con frecuencia las capas inferiores se componen de piezas burdas de grava que descansan sobre una placa perforada o ranurada. Por encima de la grava hay arena fina que actúa como el medio de filtración real. El agua se introduce en la parte alta del lecho sobre un deflector que dispersa el agua, el líquido clarificado se extrae de la parte inferior. La filtración continúa hasta que el precipitado, es decir, las partículas filtradas, obstruyen el lecho de arena y la velocidad de flujo resulta demasiado baja.
Filtro de prensa de placas y marcos.
Uno de los tipos de filtros más importantes es el filtro prensa de placas y marcos que se muestra en la Figura 4, consisten de placas y marcos alternados con una tela filtrante a cada lado de las placas. Las placas tienen incisiones con forma de canales para drenar el filtrado en cada placa. La suspensión de la alimentación se bombea en la prensa y fluye a través del conducto al interior de cada uno de los marcos abiertos, de manera que va llenando los espacios vacíos. El filtrado fluye entre la tela filtrante y la superficie de la placa, a través de los canales y hacia el exterior, mientras los sólidos se acumulan como torta en los marcos. La filtración continúa hasta que los marcos quedan completamente llenos de sólidos.
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