Practica nº3: Filtración

FACULTAD DE QUÍMICA INGENIERÍA QUÍMICA E INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

Universidad del Perú. Decana América.

[pic 1]

LABORATORIO DE INGENIERIA QUIMICA II

Practica nº3: Filtración.

PROFESOR:

Pizarro Cabrera, Raul German

ALUMNOS:

• Gallegos Huaman, Ivan                               18070097
• Ramirez Zenozain, David                            18070111
• Romero Caballero, Shirley Rocio                18070115
• Rojas Salazar, Orlando Raul Helier             19070204
• Lucero

Lima, 2022-1

ÍNDICE

1.        RESUMEN        3

2.        INTRODUCCIÓN        4

3.        HISTORIA O DISCUSIÓN HISTÓRICA        5

4.        MARCO TEORICO        6

5.        METODOLOGIA        7

5.1.        Materiales        7

5.2.        El sistema de filtración        7

5.3.        Procedimiento experimental        9

6.        TABLA DE DATOS Y RESULTADOS        10

7.        CÁLCULOS        16

7.1.        Fracción en peso de  en la suspensión        16[pic 2]

7.2.        Relación entre torta húmeda y la torta seca        16

7.3.        Masa de sólidos referida al volumen de filtrado        16

7.4.        Cálculo del área de filtrado (A)        17

7.5.        Cálculo de la resistencia especifica de la torta (α)        18

7.6.        Cálculo de la Resistencia del medio filtrante Rm:        19

7.7.        Cálculo de la porosidad de la torta        20

7.8.        Cálculo de la resistencia de la torta (        20[pic 3]

7.9.        Cálculo de la superficie específica de la partícula        21

7.10.        Cálculo del factor de compresibilidad de la torta        22

8.        DISCUSIÓN DE RESULTADOS        24

9.        CONCLUSIONES        25

10.        RECOMENDACIONES        26

11.        BIBLIOGRAFÍA        27

12.        ANEXOS        29

APÉNDICE        32

Esquema experimental        32

1. RESUMEN

1. INTRODUCCIÓN

La Filtración se define como una técnica para separar sólidos en suspensión dentro de un fluido, ya sea líquido o gaseoso, para lo cual se emplea un medio filtrante, un material poroso (filtro). Este filtro retiene los sólidos de mayor tamaño y permite el paso del fluido con las partículas de menor tamaño. A este fluido se le denomina filtrado.

La importancia de este informe radica en profundizar sobre los conceptos teórico-práctico que un ingeniero químico debe poseer en operaciones unitarias, ya que la filtración forma parte de los métodos de separación de mezclas más utilizadas en diferentes tipos de industrias, por lo que existen distintos artefactos mecánicos capaces de llevarlo a cabo con un variado rango de precisión.

La experiencia se realiza por el interés de conocer la Filtración en la industria, ya que es una de las aplicaciones más comunes del flujo de fluidos a través de lechos empacados. La forma en que se lleva a cabo en la industria resulta exactamente análoga a las filtraciones que se verifican en el laboratorio químico usando papel filtro en un embudo. El objetivo de esta es la separación de un sólido del fluido en el cual se transporta. Las partículas sólidas son atrapadas dentro de los poros de la membrana y se acumulan en una capa sobre la superficie de esta membrana. La filtración industrial difiere del laboratorio en el volumen de material manejado y en la necesidad de manejarlo a bajo costo. Algunas aplicaciones industriales las encontramos en la fabricación de pulpa y papel, la refinación de petróleo, fabricación de productos químicos, fabricación de azúcar de remolacha y caña, refinación del azúcar, tratamiento de las aguas del saneamiento, fabricación de cemento, etc.

El objetivo de la práctica es determinar las resistencias específicas de la torta y del medio filtrante, cuando se filtra una suspensión de carbonato de calcio, a presiones constantes de 30, 40 y 50psi, además determinar el grado de compresibilidad de la torta.

1. HISTORIA O DISCUSIÓN HISTÓRICA

La filtración es una operación básica de la ingeniería química que ha evolucionado como un método “simple” desde aplicaciones prehistóricas como la tradicional filtración en lecho de arena empleado desde la antigüedad para la extracción de agua potable teniendo una relevancia en el siglo XX cuando se publicaron una serie de trabajos tales como Carman en 1937 (Flujo de fluido a través de lechos granulares), B. Ruth en 1946 (Correlación de la teoría de la filtración con la práctica industrial), estudios que no solo marcaron un precedente sino que fueron progresivamente ampliados en trabajos con medios porosos por Heertjes y colaboradores en 1949 (Estudios en Filtración parte I)  y 1966 (Bloqueo de filtros, medios filtrantes y coadyuvantes de filtración) y Tiller entre 1953 (El papel de la porosidad en la filtración. Métodos numéricos para la filtración a velocidad y presión constantes basados en las leyes de Kozeny) y 1964 (El papel de la porosidad en la filtración: VI. Nueva definición de resistencia a la filtración).

Anteriormente, varios autores han revisado el estado de los conocimientos en filtración tanto desde una perspectiva práctica en los trabajos de Cain en 1984 (Filtro auxiliar y uso de la filtración en expansores para tubos con aletas) y Kiefer, en 1991 (Filtración de tierra de diatomeas) como en sus principios teóricos con las publicaciones de Bear, 1988 (Derivaciones de la ley de Darcy) y Norden en 1994 (Aplicación de los balances de volumen y la ecuación de difusión diferencial a la filtración).

Aunque la teoría de la filtración no se emplea en exclusiva para el diseño de filtros en aplicaciones concretas, es frecuentemente empleada para la interpretación de resultados a escala de laboratorio, la optimización de aplicaciones o la predicción de cambios en las condiciones de trabajo. Su principal limitación reside en el hecho de que las características de la mezcla a tratar de partículas sólidas y fluido, a veces llamada lechada, por su complejidad e interacción pueden ser muy variables en los diferentes casos reales.

Dentro de las nuevas técnicas para mejorar el rendimiento de los procesos de separación, podemos mencionar el método de carbonato de calcio precipitado producido con un método innovador de escoria siderúrgica y dióxido de carbono. El concepto utiliza escoria siderúrgica como materia prima y tiene potencial para fijar CO2 emisiones y utilizar escoria siderúrgica, simultáneamente. Como el carbonato de calcio se precipita en una solución que contiene cloruro de amonio, cloruro de calcio y amoníaco, el producto debe lavarse y, por lo tanto, filtrase.

1. MARCO TEORICO

1. METODOLOGIA

1. Materiales

• Cinta Métrica
• Cronómetro
• Estufa
• Vasos de precipitado
• Balanza electrónica, de precisión decimal, incertidumbre +- 0.1 g.
• Suspensión de Carbonato de Calcio
• 2 probetas plásticas de 1000 mL

Equipos:

• Una unidad Filtro prensa de placas y marco construido con tubería de acero galvanizado de  ½ pulg. y accesorios como válvulas, codos de 90°.
• Una estufa eléctrica

Accesorios:

• Una electrobomba
• Un tablero, alimentador de energía
• Un tanque de acero galvanizado de 200 litros aprox. con un agitador de paleta, motor de 0.5 hp
• Dos placas de bronce de 6 7/8 x 6 7/8 pulgadas, espesor ½”.
• Ocho marcos de 7¼ x 7¼ pulgadas (espesor: 4 de ½”, 2 de 1” y 2 de 1½ “)

Insumos:

• Carbonato de calcio, Baritina

1.  El sistema de filtración

El equipo de filtrado está conformado por un sistema de Filtración tipo Prensa de Placas y Marcos, en el cual se coloca la tela filtrante de algodón, junto a 8 marcos y la suspensión de carbonato de calcio está contenida en un tanque de hierro galvanizado con agitador, desde el cual se transporta a través de tuberías y válvulas, mediante una bomba centrifuga.

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1.  Procedimiento experimental

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1. TABLA DE DATOS Y RESULTADOS

Tabulación de datos teóricos

Tabla 1: Propiedades Físicas del Agua y CaCO3

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