Filtracion

FILTRACION

La filtración es la operación unitaria en la que el componente sólido insoluble de una suspensión sólido- líquido s separado del componente líquido haciendo pasar éste a través de una membrana porosa que retiene a las partículas sólidas en su superficie corriente arriba, o dentro de su estructura, o ambos.

Se le denomina como prefiltrado a la suspensión sólido- líquido alimentada, filtrado al componente líquido que pasa a través de la membrana, y a la membrana en sí se l conoce como el medio filtrante. A los sólidos separados se les llama la torta del filtro, una vez que forman una capa percibible en la superficie de la membrana.

Todo equipo de filtración, independientemente de su diseño, debe de suministrar un soporte para el medio filtrante, un espacio para la acumulación de sólidos, canales para alimentar el pre-filtrado y para retirar el filtrado, y un medio para inducir el flujo del filtrado a través del filtro.

En algunas ocasiones es el líquido (el filtrado) que constituye al producto deseado, y en otras ocasiones la torta del filtro.

Es necesario al aplicar una fuerza externa al fluido para que éste se sobreponga a la resistencia que le opone a su tránsito el medio filtrante.

Equipos de filtración.

Existen varios tipos de filtros industriales pero los más comunes son:

a) Filtroprensa

Los filtros prensa pueden operarse a presión constante o puede incrementarse gradualmente la presión para mantener el volumen de filtrado constante ya que comúnmente se emplean bombas centrífugas con estos equipos, la filtración se da inicialmente a tasa constante seguida de a presión constante. La presión empleada en este tipo de equipos es de 25-75 psig. (276-61RN/m2).

Estos equipos existen con las placas en forma vertical u horizontal.

Filtroprensa de Placas Verticales

El elemento básico en un filtroprensa vertical es un arreglo de placas de drenado verticales que sostienen a medio filtrante. Un diseño muy conocido es la prensa de placas y marcos.

En ésta tipo de filtro placas y marcos. En éste tipo de filtro placas estriadas cubiertas de ambos lados con el medio filtrante, se alternan con marcos en un soporte (Fig.1). El conjunto de placas y marcos puede apretar con un tornillo sinfín mecánico o hidráulico para evitar las fugas de fluido. El medio filtrante actúa también como junta. Tanto las placas como los marcos están previstos de aberturas en una esquina formándose un canal por donde se alimenta la suspensión a filtrarse.

Además, el centro hueco de los marcos se encuentra conectado por un canal auxiliar al canal de alimentación (Fig.2). La suspensión alimentada entra a los marcos y la torta se acumula en el espacio vacío, mientras que el filtrado pasa a través del medio filtrante y sobre las superficies estriadas de las placas de donde es retirado por medio de un canal de drenado en cada placa. La filtración continua hasta que el flujo de filtrado cae por debajo de un nivel práctico o si la presión alcanza un nivel inaceptable.

b) Filtros al vacío

Este tipo de filtros es recomendado para procesos continuos. En estos filtros se mantiene una presión subatmosférica corriente abajo del medio filtrante y atmosférica corriente arriba.

Filtros de Tambor Rotatorio al Vacío.

Consisten de un tambor rotatorio girando alrededor de su eje horizontal. La superficie del tambor consiste de un número de compartamientos poco profundos formados por flejes divisorios que corren a lo largo del tambor (Fig.3). Cada compartimento se encuentra conectado por una o varias tuberías a una válvula rotatoria automática situada centralmente en un extremo del tambor. El tambor se encuentra parcialmente sumergido en un tanque abierto que contiene la suspensión a filtrarse. El medio filtrante cubre la superficie del tambor y se encuentra soportado por placas perforadas. El tambor gira a velocidades del orden de 0.1-2 rpm. Conforme el tambor gira los compartimentos sumergidos en la suspensión forman un vacío. El filtrado fluye a través del medio filtrante y salen por la tubería de drenado, mientras que los sólidos forman una torta en la superficie externa del medio filtrante. Conforme el compartimento emerge de la suspensión, la capa de torta es raspada.

Filtros Centrífugos

En estos filtros se emplea la fuerza centrífuga como fuerza motriz. Estos filtros realmente son centrífugas adaptadas con un recipiente perforado sobre el cual se coloca un medio filtrante.

La suspensión a filtrar se alimenta al interior del recipiente sujeto a fuerzas centrífugas, el filtrado fluye a través del medio filtrante y la torta se acumula en el interior del recipiente.

Bibliografía

Gean Koples, C.J. (1995). Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. 2ª Ed.

CECSA. México.

MEZCLADO Y AGITACIÓN

El proceso de agitación es uno de los más importantes dentro de la industria química porque el éxito de muchas operaciones industriales depende de una agitación y mezcla eficaz. Sin embargo, debido a la complejidad de los fenómenos de transporte involucrados, es uno de los procesos más difíciles de analizar y caracterizar.

Se debe distinguir entre agitación y mezcla. Agitación se puede definir como el movimiento circulatorio inducido a un fluido dentro de un contenedor, fundamentalmente de forma circular y provocando vértices. El objeto de la agitación puede ser incrementar la transferencia de calor en el fluido o incrementar el transporte de materia, es decir, mezclar. En contraste con la agitación, mezclar es obtener una distribución espacialmente homogénea de dos o más fases inicialmente separadas. Aquí, una de las fases ha de ser un fluido, mientras que la otra puede ser algo tan variado como otro fluido, partículas sólidas o burbujas.

En la práctica, el diseño de la agitación ha de atender a dos factores: el grado de homogeneidad y el tiempo de mezcla. Dado que el resultado de la mezcla nunca es perfecto, el grado de homogeneidad se hace depender de la calidad deseada en el producto final. Finalmente, la potencia requerida en la agitación depende de estos dos factores, así como del rendimiento.

Equipo de agitación.

Los líquidos se agitan con más frecuencia en tanques o recipientes, generalmente de formas cilíndricas y provistas de un eje vertical. La parte superior del recipiente puede estar abierta al aire o cerrada. Las proporciones del tanque varían bastante dependiendo de la naturaleza del problema de agitación. El fondo del tanque es redondeado y no plano, con el fin de eliminar los rincones escarpados o regiones en las que no penetrarían las corrientes de fluido. La altura del líquido es aproximadamente igual al diámetro del tanque.

Figura 1 Tanque típico de proceso de agitación.

La velocidad de giro se elige normalmente en función del tipo de operación que se desea realizar. Como norma general, se sigue el siguiente criterio:

Agitación rápida para: => medios muy fluidos en régimen turbulento

Agitación lenta para: => medios muy viscosos en régimen laminar

En la realidad, el campo de flujo producido por los agitadores es siempre tridimensional, pero existe siempre un flujo predominante:

1) predominantemente axial (por ejemplo: agitador de hélice)

2) predominantemente radial (por ejemplo: agitador de palas rectas)

1) Axial 2) Radial

Rodetes. Los agitadores de rodete se dividen en dos clases: los que generan corrientes paralelas al eje del rodete, y aquellos que generan corrientes en dirección tangencial o radial. Los primeros reciben el nombre de rodetes de flujo axial, y los segundos rodetes de flujo radial.

Los tres principales tipos de rodetes son hélice, palas y turbinas.

Agitador de hélice

Una hélice es un rodete con flujo axial y alta velocidad que se utiliza para líquidos de baja viscosidad. Las hélices pequeñas giran con la misma velocidades que el motor, entre 1150 y 1750 rpm; las grandes giran entre 400 y 800 rpm.

En la figura 2 se representa una hélice típica. Las mas frecuentes son las hélices marinas de tres palas con paso cuadrado; para fines especiales se utilizan hélices de cuatro palas, ruedas dentadas y otros diseños.

Las hélices raramente superan las 18 pulgadas de diámetro, con independencia del tamaño del tanque. En tanques profundos pueden instalarse dos o más hélices sobre el mismo eje.

Figura 2. Agitador de elice.

Agitador de palas planas

Para los problemas más sencillos, un agitador eficaz consta de una pala plana que gira sobre un eje vertical. Son frecuentes los agitadores de dos y cuatro palas. Las palas giran a bajas o moderadas velocidades en el centro del tanque, impulsando el liquido radial, sin que haya prácticamente movimiento vertical excepto que las placas estén inclinadas. Las corrientes que generan se desplazan hacia fuera hasta la pared del tanque y después hacia arriba o hacia abajo. En algunos diseños las placas se adaptan a la forma de las paredes del tanque, de forma que rascan la superficie y pasan sobre

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