Operação Unitária de Filtração

Apresentação em tema: "Operação Unitária de Filtração"— Transcrição da apresentação:

1 Operação Unitária de Filtração
UFPR Setor de Ciências da Saúde Curso de Farmácia Disciplina de Física Industrial Operação Unitária de Filtração Prof. Dr. Marco André Cardoso

2 Filtração Física Industrial
Operação unitária na qual se separa uma mistura sólido-fluído em suspensão através da passagem do fluido por uma barreira ou meio poroso chamado filtro, com pequenos orifícios onde retém as partículas sólidas contidas na mistura; É uma das aplicações mais comuns do escoamento de fluidos através de leitos compactos;

3 Física Industrial Filtração

4 Objetivo Filtração Separação de um sólido do fluido que o carreia;
Obter como produto: ou o fluido introduzido em estado de maior “pureza”, ou seja, mais livre de eventuais agentes “poluentes” (físicos, químicos e biológicos), ou o sólido separado do líquido; Desta forma, o produto pode ser tanto o fluido clarificado quanto a torta de partículas sólidas;

5 Teoria da Filtração Filtração
Seu uso é limitado para suspensão em questão, com suas respectivas propriedades; Utilizada para interpretação de testes laboratoriais, na busca de condições ótimas de operação e na previsão de efeitos e alterações nas condições de filtração; Deve-se levar em conta: queda da pressão, área do meio filtrante, viscosidade do filtrado, resistência do meio filtrante e resistência da torta;

6 Filtração “Torta” Constitui uma camada de partículas sólidas sobre a superfície e/ou no corpo poroso do elemento filtrante; A espessura desta camada aumenta à medida que o processo de filtração se desenvolve, permitindo o fluxo da solução a ser filtrada pelos canais de passagem formados no interior da torta; Sua classificação depende da natureza do sólido, da granulometria, da forma das partículas e do grau de heterogeneidade;

7 Filtração “Torta” Alimentação Meio poroso Torta Filtrado

8 Filtração “Torta” Podem ser divididas em duas classes: compressíveis e incompressíveis.; Quando a torta formada é composta por partículas compressíveis recomenda-se que a filtração seja iniciada em pressão baixa para que a pressão diferencial não aumente rapidamente devido à compactação da torta, tornando-a pouco permeável; O aumento gradativo da pressão do fluido de acordo com o aumento de espessura da torta mantém a vazão do filtrado constante;

9 Filtração “Torta” No caso de tortas incompressíveis, a resistência ao fluxo do fluido não exerce grande influência na vazão do filtrado ou na pressão diferencial do filtro; No entanto, em tortas compressíveis, a formação da torta contribui para o aumento da pressão diferencial, devido sua maior densidade e conseqüentemente, maior resistência ao fluxo do fluido;

10 Meio Poroso ou Elemento Filtrante
Filtração Meio Poroso ou Elemento Filtrante Pode ser descrito como um volume sólido contendo uma complexa rede de vácuos; A maneira como os poros estão encaixados, a extensão de sua interconexão, locação, tamanho e forma caracterizam o meio poroso; Em geral estes estão classificados como consolidados e não consolidados e como ordenados e aleatórios;

11 Meio Poroso ou Elemento Filtrante
Filtração Meio Poroso ou Elemento Filtrante Deve possuir as seguintes características: - Reduzir ao máximo a passagem de sólidos através dos poros no início da filtração; - Apresentar a mínima resistência à passagem do líquido; - Compatibilidade química com o meio; - Resistência mecânica para suportar a pressão de operação; - Desgaste mecânico mínimo; - Facilidade para descarregar a torta; - Baixo custo;

12 Filtração Meio Poroso

13 Meio Poroso ou Elemento Filtrante
Filtração Meio Poroso ou Elemento Filtrante Podem ser de superfície (filtro de papel, tecidos...) ou de profundidade (caixa com areia...). Podem ser constituídos de qualquer tipo de material sólido; Materiais cerâmicos – Caixa de areia para retirada de sólidos insolúveis da água, corpos cerâmicos porosos, fibras de vidro para filtração de soluções ácidas ou corrosivas... Materiais metálicos – Filtração de líquidos e gases aquecidos acima de 100 ºC feitos com placas perfuradas, tecidos metálicos...

14 Meio Poroso ou Elemento Filtrante
Filtração Meio Poroso ou Elemento Filtrante Materiais poliméricos – São os materiais mais utilizados para a filtração (mais conhecidos como plásticos, embora nem todos os polímeros sejam plásticos, por exemplo borrachas, fibras celulósicas...) podendo ser preparados na forma de: - particulados em caixas como filtros de profundidade; - fibras desorientadas ou semi-orientadas em falso tecido (também conhecido como “tecido não tecido” e “feltro”) - filtros de papel; - tecidos filtrantes; - placas porosas (“velas para filtro doméstico”); - membranas semipermeáveis; - filtros catalisadores;

15 Filtração Filtração A operação industrial é análoga é exatamente análoga a efetuada em um laboratório químico, usando-se papel de filtro e funil; A industrial difere somente no volume de material operado e na necessidade de ser efetuada a baixo custo; Assim, para elevar a produção deve-se aumentar a queda de pressão, ou deve-se diminuir a resistência ao escoamento, para aumentar a vazão; A maioria dos equipamentos opera mediante a diminuição da resistência mediante o aumento da área filtrante;

16 Filtração Filtração A escolha do equipamento filtrante depende em grande parte da economia do processo, mas as vantagens econômicas serão variáveis de acordo com: - Viscosidade, densidade relativa química do fluido; - Dimensões da partícula sólida, distribuição granulométrica, forma da partícula, tendência à floculação e deformidade; - Concentração da suspensão de alimentação; - Quantidade do material que deve ser operado; - Valores absolutos e relativos dos produtos líquido e sólido; - Grau da separação que se deseja efetuar; - Custos relativos a mão de obra, do capital e da energia;

17 Filtração Filtração Filtro de Papel Bomba de vácuo

18 Filtração Filtração Os filtros industriais podem ser feitos para funcionar em batelada (a torta é retirada depois de cada corrida) ou de forma contínua (a torta sólida é retirada continuamente); Os filtros podem funcionar: Por ação da gravidade, o líquido flui devido a existência de uma coluna hidrostática; Por ação de força centrífuga; Por circulação forçada pela aplicação de pressão ou vácuo para aumentar a taxa de fluxo; Por ação física ou mecânica; Por ação química; Por ação biológica;

19 Meios Filtrantes Granulados
Filtração Meios Filtrantes Granulados São os filtros industriais mais simples, constituídos por uma ou mais de uma camada de sólidos particulados, suportados por um leito de cascalho sobre uma grade através do qual o material a ser filtrado flui por gravidade ou por pressão; São usados primordialmente quando se tratam grandes volumes de suspensão muito diluída, nas quais nem o sólido nem o líquido têm valor unitário elevado, e quando o produto sólido não deve ser recuperado; Constituem o suporte principal dos sistema de purificação de águas servidas; A lavagem ser faz através de corrente reversa;

20 Meios Filtrantes Granulados
Filtração Meios Filtrantes Granulados Entrada do líquido Partículas sólidas separadas Defletor Partículas finas Placa metálica perfurada ou com ranhuras Partículas grossas Líquido clarificado

21 Meios Filtrantes Granulados
Filtração Meios Filtrantes Granulados

22 Filtração Floculação As partículas a serem filtradas podem ser bem menores que os interestícios entre as partículas do leito; Isto é conseguido através da adição de agentes floculantes ao meio líquido; Deste modo promove o choque entre partículas de tamanho menor com o agente floculante, possibilitando a aglomeração e formação de partículas maiores; A agitação lenta com paletas, produz um ambiente favorável à ocorrência deste processo;

23 Filtração Floculação

24 Meios Filtrantes Multimedia
Filtração Meios Filtrantes Multimedia Antracito Areia ou Antracito Antracito Areia Areia Granada Camada simples Dupla camada Tripla camada

25 Meios Filtrantes Multimedia
Filtração Meios Filtrantes Multimedia Representam uma melhoria significativa sobre os filtros de leito único individuais; Permite a entrega de elevada qualidade da água filtrada em taxas de fluxo muito mais elevadas, em comparação a um filtro de areia convencional; O leito filtrante, em comparação com o leito do filtro de areia, está de cabeça para baixo; Desta forma, as partículas são retidas em toda a extensão do leito, permitindo que o filtro armazene mais sólidos por muito mais vezes antes da lavagem ser necessária;

26 Meios Filtrantes Multimedia
Filtração Meios Filtrantes Multimedia

27 Meios Filtrantes Multimedia
Filtração Meios Filtrantes Multimedia Apresentam como vantagens: - Podem operar por períodos mais longos; - É muito mais adequado para uso em um tanque de pressão; - Um elevado grau de limpidez do líquido filtrado é atingido devido ao fato de que as mais finas partículas também são armazenadas na parte inferior do sistema; - Permitem taxas de vazão muito maiores que os filtros de leito simples;

28 Meios Filtrantes Multimedia
Filtração Meios Filtrantes Multimedia

29 Filtração por Circulação Forçada
Consiste em “forçar” a passagem do líquido através das camadas filtrantes por meio de bombeamento, para aumentar a velocidade da operação; A capacidade final de filtração obtida por este processo depende do poder de compressão da bomba ou estação de bombeamento para gerar o fluxo do líquido, da altura da coluna d’água, e da permeabilidade total das camadas de filtração utilizadas;

30 Filtração por Circulação Forçada
Consiste em “forçar” a passagem do líquido através das camadas filtrantes por meio de bombeamento, para aumentar a velocidade da operação; A capacidade final de filtração obtida por este processo depende do poder de compressão da bomba ou estação de bombeamento para gerar o fluxo do líquido, da altura da coluna d’água, e da permeabilidade total das camadas de filtração utilizadas;

31 Filtração por Circulação Forçada

32 Circulação Forçada – Vantagens
Tipos de Filtros Circulação Forçada – Vantagens Operação contínua; Recuperação ou remoção dos contaminantes do bolo pela lavagem em contracorrente; Produção de filtrados relativamente limpos usando uma porta para o turvo ou uma bacia de sedimentação; Acesso conveniente ao bolo para atividades do operador ou retirada de amostragem; Controle fácil de parâmetros operacionais tais como relações da espessura ou da lavagem do bolo; Grande variedade de materiais de construção; Baixo custo de manutenção, já que não requer tanta mão de obra;

33 Tipos de Filtros Filtros de Pressão

34 Filtros de Pressão – Vantagens
Tipos de Filtros Filtros de Pressão – Vantagens São obtidas tortas com conteúdo de umidade muito baixas; Podem ser alcançadas recuperação intensiva de solúveis, ou remoção de contaminantes da torta; AS membranas filtrantes podem ser construídas de uma variedade larga de ligas que incluem materiais sintéticos, metálicos e cerâmicos; Estão disponíveis com um grande nível de automatização, para trabalho intensivo controlado por operador, e até máquinas completamente automatizadas;

35 Filtros Prensa Tipos de Filtros
Permite a injeção da suspensão a filtrar até as superfícies filtrantes, por intermédio de canais apropriados; Permite a passagem forçada da suspensão através das superfícies filtrantes; Permite que o filtrado que passou pelas superfícies filtrantes seja expelido através da canais apropriados Retém os sólidos que estavam inicialmente na suspensão, com grau de umidade muito baixo;

36 Tipos de Filtros Filtros Prensa

37 Filtros Prensa – Componentes
Tipos de Filtros Filtros Prensa – Componentes

38 Filtros Prensa – Funcionamento
Mundo Ideal Filtros Prensa – Funcionamento

39 Tipos de Filtros Filtros Prensa

40 Filtros Prensa Tipos de Filtros
Embora alguns modelos apresentem elevado grau de automatização, os filtros prensa têm, inevitavelmente, operação cíclica; São usualmente adotados nos processos em batelada ou nos processos em que a produção é de porte modesto; O operador quase não pode ver o bolo se formando, e fica impossibilitado de fazer inspeção enquanto o filtro está em operação;

41 Tipos de Filtros Filtros Prensa

42 Filtros Folha Tipos de Filtros
É constituído por uma placa oca que fica permanentemente coberta pelo meio filtrante; A torta de filtração forma-se no exterior da folha e o filtrado passa para dentro da folha e daí para o sistema de descarga; Também pode ser automatizado para efetuar a filtração e a limpeza sem que precise de operação manual; O processo cíclico limita o seu emprego a operações em batelada e de capacidade modesta;

43 Mundo Ideal Filtros Folha

44 Mundo Ideal Filtros Folha

45 Mundo Ideal Filtros Folha

46 Mundo Ideal Filtros de Velas

47 Mundo Ideal Filtros de Velas

48 FIM