FILTRAÇÃO. Nas indústrias de alimentos e bebidas, a filtração aparece na produção de suco de frutas, óleos vegetais, vinho, cerveja......a filtração freqüentemente.

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1 FILTRAÇÃO

2 Nas indústrias de alimentos e bebidas, a filtração aparece na produção de suco de frutas, óleos vegetais, vinho, cerveja......a filtração freqüentemente é realizada através de filtros prensa, filtros rotativos ou por meio de membranas. www.meiofiltrante.com.br

3 FILTRAÇÃO O objetivo da operação é separar mecanicamente as partículas sólidas de uma suspensão líquida com o auxílio de um leito poroso...

4 FILTRAÇÃO Compete com... decantação centrifugação prensagem Aplicações... separação de sólidos relativamente puros de suspensão diluídas; clarificação total (e às vezes até o branqueamento simultâneo) de produtos líquidos; eliminação total do líquido de uma lama já espessada.

5 FILTRAÇÃO A escolha do filtro depende em grande parte da economia do processo que é função da.... 1. Viscosidade, densidade e reatividade química do fluido; 2. Dimensões da partícula sólida, tendência à floculação e deformabilidade; 3. Concentração da suspensão de alimentação; 4. Quantidade do material que deve ser operado; 5. Valores absolutos e relativos dos produtos líquido e sólido; 6.Grau de separação que se deseja realizar; 7.Custos relativos da mão-de-obra, do capital e da energia.

6 FILTRAÇÃO Força propulsora próprio peso da suspensão pressão aplicada sobre o líquido; vácuo; força centrífuga.

7 FILTRAÇÃO quando a operação começa algumas partículas ficam retidas por aderência e tem início a formação da torta, que é o verdadeiro leito poroso promotor da separação...

8 FILTRAÇÃO O meio filtrante é previamente recoberto com um material inerte que se destina a reter os sólidos contaminantes da suspensão. O sólido empregado é denominado auxiliar de filtração, ou ainda, coadjuvante de filtração

9 FILTRAÇÃO Características dos auxiliares de filtração... acelerar a filtração ou ainda para possibilitar a coleta mais completa das partículas mais finas da suspensão. Possuem estrutura rígida, que formam tortas abertas, não compressíveis. desempenha o papel de “esqueleto” da torta. Mantém a torta porosa durante todo o ciclo.

10 FILTRAÇÃO Auxiliares de filtração Diatomáceas: são rochas sedimentares formadas por esqueletos silíceos microscópicos de algas de origem marinha ou lacustre Perlita : rocha vítrea de origem vulcânica Celulose : farinha de madeira Carvão ativo: Obtido a partir dos sub- produtos da fabricação de papel

11 www.princeton.edu Formam a torta sobre o meio filtrante...

12 FILTRAÇÃO Meio filtrante a variedade de meios filtrantes utilizados industrialmente permite sua utilização como critério de classificação dos filtros... leitos granulares soltos leitos rígidos telas metálicas tecidos e membranas

13 FILTRAÇÃO... m FILTRAÇÃO... meio filtrante Leitos granulares... areia, pedregulho, carvão britado, escória, calcáreo, coque e carvão de madeira Leitos rígidos.... tubos porosos de aglomerados de quartzo ou alumina (para a filtração de ácidos), de carvão poroso (para soluções de soda e líquidos amoniacais) de barro e caulim cozidos a baixa temperatura (usados na clarificação de água potável).

14 FILTRAÇÃO... m FILTRAÇÃO... meio filtrante Telas metálicas... chapas perfuradas ou telas de aço carbono, inox, níquel ou monel Tecidos... tecidos vegetais - algodão, a juta (para álcalis fracos), o cânhamo e o papel tecidos de origem animal - lã e a crina (para ácidos fracos) minerais: amianto, lã de rocha e lã de vidro, para águas de caldeira; plásticos: polietileno, polipropileno, PVC, nylon, teflon, orlon, saran, acrilan e tergal....

15 FILTRAÇÃO A escolha do meio filtrante depende da.... capacidade de remoção da fase sólida possibilidade de uma elevada vazão de líquido para uma dada queda de pressão resistência mecânica inércia química frente a suspensão a ser filtrada e a qualquer líquido de lavagem

16 FILTRAÇÃO... TORTA Os tipos de torta dependem..... da natureza do sólido da granulometria e da forma das partículas do modo como a filtração é conduzida do grau de heterogeneidade do sólido

17 FILTRAÇÃO Resistência ao escoamento do filtrado... O escoamento no interior da torta é laminar... Com isso a queda de pressão é proporcional à velocidade... E as tortas formadas podem ser incompressíveis ou compressíveis...

18 Filtração Os fatores que controlam a velocidade de filtração são: a queda de pressão área de filtração, meio filtrante Viscosidade Características da torta... número de canais, diâmetro e comprimento dos canais e o tipo de torta.

19 Filtração O escoamento do filtrado no interior da torta é laminar, uma vez que os canais da torta apresentam pequenos diâmetros. As equações de projeto são desenvolvidas a partir de ensaios em escala reduzida. Parâmetros a ser determinados...

20 Filtração Velocidade de operação força propulsora é a soma da queda de pressão na torta e no meio filtrante... resistência da torta + resistência do meio filtrante

21 Filtração A resistência da torta varia com o tempo devido ao aumento de sua espessura resistência do sistema (meio filtrante + canais do filtro) permanece constante

22 Filtração Queda de pressão na torta... Para o equacionamento será considerado o processo de filtração com formação de torta incompressível

23 Filtração Considerando... - fluxo unidimensional -velocidade constante Lei de Darcy

24 Filtração dP 1 = queda de pressão na torta k = permeabilidade

25 Filtração Substituindo na equação de Darcy... Onde porosidade, permeabilidade e densidade são constantes...

26 Filtração Define-se... α = resistividade específica da torta Temos...

27 Filtração Cálculo da queda de pressão no meio filtrante L m = espessura do meio filtrante...

28 Filtração Define-se R m = resistência do meio filtrante Queda de pressão...

29 Filtração A queda total de pressão... Determinar tempo e área de filtração... pela taxa de filtração...... Determinação da massa... pela concentração de sólidos...

30 Filtração C s = concentração da suspensão Velocidade de escoamento..

31 Filtração Substituindo na equação... Temos... ou

32 Filtração Para filtração com pressão constante... podemos introduzir as constantes K p e B

33 Filtração Assim... unidades de Kp → s/m 6 B → s/m 3

34 Filtração Para filtração a pressão constante V e t são as únicas variáveis da equação...

35 Filtração Em um ensaio determinamos o volume de filtrado correspondente a diferentes tempos (t) de filtração. A partir dos dados experimentais determinamos α e R m....

36 Filtração Determinação de α... Determinação de R m

37 Exemplo (Geankoplis) Dados experimentais de um ensaio de laboratório de filtração de CaCO 3 a 25 o C a pressão constante de 338 kN/m 2 são mostrados na tabela abaixo. A área de filtração do filtro de placas e quadros é de 0,0439 m 2 e a concentração dos sólidos na suspensão (Cs) é de 23,47 kg/m 3 ; viscosidade = 8,937 x10 -4 t (s)4,49,516,324,634,746,159,073,689,4107,3 V x 10 3 (m 3 ) 0,4981,001,5012,002,4983,0023,5064,0044,5025,009

38 1.Determine as constantes α e Rm. 2. Determine o tempo necessário para obter um volume de 3,37 m 3 em um filtro industrial de placas e quadros constituído de 20 quadros com área unitária de 0,873 m 2. A pressão e as propriedades da torta são as mesmas do ensaio de laboratório.

39 Resolução B= 6784 s/m 3 Kp/2 = 2,88 x10 6 s/m 6 α = 1,79 x10 11 m/kg R m = 1,13 x 10 11 m -1

40 Tempo necessário para obter um volume de 3,37 m 3 em um filtro de placas e quadros constituído de 20 quadros com área unitária de 0,873 m 2... A 2 = 20 * 0,873 m 2 = 17,43 m 2 Kp 2 = 5,76 x 10 6 * (A1/A2) 2 = 5,76x10 6 * (0,0439/17,43) 2 Kp 2 = 36,42 s/m 6 B 2 = 6784 * (A1/A2) = 6784 * (0,0439/17,43) B 2 = 17,05 s/m 3 Pela equação t = 264 s

41 Tema de casa... Geankoplis 14.2-1, 14.2-2, 14.2-5 e 14.2-6 Material disponível no moodle. Bom final de semana!!! Elaborado por José Miguel Müller Prof. do EQA.