Aula 7: Filtração em Operações Unitárias II

OPERAÇÕES UNITÁRIAS II Engenharia Química 2S2023 Aula 7 Prof Me Marcelo Ferreira email marceloferreiraumcbr AGENDA Definição de filtração Tipos e filtros batelada contínuo Leito poroso gravitacional ou pressurizado Pressão positiva Pressão reduzida vácuo Centrífugo Equações da filtração Ciclo de operação FILTRAÇÃO A filtração é uma operação unitária de separação mecânica em que uma suspensão sólidolíquido é submetida a uma diferença de pressão que é aplicada para forçar a passagem dessa suspensão por um meio filtrante poroso no qual as partículas sólidas maiores do que as aberturas desse meio filtrante ficam retidas formando uma torta ou bolo e o líquido que passa pelo meio filtrante é chamado de filtrado ou clarificado FILTRAÇÃO Os elementos presentes e os princípios aplicados para as filtrações industriais são semelhantes aos utilizados para as filtrações em laboratório A ilustração apresenta um sistema típico de filtração em laboratório FILTRAÇÃO Funcionamento do filtro Há um suporte do meio filtrante sobre o qual vai se depositando a torta à medida que a suspensão passa através do filtro A força propulsora da operação varia de um modelo de filtro para outro podendo ser a o próprio peso da suspensão como no caso da figura b uma pressão aplicada sobre o líquido c vácuo d uma força centrífuga Ao contrário do que se pensa os poros do meio filtrante não precisam ser necessariamente menores do que as partículas FILTRAÇÃO Os canais do meio filtrante são tortuosos irregulares e mesmo que seu diâmetro seja maior do que o das partículas 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 Em muitas situações o meio filtrante é previamente recoberto com um material inerte que se destina a reter sólidos contaminantes da suspensão Nisto consiste o prérevestimento O sólido empregado é denominado auxiliar de filtração FILTRAÇÃO MEIOS FILTRANTES Materiais de fabricação malhas de algodão metálicas papel poliamida polipropileno fibras de vidro etc Devem reter o material sólido e permitir a passagem do líquido produzindo o clarificado Os poros do meio filtrante não devem entupir Devem ter boa resistência mecânica e química Devem permitir a fácil remoção da torta formada Baixo custo FILTRAÇÃO Auxiliares de filtração A filtração de suspensões com partículas muito finas forma tortas extremamente compactas e impermeáveis que podem entupir o meio malha filtrante Para que não ocorra tal problema são adicionados auxiliares de filtração que aumentam a porosidade da torta que permitem a passagem de líquido de maneira eficiente Os materiais mais utilizados são terras diatomáceas perlita celulose ou outros tipos de materiais porosos e inertes Os auxiliares podem ser misturados diretamente na suspensão a ser filtrada ou antes para formação de uma précamada filtrante FILTRAÇÃO Equação teórica da filtração simplificada 𝑄 𝐾 𝑃 𝐴 𝜇 Onde 𝑄 vazão do filtrado 𝐾 permeabilidade do meio 𝐴 área de filtração 𝑃 diferença de pressão 𝜇 viscosidade do filtrado FILTRAÇÃO Classificação dos filtros Objetivo da operação a operação de filtração pode ter como objetivo a coleta do filtrado da torta ou dos dois componentes Tipo de operação os filtros podem operar em regime contínuo de batelada Força propulsora força da gravidade pressão positiva ou pressão reduzida vácuo que fazem com que a suspensão escoe no sentido do meio filtrante FILTRAÇÃO Tipos de filtros Filtros de leito poroso granular Filtros de pressão positiva Filtrosprensas Filtros de lâminas Filtros contínuos rotativos a vácuo De tambor De discos Filtros centrífugos FILTRAÇÃO Filtros de leito poroso Tipo de filtro mais simples utilizado na indústria e de baixo custo de operação Aplicados para reter pequenas quantidades de sólidos e produzir grandes quantidades de filtrado por exemplo no tratamento de água potável A suspensão é alimentada pelo topo e o líquido clarificado produzido é coletado parte inferior do equipamento A operação é conduzida até que o meio filtrante ficar entupido pelo aumento de partículas sólidas retidas e a vazão de operação começa a declinar Nesse momento o fluxo é invertido e água limpa que pode ser o próprio filtrado é alimentada para realizar a retrolavagem FILTRAÇÃO Filtros prensas Operação em batelada Importante tipo de filtro que consiste na associação alternada de placas e quadros com um meio filtrante em cada lado dos pratos A suspensão a ser filtrada é alimentada ao filtro por bombeamento pressão positiva O líquido filtrado é drenado de cada placa e a fase sólida retida preenche o meio filtrante formando a torta ou bolo de lodo A operação é interrompida quando a placa fica totalmente preenchida pela torta que deve ser removida após a abertura do filtro O filtro é limpado e montado para um novo ciclo de filtração FILTRAÇÃO Filtros prensas Vantagens Oferecem grandes áreas de filtração Ocupam pouco espaço Alta flexibilidade operacional Baixa manutenção Desvantagens Necessitam de elevada mão de obra A lavagem é demorada e nem sempre é eficiente FILTRAÇÃO Filtros de lâminas Estes filtros também são conhecidos como filtrosprensa Para distinguir os anteriores são chamados filtrosprensa de placas São constituídos de lâminas filtrantes múltiplas dispostas lado a lado As lâminas ficam imersas na suspensão a filtrar sendo feita a sucção do filtrado para o seu interior por meio de uma bomba de vácuo Em outros tipos a suspensão é alimentada sob pressão num tanque fechado que aloja as lâminas Em ambos os casos a torta formase por fora das lâminas e o filtrado passa para o seu interior de onde sai por um canal apropriado para o tanque de filtrado FILTRAÇÃO Filtros contínuos rotativos Como o nome indica são de funcionamento contínuo sendo indicados para operações que requerem filtros de grande capacidade A saída de filtrado a formação a lavagem a drenagem e a descarga da torta são realizadas automaticamente Muito embora haja alguns tipos que funcionam sob pressão estes filtros geralmente operam a vácuo Os tipos existentes são de tambor de discos horizontais FILTRAÇÃO Filtros contínuos rotativos de tambor tambor cilíndrico de 30 cm a 5 m de diâmetro por 30 cm a 7 m de comprimento Operação contínua Parte do tambor fica imerso na suspensão a ser filtrada Filtração lavagem e descarga acontecem de maneira contínua em um tambor rotativo perfurado envolvido por um meio filtrante Trabalha com diferença de pressão máxima de 10 atm Não é adequado para líquidos viscosos Vantagens Operação contínua e automatizada Baixa mão de obra Desvantagens Alto custo de capital e de operação FILTRAÇÃO Filtros contínuos rotativos de tambor FILTRAÇÃO Filtros contínuos rotativos de tambor ciclo de lavagem FILTRAÇÃO Filtros contínuos rotativos de disco Neste caso o tambor é substituído por discos verticais que giram parcialmente submersos na suspensão O elemento filtrante é na realidade constituído de lâminas mas o filtro não deixa de ter as características de um filtro contínuo rotativo Cada setor do disco é ligado ao eixo do filtro por tubos O princípio de funcionamento é o mesmo do filtro de tambor rotativo mas a lavagem que já no caso do filtro de tambor rotativo não era muito eficiente tornase agora ainda menos eficiente Além disso a raspagem da torta é mais complicada A vantagem é a grande área filtrante por unidade de área de implantação As áreas são bem maiores do que as do modelo convencional variando entre 10 e 400 m² FILTRAÇÃO Filtros contínuos rotativos de disco FILTRAÇÃO Filtros centrífugos A suspensão é alimentada a um cesto rotativo perfurado que é envolvido por um elemento filtrante que pode ser feito de metal ou de outro material mais conveniente A força motriz aplicada a suspensão originase da força centrífuga a que esta é sujeita e forçada contra o elemento filtrante Existem modelos filtros centrífugos que operam em regime de batelada e outros que operam em regime contínuo