Filtração - Apostilas - Engenharia_Parte2, Notas de estudo de Engenharia Química. Universidade Estadual do Norte Fluminense (UENF)
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GloboTV7 de Março de 2013

Filtração - Apostilas - Engenharia_Parte2, Notas de estudo de Engenharia Química. Universidade Estadual do Norte Fluminense (UENF)

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Apostilas de Engenharia Química e de Alimentações sobre o estudo da Filtração, vantagens, desvantagens, filtros de lâminas, filtros contínuos rotativos.
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Microsoft Word - Filtracao.doc

grandes instalações, por dispositivos de filtragem contínua, têm as seguintes vantagens:

Construção simples, robusta e econômica; Grande área filtrante por unidade de área de implantação; Flexibilidade (pode-se aumentar ou diminuir o número de elementos

para variar a capacidade); Não têm partes móveis; Os vazamentos são detectados com grande facilidade; Trabalham sob pressões até 50 kg/cm2; A manutenção é muito simples e econômica: apenas substituição

periódica das lonas. Desvantagens:

Operação intermitente. A filtração deve ser interrompida, o mais tardar, quando os quadros estiverem cheios de torta;

O custo da mão-de-obra de operação, montagem e desmontagem é elevado;

A lavagem da torta, além de ser imperfeita, pode durar várias horas e será tanto mais demorada quanto mais densa for a torta. Suspensões de granulometria uniforme dão tortas homogêneas e, portanto mais fáceis de lavar. Partículas finas tendem a produzir tortas de lavagem difícil. O uso de auxiliares de filtração melhora as condições de lavagem, mas não resolve completamente o problema.

Figura 5. Filtro-prensa de placas e quadros

Este tipo de filtro apresenta placas quadradas, com faces planas e bordas levemente ressaltadas. Entre duas placas sucessivas da prensa há um quadro que serve como espaçador das placas. De cada lado de um quadro há uma lona que encosta-se à placa correspondente. Assim, as câmaras onde será formada a torta ficam delimitadas pelas lonas. A estrutura de suporte do conjunto tem barras laterais que servem de suporte para as placas e os quadros. O aperto do conjunto é feito por meio de um parafuso ou sistema hidráulico (Fig. 5).

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Há duas classes de filtros-prensa de placas e quadros: os que permitem lavar a torta, denominados filtros-prensa lavadores, e os não-lavadores.

A Fig. 6 mostra uma placa e um quadro vistos em perspectiva. A placa é identificada por um botão na face externa e, o quadro, por dois botões. Em um dos cantos superiores (às vezes nos inferiores) de cada quadro há um furo circular que se comunica com a parte interna dos quadros. As placas também apresentam um furo na mesma posição. Quando a prensa é montada, estes furos formam um canal de escoamento da suspensão através do qual se alimenta a lama no interior de cada quadro.

Figura 6. Placas e quadros

O filtrado atravessa as lonas colocadas de cada lado dos quadros e passa

para as placas, onde escoa pela superfície até chegar aos furos de saída no canto inferior oposto ao canal de entrada da suspensão nos quadros. As lonas têm furos na posição correspondente aos canais. A saída de filtrado pode ser feita através de uma torneira existente em cada placa, ou por um canal idêntico ao de alimentação da suspensão formado pela justaposição de furos circulares que se comunicam com a saída das placas.

A vantagem do primeiro sistema é permitir retirar de operação as placas que estiverem produzindo filtrado turvo. Por outro lado, em certas circunstâncias a filtração tem que ser realizada a quente e, assim sendo, deve-se usar contra- pressão para evitar a vaporização do líquido. Nestas situações o canal coletor único de saída oferece vantagens. Uma outra vantagem deste segundo tipo de saída é evitar a exposição do filtrado ao ar, o que muitas vezes é um requisito de processo. O inconveniente é a necessidade de desmontar a prensa se em virtude de uma falha de montagem o filtrado sair turvo.

Figura 7. Filtro-prensa lavador

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Um filtro-prensa lavador difere do anterior pela inclusão das placas lavadoras identificadas por três botões (Fig. 7). A montagem é feita com placas filtrantes e placas lavadoras alternadas, ficando sempre um quadro entre elas. No conjunto os elementos ficam assim dispostos: cabeçote fixo (que é uma placa filtrante modificada) – quadro – placa lavadora – quadro – placa filtrante e assim sucessivamente. A Fig. 8 esclarece a montagem e o princípio de funcionamento durante a filtração.

Figura 8. Funcionamento de um filtro-prensa lavador Observa-se que durante este tipo de lavagem a água atravessa toda a

espessura a torta e não mais a metade como durante a filtração. Para variar, os desenhos apresentam uma prensa com canais coletores, tanto para a saída do filtrado como da água de lavagem. Durante a filtração estão abertos os canais S (entrada de suspensão) e F (saída de filtrado), de modo que a suspensão entra pelos quadros e sai pelas placas.

Durante a lavagem estes canais estão fechados e os canais L e L’ estão abertos. A água de lavagem entra pelas placas de três botões e sai pelas placas de um botão. É fácil observar que durante a lavagem o líquido percorre um caminho diferente daquele percorrido na filtração. A água de lavagem entra por uma face da torta e sai pela outra. Assim sendo, a área de lavagem é metade da de filtração e o caminho percorrido pelo líquido é o dobro, o que justifica a baixa velocidade de lavagem neste tipo de filtro.

3. Filtros de lâminas

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 em um tanque fechado que aloja as lâminas. Em ambos os casos, a torta se forma por fora das lâminas e o filtrado passa para o seu interior, de onde sai por um canal apropriado para o tanque de filtrado.

Uma lâmina típica consta de um quadro metálico resistente (quadrado ou circular) que circunda uma tela grossa revestida dos dois lados com duas telas mais finas. O conjunto é envolto por uma lona em forma de saco ou fronha. A

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vedação é feita com cantoneiras metálicas (Fig. 9). Na parte superior de cada lâmina há uma tubulação de saída do filtrado com válvula e visor. Se uma lâmina estiver filtrando mal, a válvula correspondente é fechada. O conjunto de tubos de saída é reunido em um coletor geral que se comunica com o tanque mantido em vácuo, onde é recolhido o filtrado. Se a torta tiver que ser lavada, o coletor de saída de filtrado deverá ter uma derivação que vai até um segundo tanque em vácuo para recolher a água de lavagem.

Figura 9. Filtro de lâminas

De um modo geral a lavagem é sempre melhor realizada em um filtro de lâminas do que em um filtro-prensa porque a água de lavagem percorre o mesmo caminho do filtrado. É o que se denomina lavagem por deslocamento, que é o modo ideal de lavar a torta, chegando a eliminar até 90% do filtrado em condições favoráveis. Teoricamente a velocidade de lavagem é igual à velocidade no fim da filtração. Há quatro tipos principais de filtros de lâminas: Moore; Kelly; Sweetland e Vallez. Abaixo se têm figuras mostrando alguns desses tipos de filtro.

Figura 10. Filtro Kelly

Figura 11. Variante do filtro Kelly Figura 12. Variante do filtro Kelly

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Figura 13. Variante vertical do filtro Kelly Figura 14. Filtro Sweetland

4. Filtros contínuos rotativos

Como o nome indica, são filtros 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. Embora haja alguns tipos que funcionam sob pressão, estes filtros geralmente operam a vácuo. Os tipos existentes são: tambor; de discos e horizontais.

a) Filtro de tambor rotativo (filtro Oliver) Consta de um tambor cilíndrico horizontal que gira a baixa velocidade

parcialmente submerso na suspensão a filtrar. A superfície externa do tambor é feita de tala ou metal perfurado sobre a qual é fixada a lona filtrante. O cilindro é dividido em um número de setores (8 a 24) por meio de partições radiais com o comprimento do tambor. Ligando estas partições há um outro cilindro interno de chapa comum. Assim, cada setor é parte de um compartimento que se comunica diretamente com um furo na sede de uma válvula rotativa especial colocada no eixo do cilindro. A cada setor corresponde um tubo e um furo na válvula (Fig. 15). A sede da válvula gira com o tambor, mas está em contato com uma outra placa estacionária com rasgos junto à periferia. Estes rasgos comunicam-se através de tubulações presas em uma terceira placa, também estacionária, com os reservatórios de filtrado, água de lavagem e, algumas vezes, de ar comprimido.

À medida que o tambor gira, os diversos setores vão passando sucessivamente pela suspensão. Enquanto um dado setor estiver submerso, o furo que lhe corresponde na sede da válvula estará passando em frente ao rasgo que comunica com o reservatório de filtrado e que é mantido em vácuo. Logo que o setor sair da suspensão e a torta estiver drenada começa a lavagem e o furo correspondente passa a ficar em comunicação com o reservatório de água de lavagem. Depois de feitas quantas lavagens forem necessárias, a torta é soprada com ar comprimido e raspada por meio de uma faca. A retirada da torta nunca é total por duas razões: primeiro, para não haver o risco de rasgar a lona ou a tela do filtro e segundo, para não “perder” o vácuo. Muitas vezes trabalha- se com pré-revestimento.

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As vantagens dos filtros rotativos são a grande capacidade e a pequena mão-de-obra necessária. Geralmente 30 a 40% da área ficam submersos na suspensão. Para obter maior capacidade a imersão pode ser aumentada até 70%.

As desvantagens são o custo elevado, o alto custo de operação, a limitação da diferença de pressões e a imperfeição da lavagem.

Figura 15. Filtro Oliver b) Filtro de disco-rotativo Este filtro possibilita uma taxa de filtração especialmente elevada, para um

dado espaço de ocupação da fábrica. Neste caso o tambor é substituído por discos verticais que giram parcialmente submersos na suspensão (Fig. 16). O elemento filtrante é constituído de lâminas, mas este não deixa de ter as características de um filtro contínuo rotativo. O princípio de funcionamento é o mesmo do filtro de tambor rotativo, mas a lavagem torna-se menos eficiente.

Figura 16. Filtro de disco-rotativo

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c) Filtros horizontais O filtro rotatório horizontal mostrado na Fig. 17 é especialmente bem

adaptado à filtração de sólidos cristalinos com drenagem rápida. A superfície filtrante horizontal impede que os sólidos caiam ou sejam arrastados pela água de lavagem, e possibilita a operação com camadas excepcionalmente pesadas de sólidos.

Figura 17. Filtro Prayon Este filtro é constituído por uma mesa horizontal circular que gira em torno

do eixo central. A mesa é constituída por um conjunto de segmentos, na forma de setores circulares, cada qual com o topo metálico perfurado ou feito em tela metálica. Cada setor é recoberto por um meio filtrante conveniente, e está ligado a um mecanismo central de válvulas, que regulam os instantes apropriados de remoção do filtrado e dos líquidos de lavagem e do enxugamento da torta, durante cada volta da mesa. Cada setor recebe, sucessivamente, a suspensão, depois ocorre a drenagem e a lavagem da torta. A etapa de lavagem pode ser feita até três vezes. Para a retirada da torta, em alguns modelos, o setor gira e fica invertido, enquanto a torta é ejetada por um sopro, ao chegar ao final da volta.

5. Filtros especiais

São alguns filtros que desempenham funções especiais e cuja inclusão em qualquer das classes anteriores não seria muito nítida. Mais importantes são os filtros a vácuo de batelada, o espessador Shriver e os metalfiltros.

Os filtros a vácuo de batelada são os Nutsch, semelhantes aos funis de Büchner de laboratório. Prestam-se para operações de pequena escala e para filtrar líquidos corrosivos. O investimento é pequeno, mas a mão-de-obra de operação é elevada.

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O espessador Shriver parece um filtro-prensa, mas não tem quadros. Funciona sob pressão, dando um líquido claro e uma lama espessada. Podem-se utilizar unidades em série para conseguir maior espessamento da lama.

Os metalfiltros são modelos especiais de filtros que se prestam para clarificar líquidos contendo pequenas quantidades de sólidos muito finos. São conhecidos também como filtros de cartucho (Fig. 18). São usados para a clarificação de águas, solventes e óleos vegetais. Sua operação é muito econômica.

Figura 18. Metalfiltro REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

FOUST, A. S. et.al. (1982). “Princípios das Operações Unitárias” – Ed LTC, Rio de Janeiro – RJ, 2ª edição. GOMIDE, R. (1980). “Operações Unitárias”, vol. 3 – Ed do Autor, São Paulo. PAYNE, J. H. (1989). “Operações Unitárias na Produção de Açúcar de Cana” – Ed. Nobel: STAB, São Paulo. SHREVE, R. N.; BRINK Jr, J. A. (1980) “Indústrias de Processos Químicos” – Ed. Guanabara Dois S.A., Rio de Janeiro – RJ, 4ª edição.

http://www.enq.ufsc.br/disci/eqa5313/

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