(II) Práctica 3 FILTRO ROTATORIO

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA Departamento de Bioingeniería Laboratorio de Bioseparaciones

EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO EN TANQUE AGITADO Práctica nº 11

Grupo 4BV2 EQUIPO nº 4 Integrantes: García Rivas Azucena Martínez Allende Rubí Elizabeth Pérez Espinos Aránzazu Vázquez Torres Miriam del Carmen Escalona Vázquez Karen Monroy Ceja Laura Beatriz Profesores: Jiménez Rodríguez Amelia Romana Marín Mezo Guillermo Fecha de entrega: 16/10/2012

REPORTE PRÁCTICA 3

. FILTRO ROTATORIO. 1.- OBJETIVOS: OBJETIVO GENERAL:  El alumno analizara y operara un filtro rotatorio a nivel piloto. OBJETIVOS PARTICULARES:  El alumno conocerá los conceptos fundamentales de la filtración.  El alumno investigara algunas aplicaciones de la filtración continua.  El alumno operara un equipo a nivel de laboratorio.  El alumno revisara los efectos en diferentes variables sobre el equipo. 2.-FUNDAMENTOS: 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. 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. 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. De ésta forma se crea una diferencial de presión a través del filtro . La resistencia surge del medio filtrante, más la resistencia de la torta que se va acumulando. En las etapas iniciales de la filtración las primeras partículas sólidas que entran en contacto con el medio filtrante se incrustan en éste, y reducen el área superficial de los pasajes por donde fluye el líquido aumentando la resistencia al flujo de éste. Conforme procede la filtración una capa de sólidos se acumula aumentando de grosor con el tiempo en la cara corriente arriba del medio filtrante. Una vez formada ésta torta, se vuelve en sí el principal medio filtrante. 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 sumergido en un depósito con la suspensión agitada. La superficie cilíndrica está agujereada y se cubre con la tela. Se succiona haciendo vacío, y el líquido claro atraviesa la tela, mientras la torta se va formando en la superficie. La capacidad de filtración depende de la velocidad de rotación. Si la torta se resquebraja, se comprime con una correa.

Fig. 1. Diagrama esquemático de un filtro continuo de tambor rotatorio. Ventajas: a) Tiene un funcionamiento automático y continuo, por lo que precisa poca mano de obra b) Se pueden obtener tortas de cualquier espesor, sin más que modificar la velocidad de giro c) Tienen una capacidad muy grande. Desventajas: a) Funcionan a vacío, lo cual limita la diferencia de presiones máxima que se puede aplicar y su empleo para líquidos calientes que tienden a hervir a bajas presiones b) No se usan para materiales muy impermeables o difíciles de separar de la tela, aunque pueden añadirse coadyuvantes. c) No es fácil obtener un buen lavado. Aplicación:         • • •  •  •

Extracción de jugo en la Industria azucarera, cervecera, elaboración de pulpas de fruta, entre otras Extracción de productos en la industria minera Extracción/concentración de agua de maceración Industria de almidones y extracción de edulcorantes Proceso de Cal, de clarificación y de productos lácteos Secado de lodos en plantas de tratamiento de aguas residuales Recuperación de productos químicos Fábricas de levaduras Filtración de aguas de ingreso desde ríos y lagos para abastecimiento de aguas de uso industrial y potable. Pulimento de efluentes de Plantas de Tratamiento de Aguas Servidas. La Industria de alimentos está utilizando el filtro de tambor rotatorio, tanto para el agua de proceso como para su tratamiento final. Otros ejemplos son la filtración del agua de transporte en la industria del plástico como para la purificación del agua de enfriamiento en plantas de energía. Filtración del agua de proceso de la Industria del papel y la celulosa.

• •

4.- RESULTADOS

Cuadro 1. Registro de variables durante la filtración FILTRO ROTATORIO Velocidad del tambor 0.047 rad/s Dimensiones del tambor Radio 15.2 cm Ancho del tambor 12.8cm 2 Área del ciclo de filtración cm TORTA Masa inicial del sólido 1500 g Masa recuperada del sólido 1372 g FILTRADO Volumen inicial de solución 20 L Volumen final del filtrado Tiempo de operación 20. 37 min

Volumen del tanque: 91.60884 m3

Medio filtrante:  Dimensiones: 9.1 cm x 11.5 cm  Nº de cuadros 11 cuadros de malla en todo el tambor rotatorio. Área por malla= 104.65 cm2 Área total de filtrado= 1151.15 cm2= 11.5115 m2

Cuadro 2. Registro de los datos de filtración con suspensión ALTURA(m) TIEMPO(s)

VOLUMEN(m3) FLUJO(m3/s)

0.01

71.4

0.0012

0.00001716

0.02

54.16

0.0025

0.00004525

0.03

59.6

0.0037

0.00006168

0.04

60

0.0049

0.00008169

0.05

70.2

0.0061

0.00008728

0.06

67.8

0.0074

0.00010844

0.07

64.2

0.0086

0.00013361

0.08

59.2

0.0098

0.00016560

0.09

63.6

0.0110

0.00017341

0.1

67.2

0.0123

0.00018235

0.11

69

0.0135

0.00019536

0.12

66

0.0147

0.00022280

0.13

98.4

0.0159

0.00016189

0.14

70.8

0.0172

0.00024231

0.15

66

0.0184

0.00027850

0.16

53.38

0.0196

0.00036730

0.17

53.39

0.0208

0.00039019

0.18

58.74

0.0221

0.00037551

0.19

60.6

0.0233

0.00038421

0.2

23.53

0.0245

0.00104158

0.21

54.5

0.0257

0.00047218

0.22

49.08

0.0270

0.00054929

0.23

49.05

0.0282

0.00057461

0.24

58.3

0.0294

0.00050446

0.25

51.5

0.0306

0.00059486

0.26

54

0.0319

0.00059002

0.27

61.2

0.0331

0.00054063

0.28

62.4

0.0343

0.00054987

0.29

54.5

0.0355

0.00065206

0.3

101

0.0368

0.00036399

0.31

55

0.0380

0.00069069

Cuadro 3. Corrida con adición de agua Tiempo (segundos) 1.17 1.10 53.38 53.39 58.74 1.01 53.53 54.50 49.08 49.05 58.34 51.51 59.67 1.02 1.09

57.55 1.01 55.59

RECUPERACIÓN Peso de decalite utilizado para la solución: 1.5 kg Peso de la torta (decalite recuperado): 1.372 kg Decalite perdido: 0.128 kg Recuperación:

Altura nivel (cm) 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Presión ( 2 kg/m ) 29

5.- Memoria de cálculo: Cálculo del volumen.

A =πr2 V = A*h r=0.1975m A=3.1416(0.1975)2=0.12254204 m2 Calculo del área de ciclo de Filtración:

Donde: r: radio del tambor a: ancho del tambor Calculo de la concentración de la solución:

Calculo de recuperación.

Eficiencia:

Rendimiento: Productividad:

6.- ANALISIS DE RESULTADOS: Se obtuvo un área total de filtrado de 11.51 m2 , y de acuerdo al cuadro 2, se puede observar que conforme se va saturando el medio filtrante aumentaba la presión, posteriormente al agregar agua para ir disminuyendo la concentración de solución de decalite al 10% la presión fue disminuyendo, con respecto al tiempo, el tiempo no tuvo mucha variación al ir aumentando la altura del líquido en el tanque. En lo que respecta al porcentaje de recuperación fue de 91.46 % el cual es bueno, ya que sólo se perdieron 128 g de decalite posiblemente perdido por haberse podido quedar adherido a la malla en el filtro rotatorio además de pérdidas por decalite que aún quedó en la suspensión en la cuba del filtro rotatorio. En este tipo de filtro se obtuvo una mayor área de filtración puesto que esta depende de la velocidad, es decir que a menor velocidad mayor área de filtración además de que las partículas tienden a adherirse con mayor facilidad debido a la menor velocidad y al vacío creado en el proceso de filtrado. La eficiencia del proceso fue de 91.44% teniendo un rendimiento de 91.44 g/L y una productividad de 4220.71 g/s*L, por lo que el filtro rotatorio es mejor que el filtro prensa ya que éste tuvo una eficiencia del 70%, rendimiento de 15.6 g/L; y una productividad de , las cuales son menores en comparación a las obtenidas con el filtro rotatorio. Comparación de filtración en filtro prensa y filtro rotatorio:

Filtro prensa: Las prensas de placas y marcos presentan los inconvenientes comunes a todos los procesos por lotes. El costo de mano de obra para extraer las tortas y volver a ensamblar la unidad, más los costos fijos por tiempos muertos, pueden constituir una porción muy elevada de los costos totales de operación. Algunos modelos modernos de prensas de placas y marcos tienen un juego duplicado de marcos montados en un eje giratorio. Mientras se usa la mitad de los marcos, la otra mitad se descarga y se limpia, lo que reduce los costos de mano de obra. Existen también sistemas automatizados que se han aplicado a estos tipos de filtros. Los filtros prensa se usan en los procesos por lotes pero no se pueden emplear para procesos de alto rendimiento. Se manejan con facilidad, son versátiles y de operación flexible y se pueden utilizar a altas presiones si es necesario, con soluciones viscosas o cuando la torta de filtro tiene una gran resistencia. (Geankoplis, 1998)

Filtro rotatorio: Los procesos modernos de alta capacidad utilizan filtros continuos. Las ventajas importantes son que los procesos son continuos y automatices y los costos de mano de obra son relativamente bajos. Sin embargo, la inversión inicial es relativamente alta. (Geankoplis, 1998)

7.- CONCLUSIONES 

Se aprendió a utilizar el filtro rotatorio



se obtuvieron un rendimiento de 94.33g/l, una eficiencia de 94.33% y una productividad de 4003.82g/sL, por lo que la filtración por filtro rotatorio es un proceso de separación excelente ya que se tiene una eficiencia, rendimiento y productividad altos y por tanto perdidos insignificantes, por lo tanto en la separación de soluciones solido-liquido hay que considerarla como buena opción.



se tuvieron 170 g de perdidas de decalite.



El filtro rotatorio es mejor que el filtro prensa ya que se tiene mayor eficiencia, rendimiento, productividad.

.

8.- GUÍA DE OPERACIÓN DE FILTRO ROTATORIO: Cuadro 4. Características del equipo de filtración de tambor rotatorio. Elemento Filtro rotatorio

Descripción Marca Material de fabricación del medio filtrante 0.047 rad/s Marca: SIEMENS Rpm: 3470, 60 Hz, HP=2 Radio=15.2 cm Diámetro: 12.8 cm

Velocidad de tambor Bomba de vacío Dimensiones del tambor

RYL Tela

OPERACIÓN DEL FILTRO ROTATORIO F

A B

E C

I

J

K

G H

D

L

M

N

Cuadro 5. “Partes del filtro de tambor rotatorio”

A. Tanque de filtrado B. Tanque de alimentación C. Agitador D. Cuba E. Medio filtrante

PARTES DEL FILTRO ROTATORIO F. Tambor rotatorio K. Bomba de succión G. Tablero de control L. Llave de purga H. Cuña M. Tanque de bomba de vacío I. Válvula de descarga N. Bomba de vacío J. Manómetro

SERVICIOS AUXILIARES  Agua  Aire  Electricidad EQUIPOS AUXILIARES  Bomba de filtración  Bomba de vacío  Tanque de filtrado INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN  Manómetros OPERACIÓN DE EQUIPO 1. Cerrar las válvulas de descarga, y verificar que las llaves de los manómetros estén cerradas. I

2. Verificar que todas las bombas estén apagadas (presionar todos los botones con el símbolo “o” del tablero de control). G

3. Conectar a la corriente eléctrica el tablero de control del filtro rotatorio. Cuando se energiza el tablero se encienden los indicadores (Leds) de cada bomba.

G

4. Encender la bomba de vacío (mediante el apagador ubicado en la parte inferior del tablero de control) para empezar a generar el vacío. Cuando la bomba esté energizada se oirá el sonido característico de su funcionamiento y su respectivo indicador del tablero de control se encenderá.

G

En caso de que no se energice la bomba de vacío, se deberá abrir el tablero y verificar su pastilla termomagnéticas (este procedimiento se sigue para cada bomba que no logre energizarse). 5. Después de 15 minutos de energizar bomba de vacío, abrir válvula de manómetro de vació. I

6. Alimentar manualmente a la cuba y encender agitador en panel de control.

D

G

7. Ajustar la velocidad de giro del tambor mediante el control ubicado a la izquierda del panel de control. G

8. Energizar bomba de alimentación mediante el panel de control. Observar que se mantenga un volumen constante dentro de la cuba a lo largo de todo el proceso.

G

9. Abrir la válvula del tanque de descarga.

10. Conectar rápidamente la bomba de aire al filtro rotatorio (la conexión se encuentra arriba de la bomba de vacio) y encender la bomba de aire variando la potencia del aire de alimentación hasta obtener un burbujeo dentro de la cuba que impida la sedimentación de nuestro sólido a separar.

11. Medir flujos del tanque de filtrado, mediante el medidor de flujo, incorporado dicho tanque

A

12. Recolectar la torta mediante la ayuda de la cuña, cuidando que esta no toque el medio filtrante, para evitar desgaste innecesario.

F

13. Poco antes de terminar de filtrar toda la solución, se desconecta la bomba de vacío. 14. Se disminuye paulatinamente la velocidad de giro del tambor rotatorio. 15. Se limpia la cuba, mediante la apertura de la llave de purga y se añade agua manualmente a la misma para limpiarla completamente.

L

16. Encender bomba de descarga.

G

17. Limpiar completamente el filtro rotatorio y medio filtrante. 18. Apagar el sistema.

BIBLIOGRAFÍA:   

Foust.A; “Principios de Operaciones Unitarias”; Segunda edición; Editorial CECSA; México D.F; 1989; Pág. 125-132 Geankoplis C, 1998, Procesos De Transporte y Operaciones Unitarias, Ed. CECSA, 3° edición, México. Págs. 887890 Vernon.C.J;“filtrorotatorio”;http://cbi.izt.uam.mx/iq/laboratorio%20de%20operaciones%20unitarias/pr acticas%20laboratorios/practica4.pdf; Universidad Autónoma Metropolitana unidad Iztapalapa; fecha de consulta: 18-09-12.