II LABORATORIO DE PROCESOS MANUAL DE LABORATORIO FILTRACIÓN Anyely Carolina Bohada Orjuela Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga
[email protected]
Cindy Marcela Coa! To!cano Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga
[email protected]
Caila Mar"ari#a Ra$re% Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga
[email protected]
Edi!on &ranado! Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga
[email protected]
'( OB)ETI*O I*OS &ENERAL Identificar y afianzar los conocimientos de filtración como un proceso de separación, su forma de operar y su función dentro de un sistema que involucre ya sea un filtro rotatorio o uno de prensado.
ESPECIFICOS !ntender la operatividad y funcionamiento de filtro como sistemas de separación en procesos industriales. "uantificar las p#rdidas de "a"$% y el porcenta&e de humedad de la torta filtrada, as' como la resistencia que e&erce el medio filtrante durante la operación.
+( INTRODUCCIÓN Se denomina filtración al proceso unitario de separación de sólidos en una suspensión por medio de un medio mec(nico poroso, tambi#n llamados tamiz, criba, cedazo, filtro. !n una suspensión en un l'quido mediante un medio poroso, retiene los sólidos mayores del tama)o de la porosidad y permite el paso del l'quido y part'culas de menor tama)o de la porosidad. [ 1 ]
*a filtración a vac'o, es una t#cnica instrumental utilizada en los laboratorios para separar un sólido de un l'quido o de una disolución. !ste tipo de filtración se utiliza cuando nos interesa el sólido o cuando la filtración por gravedad se ralentiza mucho. +dem(s es una t#cnica esencial en los procesos de recristalización. [ 2 ] $tro tipo de filtración es la filtración con placa filtrante *a superficie filtrante tiene forma de disco y es una placa de tetura porosa, cuyos poros son de determinado tama)o, de manera que impida el paso de sólidos. *a filtración por este m#todo se realiza tambi#n al vac'o
[ 3]
-entro de la clasificación de los filtros tambi#n se encuentra el filtro prensa es un separador de l'quidos y sólidos a trav#s de filtración por presión. "onsiste en una serie de bastidores de acero que sostienen una tela o malla. *as placas filtrantes desmontables est(n hechas de polipropileno, y las mallas pueden ser de tipo sellada, no sellada o membranas de alta resistencia.
[4]
*a elección del tipo de filtro m(s adecuado depende de muchos factores diferentes de la especie a separar de la cantidad y del tama)o de part'culas, del volumen y la temperatura dell me de medi dio o a fifiltltra rarr
[ 5 ] , los filtros de presión tienen lugar gracias a la presión que
imprime la bomba de alimentación. !n los filtros de presión, la superficie filtrante es la suma de las superficies de todos los los elementos que se disponen en su interior, interior, situados verticalmente, en paralelo y conectados a un colector /nico de salida del filtrado y los 0iltros 0iltr os de tambor rotatorio rotatorio al vac' vac'o o consiste en un tambor rotatorio rotatorio soport soportado ado en un e&e horizontal, el cual costa de una serie de compartimientos a lo largo del tambor. tambor. [ 5 ]
,( PARTE E-PERIMENTAL ,(' Ma#eriale! y reac#i.o! • • • • • • • • • •
Bande&a Balanza "arbonato de calcio 1robeta Baldes !rlenmeyer Bureta, soporte universal 2cido clorh'drico, 3aso 3aso de precipitado y gotero 4o&o 5etil
• • • • • • • •
•
4
5
3
1
2
• • • •
6. 7anque de almacenamiento. 8. Salida del tanque de almacenamiento. %. 5edidor de presión de vació.
• •
9. "ontrolador de velocidad de giro del tambor. :. Interruptor de encendido del tambor.
•
•
• •
0iltro de tambor rotatorio
•
•
7anque de mezclado y almacenamiento
•
• •
•
0iltro de tambor rotatorio
• • •
7anque de almacenamiento de mezcla filtrada
•
•
0iltro de tambor rotatorio
• • • • • • • •
0iltro prensa
8
4 7
6
1
2 3 4
• • • • •
6. 0iltro prensa 8. 7anque de almacenamiento
• • • • •
%. 7uber'a de salida del filtro prensa 9. 7uber'a alimentación al filtro :. 7uber'a de entrada de aire al tanque de almacenamiento ; y s. +l final se sacar(n muestras del primer l'quido residual, el intermedio y el final para valorar mediante titulación las concentraciones de "a"$% finale.
Se retiraran las placas del filtro y sus respectivos medios filtrantes, en los cuales se deposita el "a"$% con ayuda de una esp(tula se debe retirar y depositar en una bande&a para pesarlo y posteriormente ser llevado al horno para que pierda humedad y poder as' evaluar el contenido de "a"$% recuperado mediante el proceso de filtración de placas.
•
•
•
•
•
•
Proce!o de #i#ulaci2n !l ob&etivo principal de la titulación de soluciones es determinar la concentración de una solución acida ?b(sica desconocida. •
5edir dos volumenes de :> ml de una de las muestar e introduccirlos en los 8 elermeyer, luego agregar 8 gotas de narana&a de metil agitar y colocar la muestra deba&o de la bureta.
+gregar acido clorihidrico hasta que la muestra quede con una aparencia nitida y se marque una gran diferencia en las dos ?+notar el volumen de acido. !ste procedimiento se hace con las cuatro muestras.
•
Fundaen#o a#e3#ico Porcen#aje de 14rdida del CaC O 3
•
A1erdida CaC O3
•
wi
•
w ts 5asa de
¿
(
)
w i−( wts + w f ) ∗100 wi
5asa inicial de CaC O 3 CaC O 3
que contiene la torta
?6
•
w f
5asa de CaC O 3 que contiene filtrado
•
Porcen#aje de huedad de la #or#a •
Aumedad ¿
(
w th −wts w th
)∗
100
•
w th 5asa de la torta h/meda
•
w ts 5asa de la torta seca
?8
•
•
Ecuaci2n 1ara de#erinar la concen#raci2n de la e%cla #i#ulada 0a!ada en la ue!#ra de concen#raci2n .oluen de/inido •
C 1 V 1=C 2 V 2
?; •
•
•
•
V 1
3olumen de mezcla 6
C 2
3olumen de mezcla 8
C 1
3olumen de mezcla 6
C 2
3olumen de mezcla 8
•
E/iciencia de la o1eraci2n n =100−( %perdidas )
?%
Re!i!#encia del edio /il#ran#e 5R6 y re!i!#encia e!1eci/ica de la #or#a
•
(
μ ∗a∗V ∗C dt A∗ gc∗∆ P = + Rm dv A
)
?9 •
aC4esistencia especifica media de la torta
•
3C3olumen del filtrado recogido
•
+C 2rea de la superficie filtrante
•
tC7iempo
•
∆ p=¿ "a'da de presión
•
μ=¿ 3iscosidad
•
•
"C"oncentración de la solución 1rocedimiento para hallar la resistencia especifica de la torta y la resistencia del medio filtrante
6. allar el caudal ?volumenD tiempo luego realizar la gr(fica caudal vs volumen 8. acer una regresión lineal y hallar la pendiente de la gr(fica y el intercepto %. *a pendiente es igual al Ep y el intercepto con el e&e F es igual a B μ∗a∗C kp = 2 9. Sabiendo que A ∗ ∆ P y
B=
μ∗ Rm A∗ ∆ P
:. -espe&ar a y 4m • •
•
•
Cálculos •
W i= Masa inicial deCaC O 3
•
W ts = Masa de latorta seca
•
W t h = Masa de la torta h meda
•
W f = Masa de CaC O 3 !"e contieneel filtrado
•
•
•
•
•
V 1=Vol"mendel #cido $ 1= $ormalidad del #cido V 2=Vol"mende la m"estra $ 2= $ormalidad de lam"estra
FILTRO TAMBOR ROTATORIO •
Porcentaje de pérdida del
CaCO 3
•
•
W i=600 g
•
W ts = 407,68 g
•
W t h =534 g
•
•
•
•
•
•
•
•
V 1=3,85 m $ 1=0,05 $ V 2=50 m
V 1 $ 1 =V 2 $ 2 $ 2=
$ =
V 1 $ 1 V 2
=
3,85 m∗0,05 $ 50 m
= 0,00385 $
¿ e!− g V sln ( )
¿ e! − gCaCO3 = $ 2∗Vsln ( ) =0,0026 1 e! − gCaCO3=
100 g 2
e! − g ∗46,429 =0,17875 e! − gCaCO3
=50 g
•
&ramos CaC O3 l'!"ido filtrado =0,17875 e! − gCaC
•
&ramosCaC O 3 l'!"ido filtrado =W f
•
•
W f =8,9375 gCaCO 3
O 3∗50 g 1 e! − gCaCO3
•
&ramos CaC O 3 perdido =&ramosCaC O 3 iniciales −&ramos CaC O 3 tortaseca −&ramos CaC O 3 l'!"ido filtra &ramosCaC O 3 perdido =600 g− 407,68 g −8,9375 g=183,38 g
•
•
P ( rdidaCaC O3=
(
W i−( W ts + W f ) ∗100 W i
(
600 g −( 407,68 g + 8,9375 g )
•
P( rdidaCaC O 3=
•
)
600 g
P ( rdidaCaC O3=¿ 30,564%
Porcentaje en humedad de la torta •
•
)"medad =
(
W t h −W ts
)"medad =
(
536 g − 407,68 g
W t h
)∗
100
536 g
)∗
)"medad =23,94
•
Eciencia de la operaci!n *=
•
*=
•
CaC O 3 rec"perado CaC O 3 inicial 407,68 g 600 g
∗100
*= 67,947
•
•
•
•
•
•
Volu men (ml) 355 0 300 0 352 5
Caudal (ml/mi n)
•
887,5
•
•
•
750
881,25
∗100
100
)∗
100
•
•
•
•
•
•
•
•
•
424 0 441 0 409 0 322 5 440 0 415 0 400 0 392 5 391 4
•
1060
•
1102,5
•
1022,5
•
806,25 •
1100 1037,5
•
•
1000 981,25
•
978,5
•
•
#il$o &am'o !o$a$oio 1200 1100 1000
Caudal (ml/min)
f(x) = 0.25x 0 !" = 1
900 800 700 600 2500
3000
3500
4000
4500
5000
Volumen (ml) •
•
•
k p =
+∗a∗C s 2
A ∗ ,P 2
•
•
•
=0,25
A ∗k p∗ ,P 0,12∗0,25∗16931,94 a= = =3527,5 ( Resistencia espec ' fica de latorta ) 0,001∗12 +∗C s
FILTRO PRE"#A •
$ATO# FILTRO PRE"#A %olu Pe Ps men &ml' •
Caudal &ml(#'
•
•
•
23
5
•
•
24
4
•
•
29
5
•
•
27
5
•
•
26
4
•
•
27
3
•
•
27
3
•
•
29
3,
•
•
32
4
•
•
32
2
•
3400
•
340
•
2650
•
265
•
2200
•
220
•
1550
•
155
•
1550
•
155
•
1725
•
172,5
•
2000
•
200
•
1800
•
180
•
1400
•
140
•
700
•
70
•
•
aa la $i$ulai*n de la+ mue+$a+ o'$enida+ en la l$ai*n u$ili-ando l$o en+a +e u$ili-* un ido on $ 1=0,05 una mue+$a de 50 ml. a$i de la euai*n $ 2=
V 1 $ 1 V 2
e+ o+i'le o'$ene la onen$ai*n del l$ado aa la+ mue+$a+
iniial, in$emedia nal. +$o+ da$o+ o'$enido+ del oe+o de $i$ulai*n +e mue+$an a on$inuai*n. •
•
%) &ml'
•
"*
•
1,45
•
0,00145
•
1
•
0,85
•
•
0,001 •
0,00085
•
•
•
•
•
•
a$i de lo an$eio +e $iene una nomalidad omedio aa el l$ado de 0,0011, on la ual e+ o+i'le enon$a lo+ amo+ de CaC 3 ue uedaon en el l$ado lueo de $eminado el oe+o. $ =
¿ e!− g V sln ( )
¿ e! − gCaCO 3 = $ 2∗Vsln ( ) =0,0011 1 e! − gCaCO3=
100 g 2
e! − g ∗18,975 =0,02087 e! − gCaCO 3
=50 g
&ramos CaC O3 filtrado =0,02087 e! − gCaC
O3∗50 g 1 e! − gCaCO3
&eniendo la ma+a iniial de CaC 3, a+ omo la ma+a e$enida en la $o$a nalmen$e la ma+a ue uedo en el l$ado e+ o+i'le de$emina el oen$ae de dida del CaCo3, el oen$ae de umedad de la $o$a la eienia de la oeai*n, $al omo +e de+i'e a on$inuai*n.
•
PORCE"TA+E $E P,R$I$A $EL CaCO-. •
(
W i−( W ts + W f )
(
240 −( 215,9 + 1,0436 g )
•
%PerdidaCaC O3=
•
%PerdidaCaC O3=
•
W i
240
)
∗100
)∗
100
%PerdidaCaC O 3=9,6068
PORCE"TA+E $E /0ME$A$ E" LA TORTA. •
•
•
•
=1,0436 gCaCO3
%)"medad =
(
W t h −W ts
%)"medad =
(
275−215,9
W t h
268
%)"medad =22,052
)∗
100
)∗
100
•
EFICIE"CIA $E LA OPERACI1" •
•
•
•
*=
*=
CaC O 3 rec"perado CaCO 3 alimentado 210 240
∗100
∗100
*= 89,958
•
FILTRO $E PRE"#A •
#il$o $io en+a 25000 20000
f(x) = 6.17x 395.4 !" = 1
15000
Caudal (ml/min)
10000 5000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Volumen (ml) •
•
k p =
+∗a∗C s 2
A ∗ ,P
=6,1715
2
•
•
A ∗k p∗ ,P 3,8025∗10−4∗6,1715∗172321,4 a= = =¿ +∗C s 0,001 ∗12 a =33699 ( Resistenciaespec ' fica de latorta)
•
•
•
#il$o de &am'o
•
#il$o de en+a
•
2 Pérdida de
•
30,564%
•
9,6068%
•
23,94%
•
22,052%
•
67,9947%
•
89,958%
CaC O 3 •
•
•
2 /umedad de la torta Eciencia de la operaci!n Resistencia especica de la torta
•
3527,5
•
33699
•
•
•
A"3LI#I# •
•
n el l$o de $am'o o$a$oio a un imo$an$e oen$ae de dida de Ca'ona$o de Calio, de'ido a ue ie$a an$idad de +olu$o ued* eii$ado en el $anue, en la manuea ue one$a'a el $anue on el l$o en el mi+mo +i+$ema de l$o, eo $iene la :en$aa de ue uede $a'aa en on$inuo, lo ue ae ue el l$o +ea ideal. ;e'ido a ue no a un +i+$ema de on$ol au$om$io, +e e+$ima ue a un oen$ae de eo en lo+ lulo+ de'ido al fa$o umano.
•
CO"CL0#IO"E#4 •
•
•
•
l l$o $io en+a o+ee una mao eienia ue el l$o de $am'o o$a$oio, eo e+en$a el inon:enien$e ue $a'aa en di+on$inuo e+ m+ o+$o+a +u oeai*n de'ido al al$o o+$o de mano de o'a ue +e euiee aa +u u$ili-ai*n. l l$o $am'o o$a$oio aunue no $iene la meo eienia +i uede +e u+ado en un oe+o en on$inuo de manea ue +e uede u+a en un oe+o indu+$ial l l$o $io en+a $iene una e+i+$enia de la $o$a mao una umedad de la $o$a meno al l$o $io $am'o o$a$oio lo ue ae ue e+$e l$o +ea ideal en oe+o+ ue $a'aen o lo$e+ ue nee+i$en e+$a+ aa$e+$ia+.
•
7( REFERENCIAS
• •
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G6H Benavides, *. +. ?oviembre httpDDes.slideshare.netDivanrammaDfiltracionJ%
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Ingenieria quimica operaciones basicas .
Barcelona 4everte .
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S.+.
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octubre
httpDDPPP.acefessa.esDfiltraDfiltracion.pdf •
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8>69.
+cefesa.es.
obtenido
de
