Manual de Prácticas
Laboratorio de Bioseparaciones
Práctica 10 Filtración Introducción La fltración es una operación unitaria, en la cual logra separar de sólidos suspendidos en un líquido mediante el uso de un medio poroso que retiene los sólidos y permite el paso del líquido. La suspensión circula a travs del equipo, en el cual se depositan los sólidos presentes en el !u"o, #ormando un lec$o de partículas, partículas, por el que debe seguir circulando la suspensión a fltrar. %e conoce como pre&fltrado a la suspensión sólido&líquido alimentada, fltrado al líquido que pasa a travs de la membrana, y a la membrana en sí se le conoce tambin como medio fltrante. ' los sólidos separados se les denomina torta del fltro, una ve( que #orman una capa palpable en la superfcie de la membrana. )sta operación unitaria nos puede servir para las siguientes #unciones* +larifcación de sólidos • ecuperación de sólidos • • ecuperación de líquidos • ecuperación de ambas #ases • -iltración para #acilitar otras operaciones como* pre secado, lavado de materiales solubles depositados en los sólidos, etc. La fltración como tal es aquella que contiene más del 1 de sólidos en volum volumen en.. /n tipo tipo de fltra fltració ción n es la usada usada para para clarif clarifcar car o limpi limpiar ar !uidos !uidos que contiene contiene cantidad cantidades es de sólidos sólidos relativ relativamen amente te peque2 peque2as as 3alrededor del ± 0.14 en volumen5. )l fltrado pasa a travs de tres resistencias en serie* La resistencia de los canales que llevan la suspensión $asta la cara • • •
anterior de la torta y el fltrado desde que sale del medio fltrante. La resistencia correspondiente a la torta. La resistencia correspondiente al medio fltrante.
%e pueden presentar 6 mecanismos distintos de fltración, los cuales son*
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Filtración de lecho profundo. Los sólidos se depositan dentro
•
del medio fltrante. Filtración con formación de torta. Los sólidos se depositan
•
sobre el medio fltrante #ormando una pasta. Filtración por membranas. 8o $ay un depósito de sólidos sobre la membrana, sino una concentración del caldo.
Figura 1. epresentación gráfca de los di#erentes mecanismos de fltración. a5 -iltración de lec$o pro#undo, b5 -iltración con #ormación de torta y c5 -iltración por membranas. 9ambin se pueden clasifcar de la siguiente manera
Figura 2. +lasifcación de fltros. Por otro lado, los fltros intermitentes de uso más amplio son los fltros de marcos y placas. La unidad está #ormada por un marco que contiene dos placas #ormando una cámara de fltrado, puede ser de lona u otros /nidad Pro#esional 7nterdisciplinaria de 7ngeniería
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materiales. Los fltros constan de varias de estas unidades que operan en paralelo produciendo un sólido bastante seco. La suspensión se introduce en cada compartimiento ba"o presión, el líquido pasa a travs de la lona y sale a travs de una tubería de descarga, de"ando detrás una torta de solidos $;meda. Pueden ser cuadradas o circulares, verticales u $ori(ontales. Lo más #recuente es que los compartimientos para solidos estn #ormados por $uecos en las caras de placas de polipropileno moldeado.
Figura 3.
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constante. ' medida que se desarrolla el proceso crece la torta $;meda, el proceso se reali(a a presión constante, situación que perdura en la mayor parte del ciclo de fltración. )n el momento en que el espacio disponible entre dos placas sucesivas se $a llenado con torta, es necesario desarmar la prensa y e=traer la torta. 'lgunos #actores importantes que in!uyen en la velocidad de fltración son* •
• • • •
La caída de presión desde la alimentación $asta el lado más le"ano del medio fltrante. )l área de la superfcie fltrante. La viscosidad del fltrado. La resistencia de la torta fltrante. La resistencia del medio fltrante y de las capas iniciales de la
torta. La resistencia de la torta se consigue multiplicando la resistencia específca de la torta, la cual es su resistencia por unidad de grosor de esta. Las resistencias del medio fltrante y de la torta 3pre&capa5 se unen en una sola resistencia que se conoce como la resistencia del fltro, la cual por cuestiones prácticas conviene e=presarse en trminos de un grosor fcticio de la torta. %i ste grosor se multiplica por la resistencia dv
del fltro. )l !u"o volumtrico ( dθ ) está dado por* dv A ∆ P = dθ R
>onde , es la resistencia al !u"o fltrante es proporcional a la viscosidad del !uido, ?, ' es el área del fltro, de donde se obtiene que* R= µτ ( LT + L)
>onde
τ representa la resistencia especifca de la torta,
de la torta, capa,
L
LT
el grosor
el grosor equivalente fcticio del medio fltrante y pre
∆ P es la caída de presión a travs del fltro. )l grosor de la torta
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se puede calcular por medio de la siguiente ecuación, considerando que todos los sólidos son retenidos en el fltro, se conoce la tasa de !u"o del líquido y de contenido de sólidos. LT =
ωV A
>onde
ω es la #racción de sólidos por unidad de volumen de líquido, A
volumen de !uido que pasa a travs del fltro y ' es el área superfcial de #ormación de la torta. 'sí la resistencia al !u"o a travs del medio fltrante se puede escribir de la siguiente manera* R= µτ (
ωV + L ) A
)l !u"o volumtrico a travs del fltro debido a una di#erencia de presión se puede e=presar como* dv = dθ
A ∆P ωV µτ ( + L ) A
O!"#I$O %"&"'() )l alumno comprenderá el uso de las Bioseparaciones mecánicas mediante el proceso de fltración de para separar un sólido de un liquido O!"#I$O* P('#I+,)('"* •
)l alumno reconocerá las partes principales de un fltro prensa. )l alumno anali(ará las di#erentes variables involucradas en el
•
proceso de fltración de una torta. )l alumno obtendrá el rendimiento del papel de recicla"e despus de utili(ar el fltro prensa
M(#"'I() - ",IPO • • • • • •
+ronómetro +ubeta o recipiente 3para transportar la solución solido liquido5 -le=ómetro +$arolas para pesar Picnómetro +onductímetro
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-iltro Prensa de Placas y arcos C0.C0 10P 3-igura @5 Probeta de 1 L Aaso de Precipitados 1L )stu#a
'"(+#I$O* • •
Agua potable (solo necesita tener bajas concentraciones de sales). Solido a utilizar como tierra lama, cero fino, papel periódico, etc.
Figura /. )quipo de fltro prensa +,"*#IO&('IO P'" )(O'(#O'IO 1.& encione el principio de la fltración. :.& encione los distintos mecanismos de fltración. 6.& >escriba los di#erentes tipos de fltros. @.& D' qu se le denomina resistencia de la tortaE 4.& DFu es un medio fltranteE 0"*(''O))O "P"'IM"() 1. evisar el armado del equipo 3seguir las indicaciones del pro#esor5. :. eali(ar la primera corrida solo con agua para observar si el equipo presenta alguna clase de #uga.
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6. eali(ar la suspensión con la que se va a traba"ar 3se recomienda una concentración de entre 10 y 14 de sólidos en la solución, con esta composición ya es posible obtener buenos resultados5. @.
eterminar la densidad del solido $;medo, para calcular la cantidad de suspensión que se requiere para llenar cada marco. H. )stablecer el tiempo de operación 3recomendación de :0 minutos en adelante, con este tiempo es posible obtener buenos resultados, esto depende del solido a utili(ar5. %eguir indicaciones del pro#esor I. +alcular el volumen de suspensión requerido para el tiempo de operación establecido. J. Preparar la suspensión con la que se va a traba"ar. 10. 7niciar la fltración, registrando el volumen de fltrado que se recolecte durante el proceso. 3)l tiempo entre cada uno de los registros dependerá
del
tiempo de operación
que
se $aya establecido5.
ecomendación* reali(ar el registro del volumen cada minuto, para tener más datos de re#erencia. 11. -i"ar una presión que se mantendrá constante durante la operación 3seguir las indicaciones del pro#esor, se recomienda una presión in#erior a @ Kg# cm: para conservar la integridad del equipo5. 1:. egistrar la presión que se está utili(ando en la entrada y salida del equipo. ecomendación* para mantener la integridad de la operación se debe procurar no utili(ar una presión mayor a @ Kg # cm:. 16. >etener la operación en el caso en que se acabe la suspensión ó se llegue a los @ Kg # cm: 1@. evisar la torta y pesar la cantidad de sólidos que retuvo cada marco. 14. >e ser posible repetir la operación con el uso de fltro ayuda. 1G. Limpiar el equipo. 9abla 1. egistro de >atos 9iempo, min
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'"*,)#(0O* 1. +omparar los resultados del contenido de torta por marco, de #orma e=perimental con los obtenidos de #orma teórica. :. +on la densidad de la torta $;meda y con el peso de la torta recuperada, calcular el volumen de la torta #ormada durante la fltración. N calcular el porcenta"e ocupado por la torta. 6. >eterminar el volumen de fltrado en #unción del tiempo. eali(ar tabla. @. Orafcar tA vs A, A vs t y
∆ P vs t.
4. +alcular la resistencia de la torta y Q G. +alcular el área de fltración total del equipo. H. +omparar los resultados con el caso en que en la fltración se adiciona el uso de fltro ayuda. Cuestionario del Reporte 1. enciona las partes de un -iltro prensa de placas y marcos :. D+uáles son las di#erentes variables que a#ectan el proceso de fltradoE 6. D)n que a#ectaría el uso de una solución más concentrada al proceso de fltraciónE @. Para la solución utili(ada durante la práctica, D)s lo más conveniente utili(ar un fltro de marcos y placasE 4. DFu otro tipo de fltración propondrías para la solución tratada durante la prácticaE DPor quE G. 7ndica cuales son las aplicaciones de la fltración en la industria '"F"'"&+I(* -oust '., et. al., 31JIJ5 Principios de Operaciones Unitarias, :R ed., +)+%', =ico. OeanMoplis +.31JII5 Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias, +)+%', 6R impresión, =ico.
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c+abe S. 31JII5 Operaciones Básicas de Ingeniería Química , cOraT Cill, @U ed. )/' 9e"eda ', et al., 31JJ45 Bioseparaciones. )ditorial /nison. )/'.
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