PREINFORME: FILTRACIN AL VACI EN TAMBOR ROTATORIO.

Ginna Paola Silva ArchilaDiana Marleybis Uribe JimnezCarlos Andrs Herrera SenzRuben Cristopher Rodriguez Castillo

Ingeniero: Dubn Fabian Garcia Navas

ESCUELA DE INGENIERA QUMICALABORATORIO DE PROCESOS

INTRODUCCINLas operaciones unitarias nacen de la necesidad de la humanidad, por tratar las materias primas de una manera eficaz y objetiva. La filtracin es una de las tcnicas mayor empleadas en la industria; de ahi la importancia de su desarrollo y estudio.Hay varios tipos de filtracin, en esta oportunidad someteremos a estudio el filtro de tambor rotatorio al vacio.1. OBJETIVOSOBJETIVO GENERAL Principalmente conocer el funcionamiento y los parmetros operacionales que afectan la eficiencia de la filtracin al vaco. Estudiar el modelo por el que se ha planteado realizar la filtracin, y dar respuesta a preguntas como Qu tiene de especial el hecho que la filtracin sea por tambor rotatorio?, La filtracin es una operacin esencial en la industria?

OBJETIVOS ESPECFICOS Comprender cules son los parmetros ms influyentes en la filtracin y como cambia el proceso ante modificaciones en los mismos Realizar tcnicas de anlisis en el laboratorio que permitan cuantificar la cantidad filtrada. Determinar la eficiencia, la resistencia del medio filtrante y la resistencia de la torta en el filtro.

2. MARCO TERICOLa filtracin es un mtodo fsico-mecnico para la separacin de mezclas de sustancias compuestas de diferentes fases. Tambin en denominado como una operacin unitaria en la que el componente slido insoluble de una suspensin slido-lquido es separado del componente lquido haciendo pasar ste a travs de una membrana porosa que retiene a las partculas slidas en su superficie corriente arriba, o dentro de su estructura, o ambos.Se le denomina como pre filtrado a la suspensin slido-lquido alimentada, filtrado al componente lquido que pasa a travs de la membrana, y a la membrana en s se le conoce como el medio filtrante. A los slidos separados se les llama la torta del filtro, una vez que forman una capa perceptible en la superficie de la membrana.Es necesario aplicar una fuerza externa al fluido para que ste se sobreponga a la resistencia que le opone a su trnsito, el medio filtrante. De sta forma se crea un diferencial de presin a travs del filtro obtenindose la siguiente ecuacin:Tasa de filtracin =

(1)Es decir,

(2)

En donde la resistencia al flujo a travs del medio filtrante es proporcional a la viscosidad del fluido ( ), teniendo que:LT

(3)= Resistencia especifica de la tortaLT = Grosor de la tortaL= Grosor equivalente ficticio del medio filtrante y la pre-capaA= rea del filtro = Cada de presin a travs del filtro

S se conoce la tasa de flujo del lquido, el contenido de slidos y suponiendo que todos los slidos son retenidos en el filtro, se puede calcular el grosor de la torta como:

(4)Donde W es el contenido fraccional de slidos por unidad de volumen de lquido, V es el volumen de fluido que ha pasado a travs del filtro y A es el rea superficial sobre la que se forma la torta.Entonces la resistencia puede escribirse como:)

(5)

Y la ecuacin para el flujo a travs del filtro causada por una diferencia de presin como:

(6)

Esta ecuacin constituye la ecuacin fundamental de la filtracin, y se puede emplear para predecir el desempeo de filtros a escala industrial a partir de pruebas a nivel laboratorio o piloto.Existen muchos tipos de filtros pero los ms comunes son los siguientes: Filtro prensa: Los filtros prensa pueden operarse a presin constante o puede incrementarse gradualmente la presin para mantener el volumen de filtrado constante ya que comnmente se emplean bombas centrfugas con estos equipos, la filtracin se da inicialmente a tasa constante seguida de a presin constante. La presin empleada en este tipo de equipos es de 25-75 psig. (276-61RN/m2). Filtros al vaco: Este tipo de filtros es recomendado para procesos continuos. En estos filtros se mantiene una presin sub-atmosfrica corriente abajo del medio filtrante y atmosfrica corriente arriba. Filtro de Tambor Rotatorio al Vaco

Este consta de un tambor rotatorio girando alrededor de su eje horizontal. La superficie del tambor consiste de un nmero de compartimientos poco profundos formados por flejes divisorios que corren a lo largo del tambor. El tambor se encuentra parcialmente sumergido en un tanque abierto que contiene la suspensin a filtrarse. El medio filtrante cubre la superficie del tambor y se encuentra soportado por placas perforadas. El tambor gira a velocidades del orden de 0.1-2 rpm. Conforme el tambor gira los compartimentos sumergidos en la suspensin forman un vaco. El filtrado fluye a travs del medio filtrante y salen por la tubera de drenado, mientras que los slidos forman una torta en la superficie externa del medio filtrante. Conforme el compartimento emerge de la suspensin, la capa de torta es raspada.

Figura 1. Filtro de Tambor rotatorio

CAMPOS DE APLICACIN DE LOS FILTROS DE VACO Industria Minera: Concentrados de flotacin, yeso, caliza, slice, sales minerales, almina, hidrxido de aluminio, cemento, carbn, precipitados de oro, recuperacin de plata, etc. Industria Qumica:silicatos y zeolitas, fosfatos, fertilizantes, fungicidas, insecticidas, pesticidas, carbn activo, sulfatos, catalizadores, cido fosfrico, pigmentos, siliconas, etc. Industria Alimentaria:cidos orgnicos, almidn y derivados, aceites vegetales y grasas, levaduras y extractos Residuos industriales y tecnologa medioambiental Otros.

TITULACINLa titulacin o valoracin de soluciones tiene como principal objetivo determinar la concentracin de una solucin cida o bsica desconocida denominada solucin analizada. Esto se logra a travs de la adicin de pequeos volmenes de una solucin cida o bsica de concentracin conocida-la solucin valorada- a la solucin analizada. El proceso se basa en la neutralizacin que se lleva a cabo entre las dos soluciones, ya que una es cida y la otra es bsica. As, si sabemos la concentracin de iones H de la solucin valorada, podremos deducir la concentracin de iones OH en la solucin analizada, a partir del volumen de solucin valorada usado para neutralizarla, pues la H debe ser igual a la . Cuando esto sucede se dice que se ha alcanzado el punto de equivalencia. En este punto, el nmero de equivalentes-gramo del cido y la base son iguales.

Para calcular la concentracin de la solucin analizada debe tenerse en cuenta la igualdad:

N . V = N . V(7)En donde:

N = normalidad del cido (peqg/L) V = volumen del cido (L)N = normalidad de la base (peqg/L) V = volumen de la base(L)

Es decir, el producto de la normalidad y el volumen del cido debe ser igual al producto de la normalidad y el volumen de la base.

El indicador de ph que se usara ser Naranja de metilo, el cual es un colorante azoderivado, con cambio de color de rojo a naranja-amarillo entrepH3,1 y 4,4. El nombre del compuesto qumico del indicador es sal sdica decido sulfnicode 4-Dimetilaminoazobenceno. Las fichas tcnicas internacionales de seguridad de cada una de las sustancias involucradas en el proceso se encuentran en el Anexo 1 de este documento.3. EQUIPOSLos siguientes fueron los equipos y materias primas utilizadas en la prctica:EQUIPOS

Vaso de precipitado

2 Erlenmeyer (50 ml)

Baldes

Bureta

Cronmetro

Esptula

Filtro de tambor rotatorio

Gotero

Probeta

Tabla 1. EquipoMATERIAS PRIMAS

cido Clorhdrico (HCl)

Carbonato de calcio (CaCO3)

Metil naranja

Agua

Tabla 2. Materias primas

4. METODOLOGA

Diagrama 1. Proceso de Filtracin de tambor rotatorio al vaco

1. Armar el montaje necesario para la titulacin. Figura 3

2. Agregar en un Erlenmeyer 50 ml de la solucin (agua + CaCO3 ) , luego dejar caer 2 gotas de metil naranja.

3. Agregar 20 ml de cido Clorhdrico en la pipeta.

4. Abrir poco a poco la pipeta dejando caer gotas de cido Clorhdrico a la solucin; es importante ir agitando hasta que tome un color amarillo.

Diagrama 2. Diagrama de proceso de Titulacin

5. RESULTADOS

Variables del proceso: concentracin, tipo de medio, % de inmersin, velocidad de giro del tambor, Presin de vaco. Medio Filtrante: Dril sper 8 (No es el ideal para este tamao de partcula) Se trabajar solamente con una inmersin del 100% La presin de vaco se mantiene constante y es de 10 in Hg

Se tomaron 3 registros del tiempo que tarda en dar una vuelta el tambor, teniendo en cuenta que est a la velocidad ms alta.t1 13.13 st2 12.24 st3 11.57 s 36.94 stpr = 12.41 s

Peso de la bandeja = 424 gCantidad de CaCO3 = 600 g_Peso total 1024 g Hay dos tanques para trabajar en continuo, es decir cuando el nivel del tanque de funcionamiento esta inmediatamente debajo de la salida de la tubera de vaco, se debe cerrar la vlvula y abrir la del otro tanque.

Figura 2Sin embargo solo est en funcionamiento un tanque. Se agregan los 600 g de CaCO3 en los 50 L de agua y se mezclan por 10 minutos. Despus debe haber una persona regulando la vlvula de tal forma que el nivel de inmersin sea del 100% Se enciende el giro del tambor a la mxima velocidad, y el agitador a una velocidad media, ya que de ser alta se reboza la solucin. Inmediatamente se abre la vlvula del tanque 1, y a partir de ese momento comienza el conteo del tiempo. Continuamente hay un operador recogiendo la torta con una esptula.

Figura 3 En intervalos de 4 minutos se marca el nivel del agua del tanque 1. Se contina hasta que se termine la solucin de alimentacin. Por la vlvula de descarga, en un recipiente evacua el volumen filtrado de acuerdo a la lneas marcadas en el tanque 1, los resultados son los siguientes:

Tiempo de operacin (s)Volumen filtrado (ml)

2407950

4805350

7207045

9605080

12006087

14407000

16805550

Volumen total44062

Tabla 3 Datos tiempo vs volumen filtrado La torta acumulada se pesa en base hmeda (Figura 4), posteriormente se deja en el horno por 2 das y se vuelve a pesar de nuevo en base seca(Figura5 ). Es as como se puede hacer un balance de masa y calcular la prdida y eficiencia de dicha filtracin.

Peso de la torta (base hmeda)= 987 g

Figura 4

Peso de la torta (base seca)= 824 g Figura 5

Para la titulacin se utiliz como indicador, metil naranja (2 gotas por 50 ml de solucin filtrada Figura 6), y para neutralizar se necesitaron 15 ml de HCl (0.05 N).

Figura 6Entonces, para calcular la concentracin de la solucin filtrada, nos valemos de la siguiente ecuacin:N CaCO3 . V CaCO3 = N HCl . V HClN CaCO3 . 0.05 L = 0.05 N . 0.015 L N CaCO3 = 0.015 N

gCaCO3 = V total + N CaCO3gCaCO3 = 44.062 + 0.015 gCaCO3 = 0.66093

CaCO3 filtrado = gCaCO3 x PMCaCO3CaCO3 filtrado = 0.66093 x 100CaCO3 filtrado = 66.093 g

Balance de masa:

CaCO3 in = CaCO3 torta + CaCO3 filtrado + CaCO3 prdidas

CaCO3 filtrado = 66.093 g

CaCO3 prdidas = CaCO3 in - CaCO3 torta - CaCO3 filtrado

CaCO3 prdidas = 600 400 66.093

CaCO3 prdidas = 133.907 g

Prdidas

22.317 %

Eficiencia

66.6 %

Resistencia al medio filtrado

El proceso se realiz a Presin constante, por consiguiente las variables del proceso son el Volumen y el tiempo. Por lo tanto nos podemos ayudar de la ley de dArcy en su forma invertda:

Integrando se obitene:

Kc : coeficiente de permeabilidad

Para utilizar la anterior ecuacin, se hace necesario hallar la relacin de tiempo y volumen como se ve en la tabla 4:

t/V (s/L)Volmen filtrado (L)

30,18867,950

36,0905.350

35,3897.045

37,7585.080

38,08076.087

37,39097.000

38,1285.550

Tabla 4 Datos tiempo/volumen y volumen acumulado

Figura 7. Grfica de t/V vs V

Pendiente: = 0.7444Kc= 1.4888 s/L2Corte:

6. CONCLUSIONES

La filtracin por tambor rotatorio es una operacin de tipo continuo ya que la torta se va retirando constantemente impidiendo la saturacin de este. La resistencia del medio filtrante en el filtro rotario es despreciable comparada con la resistencia de la torta, puesto que hay una bomba de vaco que facilita la operacin.

Se debe cambiar el filtro super 8 por otro ms indicado que mejore la eficiencia del proceso

7. RECOMENDACIONES

Tener cuidado al comenzar el filtrado ya que al trabajar una inmersin del 100%, la mezcla se desborda constantemente por la accin del agitador.

Una variable importante es la eficacia del operario al recoger la torta.

Una variable para tener en cuanta es el tipo de filtro a utilizar, ya que dependiendo de la mezcla se define el filtro.

8. BIIBLIOGRAFA Hoja de seguridad III, Acido clorhdrico, http://www.quimica.unam.mx/IMG/pdf/3hshcl.pdf Filtracin en resumen, filtracin, tipos de filtros http://www.acefesa.es/filtra/filtracion.pdf Laboratorio de operaciones unitarias, universidad autnoma metropolitana unidad iztapalapa, Jaime Vernon Carter. http://cbi.izt.uam.mx/iq/Laboratorio%20de%20Operaciones%20Unitarias/Practicas%20Laboratorios/PRACTICA4.pdf Tcnicas de filtracin S.A, filtros al vacio, http://www.gruptefsa.com/sp/fv.htm

9. ANEXOS

ANEXOS

cido clorhdrico (HCl)Peso molecular: 36.46 g/mol Composicin Cl: 97.23 % H: 2.76 %.

Para su manejo es necesario utilizar lentes de seguridad y, si es necesario, guantes de neopreno, viton o hule butlico, nunca de PVA o polietileno en lugares bien ventilados. No deben usarse lentes de contacto cuando se utilice este producto. Al trasvasar pequeas cantidades con pipeta, siempre utilizar pro pipetas, NUNCA ASPIRAR CON LA BOCA. Si se manejan cantidades grandes de este producto, es necesario utilizar un equipo de respiracin autnoma sin partes de aluminio.Carbonato de Calcio (CaCO3)Peso molescular: 100.1 g/molAsegrese de utilizar respirador ( mascarilla) apropiado que cumpla con los Estndares de seguridad. Se recomienda el uso de Guantes Industriales. Utilice lentes de Seguridad o Goggles. Otro equipo de proteccin: Ropa apropiada para el trabajo, la cual despus de ser lavada adecuadamente puede serReusable.