Examen de muestra/práctica, preguntas y respuestas PDF

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FILTRACIÓN La filtración es una operación en la que una mezcla heterogénea de un fluido y las partículas de un sólido se separa en sus componentes, gracias al concurso de un medio filtrante que permite el paso del fluido, pero retiene a las partículas de sólido. En todos los tipos de filtración, la mezcla o lodo fluye debido a alguna acción impulsora, como la gravedad, la presión (o el vacío) o la fuerza centrífuga. El medio filtrante retiene y soporta a las partículas .sólidas que van formando una torta porosa sobre la que se superponen estados sucesivos a medida que el líquido va atravesando la torta y el medio filtrante. Obietivo: Separar un sólido de un medio líquido. Estudio de la filtración desde el punto de vista quimico-técnco tiene las siquientes finalidades. 1. Poder decidir razonablemente el tipo de filtro más adecuado para la finalidad perseguida. 2. Dimensionar éste filtro. 3. Establecer las condiciones de ejecución de las operaciones de filtración y de lavado. 4. Poder predecir con suficiente exactitud e resultado que se ha de obtener al variar las condiciones en que trabaja un filtro ya construido. Condiciones precisas para obtener una buena filtración. 1. Correcta elección del material filtrante. 2. El estado físico del material filtrante, su naturaleza química y su estado superficial, determinarán la mayor o menor adherencia del precipitado y con ello la posibilidad de efectuar una filtración con medios más o menos permeables. 3. El medio filtrante debe retener el precipitado, pero sin que la deposición de éste sobre él o en el interior de sus poros cierre paso al líquido; las partículas del precipitado deben formar como puente sobre los poros del material filtrante. Características que deben presentar los materiales filtrantes. 1. Deben presentar por si pequeña resistencia al flujo. 2. Gran resistencia química frente a los productos que han de filtrarse. 3. Suficiente resistencia mecánica para resistir la presión de trabajo, buena resistencia al desgaste y una superficie lo más lisa posible para que pueda ser separado de ella el precipitado sin pérdidas Tipos de materiales filtrantes 1. Materias granulares (polvo de carbón, (amianto), arena y grava) 2. Fieltro 3. Tejido Clasificación de los filtros Los tipos más importantes son: 1. FILTROS DE ARENA a. Abiertos b. A presión 2. FILTROS PRENSA a. De cámaras b. De placas y marcos 3. FILTROS DE HOJAS a. Moore b. Kelly c. Sweetland 4. FILTROS CONTÍNUOS ROTATIVOS De tambor De hojas De alimentación superior FILTRO DE ARENA Forma de trabajo: Continua A Presión Es una caja, en el fondo del depósito montado sobre un falso fondo o conectados a una tubería de distribución, hay un cierto número de coladores que están construidos en bronce y llevan unas ranuras estrechas en la cabeza, sobre ellos hay una capa de algunos centímetros de grava y encima va otra de arena que forma el filtro propiamente dicho (0,60 a 1,20 m). de altura Funcionamiento: El agua se introduce por la parte superior donde choca con una pantalla con objeto de impedir que la arena se revuelva. El agua filtrada se extrae por el fondo, a través de los coladores cuando las partículas sólidas obstruyen el filtro (el flujo disminuye) se lava el filtro con agua a contracorriente. (Lavado) introduce agua ya filtrada por la parte inferior del filtro a través de los coladores de modo que fluye hacia arriba y sale por donde normalmente es la entrada. 8 a 16 litros por minuto y m2 de superficie filtrante. Ventaja: Son útiles cuando la cantidad relativa de sólido que hay que separar es muy pequeña y

cuando se han de manejar volúmenes de líquido muy grandes con el mínimo coste. Desventaia: Los precipitados gelatinosos o aquellos que recubren la arena de manera que no pueden eliminarse por el lavado en contracorriente o aquellos que han de recuperarse, no pueden manejarse de ésta forma en filtros de arena. Filtro rápido de Arena o Abierto trabajo: continuo Se diferencia del filtro a presión en que la arena en lugar de estar contenida en un depósito para resistir la presión, está contenida en unos grandes depósitos abiertos de hormigón. Ventaja: Gran capacidad de filtración, pueden producir cantidades enormes de agua muy limpia. Usos: Servicios municipales de filtración de agua, en los molinos de papel.

FILTROS DE PRENSA Filtro prensa — De cámara Forma de trabajo: Discontíriua Es el tipo de filtro más sencillo y más barato. Una cabeza fija pesada de fundición va montada sobre un marco adecuado y lleva las conexiones necesarias de tuberías. Saliendo de ésta cabeza, hay dos barras horizontales, paralelas, soportadas por el otro extremo del marco. Éstas barras soportan los platos de la prensa por medio de orejas. Los platos son normalmente de fundición y pueden ser cuadrados o redondos. En el centro de cada plato va un agujero alineado con una conexión de la cabeza de la prensa y por el que se produce la alimentación. Sobre cada plato va colocada una tela de tejido filtrante con un agujero cortado en el centro que coincide con el agujero del plato, se ajusta al plato por medio de anillos llamados ojales que pueden ir atornillados. De ésta forma el tejido filtrante cae hacia abajo y queda saliendo alrededor del plato. Cuando todos los platos se han armado se coloca un plato especial al final y se prensa fuertemente por medio de un tornillo o mediante un dispositivo de presión hidráulica. Las telas filtrantes sirven de juntas entre platos adyacentes. Funcionamiento: El líquido que se quiere filtrar se bombea y se llena todo el espacio que hay entre las telas, el filtrado pasa a través de las telas, corre hacia abajo por las ondulaciones que existen sobre las caras del los platos y escapa a través de los agujeros que se encuentran en la parte inferior de los platos que conectan con una salida exterior y que normalmente descarga en una artesa abierta. La cámara formada entre los platos por los bordes salientes, es el volumen disponible para la formación de la torta. El saliente de los bordes se determina por el espesor de la torta. Cuando se ha acumulado suficiente cantidad, se afloja el tornillo de cierre, se desliza hacia atrás el plato final por los carriles de soportes, se separán los platos y se descargan las tortas.

Filtro prensa — De platos y marcos (Plato embutido) Forma de Trabajo: Discontinua . Se compone de platos muy ligeramente rebordeados y de marcos huecos, montados alternativamente en el mismo tipo de estructura que se emplea para el filtro de cámaras. Al montar el filtro prensa se coloca en cada plato una tela filtrante, que no se monta sobre los marcos. Estas telas filtrantes tienen unos agujeros que coinciden con las conexiones de los platos y marcos, de forma que cuando se ha montado el filtro prensa, estas aberturas forman un canal continuo de longitud total a la de la prensa y coinciden con las conexiones correspondientes de la cabeza fija. Los canales están en el interior de los marcos y no tienen aberturas en los platos. En el fondo de los platos hay unos agujeros que conectan las caras de estos a la salida. A medida que se bombea el material que ha de filtrarse a través del canal de alimentación, los marcos se van llenando, y se eleva la presión, pasando el filtrado a través de las telas filtrantes, que corre hacia abajo por la cara del plato y sale por el pico de descarga. Cuando la prensa está llena por lá torta se abre y se descarga de la misma forma que en los filtros de cámara. La torta no puede lavarse y, por lo tanto se descarga conteniendo una cierta cantidad de filtrado que puede ser material útil o inútil. Cada plato descarga una corriente visible de filtrado en la artesa colectora y por consiguiente, si cualquiera de las telas filtrantes se rompe o se obstruye, el plato correspondiente se puede poner fuera de servicio sin tener que vaciar la carga completa. Si el filtrado está caliente o es volátil o por otra razón no se desea la descarga abierta, puede

disponerse un canal semejante al de alimentación para que recoja esta descarga, pero de este modo si se tiene un filtrado turbio, no hay posibilidad de saber qué tela o qué telas se han roto sin abrir la prensa. Ventajas 1. Debido a su simplicidad es versátil, pudiendo ser utilizados para una amplia gama de materiales a diversas condiciones de operación en lo que se refiere a espesor de la torta y presión. 2. El coste de mantenimiento es bajo. 3. Proporciona una gran área filtrante en un espacio reducido, requiriéndose pocas unidades adicionales. 4. La mayor parte de las juntas son externas, detectándose fácilmente las fugas. 5. Resulta igualmente adecuado tanto si el producto principal es la torta como el líquido. 6. Se obtiene fácilmente elevadas presiones. Desventajas 1. Su funcionamiento es intermitente, y la repetición de las operaciones de armar y desarmar puede provocar elevados desgastes eh las telas. 2. A pesar de las mejoras anteriormente citadas, el trabajo con este equipo resulta pesado y no es adecuado para tratar grandes cantidades. 3. FILTROS DE HOJAS El corazón o parte interior de la hoja, de forma rectangular o circular, es una pieza pesada de fluido de hilo metálico grueso con frecuencia sobre esta pieza va un sostén de tejido metálico de hilo fino pero no suficientemente tupido como para actuar como medio filtrante. Alrededor del borde exterior de este conjunto va una pieza ligera de metal en forma de U que une los bordes. A esta sección está conectado un tubo pequeño que sirve tanto para extraer el filtrado como para mantener suspendida la hoja. Sobre la hoja lleva colocado un saco de tejido fíltrante cosido fuertemente alrededor del borde de la misma y cogido entre un collar alrededor del tubo de salida. Es necesario disponer de una mirilla de vidrio para cada hoja y de válvulas para que si una hoja filtra turbio, pueda ser puesta fuera de servicio

4- LOS FILTROS ROTATORIOS CONTINUOS Son filtros de succión en los que la filtración, lavado, secado parcial y descarga de la torta, tienen lugar automáticamente. Son utilizados en la industria minera, en la industria química en la que se filtran en gran escala los cristales de carbonato cálcico y de sulfato amónico. Filtros de tambor: Su capacidad es mas grande, esta hace que no se pueda utilizar para operaciones discontinuas y para trabajos en pequeñas escalas .El filtro de tambor rotatorio consiste en un cilindro dispuesto horizontalmente, con la superficie exterior formada por planchas perforadas o elementos de drenaje especiales sobre los que se fija la tela filtrante. El tambor esta dividido interiormente en compartimientos que, al girar, se conectan a través del eje. Variando el número de revoluciones, se consigue que la torta de precipitado sea más o menos gruesa. En ocasiones cuando se trata de filtrar líquidos turbios cuyo filtrado es volátil, estos filtros van encerrados en una carcasa que evita la perdida de tales productos. Ventajas 1. El funcionamiento del filtro es completamente automático, reduciéndose por lo tanto a un mínimo las necesidades de mano de obra. 2. Pueden formarse torta de cualquier espesor alterando la velocidad de rotación del filtro. El espesor suele ser normalmente desde tres mm para sólidos finos, hasta 100 mm. Para sólidos muy gruesos. 3. El filtro tiene una capacidad muy grande dado su tamaño, y es ampliamente utilizado para la filtración de grandes cantidades de materiales de fácil filtración. 4. Si la torta es de sólidos gruesos puede separarse de ella la mayor parte del liquido antes de descargarlo. Desventajas 1. Es un filtro de vacío y por lo tanto la diferencia de presiones máximas disponibles es muy limitada, resultando difícil la filtración de líquidos calientes debido a su tendencia a la ebullición. 2. No puede utilizarse este filtro para materiales que formen tortas relativamente impermeables o difíciles de separar de la tela. 3. No es fácil obtener un buen lavado, pero frecuentemente una doble filtración resolverá este problema. 4. Es difícil obtener una torta seca. 5. Los gastos de instalación del filtro y del equipo de vacío son elevados.

Coadyuvantes de la filtración. Un coadyuvante de la filtración es un material sólido finamente divido formado por partículas duras y fuertes, que cuando están en masa son incompresibles. El mas utilizado comercialmente es la tierra de diatomeas, consiste en esqueletos cilicios de organismos marinos muy pequeños, estos esqueletos están caracterizado por: a. primero, el hecho de que consisten en sílice prácticamente pura b. segundo al ser excesivamente complejo en sus estructuras ofrecen una superficie enorme para la adsorción de los coloides. Los coadyuvantes de filtración pueden utilizarse en tres formas. Prerrevestido de coadyuvante La primera consiste en utilizar los coadyuvantes de absorción para formar una torta previa, prerrevestido de coadyuvante, o una capa de poco espesor del material que se deposita sobre el filtro. El prerrevestido evita que las partículas coloidales del lodo se apelmacen contra la tela filtrante haciendo que la resistencia de la tela sea muy elevada. Incorporación del coadyuvante al lodo El segundo método es su incorporación en un determinado porcentaje al lodo antes de ser enviado a la prensa. La presencia del coadyuvante de filtración aumenta la porosidad del lodo disminuye su compresibilidad y reduce la resistencia de la torta durante la filtración.

Prerrevestido especial Un tercer método de utilizar los coadyuvantes de filtración es el de emplear un filtro de revestido especial. Esencialmente es un filtro de vacio de tambor giratorio. Se alimenta una suspensión del coadyuvante de filtración solo al filtro hasta que se forma una capa de pre revestido. Seguidamente se alimenta el lodo que se quiere filtrar. El arrancador se coloca de forma que en cada vuelta del tambor arranque la capa sólida depositada. Y una película muy fina de revestimiento. El cuchillo lleva un avance micrométrico automático, por lo que avanza continuamente hasta que se termina la capa de revestimiento. En este momento se interrumpe la filtración se deposita una nueva capa de revestimiento y se continua la filtración. Puede aplicarse una capa de revestimiento durante una hora y durara desde un día hasta algunas semanas. Este método se utiliza para precipitados gelatinosos o limos que nunca pueden formar una torta, pero tienen que ser eliminados cuando el filtro tiene sobre sí una capa muy fina de precipitado. La naturaleza del coadyuvante de filtración limita normalmente el uso de este método a aquellos casos en que la torta no tiene utilidad. La separación del precipitado del coadyuvante de filtración solo es posible cuando se pueden emplear métodos químicos.

Utilización de Coaciulantes de la filtración. Ocurre con frecuencia que la cantidad de material a eliminar es tan pequeña o el material esta tan subdividido, que le filtro de arena no es capaz de separar el sólido. Cuando se presentan estos problemas es costumbre agregar un coagulante al agua antes de la filtración. Este coagulante puede ser el sulfato ferroso o el de aluminio, que por hidrólisis dan un precipitado en flósculos de hidróxidos ferroso o aluminico; este precipitado absorbe la materia suspendida finamente divida así como también las bacterias, aunque se agregue al agua en cantidades muy pequeñas. Los flósculos que resultan, aunque finos, se eliminan por el filtro de arena.

Regímenes de filtración (afecta a los valores Que puede tener la presión a lo laro del proceso de filtración) 1. A presión constante: Se realiza cuando se filtra un líquido turbio que forma una torta apenas sensible a la presión. El líquido turbio llega al filtro desde el primer momento con una presión que se ha de mantener durante toda la operación, la velocidad de filtración por tanto, ha de ir disminuyendo, pues a medida que crece el espesor de torta la resistencia a la filtración es mayor. 2. A velocidad constante: Cuando el precipitado está constituido, total o parcialmente, por sustancias sensibles a la presión, si no se emplea cantidad suficiente de coadyuvante. Se comienza a filtrar a pequeña presión y, a medida que va aumentando el espesor de torta —y con ello la resistencia del filtro- se va elevando la presión para mantener constante el volumen de filtrado obtenido en iguales intervalos de tiempo. La desventaja es que en los primeros momentos no se aprovecha la pequeña resistencia con la que se podría obtener grandes volúmenes

3. En régimen mixto: Pretende armonizar las ventajas de los dos anteriores. Se comienza a velocidad constante, a poca presión, hasta que se ha formado un lecho suficiente sobre el material filtrante; después, se eleva la presión hasta el límite oportuno y se procede a presión constante.

Factores a considerar para la selección del equipo de filtración 1. Las propiedades del fluido, especialmente: densidad, viscosidad y propiedades corrosivas. 2. La naturaleza del sólido, tamaño y forma de partícula, distribución de tamaños y características del relleno. 3. La concentración de sólidos en suspensión. 4. La cantidad de material a tratar y su valor. 5. Si el producto valioso es el sólido, el fluido o ambos. 6. Si es necesario lavar los sólidos filtrados. 7. Si la suspensión de alimentación puede calentarse. 8. Si una contaminación muy ligera proveída por el contacto de la suspensión o el filtrado con los diversos componentes del equipo es perjudicial para el producto. Factores del cual depende la velocidad del filtración 1. La caída de presión desde la alimentación hasta el lado más lejano del medio filtrante. 2. De la viscosidad del filtrado. 3. El área de la superficie de filtración. 4. La resistencia del medio filtrante y de las capas iniciales de la torta....