OPERACIONES UNITARIAS I FILTRACIÓN 2012 1.- En una instalación experimental de filtración, en la que se ha dispuesto un filtro con 440 cm2 de superficie filtrante y se ha operado a 25 ºC, se ha trabajado con un líquido turbio que contenía una fracción de sólidos (de precipitación) de 0,025. La viscosidad del líquido madre es de 1,2 centipoise. Para ver la influencia de la presión se han practicado dos ensayos que han dado los siguientes resultados: Volumen filtrado (litros) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 Tiempo (segundos) ∆p = 1,14 Kg/cm2 ∆p = 2,55 Kg/cm2 6,8 5,0 19,0 11,5 34,6 19,8 53,4 30,1 76,0 42,5 102,0 56,8 131,2 73,0 163,0 91,2 111,0 133,0 156,8 182,5 Se trata de calcular el tiempo que se necesitará para filtrar en un filtro industrial ya construido, cuya superficie de filtración es de 20 m2, trabajando a presión constante de 4,0 Kg/cm2, 5 m3 de filtrado. Para mayor sencillez de las operaciones supóngase que la resistencia del paño es despreciable frente a la que ofrece el precipitado. 2.-Pruebas de filtración efectuadas en el laboratorio sobre un precipitado de CaCO3 suspendido en agua, dan los resultados que se tabulan a continuación: V (lt) 0.1 0.2 t (s) 1.4 3.5 V (lt) 0.3 0.4 t (s) 6.5 10.2 V (lt) 0.5 0.6 t (s) 14.7 20.0 V (lt) 0.7 0.8 t (s) 26.1 33.0 V (lt) 0.9 1.0 t (s) 40.8 49.5 Un filtro prensa de placas y marcos especialmente proyectado con un solo marco, se utilizó en las pruebas. El marco tenía un área filtrante de 0,0263 m2 y un espesor de 30 mm. Todas las pruebas se hicieron a la temperatura de 19ºC y presión de 0,22 Kg/cm2 y con una suspensión que contenía 0,0723 fracción en peso de carbonato de calcio. Siendo: µfiltrado = 3,06 Kg/m.h ρfiltrado = 996 Kg/m3 ρcarbonato = 2630 Kg/m3 ρtorta seca = 1182 Kg/m3 Calcular: La resistencia específica de la torta y del medio filtrante. 3.-Una suspensión de carbonato de calcio en agua, de composición 0,0723 en fracción en peso de carbonato de calcio, se somete a un proceso de filtración, la diferencia de presiones constante de 2,5 atm, en un filtro prensa de placas y marcos, cuya área de filtración es de 263 cm2. La densidad de la torta seca resulta 1,182 g/cm3 y la del carbonato de calcio sólido es de 2,93 g/cm3. Los resultados obtenidos a 20 °C son los siguientes: Volumen de filtrado (litro) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1. 2. 3. 4. 5. 6. Tiempo (seg.) 2.3 5.5 9.8 14.6 20.0 26.7 34.7 Volumen de filtrado (litro) 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 Tiempo (seg.) 43.2 53.3 63.4 75.0 87.4 100.5 Calcular: La porosidad de la torta El volumen equivalente a la resistencia ofrecida por el medio filtrante La resistencia especifica de la torta La superficie especifica de la torta Calcular el tiempo de ciclo, cuando el tiempo necesario para la carga, descarga y limpieza del filtro es de 20 minutos. El volumen de suspensión y el tiempo de filtración que ha de tratarse en un filtro de 1 m2 de superficie de filtración para obtener una torta de 2,5 cm de espesor cuando se efectúa la filtración a una caída de presión constante de 2,5 atm. 4.-La velocidad inicial de filtración en un filtro de hojas que funciona en régimen de filtración a presión constante es de 50 lt/min y para separar 500 lt de filtrado el tiempo de filtración es de una hora. Calcúlese la capacidad de filtración si el filtrado se lava a la misma presión con 75 lt de agua y para la carga y limpieza del filtro se emplean 30 minutos. 5.-En un filtro prensa que consta de 10 marcos de 40x40x3 cm con sus respectivas placas, se filtra una suspensión de sólido en agua. Realizada una corrida a 25°C a una presión constante de 3 Kg/cm2, manométrica, se constata un tiempo de filtración de 25 minutos. Un ensayo posterior en igualdad de condiciones en temperatura y concentración, pero a 5 Kg/cm2 de presión constante manométrica arroja un tiempo de 20 minutos. Para la primer corrida se determinó una porosidad de 0,4 y de 0,35 para la segunda. Sin realizar otro ensayo estimar la resistencia de la torta, si las condiciones de trabajo se mantienen variando únicamente la presión a 4 Kg/cm2. Propuesto: 6.- Un filtro rotatorio de tambor de vacío que sumerge el 33% del tambor en la suspensión se va a utilizar para filtrar la suspensión de CaCO3 del problema 1 con una caída de presión de 67,0 kPa. La concentración de sólidos de la suspensión es cx = 0,191 kg de sólido / kg de suspensión y la torta del filtro es tal que los kg de torta húmeda / kg de torta seca = m = 2,0 . La densidad y la viscosidad del filtrado se pueden suponer iguales a las del agua a 25 ºC. Calcular el área del filtro necesaria para filtrar 0,778 kg de suspensión / seg. El tiempo del ciclo del filtro es de 250 seg. La resistencia específica de la torta se puede tomar como α = (4,37 x 109) (Δp)0,3, donde (-Δp) se da en Pa y α en m/kg. Datos: = 996,9 kg/m3, = 0,8937x10-3 pa.s