FILTRAO Nas indstrias de alimentos e bebidas a
FILTRAÇÃO
Nas indústrias de alimentos e bebidas, a filtração aparece na produção de suco de frutas, óleos vegetais, vinho, cerveja. . . a filtração freqüentemente é realizada através de filtros prensa, filtros rotativos ou por meio de membranas. www. meiofiltrante. com. br
FILTRAÇÃO • O objetivo da operação é separar mecanicamente as partículas sólidas de uma suspensão líquida com o auxílio de um leito poroso. . .
FILTRAÇÃO Compete com. . . decantação centrifugação prensagem Aplicações. . . • separação de sólidos relativamente puros de suspensão diluídas; • clarificação total (e às vezes até o branqueamento simultâneo) de produtos líquidos; • eliminação total do líquido de uma lama já espessada.
FILTRAÇÃO A escolha do filtro depende em grande parte da economia do processo que é função da. . 1. Viscosidade, densidade e reatividade química do fluido; 2. Dimensões da partícula sólida, tendência à floculação e deformabilidade; 3. Concentração da suspensão de alimentação; 4. Quantidade do material que deve ser operado; 5. Valores absolutos e relativos dos produtos líquido e sólido; 6. Grau de separação que se deseja realizar; 7. Custos relativos da mão-de-obra, do capital e da energia.
FILTRAÇÃO Força propulsora • próprio peso da suspensão • pressão aplicada sobre o líquido; • vácuo; • força centrífuga.
FILTRAÇÃO quando a operação começa algumas partículas ficam retidas por aderência e tem início a formação da torta, que é o verdadeiro leito poroso promotor da separação. . .
FILTRAÇÃO O meio filtrante é previamente recoberto com um material inerte que se destina a reter os sólidos contaminantes da suspensão. O sólido empregado é denominado auxiliar de filtração, ou ainda, coadjuvante de filtração
FILTRAÇÃO Características dos auxiliares de filtração. . . • acelerar a filtração ou ainda para possibilitar a coleta mais completa das partículas mais finas da suspensão. • Possuem estrutura rígida, que formam tortas abertas, não compressíveis. • desempenha o papel de “esqueleto” da torta. • Mantém a torta porosa durante todo o ciclo.
FILTRAÇÃO Auxiliares de filtração Diatomáceas: são rochas sedimentares formadas por esqueletos silíceos microscópicos de algas de origem marinha ou lacustre Perlita : rocha vítrea de origem vulcânica Celulose : farinha de madeira Carvão ativo: Obtido a partir dos subprodutos da fabricação de papel
• www. princeton. edu • Formam a torta sobre o meio filtrante. . .
FILTRAÇÃO Meio filtrante a variedade de meios filtrantes utilizados industrialmente permite sua utilização como critério de classificação dos filtros. . . • leitos granulares soltos • leitos rígidos • telas metálicas • tecidos e membranas
FILTRAÇÃO. . . meio filtrante m • Leitos granulares. . . areia, pedregulho, carvão britado, escória, calcáreo, coque e carvão de madeira • Leitos rígidos. . tubos porosos de aglomerados de quartzo ou alumina (para a filtração de ácidos), de carvão poroso (para soluções de soda e líquidos amoniacais) de barro e caulim cozidos a baixa temperatura (usados na clarificação de água potável).
FILTRAÇÃO. . . meio filtrante m • Telas metálicas. . . chapas perfuradas ou telas de aço carbono, inox, níquel ou monel • Tecidos. . . tecidos vegetais - algodão, a juta (para álcalis fracos), o cânhamo e o papel tecidos de origem animal - lã e a crina (para ácidos fracos) minerais: amianto, lã de rocha e lã de vidro, para águas de caldeira; plásticos: polietileno, polipropileno, PVC, nylon, teflon, orlon, saran, acrilan e tergal. .
FILTRAÇÃO A escolha do meio filtrante depende da. . • capacidade de remoção da fase sólida • possibilidade de uma elevada vazão de líquido para uma dada queda de pressão • resistência mecânica • inércia química frente a suspensão a ser filtrada e a qualquer líquido de lavagem
FILTRAÇÃO. . . TORTA Os tipos de torta dependem. . . • da natureza do sólido • da granulometria e da forma das partículas • do modo como a filtração é conduzida • do grau de heterogeneidade do sólido
FILTRAÇÃO Resistência ao escoamento do filtrado. . . O escoamento no interior da torta é laminar. . . Com isso a queda de pressão é proporcional à velocidade. . . E as tortas formadas podem ser incompressíveis ou compressíveis. . .
Filtração Os fatores que controlam a velocidade de filtração são: • a queda de pressão • área de filtração, • meio filtrante • Viscosidade • Características da torta. . . número de canais, diâmetro e comprimento dos canais e o tipo de torta.
Filtração • O escoamento do filtrado no interior da torta é laminar, uma vez que os canais da torta apresentam pequenos diâmetros. • As equações de projeto são desenvolvidas a partir de ensaios em escala reduzida. • Parâmetros a ser determinados. . .
Filtração Velocidade de operação • força propulsora é a soma da queda de pressão na torta e no meio filtrante. . . • resistência da torta + resistência do meio filtrante
Filtração A resistência da torta varia com o tempo devido ao aumento de sua espessura resistência do sistema (meio filtrante + canais do filtro) permanece constante
Filtração Queda de pressão na torta. . . Para o equacionamento será considerado o processo de filtração com formação de torta incompressível
Filtração Considerando. . . - fluxo unidimensional - velocidade constante Lei de Darcy
Filtração • d. P 1 = queda de pressão na torta • k = permeabilidade
Filtração • Substituindo na equação de Darcy. . . • Onde porosidade, permeabilidade e densidade são constantes. . .
Filtração Define-se. . . α = resistividade específica da torta Temos. . .
Filtração Cálculo da queda de pressão no meio filtrante Lm = espessura do meio filtrante. . .
Filtração Define-se Rm = resistência do meio filtrante Queda de pressão. . .
Filtração • A queda total de pressão. . . • Determinar tempo e área de filtração. . . pela taxa de filtração. . . • Determinação da massa. . . pela concentração de sólidos. . .
Filtração Cs = concentração da suspensão Velocidade de escoamento. .
Filtração Substituindo na equação. . . Temos. . . ou
Filtração Para filtração com pressão constante. . . podemos introduzir as constantes Kp e B
Filtração • Assim. . . unidades de Kp → s/m 6 B → s/m 3
Filtração Para filtração a pressão constante V e t são as únicas variáveis da equação. . .
Filtração Em um ensaio determinamos o volume de filtrado correspondente a diferentes tempos (t) de filtração. A partir dos dados experimentais determinamos α e Rm. .
Filtração Determinação de α. . . Determinação de Rm
Exemplo (Geankoplis) Dados experimentais de um ensaio de laboratório de filtração de Ca. CO 3 a 25 o. C a pressão constante de 338 k. N/m 2 são mostrados na tabela abaixo. A área de filtração do filtro de placas e quadros é de 0, 0439 m 2 e a concentração dos sólidos na suspensão (Cs) é de 23, 47 kg/m 3 ; viscosidade = 8, 937 x 10 -4 t (s) 4, 4 9, 5 16, 3 24, 6 34, 7 46, 1 59, 0 73, 6 89, 4 107, 3 Vx 103 (m 3) 0, 498 1, 00 1, 501 2, 00 2, 498 3, 002 3, 506 4, 004 4, 502 5, 009
1. Determine as constantes α e Rm. 2. Determine o tempo necessário para obter um volume de 3, 37 m 3 em um filtro industrial de placas e quadros constituído de 20 quadros com área unitária de 0, 873 m 2. A pressão e as propriedades da torta são as mesmas do ensaio de laboratório.
25000 Resolução B= 6784 s/m 3 Kp/2 = 2, 88 x 106 s/m 6 t/V (s/m 3) 20000 15000 10000 α = 1, 79 x 1011 m/kg R 2 = 0. 9965 5000 Rm = 1, 13 x 1011 m-1 0 0. 0000 0. 0010 0. 0020 0. 0030 V (m 3) 0. 0040 0. 0050
Tempo necessário para obter um volume de 3, 37 m 3 em um filtro de placas e quadros constituído de 20 quadros com área unitária de 0, 873 m 2. . . A 2 = 20 * 0, 873 m 2 = 17, 43 m 2 Kp 2 = 5, 76 x 106 * (A 1/A 2)2 = 5, 76 x 106 * (0, 0439/17, 43)2 Kp 2= 36, 42 s/m 6 B 2 = 6784 * (A 1/A 2) = 6784 * (0, 0439/17, 43) B 2= 17, 05 s/m 3 Pela equação t = 264 s
• • Tema de casa. . . Geankoplis 14. 2 -1, 14. 2 -2, 14. 2 -5 e 14. 2 -6 Material disponível no moodle. Bom final de semana!!! • Elaborado por • José Miguel Müller • Prof. do EQA.
- Slides: 41