PROCESSOS DE SEPARAÇÃO
SÓLIDO-LÍQUIDO
Profa Dra Elenice Schons
Prof Dr André Carlos Silva
Capítulo 5.
Introdução
⚫ A filtragem de suspensões sólido-líquido
pode ocorrer basicamente de duas formas distintas:
⚫ Colmatação: a suspensão percola uma matriz
porosa rígida que retém as partículas sólidas;
⚫ Formação da torta: as partículas se acumulam
Introdução
⚫ Foco de estudo: filtragem com formação de
torta (faixa granulométrica entre 10 a
100μm), conduzida no filtro prensa e no filtro rotativo a vácuo.
⚫ A filtragem feita mediante simples pressão
Introdução
⚫ Filtragem a vácuo: cria-se uma pressão
negativa debaixo do meio filtrante.
⚫ Filtragem sob pressão: aplica-se uma
pressão positiva do lado da torta.
⚫ Filtragem centrífuga: utiliza-se a força
⚫ A teoria da filtragem permite estabelecer a
relação entre a capacidade do equipamento e as variáveis área, tempo e pressão de filtragem.
⚫ Essa relação, por sua vez, depende
intrinsecamente das propriedades da torta
resultante do processo de filtragem, um meio poroso que se compacta pela percolação do próprio filtrado.
⚫ O processo de filtragem consiste:
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫
A suspensão escoa por ação da pressão
contra o meio filtrante, resultando na
separação dos produtos
filtrado
e
torta
.
⚫
A maior parte do
líquido
da suspensão
⚫
O
meio filtrante
é um
tecido
que tem
como função reter as partículas no início
da operação.
⚫
Em seguida essa tarefa é realizada pela
própria torta, que sofre um aumento da
sua espessura com o tempo.
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ A teoria para a filtragem pode ser estabelecida
considerando que:
⚫ O filtrado escoa através de dois meios porosos em
série: a torta e o meio filtrante;
⚫ A torta cresce continuamente ao longo da operação
pelo aporte de suspensão;
⚫ As propriedades da torta dependem da posição em
relação ao meio filtrante e do tempo de filtragem.
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ As principais variáveis que podem influenciar
a operação dos filtros contínuos a vácuo e seu desempenho são relativas:
⚫ ao sólido
⚫ ao conjunto torta/filtrado ⚫ à polpa
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Relativas ao sólido:
⚫ Área superficial específica, distribuição granulométrica do
sólido, forma geométrica e as propriedades de superfície.
⚫ Verifica-se na prática industrial que maiores valores de
área superficial específica e quantidades significativas de partículas em determinadas faixas de tamanho (<10 μm, por exemplo) podem piorar a qualidade da filtragem e influenciar seu custo.
⚫ Partículas aciculares e lamelares apresentam
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Relativas ao conjunto torta/filtrado:
⚫ Destaca-se a influência da espessura da torta, que em
valores altos pode significar maior retenção e dificuldade (resistência) ao fluxo de líquido na estrutura formada e, em menores, baixa taxa unitária de filtragem.
⚫ A porosidade da torta está relacionada com a proporção
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫
Relativas ao conjunto torta/filtrado:
⚫ Verifica-se que, quanto maior for seu valor, mais fácil
será a retirada de líquido.
⚫ A resistência da torta aumenta com o aumento de sua
espessura e é influenciada por várias variáveis como:
⚫ Viscosidade do líquido (temperatura); ⚫ Espessura da torta;
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫
Relativas à polpa:
⚫ São: a taxa de alimentação, a porcentagem de sólidos, a temperatura, a viscosidade do líquido, o valor de pH, a adição de reagentes auxiliares e a presença de sais dissolvidos.
⚫ Taxa de alimentação: está relacionada com a
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Porcentagem de sólidos da polpa: é uma variável
de grande influência sobre a resposta de filtragem a vácuo e seus valores são normalmente elevados (70% em massa para filtros a disco, por exemplo).
⚫ Viscosidade do líquido: é influenciada pela
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Adição de reagentes: pode ser considerada uma
variável em razão de sua atuação sobre algumas características de componentes da polpa como: estado de agregação/dispersão do sólido e tensão superficial do líquido.
⚫ Presença de sais dissolvidos: pode afetar a
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Relativas ao equipamento:
⚫ O ciclo, o nível de vácuo e/ou de sopro (caso exista),
o meio filtrante, a geometria dos componentes e o nível de agitação podem ser citados de maneira mais geral.
⚫ O ciclo total do filtro: vai ser definido com base nas tarefas a
serem desenvolvidas e nas características da polpa e pode variar conforme cada situação.
⚫ As características do meio filtrante utilizado: devem estar
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Relativas ao equipamento:
⚫ Setores, raspadores, tubulação interna e válvula: estão
relacionados com a geometria do equipamento e podem influir em seu desempenho.
⚫ Agitação (filtros de tambor e de disco): é responsável pela
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ A abordagem que tem sido dada à filtragem
baseia-se em modelos que consideram como ponto de partida o fluxo de líquido através de um meio poroso (torta), descrito pela lei de Darcy:
𝑸 =
𝑲×∆𝑷×𝑨𝝁×𝑳
=
∆𝑷×𝑨
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Onde:
⚫ Q: fluxo do filtrado
⚫ A: área transversal ao fluxo
⚫ K: permeabilidade do leito (torta) ⚫ ΔP: diferença de pressão
⚫ : viscosidade do filtrado ⚫ L: espessura do leito (torta)
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ O valor da resistência R é, na verdade, a
soma de duas contribuições:
⚫ Aquela representada pela torta e aquela pelo
meio, ou seja:
R = Rt + Rm (2)
⚫ Onde:
⚫ Rt: resistência da torta
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Normalmente considerava-se Rt >> Rm mas,
na abordagem mais moderna da filtragem, acredita-se que a interface torta/meio filtrante
tem papel importante no controle da
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Considerando-se Rt como a parcela mais
importante, pode-se escrever:
Rt = .W (3)
⚫ Onde:
⚫ : resistência específica da torta
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Então:
𝑸 =
∆𝑷 × 𝑨
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Para tortas compressíveis, onde há uma movimentação
de sólidos em direção ao meio filtrante, pode-se considerar a resistência específica como um valor médio ou fazer uma correção na equação de Darcy:
𝑸 −
𝜺 𝟏−𝜺𝒓 =
𝑲∆𝑷𝑨 𝝁𝑳=
∆𝑷𝑨 𝝁 𝜶𝑾+𝑹𝒎 (5) ⚫ Onde:Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Considerando-se tortas incompressíveis, a
massa de torta formada por unidade de área
é função do tempo para filtragem em
batelada e está relacionada ao volume acumulado de filtrado (V) relativo ao tempo t, ou seja:
𝑸 =
𝟏 𝑨 𝒅𝑽 𝒅𝒕=
𝑲∆𝑷 𝝁𝑳 (6) ⚫ Onde:⚫ K = constante que depende das características do
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Tem-se:
W.A = C.V (8)
⚫ Onde:
⚫ c = concentração de sólidos expressa em massa de
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Considerando-se que a torta não é
compressível tem-se:
𝒅𝑽
𝒅𝒕
=
𝑨×∆𝑷
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Sendo ΔP constante e integrando-se de 0 a V chega-se
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Tem-se que: 𝒕 𝑽 = 𝑲𝟎 ′ 𝑽 + 𝑲 𝟏 ′y = Ax + B
⚫ Um gráfico de t/V em função de V seria uma reta
com inclinação K’0 e intercepto K’1, possibilitando a determinação de e K. O problema surge porque e Rm variam com ΔP.
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Koseny estabeleceu, considerando regime laminar e
torta incompressível, uma equação relacionando a resistência específica da torta, a permeabilidade da torta, a porosidade e a superfície específica da seguinte forma:
𝑲 = 𝝆𝒔𝜺
𝟑
𝒌𝟏𝑺𝟎𝟐 𝟏 − 𝜺 𝟐
⚫ Onde:
⚫ k1: constante de Koseny que depende da granulometria, forma e
porosidade;
⚫ S0: área superficial específica na unidade de volume; ⚫ s: massa específica do sólido.
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Rearranjando a equação:
Onde:
• k1 constante para partículas de tamanho e forma definida • µ é a viscosidade do filtrado (Pa.s)
• v é a velocidade linear (m/s) • ε é a porosidade da torta • L é a espessura da torta (m)
• S0 é a área superficial específica expressa em (m2/m3)
• ∆Pc é a diferença de pressão na torta (N/m2)
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ A equação de Koseny (também conhecida
com equação de Carman, Blake ou Fair
Hatch) apresenta boa previsão de
comportamento (constantes ajustáveis) para tortas incompressíveis, em regime laminar,
não podendo ser utilizada para tortas
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Mesmo tendo limitações ela indica algumas
interrelações entre parâmetros na filtragem:
⚫ I. O fluxo de filtrado diminui com o aumento da
superfície específica, ou seja, tortas originadas de material com granulometria mais fina apresentam maior dificuldade para o desaguamento;
⚫ II. A diferença de pressão existente através do
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ III. A viscosidade do líquido está numa relação
inversa com o fluxo. Dessa forma, o aumento de temperatura, até certo limite, favorece o aumento do fluxo de líquido;
⚫ IV. O fluxo de filtrado é favorecido com o
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Deve-se observar que, na consideração feita
para o fluxo, há a suposição de que o fluxo
atravessaria a torta através de tubos
capilares de forma direta o que, na realidade,
não acontece já que esse caminho é
tortuoso.
⚫ Correções podem ser aplicadas levando-se
Teoria da filtragem com
formação de torta
⚫ Dahlstrom e Silverblatt desenvolveram uma
metodologia baseada em resultados obtidos experimentalmente e aplicada a filtragem contínua a vácuo. Define-se, nesse caso, a taxa unitária de filtragem (tuf) como sendo:
𝒕𝒖𝒇 = 𝟐𝑾𝒇𝑭∆𝑷
𝝁𝜶𝜽𝒄
⚫ Onde:
⚫ Wf: massa de sólido seco por unidade de volume unitário de filtrado; ⚫ c: tempo de ciclo;
⚫ F: fração do ciclo total.
Meios filtrantes
⚫ Devem satisfazer duas condições básicas:
⚫ Oferecer mínima resistência ao fluxo
⚫ Propiciar baixa concentração de sólidos no
Meios filtrantes
⚫ Além de:
⚫ Não deve ter tendência ao bloqueio (cegamento)
progressivo
⚫ Deve oferecer boas características de descarga ⚫ Deve permitir sua limpeza por água ou ar
⚫ Deve ter boa resistência mecânica, química e
biológica
A utilização do meio e o tempo requerido para sua troca vão depender de uma análise técnica e
Meios filtrantes
⚫ Classificados de acordo com sua constituição
em:
Meios filtrantes
⚫ Flexíveis:
⚫ constituídos por tecidos que possuam uma trama
(fios trançados) feita com material metálico, natural ou sintético.
Meios filtrantes
⚫ Escolha do tecido depende de:
⚫ granulometria do material sólido ⚫ acidez/basicidade da polpa
⚫ temperatura
⚫ umidade requerida para a torta
⚫ resistência necessária ao cegamento
Meios filtrantes
⚫ Os fabricantes apresentam, usualmente, as
características do meio como: tipo de tecido, matéria prima, trama (não apresentada para os feltros), peso específico, espessura, tipo de fibra e permeabilidade ao ar.
⚫ A seleção de tecidos para a filtragem industrial contínua
Meios filtrantes
⚫ Granulado:
⚫ utilizado nos filtros de tambor na filtragem de
materiais em granulometria mais fina (argilominerais).
⚫ Podem ser utilizados materiais como:
⚫ diatomitos
Meios filtrantes
⚫ Procedimento adotado (nesse caso):
⚫ Faz-se um recobrimento do tecido, que está sendo
utilizado como meio filtrante, com material granulado que atua como meio auxiliar e sobre o qual vai se depositar o sólido evitando assim o cegamento prematuro das aberturas do tecido.
⚫ Esse recobrimento é feito com polpas normalmente
Meios filtrantes
⚫ É possível observar as diferenças estruturais de
tecidos trançados e não trançados:
a) nylon (tecido trançado)
b) poliéster não tratado (tecido não trançado)
⚫ O tecido trançado apresenta uma estrutura de
Meios filtrantes
⚫ Os feltros exibem mais poros por unidade de
área que os tecidos trançados.
⚫ Uma grande quantidade de partículas são
Meios filtrantes
⚫ Isso não ocorre com tecidos trançados, onde se
deve evitar que a limpeza elimine completamente a camada superficial da torta, o que diminuiria a eficiência da filtragem.
⚫ Tanto os tecidos trançados quanto os feltros
Meios filtrantes
⚫ A remoção completa da torta não é atingida,
e na maioria das vezes, é observado um
fenômeno conhecido como Patchy
Cleaning, ou remoção por blocos, onde há remoção completa de alguns pedaços de torta, exceto por uma fina camada de pó,
sendo que outras partes da torta
Meios filtrantes
⚫ A figura mostra, em (a), a superfície do meio filtrante com a torta de
Meios filtrantes
⚫ A deposição das partículas no interior do meio filtrante é
um fenômeno que pode ocorrer em maior ou menor grau, dependendo das características do material particulado e do meio filtrante envolvidos, bem como das condições operacionais.
⚫ Deve haver bom senso ao considerar estes aspectos,
Meios filtrantes
⚫ A análise do primeiro ciclo de filtragem revela
importantes características do processo,
sendo estas relacionadas com as
Tipos de filtros
⚫ Filtros de leito poroso
granular ⚫ Filtros prensa ⚫ De câmaras ⚫ De placas e quadros ⚫ Filtros de lâminas ⚫ Moore ⚫ Kelly ⚫ Sweetland ⚫ Vallez
⚫ Filtros contínuos rotativos ⚫ Tambor
⚫ Disco
⚫ Horizontais
Filtro prensa
⚫ Um filtro-prensa é fornecido sob a forma de
uma série de placas que são apertadas firmemente umas às outras, com uma lona (meio filtrante de tecido) sobre cada lado de cada placa.
⚫ Há placas circulares e placas quadradas,
⚫ Os elementos do filtro prensa são: os
quadros e as placas, separadas entre si pelo meio filtrante.
⚫ A suspensão alimenta concomitantemente o
conjunto de quadros, formando-se a torta junto ao meio filtrante.
⚫ O filtrado percola o meio filtrante, escoa
pelas ranhuras dos quadros e é conduzido para fora do filtro.
⚫ A etapa de filtragem está concluída quando a
torta ocupa todo o espaço oferecido pelos quadros.
⚫ Segue-se então a lavagem da torta.
⚫ Em seguida, o filtro é aberto e a torta
descarregada, sendo a operação do filtro prensa caracteristicamente conduzida em batelada.
Filtro prensa
Filtro prensa
⚫ Vantagens:
⚫ Construção simples, robusta e econômica;
⚫ Grande área filtrante por unidade de área de implantação; ⚫ Flexibilidade (pode-se aumentar ou diminuir o número de
elementos para variar a capacidade);
⚫ Não têm partes móveis;
⚫ Os vazamentos são detectados com grande facilidade; ⚫ Trabalham sob pressões até 50kg/cm2;
⚫ A manutenção é muito simples e econômica: apenas
Filtro prensa
⚫ Desvantagens:
⚫ Operação intermitente. A filtragem deve ser interrompida
quando os quadros estiverem cheios de torta;
⚫ O custo da mão-de-obra de operação, montagem e
desmontagem é elevado;
⚫ A lavagem da torta, além de ser imperfeita, pode durar
⚫ O desempenho do filtro prensa pode ser
expresso pelo volume de filtrado (Vf)
produzido no tempo total de um ciclo
completo: tempo de filtragem (tf), tempo de
lavagem da torta (tl) e tempo de
desmantelamento, limpeza e montagem do filtro (td), dado por:
Filtro prensa
𝑷 = 𝑽𝒇
⚫ Como o filtro prensa conduz à formação de
tortas espessas, da ordem de 2,5cm, a influência do meio filtrante será relevada na formulação que leva aos tempos de filtragem e lavagem.
⚫ O tempo de desmantelamento, limpeza e
montagem depende de fatores externos à teoria da filtragem, como características mecânicas do filtro e aspectos operacionais da instalação industrial.
⚫ Tempo de filtragem (tf): é definido como
sendo o tempo consumido para que todo volume dos quadros seja ocupado pela torta e pode ser calculado combinando a equação
da filtragem com a equação que permite
correlacionar o volume de filtrado (Vf), a concentração da suspensão (C) e o volume da torta (Vt), assim sendo:
⚫ Onde:
⚫ e: é a espessura dos quadros
⚫ s: fração volumétrica de sólidos
⚫ Rearranjando as equações, tem-se:
⚫ Seja o processo de lavagem conduzido sob a
mesma pressão que na filtragem.
⚫ Neste caso, levando em conta a
configuração do escoamento do líquido de lavagem na torta formada, resulta que a vazão de lavagem é:
Tempo de lavagem da torta
⚫ Para o tempo de lavagem tem-se:
⚫ Sendo β a relação entre o volume de líquido
de lavagem e o volume de torta para se
alcançar um produto dentro das
especificações desejadas.
Tempo de lavagem da torta
𝒕𝒍 = 𝟔𝜷 𝒇𝒄𝒕𝒇
Filtro rotativo a vácuo
⚫ Os filtros contínuos rotativos são filtros de
funcionamento contínuo, sendo indicados para operações que requerem filtros de grande capacidade.
⚫ A saída de filtrado, a formação, a lavagem, a
drenagem e a descarga da torta são
Filtro rotativo a vácuo
⚫ Embora haja alguns tipos que funcionam sob
pressão, estes filtros geralmente operam a vácuo.
⚫ Os tipos existentes são: tambor, de discos e
⚫ A operação do filtro rotativo a vácuo
caracteriza-se por conduzir à produção de tortas secas de pequena espessura (inferior a 1 cm) e operar continuamente e sob queda de pressão reduzida (inferior a 0,8 atm).
⚫ A filtragem é realizada sobre o meio filtrante
que recobre a superfície cilíndrica do
equipamento.
⚫ O filtrado alimenta a câmara adjacente ao
meio filtrante e é drenado pela parte central do filtro através de dutos sob vácuo.
⚫ Formada a torta durante o contato
cilindro-suspensão, seguem-se as seguintes
operações ao longo de uma rotação do filtro:
⚫ Drenagem a vácuo do líquido da torta;
⚫ Lavagem da torta com o auxílio de um chuveiro; ⚫ Nova drenagem de líquido;
⚫ Retirada da torta em contato com o meio filtrante.
Filtro de tambor
⚫ A descarga pode ser efetuada através de
diversos dispositivos:
⚫ por raspador ⚫ por rolo
Filtro de tambor
⚫ A resistência do meio filtrante pode ser
Filtro de tambor
⚫ Para o filtro rotativo a vácuo, o tempo (t) é
menor que o tempo total do ciclo (tc):
t = f.t
c⚫ Onde f é a fração do ciclo usada para
Filtro de discos
⚫ Este filtro possibilita uma taxa de filtragem
especialmente elevada, para um dado
espaço de ocupação da fábrica.
⚫ O tambor é substituído por discos verticais
que giram parcialmente submersos na
Filtro de discos
⚫ O elemento filtrante é constituído de lâminas,
mas este não deixa de ter as características de um filtro contínuo rotativo.
⚫ O princípio de funcionamento é o mesmo do
Filtros horizontais
⚫ Os filtros horizontais podem ser subdivididos
em:
Filtros horizontais
⚫ Filtros horizontais de mesa:
⚫ São circulares, dispõem de movimento giratório
no plano horizontal e sua alimentação é feita por cima.
⚫ O vácuo, efetuado através de bomba, tem o
Filtros horizontais
⚫ Filtros horizontais de mesa:
⚫ A secagem pode ser feita com auxílio de vapor. ⚫ A descarga da torta é realizada com auxílio de
Filtros horizontais
⚫ Filtros de correia:
⚫ Se caracterizam por uma alimentação por cima e pelo
vácuo aplicado no mesmo sentido da força gravitacional.
⚫ São mais apropriados a materiais grosseiros,
Filtros horizontais
⚫ Filtro de bandeja revolvente:
⚫ É caracterizado por uma alimentação feita por
cima, pela existência de compartimentos (taboleiros) e pelo movimento de rotação, no plano horizontal, que permite a realização das diversas tarefas.
⚫ A descarga da torta é efetuada com auxílio de ar
Eficiência de filtragem
⚫ O desempenho de um filtro é normalmente
avaliado, principalmente, em termos da umidade de torta, da taxa unitária de filtragem (tuf) e porcentagem de sólidos no filtrado. A umidade de torta, é expressa, na prática, pela equação:
𝑼𝒎𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 = 𝑷𝒖 − 𝑷𝒔
𝑷𝒖 . 𝟏𝟎𝟎
Onde:
Eficiência de filtragem
⚫ A taxa unitária de filtragem representa a
produtividade do filtro sendo normalmente expressa em massa de sólido seco produzido por unidade de tempo por unidade de área (t/h/m2). A porcentagem de sólidos no filtrado é obtida por:
%𝑺ó𝒍𝒊𝒅𝒐𝒔 = 𝑴𝒔
𝑴𝒇 . 𝟏𝟎𝟎
Onde:
Porcentagens dos ciclos
⚫ Porcentagens do ciclo conforme recomendação de
Door-Oliver:
⚫ Filtro de tambor:
⚫ Tempo de formação = 25% do ciclo total ⚫ Tempo de sopragem = 33% do ciclo total ⚫ Tempo de secagem = 50% do ciclo total
⚫ Filtro de discos:
⚫ Tempo de formação = 33% do ciclo total
⚫ Tempo de secagem = 40% do ciclo total
⚫ Filtro plano:
⚫ 25% do ciclo são usados para a descarga da torta e os 75%
⚫ Os parâmetros de dimensionamento de um
filtro para uma determinada situação são obtidos por meio de ensaios em escala de laboratório.
⚫ Apenas por meio desses experimentos,
torna-se possível estudar o comportamento de um determinado produto a ser filtrado.
⚫ O teste de folha é o método de filtragem, em
escala de bancada, empregado
universalmente para o dimensionamento de filtros contínuos industriais.
⚫ Estes ensaios requerem equipamentos
relativamente simples, de pequena escala e de fácil montagem.
⚫ Segundo Chaves (1996), o ensaio de teste
de folha deve ser feito usando-se um suporte
de filtragem padrão, de área 1/10 ft2,
revestido com a tela mais adequada à polpa que se quer filtrar.
⚫ Esse suporte então deve ser ligado, por meio
de mangueiras de plástico, a um kitasato, a uma bomba de vácuo e a um rotâmetro.
Meio filtrante
Recipiente com a polpa
Reservatório de vácuo
Meio filtrante
Reservatório de vácuo
⚫ Um programa de ensaios de filtragem deve
ser iniciado com uma série de investigações preliminares a fim de observar a ordem de grandeza do tempo de formação de torta, o desaguamento ou secagem, o nível de vácuo e a seleção do meio filtrante, que passam a fornecer os resultados desejados.
⚫ Para iniciar o ensaio, o vácuo é ligado e a
folha de ensaio (meio filtrante) é totalmente imersa na polpa a ser filtrada, a qual é mantida levemente agitada durante o tempo predeterminado para a formação da torta.
⚫ Após esse período, retira-se a folha de
ensaio da polpa, invertendo-a de modo a ser posicionada com o tubo de drenagem para baixo, iniciando a secagem da torta durante o tempo escolhido.
⚫ A seguir, a torta é descarregada com o
auxílio de um sopro de ar comprimido no tubo de drenagem.
⚫ As variáveis mais estudadas neste tipo de
ensaio são:
⚫ Temperatura da polpa;
⚫ Concentração de sólidos em suspensão;
⚫ Tratamento prévio da polpa com a adição de
agentes auxiliares;
⚫ Nível de vácuo e ⚫ Lavagem do tecido.
⚫ Os principais dados obtidos nos testes de
folha são:
⚫ Tempo total de filtragem; ⚫ Volume de filtrado;
⚫ Espessura e uniformidade da torta;
⚫ Nível do vácuo necessário (pressão utilizada).
⚫ Os resultados obtidos nos testes de folha são
expressos em peso de sólido seco ou volume de filtrado, por unidade de área ou por ciclo, que é a razão de filtragem.
⚫ Essa grandeza, multiplicada pelo número de
ciclos por dia, permite o cálculo da área do filtro necessária para processar e obter uma capacidade diária de uma determinada escala de produção.
⚫ No cálculo do ciclo da filtragem, devem ser
considerados os tempos de carga, descarga, troca de tecidos, manutenção e previsão de expansão.
⚫ A polpa a ser filtrada é colocada em um
recipiente, e em seguida, o estojo de filtragem (suporte da filtragem e meio filtrante) é introduzido na polpa, durante o tempo necessário para formar a torta (tempo de formação).
⚫ Ele é retirado da polpa e continua submetido
ao vácuo (tempo de secagem).
⚫ Verifica-se o tempo necessário para secar a
torta, a sua espessura, a umidade etc.
⚫ Nos experimentos de laboratório, nos quais
deseja-se separar uma polpa ou suspensão contendo sólidos filtráveis, em duas partes -uma torta sólida, contendo o material em suspensão, e um líquido clarificado emprega-se a filtragem a vácuo para acelerar o processo de separação.
⚫ A filtragem a vácuo consiste na aplicação de
uma pressão menor que a atmosférica, o que
promove o aumento da velocidade de
formação da torta.
⚫ O kitasato é o recipiente mais adequado para
o teste em laboratório.
⚫ O sistema resume-se em acoplar o kitasato a
um funil de Buchner que, por sua vez, está ligado a uma linha de vácuo, conforme ilustrado na figura abaixo.
⚫ A suspensão a ser filtrada pode ser
acondicionada em recipientes tipo béquer, ou até mesmo em baldes, dependendo da quantidade de material a ser filtrado.
⚫ O meio filtrante normalmente empregado é
um papel de filtro de porosidade conhecida e capaz de reter o material sólido.
Béquer
Meio filtrante
Funil de Buchner
Kitasato
⚫ A suspensão a ser filtrada deve ser vertida
aos poucos sobre o papel de filtro
corretamente posicionado no funil e no kitasato.
⚫ Para que o papel de filtro se encaixe melhor
no funil de Buchner, coloque-o sobre o funil e molhe-o com água usando a pisseta.
⚫ Se esse for maior do que a área perfurada do
funil, deve-se então dobrar o papel de filtro com as abas para cima.
⚫ A adição da suspensão deve ser de tal modo
que não ultrapasse a altura do papel de filtro, evitando assim o transbordo e passagem do material sólido para o kitasato.
⚫ A suspensão pode ser decantada no béquer
durante a filtragem.
⚫ Para evitar isso, pode-se manter o sistema
em agitação permanente ou deixar a
sedimentação ocorrer livremente.
⚫ Quando restar pouca quantidade de material
a ser filtrado, deve-se lavar o béquer com água, utilizando a pisseta para carrear todos os sólidos que estiverem depositados no fundo e nas paredes do béquer.
⚫ Se a quantidade de sólidos suspensos for
elevada, ou se esses sólidos forem de granulometria muito fina, a torta que se forma sobre o meio filtrante poderá tornar o processo de filtragem bastante demorado, por causa do entupimento dos poros do meio filtrante, o que provoca uma perda de carga do sistema de filtragem.
⚫ A disposição das partículas sólidas sobre o
meio filtrante contribui de forma decisiva para o aumento da perda de carga do sistema e
consequente perda de eficiência do
processo, conforme figura seguinte.
⚫ O espalhamento das partículas sólidas na
formação da torta se dá de maneira irregular, aumentando a espessura da torta conforme o tempo de operação.
⚫ Caso isso ocorra, deve-se trocar o meio
filtrante por um outro novo e igual ao anterior.
⚫ Deve-se colocar o meio filtrante usado em uma
bandeja e levar o conjunto à estufa, com a finalidade de remover a água remanescente, isto é, a umidade.
⚫ Para isso, deve-se fechar a linha de vácuo, retirar o
meio filtrante do funil de Buchner, colocá-lo sobre uma superfície plana e lisa para raspar, com o máximo de cuidado, a superfície do meio filtrante com uma espátula e retirar a torta formada.
⚫ A torta deve ser colocada em um recipiente
adequado e, na sequência, deve-se proceder o processo de secagem em estufa.
⚫ Se o meio filtrante estiver em boas condições
(sem entupimentos), deverá voltar para o funil e ser reutilizado em uma nova etapa do processo de filtragem.
⚫ Os testes de laboratório devem ser
conduzidos com uso de técnicas adequadas e operadores treinados.
⚫ Os resultados obtidos serão utilizados para o
dimensionamento de diversos filtros
contínuos.
⚫ Os testes de filtragem foram executados com
uma polpa de diatomita, contendo 10% de sólidos, para diferentes tempos de formação e de secagem da torta, como ilustrado na tabela a seguir.
Exemplo
⚫ Com base nos resultados contidos na tabela
apresentada é possível afirmar que, independente do tempo de filtragem utilizado, não há grandes variações na umidade da torta formada.
⚫ Isso faz pressupor que há necessidade de
aplicação de forças mecânicas para um maior desaguamento desse tipo de material, pelo fato de a diatomita ser muito porosa e acumular grande volume de água em sua estrutura.
⚫ Observou-se uma torta compacta após o tempo
de filtragem, caracterizando que o seu processo de formação foi satisfatório, porém a água intersticial da diatomita não pode ser removida por este processo.
⚫ A figura a seguir ilustra a pequena variação da
umidade da torta com o tempo de filtragem, comparado à umidade da suspensão inicial.
