Centrifugacion Y Filtracion 58416u

OPERACIONES UNITARIAS DE FILTRADO Y CENTRIFUGACIÓN 1. En qué casos se aplica la filtración al vacio?

La filtración al vacío es una técnica de separación de mezclas sólido-líquido. La mezcla se introduce en un embudo plano con el papel de filtro acoplado al fondo. Desde el fondo del embudo se aplica con una bomba un vacío que succiona la mezcla, quedando el sólido atrapado entre los poros del filtro. El resto de la mezcla atraviesa el filtro y queda depositada en el fondo del recipiente. Esta técnica es más rápida que la filtración habitual por gravedad y está indicada cuando dichos procesos de filtración son muy lentos. La mayoría de los filtros industriales operan a vacío o a presión superior a la atmosférica. También son continuos o discontinuos, dependiendo de que la descarga de los sólidos sea continua o intermitente. Durante gran parte del ciclo de operación de un filtro discontinuo el flujo de líquido a través del aparato es continuo, pero debe interrumpirse periódicamente para permitir la descarga de los sólidos acumulados. En un filtro continuo, tanto la descarga de los sólidos como del líquido es ininterrumpida cuando el aparato está en operación. Entre los aparatos se cuentan: 

Filtros prensa (discontinuo de presión)

herméticamente.

En estos se coloca una tela o una malla sobre placas verticales, de manera tal que sean los bordes los que soporten a la tela y al mismo tiempo dejen debajo de la tela un área libre lo más grande posible para que pase el filtrado. Normalmente se les llama "Filtros de placa y marco". En esta clase de filtros se alternan placas acanaladas cubiertas en ambos lados por medio filtrante, con marcos, en conjunto se encuentran apretada por tornillos o una prensa hidráulica que la cierran

Las placas y los marcos contienen aberturas en un ángulo, las cuales forman un canal al cerrar el filtro y por donde se introduce la papilla de alimentación. Al circular la suspensión, la torta se forma en el lado más alejado de la placa, entrando por el marco, pasando el filtrado a través del medio y por la superficie acanalada de las placas del filtro y saliendo por un canal de salida en cada placa. La filtración se continua hasta que el flujo de filtrado es menor que cierto límite practico o la presión alcance un nivel inaceptablemente elevado. Después de la filtración se puede realizar el lavado de la torta sustituyendo el flujo de la papilla por flujo de lavado, también se puede abrir el filtro y retirar la torta. 

Filtros espesadores de presión (continuos de presión) El objeto de un filtro espesador es separar parte del líquido contenido en una suspensión diluida para obtener otra concentrada. Tiene la apariencia de un filtro de prensa, sin embargo, no contiene marco y las placas están modificadas. Las placas sucesivas llevan canales apareados que forman, cuando se monta la prensa, una conducción larga en espiral para la suspensión. Los lados de los canales están recubiertas con un medio filtrante mantenido entre las placas. Mientras la suspensión pasa por el canal a presión, una parte del fluido sigue fluyendo por el canal hacia al distribuidor múltiple de descarga de líquido claro. La suspensión espesada se mantiene en movimiento rápido para no obstruir el canal. El número de placas escogido es tal de modo que la diferencia

de presión en todo el aparato no exceda de 6 kgf /cm2. En estas condiciones es posible duplicar la concentración de la suspensión de entrada. Si se requiere una concentración mayor, la suspensión espesada en un filtro se introduce nuevamente en un segundo filtro. 

Filtros rotatorios (continuo de vacío) En este tipo de filtros, el flujo pasa a través de una tela cilíndrica rotatoria, de la que se puede retirar la torta de forma continua. La fuerza más común aplicada es la de vacío. En estos sistemas, la tela se soporta sobre la periferia de un tambor sobre los que se está formando la torta. Cabe destacar que los filtros anteriormente vistos son a modo de ejemplo destacando el filtro de prensa, el cual fue usado en el laboratorio. Se pueden encontrar una variedad muy amplia de estos en el comercio dependiendo de la finalidad del proceso a realizar.

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Medio filtrante El medio filtrante puede consistir en tela, papel o material poroso o tejido cuya función es promover la formación de una torta de sólidos. Un medio filtrante debe cumplir con los siguientes requerimientos: 1. Tener facilidad para remover la fase sólida dando un filtrado claro. 2. Debe ofrecer la mínima resistencia al flujo para la rápida formación de la torta de filtración. 3. Tener resistencia a las condiciones del proceso, es decir, ser lo suficientemente fuerte para soportar la torta y aguantar bajo condiciones extremas del proceso. 4. No debe obstruirse o sesgarse, es decir, tener alto rendimiento del liquido para un ΔP dado. 5. Debe ser químicamente inerte y no tóxico. 6. Debe permitir facilidad del retiro de la torta limpia y completa. 7. No ser excesivamente caro.

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Filtración de torta. Generalidades Este tipo de filtración, es la que trata grandes cantidades de sólidos en la suspensión y forma sobre el medio filtrante una pasta o "torta" de sólidos que posteriormente es retirada. La filtración de torta presenta dos grandes tipos o forma de llevarse a cabo: 

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Filtración a ΔP constante (Presión constante): donde la velocidad de filtración va desde un máximo hasta un mínimo. Dentro de este tipo de filtración existe un caso particular que es el de la filtración rotatoria. Filtración a U constante (Velocidad Constante): donde la diferencia de presión va desde un mínimo hasta un máximo.

Existe otra manera de trabajo para estos filtros que es la MIXTA; no es más que aquella filtración que transcurre primero a velocidad constante, donde su ΔP va desde un mínimo a un máximo y luego el régimen es cambiado a ΔP constante y su velocidad va desde un máximo a un mínimo. En el proceso de filtración por torta se pasa a través de tres clases de resistencia en serie: (1) Las resistencias de los canales que llevan la suspensión hasta la cara anterior de la torta, y el filtrado desde que sale del medio filtrante. (2)La resistencia correspondiente a la torta. (3) La resistencia correspondiente al medio filtrante. Con respecto a la distribución de la caída global de presión, se observa que por ser éste un flujo en serie, la diferencia de presión total en el filtro puede igualarse a la suma de las diferencias de presión individuales. En un filtro bien diseñado las resistencias de las conexiones de entrada y salida son pequeñas y pueden despreciarse en comparación con la resistencia de la torta y del medio filtrante. Al incrustarse las primeras partículas en las mallas del medio filtrante, se produce una resistencia adicional que afecta al flujo posterior.

Aplicaciones Industriales

Industria de almidones y edulcorantes La industria de almidones y azúcares ha sido testigo de la sustitución de los métodos de separación tradicionales como los filtros prensa y los filtros rotatorios al vacío por la filtración por membranas, en varias de las etapas del proceso. Los beneficios principales son la eliminación del manejo/desecho de tierras de diatoméas (kieselguhr) y el incremento en el rendimiento de los productos, entre los que se incluyen:     

Clarificación de jarabes de maíz como dextrosa y fructosa Concentración de agua de lavado del almidón Enriquecimiento de dextrosa De-pirogenación del jarabe de dextrosa Fraccionamiento/concentración de agua de maceración

Industria del Azúcar

Las industrias de la caña de azúcar y la remolacha (betabel) tradicionalmente han utilizado métodos como el alcalizado y floculación para clarificar los jugos no procesados y eliminar las impurezas como ceras, dextrosas y gomas, antes de enviar el jugo a su refinación para su posterior evaporación y cristalización. La filtración por membranas se puede utilizar para clarificar el jugo no procesado sin utilizar clarificadores primarios, eliminando así muchos problemas ambientales y mejorando su calidad y el rendimiento. Las membranas también pueden clarificar, fraccionar y concentrar varias soluciones de azúcar en el proceso de producción. La industria química y la filtración por membranas de las aguas residuales de los procesos pueden ser muy importantes en el procesamiento de corrientes de aguas residuales difíciles para de procesar debido a su BOC, Código de Tipo y cargas hidráulicas, así como una fuente de agua limpia que puede potencialmente utilizarse de nuevo en la planta.

Las aplicaciones ambientales típicas son:    

Corrientes de desecho de productos lácteos y alimentos vegetales Agua de canal de arrastre de papa (patata) Pulido de condensados del evaporador Recuperación y re-uso de soluciones de limpieza usadas

Muchos procesos químicos también utilizan la filtración por membranas para:   

Desalar, Diafiltrar y purificar tintes, pigmentos y abrillantadores ópticos Limpiar las corrientes de aguas residuales y de lavado La concentración y deshidratación de minerales como arcilla caolínica, dióxido de titanio y carbonato de calcio.

Aplicaciones en la Industria Química                

Producción/recuperación de pigmentos Gelatina industrial Recuperación de metales Intermedios Farmacéuticos Sales Industriales Clarificación de cáusticos Aditivos de papel Recuperación de aguas de procesos Producción de polímeros Productos químicos para usos especializados Arcilla caolínica Dióxido de titanio Licor Kraft negro Licor residual de sulfito Vainillina Tintes para papel/textiles

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Fécula de trigo Tomate (jitomate) Plantas de productos lácteos Plantas de clarificación Proceso de cal Fécula de maíz Recuperación de fécula de patata (papa) Recuperación de agua adherida Corriente residual del procesamiento del huevo Recuperación de metales Recuperación de productos químicos por limpieza en el sitio Recuperación de condensados de la evaporación Recuperación de aguas aceitosas Recuperación de productos químicos especializados Recuperación de jarabes/edulcorantes Recuperación de fécula de pasta

Aplicaciones en aguas residuales

La tecnología de filtración por membranas de flujo cruzado está adquiriendo rápidamente aceptación global por ser un paso de fabricación importante para muchas industrias de proceso en el mundo. La capacidad para producir separaciones/purificaciones muy específicas a temperaturas bajas o ambientales con frecuencia hace que la filtración por membranas sea una tecnología más rentable que los métodos más convencionales como los filtros rotatorios al vacío o los filtros prensa. La filtración por membranas es una tecnología basada en la presión en donde el tamaño de los poros varía de un peso molecular de 100 hasta 5 micras. Las tecnologías que se incluyen son: Ósmosis Inversa (OI), Nanofiltración (NF), Ultrafiltración (UF) y Microfiltración (MF). 2. Para extraer el aceite de girasol?, Qué tipo de filtración usaría y porque ?

Desecación y molienda: el secado se hace usando secadores verticales u horizontales, con la finalidad de que la humedad no supere ciertos limites, sobre los cuales influiría en el proceso de extracción. En la molienda se desgarran las células para dejar en libertad el aceite contenido en ellas. Extracción del aceite. 

Por presión: una vez que las semillas han sido molidas, se las somete al prensado. Las prensas pueden ser hidráulicas o discontinuas y continuas.

En la actualidad la extracción por presión se lleva a cabo casi exclusivamente por prensas continuas, por la economía de sus instalaciones, pero no realiza una profunda extracción de las materias grasas contenidas en sus semillas. En recipientes calentadores de doble fondo se calienta la harina (semillas molidas) a temperaturas que oscilan entre 90 ºC y 95 ºC, dependiendo del material con que se trabaje. El calentamiento busca eliminar el exceso de humedad de la harina, con lo cual se aumenta el rendimiento al lograrse mayores presiones y facilitarse la fluidez del material trabajado. Luego el material pasa a una cuba de acero, que posee en su interior un tornillo sinfín, en el cual, el número de espiras y el diámetro aumenta de un extremo al otro, viéndose el material obligado a pasar por espacios cada vez más reducidos, aumentando de esa manera la compresión se logra extraer el aceite. El aceite obtenido se vierte a tanques de sedimentación, quedando como subproducto el expeller, el cual generalmente se somete a una segunda presión. El expeller final posee entre el 6-7 % de aceite. Posteriormente por un proceso de filtración se elimina del aceite todo lo no sea materia grasa, (resto de expeller, harina de molienda, materias mucilaginosas). Se obtiene de esta manera el aceite crudo, el cual se almacena en tanque o depósitos de hierro. Los aceites industriales pueden usarse luego de esta operación, los aceites comestibles deben ser sometidos a una posterior refinación. 

Por solvente: este sistema se caracteriza por su gran rendimiento, poco empleo de mano de obra y fuerza motriz. Permitiendo la recuperación del solvente utilizado.

Para el eficaz cumplimiento de los fenómenos de ósmosis, difusión y extracción, la materia prima debe recibir una adecuada preparación. Esta consiste en el laminado de la misma, donde el material, sin sufrir extracción ni molienda, toma forma de laminas delgadas que favorecen la difusión. La semilla laminada circula por una cinta transportadora, donde queda sometida a un rociado intenso del disolvente. La solución obtenida de aceite-solvente, denominada “micela”, es enviada a destilación para separar el aceite del solvente. A su vez la materia prima agotada se seca y tuesta para recuperar el resto del solvente. El disolvente usado es hexano, siendo este el más inofensivo para la salud y el que produce aceite más puros. El subproducto de esta extracción es la harina, con no más de 1-2 % de aceite. Por prensado de las harinas se obtienen los pellets.

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Sistema combinado: se hace una primera extracción utilizando el método por presión continua y luego una segunda extracción con solvente.

En el país cuando se usa solvente, se hace en forma combinada, siendo poco común el uso exclusivo del método por solvente. 

Refinación: la finalidad de la misma es la eliminación de impurezas, tales como ácido grasos libres, sustancias proteicas, resinas, algunas aminas estables, carbohidratos y fosfátidos

Las operaciones son: 

Neutralizado: para reducir el grado de acidez de los aceites.

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Decoloración o blanqueado: para la obtención de un aceite claro, límpido y brillante.

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Desodorización: se eliminan del aceite las sustancias que tienen olores y sabores desagradables.

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Desmargarización: es la eliminación de ciertos lípidos que precipitan a temperatura ambiente, enturbiando el aceite.

El aceite de oliva generalmente no se lo somete a este proceso siendo consumido como aceite crudo. 3. Si se tiene que filtrar un precipitado de grano fino , que haría para que no pase por el filtro? Tendría que estudiar el filtro para poder utilizar otro más fino o sino que tendría que hacer repetidas filtraciones respecto al producto que se debe filtrar. Ejemplo el que hicimos en el laboratorio que se formo una fina capa de ese producto . 4. Cómo podría darse cuenta que en el filtrado ya no hay mas precipitado ? Dejando limpia el líquido que está mezclado con un solido así podrá comprobarse respecto al precipitado deseado. o dejando residuos en el filtro utilizado . 5. Que filtro seria más efectivo y para que tipo de alimentación, los de arena o tambor rotatorio?

Filtros de arena. Los filtros de arena o grava consisten en tanques generalmente metálicos o de plástico reforzado, capaces de resistir las presiones estáticas y dinámicas, a que son sometidos llenos de arena o grava tamizada de un determinado tamaño. El filtrado se realiza cuando el agua atraviesa la arena reteniendo las impurezas que acompañan el agua. Los filtros se ubican en el cabezal de riego, inmediatamente después de la entrada de agua o la bomba, antes del inyector de fertilizantes y del filtro de malla.Es importante señalar que estos filtros no sustituyen a los de mallas sino que los complementan. Los filtros de grava son muy efectivos pera retener sustancias orgánicas, pues pueden filtrar a través de todo el espesor de arena, acumulando grandes cantidades de contaminantes antes de que sea necesaria su limpieza. Se utilizan en los sistemas de riego localizado cuando el agua de riego es de fuentes superficiales (presas, ríos, lagos etc.)Los factores que afectan el

funcionamiento de un filtro de arena son: calidad de agua, características de la arena, caudal, y la caída de presión isible.

Características de la arena.

Las arenas comerciales (no la que adquirieron mis ilustres amigos) suelen ser clasificadas por números, pero un conocimiento preciso de sus propiedades se consigue usando lo conceptos de granulometría, diámetro efectivo, coeficiente da uniformidad, forma de los gramas, friabilidad, y perdida por ataque con ácido.

Filtros rotatorios (continuo de vacío)

En este tipo de filtros, el flujo pasa a través de una tela cilíndrica rotatoria, de la que se puede retirar la torta de forma continua. La fuerza más común aplicada es la de vacío. En estos sistemas, la tela se soporta sobre la periferia de un tambor sobre los que se está formando la torta. Es más eficiente el filtro de Arena.

9. Con los datos del ejemplo 5.2, Calcule el volumen del liquido a filtrar?

10. Si el ejemplo 5.1 el rendimiento (%) le sale más de 100% ¿Qué haría? Explique. Nos encontramos en un caso Ideal ya que sería eficiente en el filtrado, dando asi una gran rentabilidad para en empresario ya que seria satifactorio. 1. Averigüe 3 industrias en Arequipa que usen centrifugas, para que y qué tipo de alimentación trata.

Intermac Srl  

Bomba Arequipa - Arequipa

Servicios Hidrosai  

Bomba Surquillo – Lima

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Bomba Arequipa - Arequipa

Loinsa E.I.R.L.

2. Averigüe 2 industrias en Arequipa que usen, una de ellas filtro de arena y la otra filtro de tambor rotatorio (ó disco) ¿Qué productos fabrican?

3. Cite 3 mezclas industriales que deban centrifugarse como parte de su procesamiento. explique este procesamiento.

4. filtro de tambor rotatorio. ¿Qué objeto tiene las conexiones al vacio y a presión de aire.

5. En un filtro de arena, cuando hay aforamiento del mismo ¿Deberá desarmar el filtro para darle fúncionabilidad nuevamente? Ó ¿Qué método emplearía? Explique

6. Porque una filtración al vacio es más rápida que otra que no utiliza vacio?

7. Qué rango de dimensione deben tener la arena, gravilla, y grava, en un filtro de arenas?

8. Describa y Diferencie una centrifugación de Laboratorio de una Industrial.

Filtración al vacío en laboratorio

La Filtración al vacio es un método físico que se utiliza para separar mezclas heterogéneas de un sólido en un solvente o mezcla de reacción líquida. La mezcla se

vierte en un embudo a través de un papel filtro, el sólido de la mezcla queda en el filtro y el líquido es atraído hacia un recipiente colocado abajo, gracias al vacío que se le aplica a éste con una bomba de vacío. Lo que interesa recolectar en este tipo de filtración es el sólido cristalizado que queda en el papel filtro, el líquido filtrado se desecha. El sólido se cristaliza gracias a que el efecto de vacío que causa la bomba, enfría la solución. Filtración al vacío en Industrias

La centrifugación es un método mecánico de separación de líquidos no miscibles, o de sólidos y líquidos por la aplicación de una fuerza centrífuga. Esta fuerza puede ser muy grande. Las separaciones que se llevan a cabo lentamente por gravedad pueden acelerarse en gran medida con el empleo de equipo centrífugo. Las centrífugas o bombas centrífugas se usan en diferentes tipos de industrias: industria química, petroquímica, refinerías, industrias alimenticias, farmacéuticas, textil, azucarera, etc. A continuación, haremos una descripción sobre que son las centrífugas, sus tipos y clasificación; además de su participación en la industria azucarera. Objetivos Generales: Descripción del proceso de elaboración de azúcar. Detallar la participación de la centrífugas en dicho proceso. Específicos: Dar a conocer que es una centrífuga. Detallar las clases y tipos de centrífugas. Especificar las partes que compone una centrífuga. Explicar el proceso donde dicho equipo participa. Definición del equipo: Una centrífuga es un aparato que aplica una fuerza centrífuga sostenida (esto es, una fuerza producida por rotación) para impeler la materia hacia afuera del centro de rotación. Este principio se utiliza para separar partículas en un medio líquido por sedimentación.

Tipos de separador mecánico

Materiales separados

Líquido de líquido

Gas de líquido

Líquido de gas

Sólido de líquido

Líquido de sólido

Sólido de gas

Sólidos de sólidos