PROCESOS DE SEPARACION

PROCESOS DE SEPARACIONIngeniera de procesos IIPROCESOS DE SEPARACIONEn este capitulo se considerara un grupo de procesos de separacin que no lleva a escala molecular ni se debe diferenciar entre las diversas molculas presentes. La separacin se logra usando fuerzas fsico mecnicas y no fuerzas moleculares o qumicas ni difusin.Estas fuerzas fisico-mecanicas. Actan sobre partculas liquidas o mezclas de partculas y lquidos, y no necesariamente sobre molculas individuales.

FILTRACION Filtracin es la separacin de partculas slidas a partir de un fluido haciendo pasar el fluido a travs de un medio filtrante sobre el que se depositan los slidos.Las filtraciones industriales van desde un sencillo colado hasta separaciones altamente complejas. El fluido puede ser un liquido o un gas, y la corriente valiosa procedente de un filtro puede ser el fluido, los slidos o ambos productos.En algunos casos pueden carecer de valor ambas corrientes, como es el caso de la separacin de slidos residuales de un fluido residual antes de su vertido. En la filtracin industrial el contenido de slidos de la alimentacin puede oscilar desde trazas hasta un porcentaje muy elevado. Con frecuencia la alimentacin se modifica de alguna forma mediante un pretratamiento, a fin de aumentar la velocidad de filtracin, como calentamiento, recristalizacin o adicin de un coadyuvante de filtracin, tal como celulosa, yeso o tierra de diatomeas. Debido a la enorme variedad de materiales que se han de filtrar y las diferentes condiciones de operacin de los procesos, se han desarrollado numerosos tipos de filtros 12, 15, algunos de los cuales se describen ms adelante.

El fluido circula a travs del medio filtrante en virtud de una diferencia de presin a travs del medio. As, los filtros se clasifican atendiendo a este aspecto en los que operan con una sobrepresin aguas arriba del medio filtrante, los que lo hacen con presin atmosfrica aguas arriba del medio filtrante y aquellos que presentan vaco aguas abajo. Presiones superiores a la atmsfera pueden generarse por accin de la fuerza de gravedad actuando sobre una columna de lquido, por medio de una bomba o soplante, o bien por medio de fuerza centrfuga. Los filtros centrfugos se consideran en la ltima seccin de este captulo. En un filtro de gravedad el medio filtrante puede no ser ms tino que un tamiz grueso o un lecho de partculas gruesas tales como arena . Por tanto, en sus aplicaciones industriales los filtros de gravedad estn restringidos a la separacin de las aguas madres de cristales muy gruesos, a la clarificacin de agua potable y al tratamiento de aguas residuales.

La mayora de los filtros industriales son filtros de presin o de vaco. Pueden ser tambin continuos o discontinuos, dependiendo de que la descarga de los slidos filtrados se realice de forma continua o intermitente. Durante buena parte del ciclo de operacin de un filtro discontinuo el flujo del fluido a travs del mismo es continuo, habindose de interrumpirse peridicamente para permitir la descarga de los slidos acumulados. En un filtro continuo la descarga de los slidos y del fluido se realiza de forma ininterrumpida mientras el equipo se encuentra en operacin.Los filtros se dividen en dos grandes grupos: filtros clarificadores y filtros de torta. Los clarificadores retiran pequeas cantidades de slidos para producir un gas claro o lquidos transparentes, tales como bebidas. Los filtros de torta separan grandes cantidades de slidos en forma de una torta de cristales o un lodo. Con frecuencia incluyen dispositivos para el lavado de los slidos y para eliminar la mayor parte posible del lquido residual antes de su descarga.

Filtros clarificadores

Los filtros clarificadores se denominan tambin filtros de lecho profundo ya que las partculas del slido son atrapadas en el interior del medio filtrante, no observndose, en general, una capa de slidos sobre la superficie del medio filtrante. La clarificacin difiere del tamizado en que los poros del medio filtrante son de un dimetro mucho mayor que el de las partculas retenidas. Las partculas son captadas por las fuerzas superficiales e inmovilizadas dentro de los canales de flujo, tal como puede apreciarse en la Figura 30.6a. Aun cuando reducen el dimetro efectivo de los canales, normalmente, no llegan a bloquearlo completamente.

Filtros de tortaEl mecanismo de la filtracin de torta se muestra en la Figura 30.6b. Aqu el medio filtrante es relativamente delgado en comparacin con el filtro clarificador. Al comienzo de la filtracin algunas partculas slidas entran en los poros del medio filtrante y quedan inmovilizadas, pero rpidamente empiezan a ser recogidas sobre la superficie del medio filtrante. Despus de este breve perodo inicial la torta de slidos es la que realiza la filtracin y no el medio filtrante. Sobre la superficie se forma una visible torta de espesor apreciable que es preciso retirar peridicamente.Los filtros de torta se utilizan casi siempre para separaciones slido-lquido. Como en el caso de otros filtros, pueden operar con presin superior a la atmsfera aguas arriba del medio filtrante o con vaco aplicado aguas abajo.

TIPOS Y EQUIPOS DE FILTRACION Filtros de prensa discontinuos. Los filtros de presin pueden utilizar una gran presin diferencial a travs del medio filtrante para lograr econmicamente una filtracin rpida con lquidos viscosos o con slidos. Los tipos ms comunes de filtros de presin son los filtros prensa y los filtros de carcasa y hojas.Filtro prensa. Un filtro prensa contiene un conjunto de placas diseadas para proporcionar una serie de cmaras o compartimentos en los que se pueden recoger los slidos. Las placas se recubren con un medio filtrante tal como una lona. La suspensin se introduce en cada compartimento bajo presin; el lquido pasa a travs de la lona y sale a travs de una tubera dejando detrs una torta hmeda de slidos.

Filtros de carcasa y hojasPara filtrar a presiones superiores a las que son posibles en un filtro prensa de placas y marcos, para reducir la mano de obra, o cuando se requiere un lavado ms eficaz de la torta, se puede utilizar un filtro de carcasa y hojas. En el diseo que se muestra en la Figura 30.9 se sita un conjunto de hojas verticales sobre un bastidor retrctil. La unidad se abre para descargarla, mientras que durante la operacin las hojas permanecen dentro del tanque cerrado. La alimentacin entra por un lado del tanque, el filtrado pasa a travs de las hojas y sale por un colector de descarga mltiple. El diseo que se muestra en la Figura 30.9 es frecuentemente utilizado para filtraciones con coadyuvantes.

Filtro de tambor rotatorio.El tipo ms frecuente de filtro continuo de vaco es el filtro de tambor rotatorio que se representa en la Figura 30.10. Un tambor horizontal, con una cara acanalada, gira con una velocidad de 0,l a 2 rpm en un depsito con la suspensin agitada. Un medio filtrante, tal como una lona, cubre la superficie del tambor, que est parcialmente sumergido en el lquido. Debajo de la superficie acanalada del tambor principal se encuentra un segundo tambor ms pequeo. Entre los dos tambores existen tabiques radiales que dividen el espacio anular en compartimentos separados, cada uno de los cuales est conectado por medio de una tubera interna a un orificio situado en la placa de la vlvula rotatoria. Una tira de tela filtrante cubre la cara expuesta de cada compartimento para formar una sucesin de paneles.

Filtro de cinta horizontalCuando la alimentacin contiene partculas slidas gruesas que sedimentan rpidamente, un filtro de tambor rotatorio funciona mal o simplemente no puede funcionar. Las partculas gruesas no se pueden mantener bien en suspensin y la torta que se forma con frecuencia no se adhiere a la superficie del tambor. En estos casos se puede utilizar un filtro horizontal alimentado por la parte superior. El filtro de cinta mvil que se muestra en la Figura 30.12 es uno de los diferentes tipos de filtros horizontal; se parece a un transportador de cinta, con un soporte transversal que lleva la tela filtrante que tiene tambin la forma de una cinta sin fin. Las aberturas centrales situadas en la cinta de drenaje se deslizan sobre una cmara longitudinal de vaco en la que se descarga el filtrado. La suspensin de alimentacin fluye hasta la cinta desde un distribuidor situado en un extremo de la unidad, mientras que la torta filtrada y lavada descarga por el otro extremo.Los filtros de cinta son especialmente tiles en el tratamiento de residuos debido a que los residuos con frecuencia contienen un intervalo de tamao de las partculas muy amplio.

MEDIOS FILTRANTES.El medio filtrante de cualquier filtro ha de cumplir los siguientes requerimientos:1. Ha de retener los slidos a filtrar, dando lugar a un filtrado razonablemente claro.2. No debe obstruirse o cegarse.3. Ha de ser qumicamente resistente y tener suficiente resistencia fsica para soportar las condiciones del proceso.4. Ha de permitir que la torta formada se desprenda de una forma limpia y completa.5. No ha de ser excesivamente caro.Algunos medios filtrantes de uso comn son: Por ej. En la filtracin industrial un medio de filtracin frecuente es la tela de lona de diferentes pesos y modelos de tejido, dependiendo del objetivo que se persiga. Los lquidos corrosivos requieren el empleo de otros medios filtrantes tales como telas de lana, de metal monel o acero inoxidable, de vidrio o de papel. Las fibras sintticas como nylon, propileno, Saran y Dracon tienen una elevada resistencia qumica.Por lo general, las fibras metlicas o las sintticas lisas son menos eficaces que las fibras naturales para separar partculas muy finas. Sin embargo, esto solamente es una desventaja al comienzo de la filtracin debido a que, excepto con partculas gruesas y duras que no contienen finos, el medio filtrante real lo constituye la primera capa de slidos depositados. El filtrado puede ser inicialmente turbio pero luego se hace claro. El filtrado turbio se devuelve al tanque.

AYUDAS DE FILTRACION En algunos casos se usan ayudas de filtracin para acelerara el proceso. Por lo general, son tierras diatomeas o Keiselgurh, que estn constituidas principalmente por slice no comprensible. Tambin se usa celulosa de madera, asbesto y otros slidos porosos inertes. Estas ayudas de filtracin se pueden usar de diferentes maneras, por ej., como recubrimientos previos antes de filtrar la suspensin, el cual impide que los slidos de tipo gelatinoso obstruyan el medio filtrantes y permite obtener un filtrado mas transparente. El uso de ayudas de filtracin suele estar limitado a los casos en que la torta es el material que se descarta, o cuando el precipitado se puede separar de ellas por medios qumicos.