07 noviembre 2011

Guía práctica para la filtración eficiente de líquidos industriales (1ª PARTE)



La filtración de líquidos es un proceso necesario en muchas actividades de ingeniería por varios motivos. Industria, agricultura, minería, petroquímica,…; todos los sectores requieren manipular líquidos y en muchas ocasiones las materias primas contienen impurezas que requieren ser retirados al comienzo del proceso. Una vez que se mezclan líquidos para producir la lechada del del proceso, el licor madre puede tener líquidos que deben extraerse. También pueden formarse líquidos no deseados a partir de reacciones químicas en un proceso de producción de líquidos. Todos estos procesos requieren incorporar elementos de filtración.
Pero la extracción de las impurezas no se realiza de una única forma sino que la naturaleza de los sólidos contenidos en los líquidos determinará en último término el equipo necesario para el proceso de separación.
Para conseguir en cada caso aplicar el mecanismo adecuado los fabricantes de sistemas de filtración han ido desarrollando a lo largo de muchos años las técnicas que en cada caso proporcionan el sistema más efectivo. Para ello se han ido diseñando sistemas de filtrado que aplican en cada caso la tecnología más conveniente: Decantación, clarificación, asentamiento, coalescencia o centrifugación. Para algunos procesos, una prefiltración gruesa preliminar con filtros canasta o colador se usa para retirar la mayor parte de los sólidos cristalinos, usando un medio de filtración relativamente abierto. Después de realizar una filtración gruesa en la primera etapa se requiere un proceso de filtración fino para producir el producto filtrado final.
En este nuevo artículo destinado a explicar técnicas de mejora en procesos industriales vamos a hablar de la selección, operación y forma de solucionar problemas en la filtración de líquidos.
No es tan fácil decidir la técnica de filtración más conveniente para cada proceso y es por ello que los fabricantes de sistemas de filtración basan sus productos en los resultados obtenidos en pruebas de laboratorio.
1) ENSAYOS DE LABORATORIO
 Los sólidos disueltos en líquidos no son fáciles de valorar por lo que la única forma de determinar la técnica más efectiva para su eliminación es verificar el comportamiento de los sistemas de filtrado en ensayos realizados en laboratorio.
El laboratorio permite determinar la naturaleza y propiedades de los sólidos, y la facilidad o dificultad del proceso de filtración. El conocimiento de la cantidad de sólidos y el tamaño de las partículas son factores necesarios para especificar el medio de filtración, ayudas necesarias para la filtración, área de filtración, espacio cake necesario y técnica de descarga cake. Los datos experimentales reunidos en el laboratorio son también necesarios para el sistema de filtración necesario para producción.
Ensayos preliminares
Para diseñar un sistema de filtración en un proceso, en primer lugar necesitamos obtener muestras del fluido de proceso actual. Una vez esta muestra está disponible, la haremos pasar por una pequeña centrifugadora para determinar la cantidad de sólidos suspendidos. Seguidamente examinaremos la naturaleza de estos sólidos porque en gran medida afectará al proceso de filtración. Los sólidos que son cristalinos se filtrarán con relativa facilidad, pero los sólidos amorfos o gelatinosos son más difíciles de separar, requiriendo técnicas más complejas.
Además de la inspección visual, siempre se recomienda un análisis del tamaño de las partículas para determinar el porcentaje de sólidos y la distribución del tamaño de las partículas.
Procedimientos de laboratorio
Las estaciones de ensayo en los laboratorios se usan para establecer la filtrabilidad del producto en cuestión y para calcular el área del filtro y el espesor y peso del cartucho del filtro. El ensayo de filtrado también establece la presión de filtrado del proceso y la presión de aire requerida para derribar el filtro para quitar todo el líquido del tanque del filtro.
El área de filtrado del filtro de laboratorio se establece antes del ensayo. El filtro del laboratorio debe tener dispositivos de medición de presión para medir las presiones de descarga y alimentación. Se usa una pequeña bomba para alimentar el líquido de proceso en el filtro. En ausencia de una bomba, se usa aire o nitrógeno para empujar el líquido a través del filtro.
Los datos de los ensayos se usan en las siguientes fórmulas para calcular los requerimientos de dimensionado de filtrado para satisfacer las necesidades de caudal del proceso, rendimiento y los sólidos que deben retirarse del filtro.



Donde:
V = Volumen filtrado total, gal
A = Área de filtración total, ft2
∆t = tiempo total de filtrado, min
Ws = Peso total de sólidos filtrados, lb
Densidad de cake húmedo, lb/ft3



2) AYUDAS A LA FILTRACIÓN

Los ensayos de laboratorio nos ayudarán a determinar si es necesaria una precapa ( precoating).  Precoating, es una técnica en la que el medio filtrante es en primer lugar revestido con ayudas a la filtración. Estas ayudas a la filtración hacen lo siguiente:

  • Protegen el medio filtrante de ser cegado con sólidos suspendidos.
  • Obtienen la claridad inicial deseada.
  • Facilitan que se libere el cartucho del filtro durante la limpieza del filtro.
Tierras de diatomeas
Este material se hace a partir de fósiles de sílice de organismos unicelulares que se encuentran en depósitos de agua dulce o salada. Están disponibles varios grados de tierras de diatomea, dependiendo del grado de finura requerido.
Perlita
La perlita está hecha de roca de lava volcánica expandida. Está disponible en varios grados dependiendo del grado de finura necesaria.
Celulosa
Material de celulosa en varios grados de finura.
Mezclas
Como ayuda a la filtración pueden usarse fibras gruesas o fibras con grado de celulosa.
Ayudas al filtro basadas en el carbón
Las ayudas al filtro de tipo carbonáceo se usan cuando la química del líquido de proceso puede reaccionar con sílice en una tierra de diatomeas o productos de perlita.
Otros materiales
El carbonato de calcio o sólidos similares pueden servir como ayuda al filtro gracias a su naturaleza cristalina.
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