Introducción a la filtración sólido-líquido
El objetivo de la filtración es:
Parámetros clave del proceso que afectan la eficiencia de la filtración
El rendimiento de la filtración se ve influenciado por las propiedades del fluido, las características de los sólidos y el diseño del sistema.
A. Efectos de la viscosidad y la temperatura
- Los fluidos de mayor viscosidad (por ejemplo, resinas, aceites, lodos) reducen la permeabilidad, disminuyendo el caudal. • Ejemplos de caudales:
- Viscosidad similar a la del agua (1 cP): 0,4 gpm/ft²
- Fluido de 3000 cP: 0,1 gpm/ft²
- Los aumentos de temperatura pueden disminuir la viscosidad, mejorando el flujo.
- Estrategias de gestión térmica: El calentamiento por resistencia o el funcionamiento a temperatura controlada pueden mejorar el flujo en aplicaciones de alta viscosidad.
B. Consideraciones sobre la caída de presión
- Baja caída de presión (2-15 PSI) Mantiene la eficiencia y prolonga la vida útil de los soportes.
- ΔP excesivo (>15 PSI) : Provoca compactación/compresión, presión de arrastre que reduce la fracción de vacío, lo cual puede contrarrestarse con la adición de un coadyuvante de filtración.
- Fuerza motriz optimizada Al equilibrar y controlar la fuerza impulsora —tratando la diferencia de presión como un gasto medido— se mantiene un flujo constante sin una compresión excesiva de la torta.
Ecuaciones que rigen la filtración
La eficiencia de un proceso de filtración se rige por modelos de dinámica de fluidos y de resistencia.
A. Ley de Darcy (Ecuación fundamental de filtración)
El flujo de un líquido a través de un medio poroso se describe mediante la ley de Darcy.
Dónde :
K = Porosidad de la torta de filtración (darcy)
Delta p = Caída de presión a través del filtro (atmósfera)
- A medida que aumenta el grosor del pastel, el caudal disminuye debido a una mayor resistencia.
B. Relación entre el espesor y el volumen del pastel
Dónde :
El aumento del espesor de la torta se describe mediante la ecuación L=CVDAL = \frac{CV}{DA}L=DACV, donde L es el espesor de la torta, C representa la masa de sólidos por unidad de volumen de líquido (g/L), V es el volumen de líquido filtrado (L), D es la densidad aparente de los sólidos de la torta (g/cm³) y A es el área de filtración (cm²).
C. Filtración a caudal constante frente a filtración a presión constante
Dónde :
Filtración de caudal constante:
- La presión aumenta con el tiempo a medida que el pastel se espesa.
- Ideal para sistemas que requieren un rendimiento constante.
Filtración de caudal constante:
- El caudal disminuye a medida que aumenta el espesor de la torta.
- Se utiliza en operaciones por lotes y pruebas de laboratorio.
- Ayuda a prevenir la compactación excesiva de la torta en sólidos compresibles.