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Los coadyuvantes de filtración son polvos porosos e inertes (comúnmente tierra de diatomeas (DE), vidrio volcánico (perlita) y fibras de celulosa) que mejoran significativamente la separación sólido-líquido al formar una "torta" porosa sobre el medio filtrante primario, convirtiendo la filtración de un filtro superficial bidimensional a un filtro de profundidad tridimensional más profundo. Se pueden utilizar de dos maneras principales:
Mediante el uso de coadyuvantes de filtración, se puede lograr un mayor rendimiento, una mejor claridad, una vida útil más prolongada del medio filtrante y un procesamiento más predecible, incluso al tratar con sólidos finos, compresibles o gelatinosos. El flujo del proceso se puede visualizar en un diagrama P&ID típico que muestra un tanque de precapa, un tanque de alimentación del cuerpo y un filtro.
La fina capa de coadyuvante filtrante reduce el contacto directo entre los sólidos finos y las mallas o el medio filtrante subyacente, prolongando así su vida útil.
La capa porosa de coadyuvante de filtración permite aprovechar más del 90% de la superficie filtrante disponible, lo que se traduce en un mayor rendimiento. Además, evita la obstrucción prematura, permitiendo procesar un mayor volumen con menores caídas de presión.
Los coadyuvantes de filtración inertes y uniformes reducen la variabilidad de las mezclas difíciles que pueden contener sólidos pegajosos o compresibles.
Incluso las partículas submicrónicas pueden capturarse si se utiliza correctamente el grado adecuado de tierra de diatomeas o perlita, logrando a menudo una claridad que iguala o supera la que normalmente se asocia con los sistemas de membrana.
Si bien la tierra de diatomeas (TD) y la perlita son los coadyuvantes de filtración más utilizados, existen otros materiales que vale la pena considerar para aplicaciones específicas:
El carbón activado puede utilizarse como coadyuvante de filtración desde el punto de vista de la manipulación, pero normalmente no mejora el flujo ni el rendimiento (de hecho, puede aumentar la resistencia). Su función principal es eliminar o modificar el color, el olor o ciertos contaminantes disueltos mediante adsorción.
Base Se hace circular aproximadamente 1 libra de DE por cada 5 pies² (1 kg / 1 m²) de área de filtro desde el tanque de precapa, lo que da como resultado una capa de aproximadamente 1/8” de DE sobre el medio filtrante.
Base : Recircular el volumen del material de origen de 2,5 a 3 veces a un caudal de > 1 gpm/ft2 hasta que se logre la claridad o haya transcurrido un tiempo determinado.
Introduzca un coadyuvante de filtración (por ejemplo, en una proporción de 1:1 en volumen con sólidos incompresibles o en una proporción de 1:1 en peso con sólidos compresibles) en la fuente o mediante inyección continua en la corriente.
Supervise y ajuste en función de los objetivos específicos de su proceso, el caudal deseado, la capacidad de la torta, utilizando la presión diferencial y la claridad del filtrado como guía.
Muchos procesos industriales combinan una capa previa con una proporción constante de alimentación del cuerpo filtrante, lo que garantiza que la torta de filtración permanezca abierta y porosa durante todo el proceso o ciclo.
Cuando se requiere una claridad submicrónica, los sistemas de microfiltración de membrana o tubulares suelen basarse en una estructura de poros uniforme unida a un sustrato más abierto. Del mismo modo, los medios de malla metálica a menudo presentan diámetros de apertura de hasta 100 micras, pero con una cuidadosa selección de coadyuvantes de filtración y un medio subyacente más fino (aberturas <3 μm), se puede lograr un rendimiento submicrónico en muchos procesos industriales. Las principales ventajas de los enfoques basados en coadyuvantes de filtración incluyen:
Nota
Esta comparación no aborda la filtración por membrana de flujo cruzado, que utiliza la tensión interfacial en el límite del poro para la separación líquido-líquido a presiones diferenciales muy bajas (<1 psi).
Membranas : Altos costos operativos y de reemplazo, que a menudo requieren limpieza especializada.
Coadyuvantes de filtración Menor coste de consumibles, fácilmente escalable desde pequeñas pruebas hasta grandes instalaciones, y ayuda a proteger el medio base de la obstrucción de los poros.
Membranas : Propenso a ensuciarse rápidamente cuando los alimentos contienen sólidos compresibles o partículas viscosas, lo que conlleva limpiezas o paradas frecuentes.
Coadyuvantes de filtración : Captura los sólidos en una estructura de torta porosa, lo que a menudo prolonga considerablemente los tiempos de ciclo.
Membranas : Sensible a cambios bruscos de presión o a condiciones de flujo erráticas.
Coadyuvantes de filtración : Resistente química y mecánicamente, mantiene una porosidad estable incluso con alimentaciones exigentes.
Coadyuvantes de filtración Los pasteles suelen ser fáciles de retirar mecánicamente, lo que permite un rendimiento repetible ciclo tras ciclo.
En general, la filtración basada en coadyuvantes de filtración sigue siendo una opción robusta, de menor coste y que requiere menos mantenimiento para lograr una claridad submicrónica en numerosas aplicaciones industriales.
Utilice la menor cantidad posible de DE más grueso para cumplir con los requisitos de claridad del producto. Esta es siempre la forma ideal de lograr la máxima productividad con el menor costo de operación.
Comience con ensayos de laboratorio o piloto. Determinar el grado ideal de tierra de diatomeas o perlita y las dosis aproximadas. La filtración es escalable.
Enfoque de alimentación corporal 1× vs. 10× : Pruebe con 1× y 10× la proporción de peso de sólidos para ver cuál equilibra el caudal, la claridad y el coste.
Monitor dP y Clarity : Ajuste la dosis de Bodyfeed si la presión diferencial aumenta demasiado rápido o si la claridad es insuficiente.
Pautas típicas:
Recubrimiento previo : ~1 libra de DE por cada 5 pies² de área de filtro para una capa de ~1/8".
Alimentación corporal : Relación de peso 1:1 (DE: sólidos compresibles) como punto de partida, ajustándola según sea necesario.
Mayor tiempo de funcionamiento y menor necesidad de limpieza:
Un pastel estable y poroso permite trabajar durante más tiempo sin tener que detenerse para limpiar.
Calidad de filtrado constante:
La capa multidimensional uniforme que actúa como coadyuvante de filtración atrapa los contaminantes submicrónicos con mayor eficacia que la filtración con un medio plano por sí sola.
Mantenimiento más sencillo:
El coadyuvante de filtración actúa como un "amortiguador", protegiendo el medio filtrante o las placas subyacentes del desgaste.
Escenario:
Una empresa procesadora de zumos necesitaba una claridad submicrónica (turbidez <0,5 NTU) sin las complejidades ni el coste de la filtración por membrana. Instalaron un filtro de alta presión Sparkler de 33", implementaron una capa previa de tierra de diatomeas y una alimentación continua moderada de tierra de diatomeas.
Base : Sin aditivo filtrante → obstrucciones frecuentes, caudal <40 gpm a 10 psi en ~1 h.
Con DE Body Feed:
precapa inicial : 1 libra de DE por cada 5 pies² de área de filtro.
relación de alimentación corporal : 0,5:1 en volumen (DE: sólidos).
Conclusión: Los tiempos de ciclo se prolongaron con el modelo 300% y la frecuencia de limpieza del filtro se redujo a la mitad en comparación con el modelo de referencia. Se redujeron los costos de mano de obra y mantenimiento.
Recircular rápidamente para la precapa
(>1 gpm/ft²): Asegura una capa inicial uniforme.
Sincroniza la señal del cuerpo con la señal principal.
Mantenga la dosificación proporcional a la cantidad de sólidos.
Para una mejora continua, registre el dP, el flujo, la claridad y el coadyuvante de filtración total utilizado por lote. Anote los cambios de un ciclo a otro.
Verificar la seguridad y la eliminación
La tierra de diatomeas y la perlita pueden generar polvo; utilice el equipo de protección personal adecuado.
Considere enfoques híbridos
La combinación de tierra de diatomeas con carbón activado puede solucionar problemas de color u olor o añadir funcionalidades especializadas.
Un ejemplo de configuración estándar incluye:
Tanque de precapa (#1) y bomba de alimentación/precapa (#3):
Hacer circular la suspensión de coadyuvante de filtración para formar una torta inicial.
Depósito de alimentación del cuerpo (#14) y bomba de alimentación del cuerpo (#9):
Dosificar o mezclar continuamente con el tanque de alimentación para añadir coadyuvante de filtración al purín entrante.
Filtro (#6):
Entrada principal (#10), salida de purga (#5, opcional), ventilación (#11) y salida (#7) a la línea de filtrado (#15).
Manómetros (#4, #13)
Supervise la presión diferencial, fundamental para controlar la dosificación o el final del ciclo.
Sparkler Filters, Inc. no vende directamente aditivos para filtros. Sin embargo, trabajamos en estrecha colaboración con proveedores de confianza para garantizar que usted reciba un producto de alta calidad y consistente.
Contáctanos Para presentaciones o ayuda para encontrar el coadyuvante de filtración adecuado para su aplicación.
Cain, CW (1981). Filtración de torta de filtro: Poniendo los principios en práctica: para un funcionamiento eficaz, conozca la naturaleza de nuestros sólidos. Chemical Engineering, 88(15), 52—58.
Schweitzer, PA (Ed.). (1988). Manual de técnicas de separación para ingenieros químicos. McGraw-Hill.
Perry, RH y Green, DW (Eds.). (2007). Manual del ingeniero químico de Perry (8.ª ed.). McGraw-Hill.
Imerys. (2021). Documentos técnicos y notas de aplicación sobre coadyuvantes de filtración. https://www.imerys-performance-minerals.com
Bambicher, E., & Heindel, T. (2010). Optimización de la filtración de precapa con tierra de diatomeas en la clarificación de zumos de frutas. Journal of Food Engineering, 100, 573—580.
Li, S., & Shukla, AA (2013). Clarificación celular a escala de proceso utilizando un coadyuvante de filtración para prevenir la obstrucción del filtro. Biotechnology Progress, 29(2), 488-495.
Stowe, HE, et al. (2014). Evaluación de tierra de diatomeas y perlita como coadyuvantes de filtración en circuitos Merrill-Crowe. Minerals Engineering, 64, 7—15.
Sílice estadounidense. Filtración a presión DE EPM092-4.
