Download - FILTRACIÓN Por Mercedes Fernández Arévalo
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8/9/2019 FILTRACIN Por Mercedes Fernndez Arvalo
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FILTRACINFILTRACIN
Mercedes Fernndez Arvalo
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FILTRACIFILTRACINN
OPERACIOPERACIN UNITARIA PARAN UNITARIA PARASEPARAR UN SSEPARAR UN SLIDO DESDE UNLIDO DESDE UN
FLUIDO O UN FLUIDO DESDE OTROFLUIDO O UN FLUIDO DESDE OTRO
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FILTRACIFILTRACINN
PrecipitadoPrecipitado
FILTROFILTRO
FILTRADOFILTRADO
FLUIDO INICIALFLUIDO INICIAL((efluenteefluente,, turbioturbio))
RESIDUORESIDUO((tortatorta))
LLqq.. transparentetransparente ((ssll--llqq..oo llq.q.--llqq.).)
EsterilizarEsterilizar ((llq.q.--aireaire)) EliminarEliminar part. delpart. del aireaire
PP
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1.1. MATERIAL A SEPARARMATERIAL A SEPARAR
FILTRACIFILTRACINN
CLASIFICACINCLASIFICACIN
2. FUERZA IMPULSORA2. FUERZA IMPULSORA
3. FLUJO3. FLUJO4. MECANISMO RETENCIN4. MECANISMO RETENCIN
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1.1. MATERIAL A SEPARARMATERIAL A SEPARAR::
Filtracin convencionalFiltracin convencional (= clarificacin):(= clarificacin): 10 m 10 m (clarifar soluciones)(clarifar soluciones)
MicrofiltracinMicrofiltracin::0.10.1 10 m10 m (agua p. iny.)(agua p. iny.)
UltrafiltracinUltrafiltracin::0.0010.001 0.1 m0.1 m (macromolculas)(macromolculas)
(MEMBRANAS)(MEMBRANAS) smosis inversasmosis inversa::0.0010.001 0.0001 m0.0001 m (iones)(iones)
(MEMBRANAS(MEMBRANAS-- P)P)
FILTRACIFILTRACINN
CLASIFICACINCLASIFICACIN
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2.2. FUERZA IMPULSORAFUERZA IMPULSORA:: Hidrosttica (gravedad)Hidrosttica (gravedad) PresinPresin
VacoVaco CentrifugacinCentrifugacin
3.3. FLUJOFLUJO:: ConstanteConstante VariableVariable
4.4.
MECANISMO RETENCINMECANISMO RETENCIN
::
CribadoCribado AdsorcinAdsorcin Formacin tortaFormacin torta
FILTRACIN:FILTRACIN: SuperficieSuperficie
ProfundidadProfundidad
FILTRACIFILTRACINN
PP
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Filtracin en SuperficieFiltracin en Superficie
CribadoCribado: Retencin mecnica: Retencin mecnica f(f())
Filtros de membranaFiltros de membrana
Lmite de separacin absolutoLmite de separacin absolutoEstructura homogneaEstructura homogneaEspesor pequeo (no absorbenEspesor pequeo (no absorben
lquidos)lquidos)ColmatacinColmatacin rpidarpida (>S,(>S,prefiltrosprefiltros, coadyuvantes), coadyuvantes)
FILTRACIFILTRACINN
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Filtros en profundidadFiltros en profundidad AdsorcinAdsorcin: (atraccin: (atraccin electrostelectrost..o fuerzas de Vano fuerzas de Van derder WaalsWaals))
Estructura tridimensionalEstructura tridimensionalGran tortuosidadGran tortuosidadAdsorcin + CribadoAdsorcin + CribadoLmite de separacin nominalLmite de separacin nominal
Cesin fragmentos y/o impurezasCesin fragmentos y/o impurezasNo se colmatan rpidamenteNo se colmatan rpidamenteGran capacidad de retencinGran capacidad de retencin> Absorcin de lquido> Absorcin de lquido
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Formacin de tortaFormacin de torta
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CAUDALCAUDAL:: Q =Q = dVdV//dtdt (m(m33ss--11))
FLUJOFLUJO:: J =J = dVdV//AdtAdt ((mmss--11))
PP EcEc. POISEUILLE. POISEUILLE::
J =J = dVdV//AdtAdt == rr44
88 ll
PP22
PP11rr
ll
VELOCIDAD LINEAL MEDIAVELOCIDAD LINEAL MEDIA::
Q = JAQ = JA
VVmm ==ddmm22PP
KK llmm= J / e= J / e
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POROSIDADPOROSIDAD:: e = V poros / V total (e = 0e = V poros / V total (e = 0 1)1)
SUPERFICIE EFECTIVA DE FILTRACIONSUPERFICIE EFECTIVA DE FILTRACION::SSBB = A poros / V filtro= A poros / V filtro
SUPERFICIE TOTALSUPERFICIE TOTAL:: SS = A total / V filtro= A total / V filtro
SUPERFICIE OPACASUPERFICIE OPACA:: SSOO = S (1= S (1 e)e)
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ECUACIN DEECUACIN DEKOZENYKOZENY ddmm = e / S= e / SOO = e / S (1= e / S (1 e)e)
J =J = VVmm e = e =e = e =ddmm
22
PPKK llmmPP llmm
ee33
K SK S22 (1(1 e)e)22
1 /1 / RRmm
RESISTENCIARESISTENCIAESPECFICAESPECFICA
(del medio filtrante)(del medio filtrante)
J =J = PPRRmm llmm
ee33
K SK S22 (1(1 e)e)22
> e e < RmRm > J> J K = 5 (K = 5 (ctecte.).)Ej.: S = 4Ej.: S = 4e = 0.3e = 0.3 RmRm = 1451.8= 1451.8e = 0.6e = 0.6 RmRm = 59.26= 59.26
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ECUACIN DEECUACIN DECARMANCARMAN Lecho del filtro no es constanteLecho del filtro no es constanteR =R = RmRm ++ RtRt (torta)(torta)
J =J = dVdV//AdtAdt = == =PP
(Rm + Rt)(Rm + Rt)
PP (Rm +(Rm + w V/A)w V/A)
= Resistencia espec= Resistencia espec
ficafica
de la tortade la tortawVwV = s= slidos por unidad de Vlidos por unidad de V
InversaInversa
IntegraIntegra
P =P = ctecte..
t / V/A =t / V/A = KpKp V/A + CV/A + C
t / V/A = +t / V/A = + w Vw V
22PP AA
RmRm
PPKpKp
CC
t / V/At / V/A
V/AV/A
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FILTRACIFILTRACINN ECUACIN DE CARMANECUACIN DE CARMAN
ww22PP RmRm
PP
t / V/At / V/A
V/AV/A
CONSIDERACIONESCONSIDERACIONES
PRCTICAS SOBRE LAPRCTICAS SOBRE LAVELOCIDAD DEVELOCIDAD DEFILTRACINFILTRACIN
CONSIDERACIONES PTIMAS DE FILTRACINCONSIDERACIONES PTIMAS DE FILTRACIN
1.1. PresinPresin2.2. Cantidad y caractersticas de los slidosCantidad y caractersticas de los slidos
3.3. Medio y rea de superficie filtranteMedio y rea de superficie filtrante4.4. Viscosidad del filtradoViscosidad del filtrado
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FILTRACIFILTRACINN ECUACIN DE CARMANECUACIN DE CARMAN
CONSIDERACIONES PRCTICAS SOBRE LACONSIDERACIONES PRCTICAS SOBRE LAVELOCIDAD DE FILTRACINVELOCIDAD DE FILTRACIN
1.1. PRESINPRESIN: Fuerza impulsora: Fuerza impulsora
dVdV//dtdt
PP
Tortas incompresiblesTortas incompresibles
Tortas compresiblesTortas compresibles
Slidos cristalinosSlidos cristalinosIndeformablesIndeformables
Tamao uniformeTamao uniforme
TortasTortas floculentasfloculentasGelesGeles
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FILTRACIFILTRACINN ECUACIN DE CARMANECUACIN DE CARMAN
CONSIDERACIONES PRCTICAS SOBRE LACONSIDERACIONES PRCTICAS SOBRE LAVELOCIDAD DE FILTRACINVELOCIDAD DE FILTRACIN
2.2. CANTIDAD Y CARACTERSTICAS DEL SLIDOCANTIDAD Y CARACTERSTICAS DEL SLIDO
> W> W
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ProcesoProceso dede filtracinfiltracin porpor flujoflujo
directodirecto
FiltracinFiltracin tangencialtangencial ProcesoProceso continuocontinuo
MnimoMnimo depsitodepsito dede slidosslidos
MicroMicro-- y ultray ultra-- filtracinfiltracin yy smosissmosis
inversainversa >> aporteaporte energaenerga ((desplazamientodesplazamiento
tangencialtangencial yy gradientegradiente de P)de P)
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FILTRACIFILTRACINN ECUACIN DE CARMANECUACIN DE CARMAN
CONSIDERACIONES PRCTICAS SOBRE LACONSIDERACIONES PRCTICAS SOBRE LAVELOCIDAD DE FILTRACINVELOCIDAD DE FILTRACIN
3.3. MEDIO Y REA FILTRANTEMEDIO Y REA FILTRANTE
J> J
> e> e > S> SBBSSBB = A poros / V filtro= A poros / V filtro
AUMENTAR LAAUMENTAR LA
SUPERFICE DESUPERFICE DEFILTRACINFILTRACIN(filtros prensa, cartuchos,(filtros prensa, cartuchos,
filtros plieguesfiltros pliegues))
4.4. VISCOSIDAD DEL FLUIDOVISCOSIDAD DEL FLUIDO
J> J
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Caractersticas de los medios filtrantesCaractersticas de los medios filtrantes
Elevado poder deElevado poder de
retencinretencin
de partculas ode partculas o
microorganismosmicroorganismos GranGran resistenciaresistencia qumica y mecnicaqumica y mecnica Facilidad deFacilidad de desprendimientodesprendimiento de la tortade la torta
MximoMximo volumen filtrablevolumen filtrable Elevado caudalElevado caudal de filtracin conde filtracin con mnimamnima
resistenciaresistencia al flujoal flujo
No exista extraccinNo exista extraccin de ningn componente delde ningn componente delfiltrofiltro Escasa o nula capacidad deEscasa o nula capacidad de adsorcinadsorcin dede
sustancias (macromolculas, conservantes, etc.)sustancias (macromolculas, conservantes, etc.)
FILTRACIFILTRACINN
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MATERIALES FILTRANTESMATERIALES FILTRANTES (1)(1)1. Materiales filtrantes sueltosAlgodn, lana de vidrio, pasta decelulosa, slice, carbn vegetal
Separacin partculas grandesSeparacin partculas grandes Cesin de filamentos (filtrar varias veces)Cesin de filamentos (filtrar varias veces)
2. Materiales porososVidrio fritado:Metales sinterizados:
Porcelana porosa y slice
Inercia qumicaInercia qumica, carga negativa, carga negativaFiltracin de gasesFiltracin de gases
FILTRACIFILTRACINN
Filtracin en profundidadFiltracin en profundidad
Filtracin en profundidadFiltracin en profundidad
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3. Tejidos y membranas (1)
FILTRACIFILTRACINN
Placas, discos, papeles (ceden fibras) Estado seco: lquidos polares y apolares
Estado hmedo: lquidos polares Filtro en profundidad Esterilizables con vapor de agua Clarificacin y prefiltro
MATERIALES FILTRANTESMATERIALES FILTRANTES (2)(2)
3.1. Fibras de celulosa:
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3. Tejidos y membranas (2)
FILTRACIFILTRACINN
MATERIALES FILTRANTESMATERIALES FILTRANTES (3)(3)
Membranas de nitrocelulosa y acetato decelulosa: muy utilizados
Amplia gama de tamao de poro y biendefinidos Muy porosos (80%): elevado caudal de
filtracin
Filtracin en superficie y esterilizante Estabilidad trmica limitada (80 C) Componentes extrables (nitrocelulosa)
Incompatibles con ciertos disolventesorgnicos
3.2. steres de celulosa:
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3. Tejidos y membranas (3)
3.3. Fibra de vidrio:
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MATERIALES FILTRANTESMATERIALES FILTRANTES (4)(4)
Retculo de fibras finas de vidrio, relativamentegrueso (0.25 mm)
Caudal alto, gran capacidad antes de colmatarse yelevada resistencia qumica Resistentes al calor y de bajo costo Cesin de fragmentos al filtrado
Filtracin en profundidad
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3. Tejidos y membranas (4)
3.3. Fibras sintticas
FILTRACIFILTRACINN
MATERIALES FILTRANTESMATERIALES FILTRANTES (5)(5)
Polipropileno, Nylon, Polisulfona, Difluoruro depolivinilideno (PVDF), Politetrafluoruro deetileno (PTFE o tefln), Policarbonato
Alta resistencia y ceden pocas fibras Filtracin en superficie
Alta porosidad, tamao uniforme de poros
Se utilizan como filtros finales (micro- yultrafiltracin) y algunos en filtracinesterilizante
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FILTRACIFILTRACINNCOADYUVANTES DE LA FILTRACINCOADYUVANTES DE LA FILTRACIN
Tierra de diatomeasTierra de diatomeas Pulpa de celulosaPulpa de celulosa
Carbn activoCarbn activo ArcillaArcilla TalcoTalco
Se incorporan allquido a filtrar
1. Facilitan el depsito de impurezas1. Facilitan el depsito de impurezas2. Evitan el colmatado rpido2. Evitan el colmatado rpido3. Retienen por adsorcin diversas impurezas3. Retienen por adsorcin diversas impurezas
Polvos insolubles e inertes Capa de depsito pulverulento sobre filtro rgido que acta como
soporte La tenuidad del polvo condiciona la porosidad
Tienen gran capacidad adsorbente: pueden retener frmacos disueltospueden retener frmacos disueltosy colorantesy colorantes
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DISPOSITIVOS DE FILTRACINDISPOSITIVOS DE FILTRACIN
5.5. Resistencia trmicaResistencia trmica: el filtro debe esterilizarse: el filtro debe esterilizarse
6.6. El filtro debe serEl filtro debe ser compatible con el fluidocompatible con el fluido::Tablas de compatibilidad entre filtros y disolventesTablas de compatibilidad entre filtros y disolventes
CRITERIOS DE SELECCINCRITERIOS DE SELECCIN
1.1. Volumen de lquido a filtrarVolumen de lquido a filtrar: laboratorio o industrial: laboratorio o industrial2.2. Fuerza impulsoraFuerza impulsora:: gravedad, presin, vaco, f. centrfugagravedad, presin, vaco, f. centrfuga
3.3. Grado de separacinGrado de separacin: tamao de poro: tamao de poro4.4. Producto que se seleccionaProducto que se selecciona: filtrado o torta: filtrado o torta
7.7. Rgimen de trabajoRgimen de trabajo: continuo o discontinuo: continuo o discontinuo
FILTRACIFILTRACINN
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FILTROS PRENSAFILTROS PRENSA
Gran superficie de filtracinGran superficie de filtracin
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DISCOS APILADOSDISCOS APILADOS
Gran superficie deGran superficie de
filtracinfiltracin
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ROTARY DRUMROTARY DRUMVACUUM FILTERVACUUM FILTER
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DISCOS FILTRANTESDISCOS FILTRANTES
DE MEMBRANASDE MEMBRANAS
PARA JERINGASPARA JERINGAS
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FILTRACIN DE GASESFILTRACIN DE GASES: OBJETIVOS: OBJETIVOS1. Eliminar polvo o grmenes1. Eliminar polvo o grmenes::
zonas aspticas (habitaciones o locales)zonas aspticas (habitaciones o locales)campanas de flujo laminarcampanas de flujo laminar
2. Recuperar partculas de polvo generadas durante el2. Recuperar partculas de polvo generadas durante el
desarrollo de una OTF:desarrollo de una OTF:(pulverizacin, mezclado, compresin....)(pulverizacin, mezclado, compresin....)
MATERIALES FILTRANTES:MATERIALES FILTRANTES: LANA DE VIDRIO (+ lquido viscoso)LANA DE VIDRIO (+ lquido viscoso) METAL SINTERIZADOMETAL SINTERIZADO TUBOS O MANGAS FILTRANTESTUBOS O MANGAS FILTRANTES
FILTRACIFILTRACINN
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CONTROLES DEL PROCESO DE FILTRACINCONTROLES DEL PROCESO DE FILTRACIN
1) ENSAYO DE INTEGRIDAD:1) ENSAYO DE INTEGRIDAD:
Punto de burbujaPunto de burbuja
-- Mtodo simple y no destructivoMtodo simple y no destructivo-- Se utiliza en filtros de membranaSe utiliza en filtros de membrana
-- Presin necesaria para desalojar el liquido quePresin necesaria para desalojar el liquido queocupa los poros de una membrana y que provoca laocupa los poros de una membrana y que provoca laaparicin de burbujas de aire visibles a la salida delaparicin de burbujas de aire visibles a la salida delfiltrofiltro
-- La presin necesaria es inversamente proporcionalLa presin necesaria es inversamente proporcionalal radio del poro y tiene que ser similar alal radio del poro y tiene que ser similar alespecificado por el fabricanteespecificado por el fabricante
FILTRACIFILTRACINN
F N
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2) DETERMINACIN DEL CAUDAL:2) DETERMINACIN DEL CAUDAL:
-- Tiene inters en el mbito industrial yTiene inters en el mbito industrial yproporciona una medida de la porosidad (superficieproporciona una medida de la porosidad (superficieefectiva de filtracin)efectiva de filtracin)
-- Se determina a partir del tiempo que invierte unSe determina a partir del tiempo que invierte unvolumen determinado de lquido en atravesar unvolumen determinado de lquido en atravesar unfiltrofiltro
CONTROLES DEL PROCESO DE FILTRACINCONTROLES DEL PROCESO DE FILTRACINFILTRACIFILTRACINN
F LTR CFILTRACINN
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CONTROLES DEL PROCESO DE FILTRACINCONTROLES DEL PROCESO DE FILTRACINFILTRACIFILTRACINN
3) RESISTENCIA A LA COLMATACIN3) RESISTENCIA A LA COLMATACIN
(VOLUMEN MXIMO FILTRABLE)(VOLUMEN MXIMO FILTRABLE)-- Volumen mximo que una membrana es capaz deVolumen mximo que una membrana es capaz defiltrar antes de colmatarsefiltrar antes de colmatarse
-- Estima la duracin de un filtroEstima la duracin de un filtro
-- Depende de la viscosidad del fluido que se filtre,Depende de la viscosidad del fluido que se filtre,de la cantidad de partculas en el medio y de lade la cantidad de partculas en el medio y de lapresin aplicadapresin aplicada
FILTRACIFILTRACINN
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CONTROLES DEL PROCESO DE FILTRACINCONTROLES DEL PROCESO DE FILTRACINFILTRACIFILTRACINN
4) ADSORCIN DE COMPONENETES DE4) ADSORCIN DE COMPONENETES DELA FORMULACINLA FORMULACIN
-- Principios activos, protenas y conservantesPrincipios activos, protenas y conservantes
--Depende de la naturaleza de le membrana y de lasDepende de la naturaleza de le membrana y de las
interacciones electrostticas einteracciones electrostticas e hidrofbicashidrofbicas--Valoracin de sustancias en el filtradoValoracin de sustancias en el filtrado
FILTRACIFILTRACINN
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CONTROLES DEL PROCESO DE FILTRACINCONTROLES DEL PROCESO DE FILTRACINFILTRACIFILTRACINN
5) EXTRAIBLES DE LA MEMBRANA5) EXTRAIBLES DE LA MEMBRANA
-- Impurezas de fabricacin (calidad del filtro)Impurezas de fabricacin (calidad del filtro)--Control analtico: extraccin (condicionesControl analtico: extraccin (condicionesagresivas) + valoracin HPLCagresivas) + valoracin HPLC
-- Control toxicolgico en animalesControl toxicolgico en animales