operações unitárias

Introdução

As operações unitárias são uma etapa básica de um processo industrial. As operações unitárias fazem parte dos processos industriais e entre elas podem-se referir: a decantação, a filtração, a destilação, a cromatografia, a centrifugação, a diálise, a osmose, a extração e a cristalização. Desta forma, define-se operações unitárias como cada uma das etapas sequenciais e individuais de uma linha de produção industrial que tornam viável a transformação de uma matéria-prima em produto final.

Escola Secundária Francisco Rodrigues Lobo Curso profissional de Técnico de Análise Laboratorial3º AnoAno Letivo: 2022/2023Disciplina: Tecnologia Química

OPERAÇÕES UNITÁRIAS

Ana Oliveira nº 2 Iara Franco nº 5 Matilde Cruz nº 10 Sara Lucas nº 16

Professor: Antero Mendes

noções sobre a filtração a nível industrial

• Bolo de filtração: partículas sólidas que se acumulam sobre a membrana porosa/filtro;
• Meio filtrante: elemento que possui extrema importância para o resultado da filtração

os meios filtrantes são caracterizados pela espessura, o diâmetro da fibra pois quanto menor o diâmetro das fibras, maior é a possibilidade de retenção das partículas no meio filtrante e a permeabilidade do meio filtrante

Info

escolher o equipamento da filtração a nível industrial

(fatores)

• Caudal da filtração;
• Pressões de ocupação;
• Resistência específica do meio poroso de filtração;
• A facilidade de descarregar o bolo formado no processo de filtração.

• Concentração de sólidos em suspensão;
• Quantidade química;
• Quantidade de material a movimentar;
• O facto do material a movimentar ser sólido ou líquido ou ambos;
• Velocidade da filtração;

Tipos de filtração

filtros em sólidos porosos

Filtros de areia

filtros de sacos ou cartuchos

Filtros de prensa

Filtros rotativos

Filtros de areia

Os filtros de areia utilizam como meio filtrante a areia de sílica, basalto triturado e areia quartzosa.

À medida que mais detritos são coletados para o filtro, a eficiência do filtro também começa a aumentar (os detritos ajudam a impedir que partículas menores passem pela areia). Quanto mais sujeira e resíduos o filtro contiver, mais pressão começará a formar-se dentro do recipiente do filtro. Se a pressão aumentar em 8 a 10 libras, tem que se limpar o filtro pelo método que é conhecido como “limpeza de retro lavagem” para remover o excesso de sujeira e outros detritos da areia.

retro lavagem de um filtro de areia

VI. Deixar a água correr até que esteja quase limpa novamente e, em seguida, desligar a bomba.

I. Desligar a bomba que faz o ciclo de água através do filtro;

II. Deixar parar completamente.

VII. Girar a válvula de configuração para “Enxaguar”

III. Desenrolar ou conectar a mangueira de retro lavagem

VIII. Deixar a bomba funcionar no ciclo de enxague por 30 a 45 segundos.

IV. Girar a válvula de ajuste da bomba para “Retro lavagem”.

IX. Colocar a mangueira de retrolavagem novamente e redefina a bomba para sua configuração normal antes de ligá-la novamente.

V. Ligar a bomba e deixar funcionar

• Facilidade de limpeza (retrolavagem)
• Grau de finura de filtração (cerca de 50 mícrons).

Vantagens

• Evacuação ao esgoto (o que torna a sua instalação mais complexa)
• Retrolavagem consome muita água.

Desvantagens

Filtros em sólidos porosos

A coleta magnética de partículas finas requer um campo magnético de alta intensidade e alto gradiente. Este tipo de separador utiliza um eletroímã de alta intensidade e uma matriz de convergência de fluxo. A matriz amplifica o campo magnético e fornece locais de coleta de alto gradiente para os contaminantes magnéticos.

• Fácil limpeza
• Vários tamanhos e intensidades de campo magnético
• Aumento da força magnética
• Modelos Eletro e Permanente
• Projetos personalizados disponíveis

Vantagens

Filtração

A filtração é um processo físico de separação de misturas heterogêneas do tipo sólido-líquido ou gás-sólido. Como o próprio nome indica, utiliza-se um filtro (um material poroso) para reter as partículas sólidas, separando-as do líquido ou do gás.

Funcionamento

Filtros de sacos ou cartucho

• Removem partículas ou, em casos menores, produtos químicos da água.

Polipropileno Fios enrolados

Os filtros de cartucho utilizam tecnologia de refinamento para remoção de substâncias orgânicas e sólidos suspensos de fontes de água através do uso de carcaças de filtro de cartucho:

1. filtros de cartucho de carvão ativado
2. filtros cartuchos Wound
3. filtros cartucho Melt-Blown
4. filtros cartucho de aço inoxidável
5. filtros cartucho plissados
6. filtros cartucho Oil-Block

I. Filtros de cartucho de carvão ativado

• Remove a cor, o cheiro, contaminações de sabor, pesticidas, cloro e substâncias orgânicas.
• Aplicam-se em máquinas de lavar, tratamento anticalcário na indústria alimentar, indústria química e farmacêutica;

II. Filtros cartuchos Wound

• Permite a filtração de areia, calcário, ferrugem e partículas finas.
• Aplicam-se em águas potáveis, caldeiras, máquinas de lavar, pré- filtração em tratamento de água, dessalinização de água salgada, água de processo e processos químicos;

III. Filtros cartucho Melt-Blown

• Permite a filtração de areia, calcário, ferrugem e partículas finas.
• Aplicam-se em tratamentos de água, pré-filtração de água pura, produtos químicos finos, osmose inversa, dessalinização de água salgada, caldeiras, solventes e cosméticos;

IV. Filtros cartucho de aço inoxidável

• Permite a filtração de areia, calcário e ferrugem.
• São aplicáveis em águas potáveis, máquinas de lavar, caldeiras, pré-filtração para bombas, sistemas de irrigação e proteção de sistemas industriais;

V. Filtros cartucho plissados

• Permitem a filtração de areia, calcário e ferrugem.
• São aplicáveis em águas potáveis, caldeiras, máquinas de lavar, sistemas de irrigação e proteção de instalações industriais;

Manutenção de um filtro de cartuxo comum

1. Desligar a bomba 2. Libertar o ar do sistema 3. Retirar o filtro 4. Lavar o filtro 5. Verificar se o filtro apresenta danos 6. ‘Mergulhar’ o filtro 7. Verificar o tanque do filtro 8. Lavagem final 9. Deixar o filtro secar 10. Colocar o filtro no tanque

Filtros de prensa

• O filtro prensa é um equipamento indicado para separação de sólido e líquido
• Utilizado em ETE e ETA, indústria de cerâmica, indústria de argila, no efluente da indústria panificadora, na substituição de leito de secagem, indústria alimentar, indústria farmacêutica, entre outras
• Este filtro e constituído por placas de filtro prensa e prensadas, formando câmaras internas que, revestidas com o elemento filtrante, retém os sólidos e o líquido .
• Todo este processo ocorre através de bombeamento sob pressão.
• A suspensão é bombeada para dentro do filtro através de bombas resultando em sólidos retidos pelos elementos filtrantes.

Filtros Rotativos

Os filtros rotativos são funcionamento contínuo por isso são ideais para operações que requerem filtros de grande capacidade. Quase todas as tarefas são realizadas automaticamente como a saída de filtrado, a formação de bolo, a lavagem, a drenagem e a descarga do bolo. Embora haja alguns tipos de filtro que funcionam sob pressão, estes filtros geralmente operam a vácuo, podem existir 3 tipos:

• Filtros de tambor
• Filtros de disco-rotativo:
• Filtros horizontais

I. Filtros de tambor

• Processa a polpa e o bolo de descarga num processo contínuo
• Utilizam-se em

• tratamento de águas residuais
• desidratação de lodo
• fabricação de produtos químicos na indústria farmacêutica

• cosméticos
• na mineração e refino de minerais
• indústria de processamento de alimentos

I. Filtros de tambor(funcionamento)

• O cilindro é dividido em setores que se unem a um furo de uma válvula que gira com o tambor.
• À medida que gira, os setores vão passando pela suspensão e o furo que corresponde na sede da válvula irá passar em frente do rasgo que comunica com o reservatório que está mantido em vacua

• Grande capacidade e pequena mão de obra necessária;
• 30 a 40% da área ficam submersos na suspensão.

Vantagens

• Custo elevado
• Alto custo de operação
• Limitação da diferença de pressões e a imperfeição da lavagem

Desvantagens

ll. Filtros de disco-rotativo:

• Os Filtros de disco-rotativo possibilitam uma taxa de filtração especialmente elevada, para um dado espaço de ocupação da fábrica.
• O tambor é substituído por discos verticais que giram parcialmente submersos na suspensão.
• Elemento filtrante: é constituído por lâminas, no entanto não deixa de ter as características de um filtro contínuo rotativo.

Il. Filtros horizontais

• Os Filtros horizontais são adaptados à filtração de sólidos cristalinos com drenagem rápida.
• A superfície filtrante horizontal impede que os sólidos caiam ou sejam arrastados pela água da lavagem, e possibilita a operação com camadas excepcionalmente pesadas de sólidos.

Il. Filtros horizontais(funcionamento)

Este filtro é constituído por:

• uma mesa horizontal circular que gira em torno do eixo central
• segmentos (na forma de setores circulares, cada um com o topo metálico perfurado)

Cada setor recebe a suspensão e depois ocorre a drenagem e a lavagem do bolo.

Despoeiramento

É de extrema importância para a filtragem do ambiente, pois faz o controle de emissão de poluentes, reduz odores e gases, previne incêndios e explosões, reduz o número de poeira suspensa no ar, torna o ambiente industrial muito mais seguro e reduz consideravelmente os impactos ambientais de uma indústria.

• São projetados para resistir à operação designada,
• Podem operar nas mais severas condições de trabalho

• Impede que as partículas se espalhem pelo ambiente

Vantagens

Funcionamento

Aplicações

• Processos de pinturas• Processos abrasivos • Caldeiras • Fornos • Indústria de mineração • Industria cimenteira • Indústrias químicas • Indústrias alimentícias • Indústria plástica entre outras

Métodos Utilizados

Partículas maiores são retidas por um ciclone gravitacional que as atrai para si, até que estas se fixem às paredes do coletor.

Os sistemas de despoeiramento realizam a separação de partículas de poeira com 2 métodos diferentes

Partículas menores são captadas com filtros manga ou cartucho.

Ciclone

1. Um gás com um pó é introduzido dentro do ciclone a uma velocidade media de 6 a 20 m/s.
2. As partículas de solido são separadas da corrente gasosa (sob ação de uma força centrifuga, varia de 5 a 2500 vezes o peso da partícula, assim permitindo a captura de partículas muito pequenas)
3. A força centrifuga do vórtex do ciclone, envia as partículas solidas radialmente em direção ao fundo do ciclone, onde escorregam e são recolhidas.
4. O gás limpo e livre de partículas sólidas, sai pelo tubo vertical superior.

Aplicações

• Indústrias alimentícias • Indústrias farmacêuticas • Indústrias químicas • Indústria de mineração • Indústria carvoeira

Filtros de manga

Aplicações

Os filtros de manga são constituídos por uma variedade de mangas filtrantes e são filtros de simples usabilidade, que requerem manutenção fundamental. Estes são amplamente utilizados por diversos setores da indústria, por filtrar e eliminar partículas sólidas que venham a surgir dos gases industriais.

• Cimento;• Gesso; • Amianto; • Carvão; • Amido; • Silicato; • Borracha;

Lavador de gases

• Reduz os vapores básicos e ácidos
• Controla odores e despolui tanques.

(funcionamento) Através da pressão de uma bomba d’água, as partículas dos gases ficam retidas no líquido, que é composto por reagentes que neutralizam as substâncias poluentes.

Aplicações

• Indústrias químicas
• Indústrias farmacêutica.
• • Tratamento de água poluída.
• • Indústria de plásticos.
• • Indústria de metais.
• • Instalações de incineração.

Processos de implementação

O processo industrial vai acabar por gerar resíduos, sejam eles partículas mínimas ou não. Para reduzir a poluição atmosférica durante os processos industriais, o sistema de despoeiramento é bastante vantajoso. Ele pode ser constituído de filtros de ar, ventiladores, série de dutos, válvulas, sensores e sistema de limpeza automático. O sistema de despoeiramento auxilia na filtragem do pó suspenso na atmosfera ao mesmo tempo em que mantém o ambiente de trabalho com as condições apropriadas para os empregados.

Noções básicas de centrifugação

A centrífuga industrial tem por funcionalidade básica a separação de um sólido misturado a um líquido num processo chamado de clarificação,ou a separação de dois líquidos com remoção dos sólidos no processo chamado de separação, uma das principais características da centrífuga industrial é a sua surpreendente velocidade que garante a centrifugação completa do sólido e do líquido.

• - Melhor custo benefício;
• Retorno do investimento;
• Mais economia de tempo e de
• Produtos de ponta;
• Possibilidade de personalização;

• Alto desempenho e durabilidade

Vantagens

Tipos de Centrifugação:

Centrifugação por gradiente

Centrifugação diferencial

Ultracentrifugação

permite a caracterização de amostras em seu estado nativo sob condições de solução biologicamente relevantes

as partículas sob força centrífuga se depositam através do gradiente, concentrando-se em zonas ou bandas.

a separação é baseada no tamanho das partículas.

Tipos de Centrífugas

Centrífugade cesto

Centrífuga de prato ou disco

Centrífuga tubular

• área de alimentos e bebida;
• indústria de processamento de gorduras e óleos;
• tecnologia química, farmacêutica e biotecnologia;
• indústria petrolífera e de geração de energia

• processos de neutralização
• lavagem nas indústrias
• clarificação de soda cáustica em indústria têxtil
• clarificação e classificação de tintas.

• a secagem de cavacos de usinagem
• recuperação do óleo de corte do cavaco de usinagem
• secagem de produtos químicos e farmacêuticos

Noções básicas de sedimentação

A sedimentação é uma operação de separação sólido-líquido baseada na diferença entre as concentrações das fases presentes na suspensão a ser processada, sujeitas a ação do campo gravitacional. A sedimentação da fase particulada ocorre em tanques cilíndricos chamados de sedimentadores ou decantadores.

Floculação e coagulação

A floculação/coagulação é uma das etapas do tratamento de água em que se adicionam coagulantes químicos para a formação de flóculos que carregam a sujeira.

coagulantes Naturais: Quitosana;Tanino; Moringa

A floculação e a coagulação são processos químicos e físicos em que as partículas muito pequenas são agregadas, formando flóculos, para que possam decantar-se.

coagulantes químicos: Sulfato de alumínio; Sais de Ferro (III); Polímeros Orgânicos

Conclusão

Com este trabalho ficamos a compreender melhor e mais aprofundadamente os temas em estudo. A filtração é algo complexo e importante para o nosso dia a dia, sem estas técnicas talvez fosse mais difícil conseguirmos ter água potável em casa. As técnicas usadas em laboratório servem de base para explicar como funcionam a nível industrial.

Escola Secundária Francisco Rodrigues Lobo Curso profissional de Técnico de Análise Laboratorial3º AnoAno Letivo: 2022/2023Disciplina: Tecnologia Química

OPERAÇÕES UNITÁRIAS

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