Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3004.pdf: 2557207 bytes, checksum: 74cbaecc32a971508d537bbe2b159ece (MD5) Previous issue date: 2010-03-08 / Financiadora de Estudos e Projetos / Gas filtration is one of the most important methods used in gas-solid separation. During a filtration process, a gas containing an amount of solid particles passes through a porous filter medium which retains the particles. Particles are deposited throughout the filtration process forming a porous cake. The resistance to gas flow through the filter increases when the filtration cake is formed, which makes pressure drop increase. Once pressure drop is considered relatively high, the cake must be removed with cleaning processes in order to minimize resistance to gas flow and, consequently minimize operational cost. Thus, cake removal enhancements might represent important earnings, besides contributing to filtration process improvements. Therefore, this study had the objective of investigating the behavior of gas filtration cake removal from filter media through the determination of adhesion force per unit area in different operational conditions. This parameter is very important during dust cake removal, once it makes it possible to propose the best operational conditions for a more efficient removal. In this work, two types of particulate matter, phosphate concentrate and manioc starch, and three types of filter media, polypropylene, acrylic and polyester, were studied. Three superficial filtration velocities (5; 7.5 and 10 cm/s) and five different amounts of powder deposited on the filter medium, which respectively correspond to 0.039; 0.055; 0.064; 0.071 and 0.088g/cm2, were also examined. The dust cakes removal was performed by using the reverse air flow method, being the dust cakes submitted to various successive cleaning velocities. Therefore, each filter medium was cleaned at a lower velocity and, immediately afterwards, at a higher velocity, going through the following cleaning velocities 0.5; 1; 2; 3; 6; 9; 12 and 15 cm/s. Thus, a value of pressure drop was obtained for each cleaning velocity. The adhesion force per unit area was acquired with the method proposed by Seville et al. (1989). From the results obtained, it was verified that the values of adhesion force per unit area found were not influenced by the amount of powder deposited per unit area; the experimental data fit a single curve; the phosphate concentrate presented higher values of adhesion force per unit area when compared to the manioc starch; adhesion force values increased with the increase in gas superficial filtration velocity for both phosphate concentrate and manioc starch; the polypropylene felt presented the highest removal tension values followed by the acrylic and polyester felts; and that the higher the removal tension values the lower the values obtained for the effective separation distance between particles. / A filtração é um dos mais importantes métodos utilizados na separação gás-sólido. Em um processo de filtração, um gás contendo partículas sólidas atravessa um meio filtrante poroso que retém as partículas. Estas partículas se depositam na forma de uma torta porosa à medida que a filtração acontece. A partir do momento em que a torta é formada, aumenta a resistência encontrada pelo gás ao atravessar o filtro, aumentando assim a queda de pressão do processo. Quando a queda de pressão é considerada relativamente alta, a torta deve ser removida por processos de limpeza, para minimizar a resistência encontrada pelo gás e conseqüentemente diminuir custos. Por isso, melhorias no processo de remoção da torta podem representar, em termos econômicos, ganhos significativos, além de contribuir em muito para um maior aperfeiçoamento do processo de filtração. Sendo assim, este trabalho objetiva investigar o comportamento da remoção de tortas de filtração de meios filtrantes através da determinação da força de adesão por unidade de área em diferentes condições operacionais, parâmetro este muito importante no processo de remoção de tortas, pois através dele é possível sugerir as melhores condições operacionais para uma remoção mais eficiente. Neste trabalho foram investigados dois tipos de materiais particulados, a rocha fosfática e o polvilho doce; três tipos de meios filtrantes, o polipropileno, o acrílico e o poliéster; três velocidades superficiais de filtração, de 5; 7,5 e 10 cm/s; cinco diferentes quantidades de pó depositada no filtro para cada velocidade de filtração correspondendo a aproximadamente, 0,039; 0,055; 0,064; 0,071 e 0,088 g/cm2. A remoção das tortas de filtração foi efetuada pelo processo de fluxo de ar reverso passando por várias velocidades de limpeza de maneira sucessiva. Desse modo, cada meio filtrante foi limpo a uma velocidade menor, e logo em seguida a uma velocidade maior, passando pelas seguintes velocidades de limpeza: 0,5; 1; 2; 3; 6; 9; 12 e 15 cm/s. Portanto, para cada uma destas velocidades de limpeza foi obtido um valor de queda de pressão correspondente. A força de adesão por unidade de área foi obtida através do método proposto por Seville et al. (1989). Através dos resultados obtidos verificou-se que os valores obtidos de força de adesão por unidade de área não sofreram influência da quantidade de pó depositada por unidade de área, os pontos experimentais se ajustaram em uma única curva; a rocha fosfática apresentou maiores valores de força de adesão por unidade de área quando comparado ao polvilho doce; os valores de força de adesão aumentaram com o aumento da velocidade superficial de filtração para a rocha fosfática e para o polvilho doce; o tecido de polipropileno foi o que obteve maiores valores de tensão de remoção seguido do acrílico e do poliéster; quanto maiores foram os valores de tensão de remoção, menores foram os valores obtidos para a distância de separação efetiva entre as partículas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2440.pdf: 14624753 bytes, checksum: af0c80d74d9862e05a0c1a43d7e80bda (MD5) Previous issue date: 2009-03-30 / With the industrial expansion and the increase of vehicles assembled daily, there was an increase in the use of natural gas as combustible. Beyond the cheaper the level of emission of pollutants by burning natural gas as fuel it is lower than all the fuels used until today. The increasing consumption of natural gas and the severity of the legislation in respect to the environment caused a greater search for knowledge of the behavior of various filter media that could be used in high pressure filtration. In face of this situation, it was projected and developed an equipment capable to support high pressures during the filtration of gases. During the tests, some changes in this project were needed, with the objective of obtaining the most suitable configuration for the accomplishment of the experiments. To verify the operation of this equipment there was a preliminary investigation, not only of cellulose filter media, that sufficiently are used in this type of filtration but also, the polyester treated and metallic, which could be reused to avoid the accumulation of residues with its discard. The tests were conducted with pressures ranging from 98 to 900 KPa and fair flow from 0.00028 to 0.0019 m3 / s , to determine the coefficient of permeability. To verify the formation of filter cake and efficiency of the filter media, it was made tests from 500 KPa and 0.0016 m3 / s using phosphate rock as particulate material. At the end of this study, it was verified that the permeability coefficients darciana and non-darciana ( 1 k and 2 k ) increased with increasing pressure of the system. The curves of pressure versus velocity showed linear behavior, showing that the viscous forces was predominant in relation to the inertial forces. The cellulose filter media, when subjected to pressure of 5 bar, showed the greatest loss, lower efficiency and lower permeability. The filter media made of polyester and metal showed loss of load and efficiency quite similar, but the fabric has a permeability a slightly smaller than the metallic one. Three filter media showed similar fractional efficiency for collecting particles larger than 15 μm (~ 90%), but for particles smaller than 0.5 μm, the cellulose filter media, was shown to be less efficient than the other studies in this project, because of its high back pressure and lower permeability. This shows that despite the cellulosic filter has a relatively cheaper cost for the filtration of gas, this gives a performance below the metalic filter media polyester treated and the last two the most suitable for filtration at high pressure. It was chosen the filter media of cellulose paper, which was showed the lowest performance for the assays with pressure variaty. It was submitted to pressures of 1, 3 and 7 bar. When analyzing the fractional efficiency, we find out that the higher the pressure, the smaller the efficiency of the filter media. / Com a expansão industrial e o aumento de veículos montados diariamente, houve um aumento crescente na utilização do gás natural como combustível. Além de mais barato o nível de emissão de poluentes com a queima do gás natural como combustível é mais baixo que todos os combustíveis utilizados até hoje. O crescente aumento do consumo do gás natural e a rigorosidade da legislação em relação ao meio ambiente ocasionaram uma maior procura pelo conhecimento do comportamento dos diversos meios filtrantes que pudessem ser utilizados na filtração a alta pressão. Diante desta situação, foi projetado e desenvolvido um equipamento capaz de suportar altas pressões durante a filtração de gases. Ao longo dos ensaios, foram necessárias algumas alterações neste projeto, com o objetivo de se obter a configuração mais adequada para a realização dos experimentos. Para verificar o funcionamento deste equipamento realizou-se uma investigação preliminar, não só dos meios filtrante de celulose, que são bastante utilizados neste tipo de filtração, mas também, de poliéster tratado e metálico, que pudessem ser reutilizados evitando o acúmulo de resíduos com seu descarte. Os ensaios foram realizados com pressões relativas manométricas variando de 98 a 900 KPa e vazões de ar de 0,00028 a 0,0019 m3/s, para determinação do coeficiente de permeabilidade. Para verificar a formação de torta filtrante e a eficiência dos meios filtrantes, realizou-se ensaios a 500 KPa e 0,0016 m3/s utilizando rocha fosfática como material particulado. Ao final do estudo, verificou-se que os coeficientes de permeabilidade darciana e não-darciana (k1 e k2) aumentaram com a elevação da pressão do sistema. As curvas de pressão versus velocidade apresentaram comportamento linear, mostrando que as forças viscosas foram predominantes em relação às forças inerciais. O meio filtrante de celulose, quando submetido à pressão de 500 KPa, apresentou a maior perda de carga, menor eficiência e menor permeabilidade. Os meios filtrantes de poliéster tratado e metálico apresentaram perda de carga e eficiência bastante similares, porém o tecido mostrou uma permeabilidade um pouco menor que do metálico. Os três meios filtrantes apresentaram eficiência fracionária semelhantes para coleta de partículas maiores que 15 μm (aproximadamente 90%), porém para partículas menores que 0,5 μm, o meio filtrante de celulose, mostrou ser menos eficiente que os outros meios estudados neste projeto, devido a sua alta perda de carga e menor permeabilidade. Isto mostra que apesar do filtro celulósico ter um custo relativamente mais barato para a filtração de gás natural, este apresenta um desempenho inferior aos meios filtrantes metálicos e de poliéster tratado, sendo os dois últimos os mais indicados para a filtração em alta pressão. Foi escolhido o meio filtrante em papel celulose, pois é o que apresentou o desempenho mais baixo para ensaio com variação de pressão. Foi submetido a pressões de 1, 3 e 7 bar. Ao analisar a eficiência fracionária, percebe-se que quanto maior a pressão, menor é a eficiência do meio filtrante.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseKBR.pdf: 7513836 bytes, checksum: 50d8fdf3167d96c8e61b387ff0b23cc7 (MD5) Previous issue date: 2006-06-19 / Universidade Federal de Sao Carlos / The particle retention inside a filter medium, after cleaning, significantly improves the initial pressure drop during the subsequent cycle, that is, the residual pressure drop. However, the way as these particles accommodate inside the filter isn t still very clear, as well as, its impact on filtering performance. This work aims to verify the spatial disposal of different particles inside filtration media with different properties, in order to study the penetration depth, after cleaning, as well as the particle size variations from the cake-filter interface to the filtration bulk. Moreover, the objective of this research was to verify the relation between particle penetration behavior and other filtration characteristics for each fabric tested, like the development of residual pressure drop, retained and removed mass after cleaning, and removal efficiency. Three different kinds of powder materials were used for the experiments, varying particle size, granulometric distribution and particle shape: fine phosphoric rock dust, with an average Stokes diameter of 3.71 µm, irregular shape and wide granulometric distribution, coarse phosphoric rock dust, with an average Stokes diameter of 14.67 µm, irregular shape and wide granulometric distribution and tapioca flour, with average Stokes diameter of 8.67 µm, almost spherical shaped, and narrow granulometric distribution. It was observed, despite of the filter media heterogeneity, a particle accumulation in the upward layers of the fabric, decreasing as a function of depth. However, the penetration depth, amount of particles and particle diameter didn t vary according to the number of cycles. It was verified that, the polypropylene fabric, which has low values of permeability and porosity, presented lower particle retention values after cleaning, higher residual pressure drop and shorter filtration cycles, what could be associated with a superficial penetration, according to the microscopy tests carried out. The comparison made between treated and untreated polyester needle felts showed a greater retained mass in the untreated fabric, what resulted in a longer filtration cycle during the beginning of the process, making no difference when fine rock or tapioca flour were used. However, the filtration performance was significantly prejudiced during the following cycles, with higher residual pressure drop and lower particle efficiency removal, what turned the fabric less suitable than the other ones. The results showed that the material presenting narrower granulometric distribution and almost spherical shaped had more xiv homogeneous and long filtration cycles, despite of the greater values of retained mass and depth of penetration, what suggests the better accommodation of particles in the filter cake. The increase in the coarse rock particle diameter resulted in a deeper penetration and a greater retained mass, but similar residual pressure drop, with longer filtration cycles, what meant that the cake formed by greater particles offered better filtration conditions and less specific cake resistance. However, the penetration was deeper for the coarse rock, being the penetration intensity similar for the two rock diameters tested. The increase of maximum pressure drop resulted in a greater retained mass and a greater residual pressure drop. However, nothing could be assured about the total amount of particles collected from each analyzed layer, because the average values in each layer were comparable in magnitude. For a higher maximum pressure drop, the penetration was deeper, as well as the specific resistance of the filter cake, resulted from a greater filtration pressure. / A presença de partículas no interior do meio filtrante, após a limpeza, colabora significativamente para o aumento da perda de carga do ciclo subseqüente. A forma como estas partículas se acomodam, no entanto, não é ainda claramente conhecida, assim como seu impacto no desempenho dos meios filtrantes. Desta forma, este trabalho se propõe a verificar a disposição de diferentes partículas em meios filtrantes com diferentes propriedades, a fim de estudar a profundidade de penetração no interior dos filtros, após a limpeza, bem como a variação granulométrica ao longo do interior dos mesmos. Além disso, faz parte do escopo deste trabalho verificar a relação deste comportamento com as demais características da filtração de cada tecido, como o desenvolvimento da perda de carga residual, massa removida e retida no filtro após a limpeza, e eficiência de remoção. Para os experimentos empregou-se três diferentes materiais pulverulentos, com diferentes tamanhos e diferentes distribuições granulométricas e formas diferentes: a rocha fosfática fina, com diâmetro médio de Stokes de 3,71 µm e ampla distribuição, a rocha fosfática grossa, com diâmetro médio de Stokes de 14,67 µm e ampla distribuição e o polvilho doce, com diâmetro médio de Stokes de 8,67 µm, forma quase esférica e distribuição estreita. Observou-se, apesar da heterogeneidade do meio filtrante, que houve um acúmulo de partículas nas camadas superiores do tecido, que diminuía com a profundidade. No entanto, não houve tendência da profundidade de penetração nem do número e diâmetro das partículas variarem com o número de ciclos. Verificou-se que, para o tecido de polipropileno, com menor permeabilidade e porosidade, houve menor retenção de partículas após a limpeza, mas perda de carga residual superior e ciclos de filtração mais curtos, o que pôde ser associado a uma menor profundidade de penetração, através das microscopias realizadas. A comparação dos tecidos de poliéster tratado e não tratado evidenciaram a maior massa retida no tecido sem tratamento, resultando em um maior ciclo de filtração nos ciclos iniciais, tanto para a rocha fina quanto para o polvilho. No entanto, o desempenho foi significativamente prejudicado nos ciclos seguintes, de modo a tornar o tecido menos indicado que os demais, com perdas de carga residuais superiores e menores eficiências de remoção de partículas. Notou-se que o material com distribuição granulométrica mais estreita e com formato quase esférico apresentou ciclos de filtração mais homogêneos e longos, apesar dos maiores valores de massa retida, e maior profundidade de penetração, o que sugere que a torta formada possuída melhor acomodação de partículas. O aumento do diâmetro de partículas da rocha grossa resultou em maior profundidade de penetração e maior massa retida, mas em perda de carga residual semelhante, sendo que o período de filtração foi mais longo, o que significou que a torta constituída por partículas maiores ofereceu melhores condições de filtração e menor resistência específica. No entanto, a profundidade de penetração foi maior para a rocha grossa, sendo a intensidade desta penetração semelhando para os dois diâmetros. O aumento da perda de carga máxima admitida resultou em uma maior massa retida e maior perda de carga residual. No entanto, nada se pode afirmar a respeito do número total de partículas coletado por camada analisada, sendo que o valor médio em cada camada foi bastante próximo. Para a maior perda de carga máxima a profundidade de penetração também foi maior, assim como a resistência específica da torta, resultado da maior pressão de filtração.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3705.pdf: 9069339 bytes, checksum: 287407cc7b8046716dd3084a53840f13 (MD5) Previous issue date: 2011-09-21 / Universidade Federal de Sao Carlos / The presence of residue in the transport of natural gas in pipelines may result in numerous losses for the gas companies, such as obstruction of measuring equipment, decrease in product quality, and reduction in the lifetime of equipment. A very efficient and inexpensive way for removal of particles is the use of gas filtration. Despite the wide applicability of filters, there are very few studies on natural gas filtration, due to their operating conditions, because they work at high pressures. Thus, research in this area is extremely important to obtain more information about this subject. Therefore, this study aimed to examine the behavior of different filter media used in gas filtration at high pressures. The particulate matter used was the phosphate concentrate and the filter media were polyester, polypropylene, cellulose and metal. The absolute pressure of the system varied from 93 kPa to 693 kPa and the volumetric flow from 14 l/min to 74 l/min in the permeability trials and the fluid used was compressed air. The system pressures of 193, 393 and 693 kPa were used in the filtration trials and the superficial gas velocity was kept constant at 0.05 m/s. The results showed that the permeability constants, k1 and k2, did not present significant variations with the increase in the system pressure, that is, the values tended to a constant value. Simulations to determine pressure drop using natural gas as fluid were performed considering that the permeability constants did not present large variations. The results indicated that the increase in system pressure resulted in greater filtering capacities for a given pressure drop. It was observed that the highest absolute pressure applied to the system (693 kPa) provided the lowest pressure drop at the filter for the same powder mass collected in the filtration trials. An analysis of the dust cakes porosity revealed that the increase in pressure resulted in more porous cakes which were less resistant to gas flow. Also, it was verified that the increase in the system pressure provided an increase in the fractional efficiency of the filters for particles smaller than 5 μm. / A presença de resíduos em gasodutos no transporte do gás natural pode acarretar para as companhias de gás inúmeros prejuízos, dentre os quais se destacam: obstrução de equipamentos de medidas, diminuição da qualidade do produto e redução no tempo de vida útil de equipamentos. Uma maneira bastante eficiente e barata para remoção das partículas é a utilização da filtração de gases. Apesar da grande aplicabilidade dos filtros, ainda são poucos os estudos de filtração de gás natural, devido às suas condições operacionais, porque trabalham a elevadas pressões. Desta forma, pesquisas nessa área são extremamente importantes para se obter maiores informações a respeito desse assunto. Neste contexto, o presente trabalho teve por finalidade analisar o comportamento de diferentes meios filtrantes na filtração de gases as altas pressões. O material particulado utilizado foi a rocha fosfática e os meios filtrantes foram o poliéster, o polipropileno, a celulose e o metálico. Para os ensaios de permeabilidade, variou-se a pressão absoluta do sistema de 93 kPa a 693 kPa e as vazões volumétricas de 14 l/min a 74 l/min, sendo o fluido utilizado o ar comprimido. Nos ensaios de filtração avaliaram-se as pressões do sistema de 193, 393 e 693 kPa, mantendo-se constante a velocidade superficial do gás em 0,05 m/s. Os resultados mostraram que as constantes de permeabilidades (k1 e k2) não apresentaram variações significativas com o aumento da pressão do sistema, no qual k1 e k2 tenderam a um valor constante. Considerando-se que as constantes de permeabilidade não apresentaram grandes variações com o aumento da pressão, foram realizadas simulações para determinar a perda de carga utilizando o gás natural como fluido. Os resultados indicaram que, para uma mesma perda de carga no elemento filtrante, o aumento da pressão do sistema resultou em maiores capacidades de filtração. Nos ensaios de filtração, observou-se que, para uma mesma massa de pó coletada, a maior pressão absoluta aplicada no sistema (693 kPa) proporcionou a menor perda de carga no filtro. Uma análise na porosidade das tortas mostrou que o aumento da pressão resultou em tortas mais porosas e menos resistentes ao escoamento do gás. Verificou-se também que o aumento da pressão do sistema proporcionou um aumento na eficiência fracionária dos filtros para as partículas menores que 5 μm

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6372.pdf: 2892737 bytes, checksum: c834e3f0b0f95cc366e04f733975bb73 (MD5) Previous issue date: 2014-03-31 / Financiadora de Estudos e Projetos / Fibrous filters are highly efficient in removing micrometric particles, but when is related on the removal of particles in the nanometer range, their performance is still poorly understood. During filtration, as the particles are deposited on the filter medium, the pressure drops as much as the collection efficiency tends to increase. Thus, this study aimed to determine the deposition of particles in fibrous filter media and their performance, when clean, during this deposition. A cellulose fiber filter (HEPA) and a polyester one were used in the removal of nanometric particles of NaCl. The deposition was assessed by the pressure drop curves as a function of the accumulated mass. The filter performance was avaliated by counting the particles before and after the filter medium and the pressure was monitored to obtain the filtration curves. The filtration rate was maintained at 6 cm.s-1 and the concentration of the generated solution at 0.0042 L min-1 in a commercial inhaler was 5 g L-1. The results showed that the deposition of these particles ocurred first in the interior of the filters media and then in the surface of both filters. The HEPA filter showed lower permeability, higher specific strength of the cake filtration and lower point of clogging. The efficiencies for the cleaned filters ranged from 99.8 to 100% for the HEPA filter and from 15 to 100% for the polyester filter, for the range of particles avaliated. The theoretical efficiencies fitted to the experimental data in the filter of heterogeneous fibers. For the filter of homogeneous fibers, the data also did fit satisfactorily. Both filters showed, problably in the transition region between the mechanisms of collection, a randomness of experimental data. During deposition, the efficiency of the filter medium increased with the deposition of particles, reaching 100% of efficiency at the end of filtration. / Os filtros fibrosos são altamente eficientes na remoção de partículas micrométricas, mas na remoção de partículas na faixa nanométrica seu desempenho é ainda pouco conhecido. Durante a filtração, à medida que as partículas são depositadas no meio filtrante, tanto a queda de pressão quanto a eficiência de coleta tendem a aumentar. Diante disso, este trabalho objetivou verificar a deposição das partículas em meios filtrantes fibrosos e o desempenho deles limpos e durante esta deposição. Foi utilizado filtro de fibras de celulose (HEPA) e Poliéster na remoção de partículas nanométricas de NaCl. A deposição foi avaliada através das curvas de queda de pressão em função da massa acumulada. O desempenho do filtro foi avaliado pela contagem de partículas antes e após o meio filtrante e a queda de pressão foi monitorada a fim de obter as curvas de filtração. A velocidade de filtração foi mantida em 6 cm.s-1 e a concentração da solução gerada a uma vazão de 0,0042 L/min em um inalador comercial foi de 5 g.L-1. Os resultados mostraram que a deposição das partículas nestes filtros ocorreu primeira no interior dos meios filtrantes e em seguida na superfície em ambos os filtros. O filtro HEPA apresentou menor permeabilidade, maior resistência específica da torta e menor ponto de colmatação. As eficiências experimentais para os filtros limpos variaram de 99,8 a 100% para o filtro HEPA e de 15 a 100% para o filtro de poliéster para a faixa de partículas avaliadas. As eficiências teóricas se ajustaram satisfatoriamente aos dados experimentais no filtro de fibras heterogêneas, para o filtro de fibras homogêneas, o ajuste não foi tão satisfatório. Ambos os filtros apresentaram uma aleatoriedade de dados experimentais, o que provavelmente ocorreu na região de transição entre mecanismos de coleta. Durante a deposição, a eficiência dos meios filtrantes aumentou com a deposição das partículas, chegando a 100% de eficiência ao final da filtração.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissERT.pdf: 4750422 bytes, checksum: b92f1de6c66e77c69c1b9cc0f98ae3f4 (MD5) Previous issue date: 2007-03-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / The present work aims to evaluate the influence of some operational variables on the filtration process and cake detachment, and also the patchy cleaning phenomenon. The studied conditions were maximum pressure drop, 20, 40 and 60 cmc.a., filtration velocity, 5 and 10 cm/s, cleaning velocity, 10 and 15 cm/s and thickness of the cake. Phosphoric rock dust with Stokes diameters of 4,5 µm was used as powder material. The filter medium used was acrylic, polyester and polypropylene needlefelt. To characterize the cleanness of the fabric, it was used the technique to take a photograph of the filter after each cycle of cleanness, getting images of the partial detachment of the cake. These images of cycles 1, 2, 3, 5 and 10 had been studied and analyzed through analytical software of images, the Image-Pro Plus. The efficiency of regeneration and the size of the regenerated areas of the filter had been analyzed. The results showed that the residual pressure drop was higher for thicker cakes. The higher cleaning velocity was not necessarily the one that offers better cake removal. Concerning the patchy cleaning phenomenon, total area removed did not present a defined behavior with the number of cycles. The results also showed that acrylic needlefelt is the best one to this process. This filter medium requires regeneration less frequently as it presents a lower pressure drop tax. As consequence the process is more economic and the filter medium can me used for longer periods of time. / O objetivo desse trabalho foi estudar a influência das condições operacionais na formação e remoção de tortas de filtração de gases. Ensaios de 10 ciclos de filtração e de limpeza foram realizados, com o intuito de avaliar a influência da espessura da torta de filtração, velocidade de filtração e velocidade de limpeza na regeneração de três tecidos diferentes, no caso, acrílico, poliéster e polipropileno. Foram utilizadas velocidades de limpeza de 5, 10 e 15 cm/s e velocidades de filtração de 5 e 10 cm/s, com perda de carga máxima de 20, 40 e 60 cmc.a.. Concentrado fosfático com diâmetro volumétrico médio de 4,5 µm foi utilizado como material particulado. Para caracterizar a limpeza do tecido, foi utilizada a técnica de fotografar o filtro após cada ciclo de limpeza, obtendo imagens do destacamento parcial das tortas. Essas imagens dos ciclos 1, 2, 3, 5 e 10 foram estudadas e avaliadas através de um software analisador de imagens, o Image-Pro Plus. Foram analisadas a eficiência de regeneração e o tamanho das áreas regeneradas do filtro, obtendo informações a respeito da influência da estrutura do tecido sobre a remoção e forma dos patches. Os resultados mostraram que, para tortas mais espessas, a perda de carga residual foi mais elevada, independente da massa retida. Maiores velocidades de filtração não são necessariamente as que proporcionam melhor regeneração do tecido. Ao observar-se o fenômeno de remoção por blocos não houve um comportamento definido ao longo dos ciclos. Os resultados obtidos indicaram que o acrílico foi mais apropriado para a filtração do concentrado fosfático, nas condições experimentais investigadas, por apresentar uma menor taxa de perda de carga em função da carga mássica, o que torna a operação economicamente mais vantajosa, diminuindo as interrupções no processo, para a limpeza do meio filtrante, o que também diminui o desgaste do tecido.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1825.pdf: 3655449 bytes, checksum: 91a48b5fce550c7c3bcd2f637db3af08 (MD5) Previous issue date: 2008-03-17 / Universidade Federal de Sao Carlos / Many studies related to bag filters have focused on minimizing the amount of energy used in the process. Seeking longer filtration cycles, lower frequency of cleaning cycles and a longer filter life, such studies search for fabrics which present easy cake removal and the least loss of residual pressure drop. There are many studies related to the formation and removal of filtration cakes but little is known about the behavior of particles deposited on the inside of the filter and what influence these particles have on the performance of filters. For this reason, the objective of this study was to investigate particle deposition behavior and particulate materials on the interior of different filter materials after the cleaning process and to evaluate the impact of these particles on the regeneration of the fabric under microscopic examination. Particulate materials utilized were phosphatic rock and manioc starch with filter mediums of treated polyester, untreated polyester, polypropylene and acrylic. The filter trials were carried out at a filtration velocity of 0.10 m/s. The cake removal process was done by reverse airflow at a cleaning velocity of 0.12 m/s. The maximum pressure drop permitted in the filtration trials was 980 Pa. Utilizing phosphatic rock and acrylic, polypropylene and treated polyester, the depth of particle deposition on the polypropylene fabric was less deep in relation to the other two fabrics studied. The residual pressure drop of this fabric was greater, demonstrating that the accumulation of particulate material in this filter medium provided a greater resistance to flow, due to the smaller spacing encountered between the fibers of this fabric and consequent closing of pores. For the manioc starch particles on treated and untreated polyester, a greater depth of particle deposition was observed on the untreated polyester, showing that the absence of treatment allowed the fabric to obtain greater particle deposition on the interior of the filter medium, which increased the resistance to flow and the system residual pressure drop. This shows that the characteristics of the filter medium and the particulate material both exercise an influence on the depth of particle deposition and on residual pressure drop in the system. Thus, the best performance encountered utilizing particulate materials of phosphatic rock or manioc starch under the experimental conditions, was with the treated polyester. A study on the effects of the operational variables on particle deposition depth was also conducted, utilizing a three level experimental plan, 3k, to evaluate the effect of the variables, filtration velocity (Vf) and filtration time (tf). Results showed that both these variables presented an influence on the response variable, but the variable that produced the greatest significant effect was the filtration velocity. The utilization of lower values of velocity and lower values of filtration times is suggested to achieve lower levels of particle deposition depth, because the increase in particle deposition on the interior of the filter obstructs the air flow through the filter, thus slowing the cleaning process and provoking an increase in residual pressure drop. / Muitos estudos relacionados aos filtros de mangas estão focados na minimização energética do processo. Almejando ciclos de filtração mais longos, menor freqüência de limpeza e maior vida útil do filtro, tais estudos buscam tecidos que apresentem maior facilidade de remoção da torta e menor perda de carga residual. Existem muitos estudos relacionados com a formação e remoção das tortas de filtração, mas pouco se sabe sobre o comportamento das partículas depositadas no interior do meio filtrante e qual a influência destas partículas no desempenho dos filtros. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi investigar o comportamento da deposição das partículas no interior de diferentes meios filtrantes e materiais particulados após o processo de limpeza, realizando um estudo microscópico, para avaliar o impacto destas partículas na regeneração do tecido. Os materiais particulados utilizados foram à rocha fosfática e o polvilho doce, com os meios filtrantes de poliéster tratado, de poliéster não tratado, de polipropileno e de acrílico. Os ensaios de filtração foram realizados com uma velocidade de filtração de 0,10 m/s. O processo de remoção da torta foi através do fluxo de ar reverso com uma velocidade de limpeza de 0,12 m/s. A perda de carga máxima admitida nos ensaios de filtrações foi 980 Pa. Verificou-se, utilizando a rocha fosfática e os tecidos de acrílico, de polipropileno e de poliéster tratado, que a profundidade de deposição das partículas no tecido de polipropileno foi menor em relação aos outros dois tecidos estudados. Contudo, a perda de carga residual deste tecido foi maior, mostrando que o acúmulo do material particulado neste meio filtrante proporcionou uma maior resistência ao fluxo, devido ao menor espaçamento encontrado entre as fibras deste tecido, proporcionando um fechamento dos poros. Para as partículas de polvilho nos tecidos de poliéster tratado e não tratado, observou-se que a maior profundidade de deposição das partículas aconteceu no tecido de poliéster sem tratamento, mostrando que a ausência de tratamento permite que o tecido obtenha uma maior deposição de partículas no interior do meio filtrante, aumentado à resistência do fluxo e também à perda de carga residual do sistema. Isto mostra que tanto as características do meio filtrante e do material particulado exercem uma influência na profundidade de deposição das partículas e na perda de carga residual do sistema. Logo, o melhor desempenho encontrado utilizando os materiais particulados de rocha fosfática e de polvilho doce, nestas condições experimentais foi o tecido de poliéster tratado. Realizou-se também um estudo dos efeitos das variáveis operacionais na profundidade de deposição das partículas, utilizando um planejamento experimental de três níveis, 3k avaliando o efeito das variáveis, velocidade de filtração (Vf) e tempo de filtração (tf). Notou-se através dos resultados que estas duas variáveis apresentaram influência na variável resposta, mas a variável que proporcionou um maior efeito significativo foi à velocidade de filtração. Logo quando se deseja obter menores níveis da profundidade de deposição das partículas, sugere-se a utilização de baixos valores de velocidades de filtração e baixos valores de tempos de filtração, porque o aumento da deposição das partículas no interior do meio filtrante dificulta o processo de limpeza, obstruindo a passagem do ar através do filtro, provocando assim um aumento na perda de carga residual do processo.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2635.pdf: 5213447 bytes, checksum: 18a6886ba0d9a66b10ba5e1c8dcd28db (MD5) Previous issue date: 2009-09-01 / Financiadora de Estudos e Projetos / Particle morphology is a parameter which deserves great attention in industrial processes. This parameter affect some processes and products like medicines production and cosmetics which are developed by the compaction process, toner cartridges, behavior of aerosol flow of and also the filter cakes formation, among others. Although, the influence of the particle morphology on gas filtration is not well known yet. Because of that, this study aimed to evaluate the influence of particles shape on filter cake formation in gas filtration. Three types of particulate materials were used, all organic, with size distributions very close, similar densities and with different shapes. The materials used were: cassava starch of Yoki brand (volumetric average diameter equal to 14.79 μm), corn starch of the brand Maizena (volumetric average diameter equal to 15.70 μm) and wheat flour of the brand Rosa Branca (volumetric diameter average equal to 27.32 μm). The particle morphology study was done by the analysis of microscopy images on the software Image Pro Plus from Media Cybernetics. The particles shape of cassava starch are very close to the spherical shape with average value for the circularity equal to 0.97, the particles of corn starch have polyhedral shape and circularity equal to 0.85 and the particles of wheat flour have circular flake shape with circularity equal to 0.95. Two types of filter fabric were used as a filter medium, the polypropylene and treated polyester. The filtrations were performed with superficial velocity of 10 cm/s and the cleaning process of the filter medium was done with superficial velocity of 15 cm/s. The time of the filtration experiments was 885 seconds for each one and the cleaning process time was 60 seconds. The results have shown that the filter cake formed by the wheat flour in polyester fabric got the higher specific resistance (k2) of all experiments, with average value of 3.41 x105 s-1 and the lowest porosity. The results using corn starch in polypropylene tissue pointed out the lowest value of specific resistance, with average value equal to 1.21x105 s-1, and also presented a higher porosity of the filter cake. The results have shown that the particle morphology is a very important parameter for the right choosing of the fabric filter, because, for both filter medium tested large differences in pressure drop and also in the efficiency of the cleaning process were observed on the results of the experiments. / A morfologia das partículas é um parâmetro que merece especial atenção nos processos industriais. Esse parâmetro interfere na produção de comprimidos e cosméticos fabricados por processos de compactação, na qualidade de impressões a laser, no comportamento do fluxo de aerossóis bem como na formação das tortas de filtração, entre outros. Entretanto, ainda não é muito bem conhecida a influência da forma das partículas no processo de filtração de gases. Por essa razão esse trabalho teve como objetivo avaliar a relevância do formato das partículas na formação da torta no processo de filtração de gases. Foram utilizados três tipos de materiais particulados, todos orgânicos, com distribuições granulométricas bastante próximas, densidades semelhantes e com formatos diferentes. Os materiais utilizados foram o amido de mandioca (polvilho doce) da marca Yoki, com diâmetro volumétrico médio igual a 14,79 μm, o amido de milho da marca Maizena com diâmetro volumétrico médio igual a 15,70 μm e a farinha de trigo da marca Rosa Branca com diâmetro volumétrico médio igual a 27,32 μm. As análises da morfologia das partículas foram realizadas por meio de imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura com o auxílio do software Image Pro Plus da Media Cybernetics. As partículas de polvilho são as que mais se aproximam do formato esférico, possuindo valor médio para a circularidade igual a 0,97, as partículas de amido de milho possuem formato poliédrico e circularidade igual a 0,85 e as partículas de farinha de trigo têm formato de pastilhas circulares com circularidade igual a 0,95. Para os ensaios de filtração dois tipos de tecido foram utilizados como meio filtrante o polipropileno e o poliéster tratado. As filtrações foram realizadas com velocidade superficial de 10 cm/s e o processo de limpeza do meio filtrante foi o fluxo de ar reverso com velocidade de 15 cm/s. A duração dos ensaios foi de 885 segundos e da limpeza 60 segundos. Os resultados mostraram que a torta de filtração formada pela farinha de trigo em tecido de poliéster apresentou maior resistência específica (k2) dentre todos os experimentos, com valor médio de 3,41x105 s-1 e menor porosidade. Os resultados dos ensaios com amido de milho em tecido de polipropileno apresentaram o menor valor de resistência específica obtido, com valor médio igual a 1,21x105 s-1, e apresentou também a maior porosidade da torta de filtração formada. Os resultados mostraram que a morfologia é um parâmetro muito importante na escolha do tecido de filtração, pois, para os dois tecidos houve grande diferença na perda de carga final e na eficiência do processo de limpeza quando os três materiais foram comparados.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2139.pdf: 4554612 bytes, checksum: d4370e6a43fd8ea0f5921779a94f64c7 (MD5) Previous issue date: 2008-09-05 / Financiadora de Estudos e Projetos / The creation of rigorous emission and air pollution control standards has led to a growing interest in developing technologies to clean gases that not only remove pollutants efficiently but also recycle the energy produced by the process. Ceramic filters have been the most frequently utilized to separate aerosol particles in gas streams at high temperatures. The principal characteristics of ceramic filters are low pressure drop and high collection efficiency. This study presents the experimental results on the permeability and filtration efficiency for ceramic filters of different structures and compositions at high temperatures. The filters utilized in the trials were: 0.5mm thick quartz microfiber filters, seven ceramic fiber filters (A1000, B750, B1000, 1A, 2D, 3D and 5A) from 9-12 mm thick and two ceramic filters (A12 and A13) from 9-10mm thick. All the filters were circular (5-6cm diameter) and had an effective runoff area 3cm in diameter. The quartz microfiber filters had a porosity of 0.689 with a fiber diameter of around 1.1μm; the ceramic fiber filters had a porosity of 0.5 to 0.73 and a mean fiber diameter of around 5μm. The ceramic filters had a porosity of 0.62 for the A12 sample and 0.68 for the A13 sample with a mean pore diameter of 0.33 and 0.67μm, respectively. The filters were characterized by porosity (e) determined by a mercury intrusion porosimeter (Quantachrome Poremaster) and fiber diameter was captured by a scanning electron microscope (SEM) and determined by image analysis utilizing Image Proplus for Windows software. The permeability trials were performed at room and 700o C temperatures and at velocities of 0.01 to 1.8 m/s. The equipment utilized in the permeability constant trials consisted of a blower, leak detector, micromanometer (Furness Controls Ltd. FCO14), a furnace (Maitec) and a PID type temperature controller (Flyever). The particulate material utilized in the high temperature filtration tests was concentrated phosphate with a density of 2970 kg/m3 and mean diameter of 4.62mm. The density of the particulate material was determined by a helium picnometer (AccuPyc 1330, Micromeritics). The experimental system consisted of a fluidized bed aerosol generator (TSI-3400), a particle counter (Hiac/Royco Model 5230) and a test chamber inserted in the furnace. Particulates were analyzed in eight granulometric bands: 0.75; 1.5; 2.5; 3.5; 4.5; 6; 8. and 12.5mm. The filtration experiments were carried out at three levels of temperature (room, 300 and 700ºC) at a filtration velocity of 0.05m/s. For the results obtained, there was an increase in the Darcian permeability constant, k1 which elevated the temperature for ceramic filters. For all filters studied, the filtration tests demonstrated a clear dependence between filter efficiency and test temperature: lower filtration efficiency was obtained at higher gas temperatures. The probable thermal expansion of the filter structure temporarily dilated the porous channels for fluid runoff and gas property alterations changing the removal capacity of the filter. Based on the results presented, we concluded that the filters utilized in the study are viable for industrial filtration of hot gases. The correlation proposed for the quartz microfiber was a good representation of the experimental behavior of pressure drop and the efficiency of fractional collection and was a satisfactory fit at the different test temperatures. / A criação de normas rigorosas de emissão e controle de poluentes lançados na atmosfera levou a um crescente interesse em se desenvolver tecnologias para limpeza de gases que permitissem, não somente a remoção eficiente de poluentes, mas também o reaproveitamento energético do processo. Os filtros cerâmicos vêm sendo os meios mais utilizados para separar partículas de aerossóis em correntes gasosas em temperaturas elevadas. As principais características destes filtros são as baixas perdas de carga e alta eficiência de coleta. Este trabalho apresenta resultados experimentais da permeabilidade e da eficiência de filtração, em altas temperaturas em filtros cerâmicos de diferentes estruturas e composições. Foram utilizados para os ensaios filtros de microfibra de quartzo com 0,5 mm de espessura, 7 filtros cerâmicos fibrosos (A1000, B750, B1000, 1A, 2D, 3D e 5A) de 9-12 mm de espessura e 2 filtros cerâmicos (A12 e A13) de 9-10mm de espessura. Para os testes, os filtros tinham formato circular de 5-6 cm de diâmetro e área efetiva de escoamento de 3 cm de diâmetro. Os filtros de microfibra de quartzo tinham porosidade de 0,689 e diâmetro de fibras em torno de 1,1μm, os filtros cerâmicos fibrosos porosidade de 0,5 a 0,73 e diâmetro médio de fibras em torno de 5μm e os filtros cerâmicos porosidade de 0,62 para a amostra A12 e 0,68 para a amostra A13 e diâmetro médio do poro de 0,33 e 0,67μm, respectivamente. Os filtros foram caracterizados quanto à porosidade (e) determinada por porosimetria de Mercúrio (Quantachrome Poremaster) e diâmetro de fibra obtidas no microscópio eletrônico de varredura (MEV) e determinadas por análise de imagens, utilizando o software Image Proplus for Windows. Os ensaios de permeabilidade foram realizados em ampla faixa de velocidade (0,01 a 1,8 m/s) e de temperatura (ambiente a 700 0C). O equipamento utilizado nos ensaios das constantes de permeabilidade consistia de um soprador, um medidor de vazão, micromanômetro (Furness Controls Ltd. FCO14), um forno (Maitec) e um controlador de temperatura do tipo PID (Flyever). Para os testes de filtração a altas temperaturas o material particulado utilizado foi o concentrado fosfático com densidade de 2970 kg/m3 e diâmetro mediano de 4,62mm. A densidade do material particulado foi determinada por picnometria de hélio (AccuPyc 1330, Micromeritics). O sistema experimental consistia de um gerador de aerossol do tipo leito fluidizado (TSI-3400), um contador de partículas (Hiac/Royco Modelo 5230) e de uma câmara de ensaio inserida em um forno. Foram analisadas partículas em oito faixas granulométricas: 0,75; 1,5; 2,5; 3,5; 4,5; 6; 8,5 e 12,5mm. Os experimentos de filtração foram realizados em três níveis de temperatura (ambiente, 300 e 700ºC) e velocidade de filtração em 0,05m/s. Pelos resultados obtidos observou-se no geral que houve um aumento para a constante de permeabilidade darciana, k1 à medida que se elevou a temperatura para os filtros cerâmicos. Para todos os filtros estudados os testes de filtração mostraram uma dependência clara entre eficiência de filtro e temperatura de teste: foram obtidas menores eficiências de filtração com o aumento da temperatura do gás. Uma provável expansão térmica da estrutura do filtro ocasionou uma dilatação temporária dos canais porosos para o escoamento do fluido e alterações nas propriedades do gás que alteram a capacidade de remoção do filtro. Com base nos resultados apresentados, conclui-se que os filtros utilizados apresentam características que viabilizam a sua utilização na filtração industrial de gases quentes. A correlação proposta para o filtro de microfibra de quartzo representou bem o comportamento experimental para a queda de pressão e a eficiência de coleta fracionária, respondendo de forma satisfatória as diferentes temperaturas de teste.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissVMO.pdf: 4943436 bytes, checksum: 2211c87e5be0a702fd92e5103e1a5e1a (MD5) Previous issue date: 2006-09-15 / Universidade Federal de Sao Carlos / The present work aims to evaluate, through filtration process and cake detachment, the behavior of two cellulose fiber filtering media with different air permeability values. The powder material used was phosphatic concentrated rock of density 2,99 g/cm3 and its average volumetric diameter of 8,34 µm. The equipment used was constituted of a circular filter, powder feeder which controlled the massic flow and humidity by a microcomputer and a system for control and acquisition of data. The filtering media used were cellulose fibers, Rad More and Rad Plus, supplied by Alhstrom Louveira. The work was accomplished by a successive sequence of filtration and cleaning during 100 filtration cycles using cellulose filtering media. The technique employed for cake removal was reverse air flow. In the experimental procedure, filtration velocity of 10 cm/s was used for maximum pressure drop of 200 mmH2O, and 5 cm/s for maximum pressure drop of 100 mmH2O. Two cleaning velocity were employed for cake removal, 18 and 13 cm/s. The results showed that the filtering media Rad Plus, when submitted to filtration velocity of 10 cm/s and cleaning velocity of 18 cm/s, obtained the best operational condition, as it presented lower values of residual pressure drop for a larger mass retained during the 100 filtration cycles. For different filtration velocity, 10 and 5 cm/s, the filtering media Rad Plus, more porous and more permeable, the amount of particle mass removed was larger than for the filtering media Rad Plus applying cleaning velocity of 18cm/s as the removal force for this cleaning velocity could remove the particles retained in the fibers. For filtration velocity of 5 cm/s, a lower cleaning velocity, 13 cm/s, was enough to remove larger amount of particles, when compared with the filtering media Rad Plus in the same experimental conditions. / O objetivo deste trabalho é avaliar, através do processo de filtração e de remoção das tortas, o comportamento de dois meios filtrantes de fibras de celulose de diferentes permeabilidades. O material particulado utilizado foi o concentrado fosfático de densidade 2,99 g/cm3 e diâmetro médio de partícula de 8,34 µm. O equipamento utilizado era constituído de um filtro circular, alimentador de pó com a vazão mássica e umidade controlada, um microcomputador e um sistema para controle e aquisição de dados. Os meios filtrantes utilizados foram de fibras de celulose, Rad Mais e Rad Plus, fornecidos pela Empresa Alhstrom Louveira. O trabalho foi realizado por uma seqüência sucessiva de filtração e de limpeza durante 100 ciclos de filtração, em meios filtrantes de celulose, sendo que o método de limpeza utilizado, para a remoção das tortas, foi o fluxo de ar reverso. No procedimento experimental de filtração foram utilizadas velocidades de filtração de 10 cm/s, para queda de pressão máxima de 200 mmH2O, e de 5 cm/s, para queda de pressão de 100 mmH2O. Para a remoção das tortas foram utilizadas duas velocidades de limpeza, de 18 cm/s e 13 cm/s. Os resultados mostraram que o meio filtrante Rad Mais, quando submetido à velocidade de filtração de 10 cm/s e velocidade de limpeza de 18 cm/s, obteve a melhor condição operacional, porque apresentou menor perda de carga residual para uma maior massa retida durante os 100 ciclos de filtração. Para as duas velocidades de filtração de 10 cm/s e 5 cm/s, o meio filtrante Rad Mais, mais poroso e mais permeável, a quantidade de massa de partículas removida foi maior quando comparado com o meio filtrante Rad Plus com Vl de 18cm/s, porque a força de remoção para a Vl de 18 cm/s conseguiu remover as partículas retidas nas fibras. Já para a Vf de 5 cm/s, uma menor velocidade de limpeza, Vl de 13 cm/s foi suficiente para remover maior quantidade de partículas, quando comparada com o meio filtrante Rad Plus nas mesmas condições experimentais.