operaÇÕes de separaÇÃo sÓlido-lÍquido
TRANSCRIPT
SEPARAÇÕES MECÂNICAS DE
SÓLIDO-LÍQUIDO Operações Unitárias 1
Alunas: Victória Maura S. Bermúdez
Waleska Maria Sousa Cruz
OPERAÇÕES DE SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO
A etapa de separação sólido-líquido está entre as operações unitárias mais importantes nas indústrias.
A aplicação industrial de uma ou outra operação dependerá, principalmente, das características do material a ser processado e de uma análise técnico/econômica.
Há na literatura uma série de procedimentos sugeridos para uma seleção preliminar de equipamentos mais adequados à uma determinada situação.
Diversos fatores podem influenciar no projeto e na operação de sistemas de separação sólido líquido.
Distribuição granulométrica do sólido;
Área superficial do sólido, forma da partícula;
Características de superfície do sólido,
Porcentagem de sólidos na polpa;
Viscosidade do líquido.
MÉTODOS DE SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO
DECANTAÇÃO
FLOTAÇÃO
CENTRIFUGAÇÃO
Critérios de classificação dos métodos de separação
a) Quanto ao movimento relativo das fases:
o Decantação
o Decantação invertida(Flotação)
o Filtração
b) Quanto a força propulsora:
o As operações são gravitacionais, centrífugas, por diferença de
pressão ou eletromagnéticas.
Quando o sólido se move através do líquido em repouso
Quando o líquido se move através da fase sólida estacionária
DECANTAÇÃO
Movimento de partículas no seio de uma fase fluida, provocado pela ação da gravidade.
Objetivo: A clarificação do líquido, O espessamento da suspensão Lavagem dos sólidos.
Dispersões
São sistemas em que o sólido está espalhado uniformemente em toda a mistura.
A classificação das dispersões é feita de acordo com o tamanho das partículas (dimensões) das partículas dispersas (soluto).
DECANTAÇÃO Objetivos:
o Clarificação do líquido: tem-se inicialmente uma suspensão com
baixa concentração de sólidos para obter um líquido com um mínimo de sólidos.
o Espessamento da suspensão: inicialmente se tem uma suspensão
concentrada para obter os sólidos com uma quantidade mínima possível de líquido.
o Lavagem dos sólidos: é a passagem da fase sólida de um líquido
para outro, para lavá-la sem filtrar (operação mais dispendiosa).
Tipos de Decantação:
o Livre
É aquela em que a queda da partícula não é afetada pela proximidade com a parede do recipiente e com outras partículas.
o Retardada
Ocorre quando as partículas estão muito próximas umas das outras, sendo muito frequente o número de colisões.
DECANTAÇÃO
Velocidade de Decantação:
o Fatores que controlam a velocidade de decantação do sólido através do meio resistente são:
As densidades do sólido e do líquido;
O diâmetro e a forma das partículas;
A viscosidade do fluido.
o Para aumentar a velocidade de decantação deve-se aumentar a temperatura,
o O diâmetro e as densidades são fatores mais importantes
DECANTAÇÃO
Decantador para Sólidos Grosseiros
o Operação mais simples de conduzir do que a de partículas finas.
o Esta separação pode ser realizada em tanques de decantação operando em batelada ou em processo contínuo.
DECANTAÇÃO
Consiste em reunir os reagentes em um grande pote, forçar a reação acontecer, retirar o produto, e então encher o pote outra vez, para fazer tudo de novo, em outra "batelada".
Nesse processo não é necessário retirar o produto para encher novamente para a reação acontecer.
o Modelos:
Decantador de rastelos;
Decantador helicoidal;
Ciclone classificadorr;
Hidroseparador;
DECANTAÇÃO
Decantador de rastelos:
A suspensão é alimentada num ponto intermediário de uma calha inclinada.
Um conjunto de rastelos arrasta os grossos (decantados facilmente), para a parte superior da calha.
Devido à agitação moderada promovida pelos rastelos, os finos permanecem na suspensão que é retirada através de um vertedor que existe na borda inferior da calha.
DECANTAÇÃO
Decantador helicoidal:
A suspensão é alimentada num ponto intermediário de uma calha semicircular inclinada.
A helicoide arrasta continuamente os grossos para a extremidade superior da calha.
O movimento lento promovido pelo mecanismo transportador evita a decantação dos finos, que permanecem na suspensão sendo retirada através de um vertedor.
DECANTAÇÃO
Ciclone classificador:
A alimentação é feita tangencialmente na secção superior cilíndrica do ciclone por meio de uma bomba.
Os finos saem pela abertura existente na parte superior e os grossos saem pelo fundo da parte cônica inferior, através de uma válvula de controle.
DECANTAÇÃO
Hidroseparador:
O mais conhecido é um tanque cilíndrico com fundo cônico e equipado com rastelos que giram lentamente.
Esses equipamentos funcionam como classificadores ou separadores de primeiro estágio, pois os finos devem ser retirados do líquido em decantadores de segundo estágio.
DECANTAÇÃO
Decantadores para Sólidos Finos
A decantação de sólidos finos pode ser feita sem interferência mútua das partículas (decantação livre) ou com interferência (decantação retardada). O tipo de decantação, de modo geral, depende da concentração de sólidos na suspensão.
DECANTAÇÃO
Cone de decantação
Decantador de bandejas múltiplas
DecantadorContínuo
Métodos utilizados para aumentar o tamanho das partículas antes da decantação:
o Digestão
o Floculação
DECANTAÇÃO
o Digestão:
Consiste em deixar a suspensão em repouso até que as partículas finas sejam dissolvidas enquanto as grandes crescem à custa das pequenas, na qual é utilizada no caso de precipitados. Isto ocorre devido a maior solubilidade das partículas menores com relação às maiores.
DECANTAÇÃO
o Floculação:
A floculação consiste na aglomeração de partículas de maior tamanho e maior densidade, formando os flocos, que mais tarde irão sedimentar-se no decantador.
A floculação depende de 2 fatores:
o a probabilidade de haver o choque entre as várias partículas que vão formar o floco.
o a probabilidade de que, depois da colisão, elas permaneçam aglomeradas.
Por isso, a floculação, para ser eficiente, dependerá de uma agitação lenta, que proporcionará os choques entre as partículas.
DECANTAÇÃO
o Floculação:
Se a agitação for muito intensa, os flocos podem se desintegrar, e não ocorrer a separação entre as fases.Para os flocos não se desintegrarem espontaneamente, podem ser utilizados 4 tipos de floculantes:
o Eletrólitos: neutralizam a dupla camada elétrica, formando flocos maiores.
o Coagulantes: formam precipitados gelatinosos capazes de arrastar as partículas finas existentes em suspensão, no momento da decantação. (hidróxido de alumínio e ferro)
o Agentes tensoativos: e materiais como amido, gelatina e cola, que decantam arrastando consigo os finos de difícil decantação.
o Polieletrólitos: são polímeros de cadeias longas com grande número de pontos ativos nos quais as partículas sólidas se fixam.
DECANTAÇÃO
FLOTAÇÃO
A flotação é uma técnica de separação de misturas que consiste na introdução de bolhas de ar a uma suspensão de partículas.
As partículas aderem às bolhas, formando uma espuma que pode ser removida da solução e separando seus componentes de maneira efetiva .
O importante nesse processo é que ele representa exatamente o inverso daquele que deveria ocorrer espontaneamente: a sedimentação das partículas.
A ocorrência do fenômeno se deve à tensão superficial do meio de dispersão e ao ângulo de contato formado entre a bolha e as partículas.
Processos de flotação:
o Algumas partículas aderem às bolhas de ar preferencialmente em relação a outras, pois a superfície dessas partículas é hidrofóbica, fazendo com que a tensão superficial da água expulse a partícula do líquido e promova a adesão da partícula na superfície da bolha de ar (VENDITTI, 2004).
o Além da natureza físico-química da superfície, o tamanho da partícula também é fator limitante do processo, pois para ser arrastada, a partícula deverá ter dimensões próximas das coloidais (1 a 1000nm).
FLOTAÇÃO
Etapas da flotação:
o Para que a separação dos minerais seja possível, vários são os fatores associado ao processo de flotação. Segundo Baltar (2008), para que ocorra flotação são necessárias três etapas fundamentais denominadas:
Colisão;
Adesão;
Transporte.
FLOTAÇÃO
FLOTAÇÃO
Conforme exposto por Rubio (2001) a probabilidade que a flotação ocorra é dada por:
Pƒ = Pc x Pa x Pt
Onde:
Pƒ = Probabilidade de flotação
Pc = Probabilidade de coesão
Pa = Probabilidade de adesão
Pt = Probabilidade de transporte
o As três etapas da flotação dependem diretamente de fenômenos hidrodinâmicos.
A colisão e beneficiada pela agitação;
A adesão espontânea depende da interação bolha/partícula, que e favorecida pela hidrofobicidade da partícula;
Enquanto que o transporte depende da estabilidade do agregado e da espuma.
FLOTAÇÃO
FLOTAÇÃO
FLOTAÇÃO
CENTRIFUGAÇÃO
Principal finalidade de separação de frações ou a concentração das moléculas de interesse. Pode ser realizada com o objetivo de separar sólidos de líquidos ou mesmo uma mistura de líquidos por meio da força centrípeta.
Tipos de Centrífugas:
o Tubular:
Opera na vertical com rotor na vertical.
Força centrípeta de 13000 a 20000 g.
A quantidade de sólidos limita o uso, por forma bolhas que dificulta a
centrifugação.
Os líquidos são retirados pela parte superior e os sólidos das laterais.
o Múltiplos discos:
A câmara possui uma série de discos paralelos que proporcionam uma grande área de sedimentação.
O material é removido através de válvulas.
Em casos de clarificação de material biológico, pode-se trabalhar com a
força centrífuga variando de 5.000 a 15.000 g, sendo o fluxo contínuo de
alimentação de 200 m3/h.
CENTRIFUGAÇÃO
CENTRIFUGAÇÃO
Tipos de Centrífugas:
o Contínuas:
Opera horizontalmente A hélice roda e distribui os sólidos ao longo da superfície do recipiente, retirando-o do líquido.
O liquido sai pelo outro lado da câmara.
O parafuso roda em velocidade diferente da câmara.
o Cestos: Pode ser classificada como perfurada e não
perfurada.
• Perfurada associa as operações de centrifugação e filtração em conjunto, assemelhando-se ao tambor de uma máquina de lavar, sendo uma operação de pré-secagem. No caso de sólidos cristalinos e partículas deformáveis utiliza-se o cesto sem filtros.
• Não perfurados a ação é apenas da força centrífuga. As partículas sólidas tendem a se acumular nas paredes da centrífuga e, com o passar do tempo estas começam a ser liberadas junto com o filtrado.
CENTRIFUGAÇÃO
CENTRIFUGAÇÃO
Tipos de centrifugações:
o Diferencial:
A separação é baseada no tamanho das partículas. Uma suspensão contendo diferentes moléculas é centrifugada e as partículas maiores sedimentam com mais rapidez do que as partículas menores, obtendo-se frações de moléculas.
CENTRIFUGAÇÃO
Tipos de centrifugações:
o Por gradiente:
Submetendo a suspensão de partículas a uma força centrífuga constante, em meio de densidade/peso gradualmente variável, de uma extremidade à outra do tubo.
As partículas com densidades diferentes se deslocam até alcançar o local de igual densidade.
Está pode ser classificada em:
• Separação de tamanho
• Separação isopícnica.
CENTRIFUGAÇÃO
Tipos de centrifugações:
o Por gradiente:
• Separação de tamanho
Esta separação baseia-se no tamanho e massa da partícula para sedimentação.
Utilizada na separação de anticorpos e proteínas que possuem massa diferente e densidade próxima.
Nesta para uma separação efetiva deve-se ter uma densidade da solução inferior a menor partícula separada.
CENTRIFUGAÇÃO
Tipos de centrifugações:
o Por gradiente:
• Separação isopícnica:
A densidade da partícula é igual ou próxima da solução ou de outras partículas. Neste caso o tempo de centrifugação não interfere na separação.
A separação é feita a partir de uma solução onde o comportamento é feito por meio de gradiente de concentração.
Para ser bem sucedida a separação é necessário que a amostra tenha a uma interação densidade próxima do gradiente da solução.
CENTRIFUGAÇÃO
Tipos de centrifugações:
o Ultracentrifugação:
Processo de centrifugação sob pressão, permitindo a separação de partículas de modo eficiente, utilizando-se de refrigeração e vácuo de forma a minimizar o atrito com o ar, devido à elevada rotação aplicada (até 500000 g).
CENTRIFUGAÇÃO
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
GOMIDE, R. (1980). “Operações Unitárias”, vol. 3 – Ed do Autor, São Paulo.
FOUST, A. S. et.al. (1982). “Princípios das Operações Unitárias” – Ed LTC, Rio de Janeiro – RJ, 2ª edição.
Acessado em 18 de Setembro de 2013
http://www.quimicafacil.pop.com.br/op_unitarias/apostilas/decantacao.doc
Acessado em : 19 de Setembro de 2013
http://www2.catalao.ufg.br