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SEPARAÇÕES SÓLIDO-LÍQUIDO Os métodos de separação sólido-liquido são classificados de acordo com dois critérios: 1º) movimento relativo das fases: * o sólido se move através do líquido em repouso DECANTAÇÃO (CLARIFICAÇÃO: suspensões diluídas, em que o produto é o líquido com mínimo de sólidos; ESPESSAMENTO: suspensões concentradas, em que o produto é o sólido com mínimo de líquido.) * olíquido se move através da fase sólido estacionária FILTRAÇÃO 2º) força propulsora: gravitacionais, centrífugas, por diferença de pressão ou eletromagnéticas SEPARAÇÕES POR DECANTAÇÃO Será considerado o movimento do sólido através do líquido causado pela ação da gravidade. As partículas são mais densas que o líguido. A decantação pode visar a: CLARIFICAÇÃO do líquido ESPESSAMENTO da suspensão LAVAGEM dos sólidos CLARIFICAÇÃO: parte-se de uma suspensão com baixa concentração de sólidos para obter um líquido com um mínimo de sólidos. ESPESSAMENTO: parte-se de uma suspensão concentrada para se obter sólidos com um mínimo de líquido. LAVAGEM DO SÓLIDO: passagem da fase sólida de um líquido para outro. Fundamentos teóricos Os fatores que controlam a velocidade de decantação do sólido através do meio resistente são: densidades do sólido e do líquido; diâmetro e forma das partículas; viscosidade do meio ( função da temperatura ) O aumento do tamanho das partículas sólidas é essencial em sistemas coloidais Ç movimento browniano e a repulsão elétrica anulam a ação da gravidade ) Os métodos empregados para aumento do tamanho das partículas são: a) Digestão: ( caso de precipitados ) as partículas finas dissolvem-se e as grandes crescem à custa das pequenas ( este fato decorre da maior solubilidade das partículas pequenas relativamente as grandes ) b) Floculação: aglomeração das partículas à custa de forças de van der Waals dando origem a flocos de maior tamanho que o das partículas isoladas. O grau de floculação apresenta dois fatores antagônicos: 1-choque entre as várias partículas que vão formar o floco. 2-após a colisão permanecer aglomeradas O aumento brando da agitação provoca maior número de choques e a agitação intensa possui tendência a desagregação dos aglomerados. A probabilidade dos aglomerados recém formados de não haver desagregação espontânea pode ser aumentada com o emprego de floculantes. 5 a) b) [07] d) Destacam-se quatro tipos de floculantes: ELETRÓLITOS: neutrlizam a dupla camada elétrica possibilitando a aglomeração e formando flocos de dimensões convenientes COAGULANTES: provocam a formação de precipitados gelatinosos capazes de arrastar consigo durante a decantação as partículas finas AGENTES TENSIOATIVOS: materiais que decantam arrastando consigo os finos de dificil decantação: ( amido, gelatina e cola ) POLIELETRÓLITOS: polímeros de cadeias longas havendo fixação das partículas sólidas nos pontos ativos da cadeia. O melhor floculante é obtido experimentalmente. DECANTADORES PARA SÓLIDOS GROSSEIROS Operações em batelada ou continua são realizadas em TANQUES DE DECANTAÇÃO. O sólido é separado no fundo e o líquido um pouco acima ou ambos pelo fundo. O inconveniente é que não permitem uma classificação dos sólidos pelo tamanho. Havendo necessidade da classificação empregam-se decantadores continios como o de RASTELOS, HELICOIDAL, CICLONE SEPARADOR e HIDROSSEPARADOR, DECANTADORES PARA SÓLIDOS FINOS A decantação pode ser realizada sem interferência mútua das particula( decantação livre ) ou com interferência ( decantação retardada ). A concentração de sólidos é que determina o tipo de decantação. O projeto de decantadores é feito com base em ensaios realizados em laboratório que permitem obter a curva de decantação da suspensão sendo conduzidas de modo diferente quando se trata de suspensão diluida ou concentrada. As suspensões diluidas são decantadas com o objetivo de clarificar o líquido e o equipamento que se emprega é um CLARIFICADOR. As suspensões concentradas destinam-se a produzir uma lama espessa e neste caso o decantador é um ESPESSADOR. Há decantadores de batelada ou contínuo. O decantador de batelada mais simples é um TANQUE RETANGULAR OU CILÍNDRICO com saidas laterais em altitas diferentes e que são abertas a medida gue o líquido clarifica, O lodo é retirado pelo fundo. O decantador contínuo mais conhecido é o CONE DE DECANTAÇÃO. Existem decantadores de fundo muito pouco inclinados e munidos de rastelos. máxima em mº/h de suspensão a ser empregada em um clarificador disponível de 4 m de diâmetro para se obter a separação necessária. Dimensionamento de espessadores Ensaio de decantação realizado com suspensão concentrada (50-100g de sólido/litro) em um cilindro graduado que após homogeneização e abandono em repouso tem-se: E ja Re! A si e dr Ea [EDS RO EN é UE) ir €) á) 2) a) Inicio (altura zo e concentração uniforme Co) b) Pouco tempo depois é possível distinguir 5 zonas distintas no cilindro: . líquido clarificado (turvo) suspensão com a mesma concentração inicial Cy .... zona de transição (C aumenta de cima para baixo até a concentração da suspensão espessada .. suspensão espessada na zona de compressão (sólidos dispostos uns sobre os outros sem atingirem a máxima compactação E........ sólido grosseiro - c) Evolução com o tempo (B diminue; A e D zonas mais importantes; C e E pratica inalterados) d) Ponto crítico ( B e C desaparecem ficando apenas A, D e E, ponto de compressão) e) Final ( A continua aumentando e D diminue lentamente) P npp z Níveis de separação das camadas Disposição das zonas vi: decantador contínuo E oiii [4 | VasCA DO Lsal Re Aa E Ee ob 2oMA pE DECAUTACAD) - POUA SUPERDR. DE compressão ZONA PE comeressÃo —— f ama Qe,Ce ES PESSA DA Dimensionamento de espessadores Método de Coe e Clevenger Determina-se em ensaios isolados as velocidades de decantação em suspensões de diversas concentrações. Obtém-se uma relação funcional entre a velocidade e a concentração. Calcula-se a área para as diversas concentrações. O valor máximo encontrado será a área necessária para permitir a decantação em regime permanente Coeficiente de segurança 100% Método de Talmadge e Fitch A área estimada da seção reta do espessador contínuo pelo método de Talmadge e Fitch é obtida de forma rápida pela equação: s= 2,0% zo S área da seção reta do espessador contínuo (m?) Qa vazão volum'etrica da suspensão que entra no espessador contínuo (m"/s) zoaltura inicial da interface no espessador descontinuo de bancada (m) 8x tempo para alcançar a concentração desejada no espessador contínuo (s) Roteiro 1) Traçar a curva de decantação com os dados do ensaio de bancada 2) Traçar duas retas tangentes à curva nos pontos em que a velocidade é praticamente constante 3) Traçar a bissetriz do ângulo formado entre as retas tangentes 4) Obter o ponto Cg (concentração crítica) através da intersecção da bissetriz com a curva de decantação. A concentração crítica ocorre na altura crítica zg e no tempo crítico 6, 5) Traçar uma reta tangente à curva de decantação pelo ponto Cp. CCZ E 6) Entrazr com o valor de z; Z; = E na reta tangente à curva que passa por Cp e E obter o tempo O Q4%r Zo €o Balanço material no espessador continuo ERA = QrCr Volume da camada de compressão Demonstração da expressão S = 8.2 Q=" Tempo para atingir a concentração desejada — Coão Cr C, SCnãy C; resulta S= feria [op zo Ensaio de bancada S zz Ce =8 zo Co 2 Substituindo O ,C, = Cozo Cr; ze altura da interface liquido clarificado suspensão em que os sólidos estão na concentração desejada Cx (m) Co concentração inicial dos sólidos no sedimentador contínuo e no descontínuo kg/m? Zp= é zo altura inicial de interface no sedimentador descontinuo de bancada Cx concentração final dos sólidos que saem do decantador contínuo Altura do decantador (H) H=H + Ho, + H; + H H, submergência do tubo de alimentação; valor prático 1 m cm Fl alia da região de espessamento (calculado) E af Hs altura do fundo cônico; valor práticof m H, altura do fundo de armazenamento; valor prático 0,5 m Ec | =] Hy H ZeNA DE e Com eres) Ha = Cálculo de H; + 1) Método de Coe e Clevenger fo, Post P) ni (260 Yo om Le Onms (SP sólido P suspensão — Phiquido NE Phiquido P suspensão = Pltquido + ci Psólido 4 2) Método do balanço de massa TR Quzclb: -8.) p= EA cis cer 8.z, Exercício 1) Determine: a) o diâmetro aproximado de um decantador pelo método de Talmadge e Fitch e E EE se sra ia pre j Nod =» o at ua SR S ÁS D ado t E Reg A oe freio a - + = Ae GS ubA,Ão À e é TES à Pi fes Ê 1 13,564m há p | a A Ee pc a E os Ens YA diniao a le ao Es = ) as Blooa Ch . 9% 408 po qa 6 E ge ne A Rir ar e Ss E iate s ; Ed ne À E RE a Pee Qr-Qg = 203,45 5h = 1480 Sr Pedido = Alo, AT am q0ty 4 ] E: Be amd «Lt cons. 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