Decantanção e separação

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Decantação, sedimentação e centrifugação

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Decantanção e separação

  1. 1. INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLÓGIA DE MATO GROSSO.CAMPUS FRONTEIRA OESTE/PONTES E LACERDA – MT DEPARTAMENTO DE ENSINO. CURSO DE TÉCNICO INTEGRADO EM QUÍMICA. Sistemas de Separação de Sólidos e Líquidos Decantação (sedimentação) Centrifugação. Professor: Adnaldo Brilhante Disciplina: Operações Unitárias
  2. 2. Separação de sólidos e líquidos A etapa de separação entre sólido líquido está entre asoperações unitárias mais importantes que hoje são empregadas emindústrias químicas, têxteis, farmacêuticas, no beneficiamento deminério, bem como no processamento de alimentos, tratamento de águae resíduos, entre outras, pois muitos dos produtos industriais sãosuspensões de sólidos em líquidos.
  3. 3. Separação de sólidos e líquidosExistem dois critérios de classificação dosmétodos de separação:a) Quanto ao movimento relativo das fases.1 – Decantação  Onde o sólido se moveatravés do líquido em repouso. Esta podeser subdividida de acordo com aconcentração da suspensão. A clarificaçãode líquidos envolve suspensões diluídas etem como objetivo obter a fase líquida comum mínimo de sólidos. O espessamento desuspensões visa obter os sólidos com ummínimo de líquido, partindo de suspensõesconcentradas.2 – Filtração  Operação na qual o líquidose move através da fase sólida estacionária
  4. 4. Separação de sólidos e líquidosSeguindo estes dois critérios teremos as classificações abaixo:Ø Separação por decantação:– Clarificação de líquidos– Espessamento de suspensões– Lavagem de sólidosØ Decantação invertida (Flotação e Floculação),Ø Separação centrífuga, Ø Filtração.
  5. 5. Separação de sólidos e líquidos Clarificação do líquido  tem-se Lavagem dos sólidos  é a inicialmente uma suspensão com passagem da fase sólida de um baixa concentração de sólidos para líquido para outro, para lavá-la obter um líquido com um mínimo de sem filtrar (operação mais sólidos. dispendiosa). Esse processo pode ser realizado em colunas onde a suspensão alimentada pelo topo é tratada com um líquido de lavagem introduzido pela base. São operações instáveis, pois existem escoamentos preferenciais.Espessamento dasuspensão quandoinicialmente se tem umasuspensão concentradapara obter os sólidoscom uma quantidademínima possível delíquido.
  6. 6. Separação de sólidos e líquidosTipos de Decantação:Ø Decantação livre  As partículas encontram-se bem afastadas das paredes dorecipiente e a distância entre cada partícula é suficiente para garantir que uma nãointerfira na outra.Ø A decantação retardada ou ainda decantação com interferência ocorre quando aspartículas estão muito próximas umas das outras, sendo muito frequente o númerode colisões.
  7. 7. Separação de sólidos e líquidosFatores 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. Para aumentar a velocidade de decantação deve-se aumentar a temperatura, sendo que viscosidade do fluido é influenciada pela temperatura. Porém, o diâmetro e as densidades são fatores mais importantes, tanto que é possível, antes da decantação, realizar uma etapa visando o aumento das partículas.
  8. 8. Separação de sólidos e líquidos O Aumento das partículas ocorre por meio de dois processos:I - A digestão consiste em deixar a suspensãoem repouso até que as partículas finas sejamdissolvidas enquanto as grandes crescem àcusta das pequenas. II - A floculação consiste em aglomerar as partículas à custa de forças de Van Der Waals (força de atração entre as moléculas), dando origem a flocos de maior tamanho que o das partículas isoladas
  9. 9. Separação de sólidos e líquidos Dois fatores estão relacionados com o grau de floculação de uma suspensão: a) A probabilidade de haver o choque entre as várias partículas que vão formar o floco, que depende da energia disponível das partículas em suspensão.b) A probabilidade de que, depois da colisão, elas permaneçam aglomeradas. O usode agentes floculantes aumenta a probabilidade dos aglomerados recém-formadosnão se desagregarem espontaneamente, são eles:Ø Eletrólitos: neutralizam a dupla camada elétricaexistente nas partículas sólidas em suspensão,eliminando dessa forma as forças de repulsão quefavorecem a dispersão.
  10. 10. Separação de sólidos e líquidosØ Coagulantes: provocam a formação deprecipitados gelatinosos capazes dearrastar consigo. Por exemplo naclarificação de usa-se sais de alumínio ede ferro.Ø Agentes tensoativos: arrastam consigoos finos de difícil decantação. Ø Polieletrólitos: são polímeros de cadeias longas com um grande número de pontos ativos nos quais as partículas sólidas se fixam, formando flocos.
  11. 11. Separação de sólidos e líquidos BATELADA X CONTÍNUO Processo de Sedimentação de Batelada utilizavam-se recipientes ou poços principalmente para a clarificação de líquidos extraídos tais como vinho ou azeite. Este é um processo antigo ainda utilizado em indústria de baixo fluxo. O decantador em batelada é um tanque cilíndrico com aberturas para alimentação da suspensão e retirada do produto. O tanque é cheio pela suspensão e fica em repouso, sedimentando.Plantas industriais maiores requerem aimplantação de uma operação contínua. Osdecantadores contínuos são tanques rasos,de grande diâmetro, onde operam grades quegiram lentamente e removem a lama. Ex:tratamento de água e esgoto.
  12. 12. Separação de sólidos e líquidosUnidades clássicas de tratamento de água:Ø Misturadores: unidade onde a água bruta recebe o coagulante...Ø Acondicionadores (floculadores): são unidades onde a velocidade da água édiminuída para favorecer a formação do floco, promovendo o contato e a atração domaterial em suspensão.Ø Decantadores: após as operações de coagulação e floculação a etapa seguinte é aseparação dos sólidos do meio no qual encontram-se suspensos.Ø Filtros: seu objetivo básico é separar as partículas e microrganismos que nãotenham ficado retidos no processo de decantação.
  13. 13. Separação de sólidos e líquidosDecantadores para Sólidos Grosseiros:Esta separação pode ser realizada em tanques de decantação operando em bateladaou em processo contínuo. As partículas podem ser retiradas pelo fundo dodecantador e o fluido um pouco acima, ou ambos pelo fundo, através de manobrasadequadas. 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.Decantador helicoidal  semelhante ao anterior, onde asuspensão é alimentada num ponto intermediário de umacalha semicircular inclinada. A helicoide arrastacontinuamente os grossos para a extremidade superior dacalha. O movimento lento promovido pelo mecanismotransportador evita a decantação dos finos, quepermanecem na suspensão sendo retirada através de umvertedor.
  14. 14. Separação de sólidos e líquidosCiclone separador  a alimentação éfeita tangencialmente na secção superiorcilíndrica do ciclone por meio de umabomba. Os finos saem pela aberturaexistente na parte superior e os grossossaem pelo fundo da parte cônica inferior,através de uma válvula de controle.Hidrosseparador  o mais conhecido éum tanque cilíndrico com fundo cônico eequipado com rastelos que giramlentamente. Esses equipamentosfuncionam como classificadores ouseparadores de primeiro estágio, pois osfinos devem ser retirados do líquido emdecantadores de segundo estágio.
  15. 15. Separação de sólidos e líquidosDecantadores para Sólidos FinosA decantação de sólidos finos pode ser feita sem interferência mútua daspartículas (decantação livre) ou com interferência (decantação retardada). O tipode decantação, de modo geral, depende da concentração de sólidos na suspensão
  16. 16. CentrifugaçãoPrincipal finalidade de separação de frações ou aconcentração das moléculas de interesse. Pode serrealizada com o objetivo de separar sólidos delíquidos ou mesmo uma mistura de líquidos por meio daforça centrípeta.
  17. 17. Vantagens e Desvantagens da Centrifugação Mais Rápida Mais efetiva Mais caraTipos de Rotores para Centrifugas 1 – Rotor Móvel 2 – Ângulo Fixo (Sólidos floculentos e finamente divididos) 3 – Vertical (Isopícnica. Separação Incompleta),
  18. 18. Tipos de CentrifugasTubular  Opera na vertical Múltiplos discos  A câmara possui umacom rotor na vertical. Força série de discos paralelos que proporcionamcentrípeta de 13000 a 20000 uma grande área de sedimentação. Og. A quantidade de sólidos material é removido através de válvulas.limita o uso, por forma bolhas Em casos de clarificação de materialque dificulta a centrifugação. biológico, pode-se trabalhar com a forçaOs líquidos são retirados pela centrífuga variando de 5.000 a 15.000 g,parte superior e os sólidos sendo o fluxo contínuo de alimentação dedas laterais. 200 m3/h.
  19. 19. Tipos de CentrifugasContínua  Opera horizontalmenteA hélice roda e distribui os sólidosao longo da superfície do recipiente,retirando-o do líquido. O liquido saipelo outro lado da câmara. Oparafuso roda em velocidadediferente da câmara.Cestos  pode ser classificada como perfurada e não perfurada. perfuradaassocia 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 semfiltros. Cestos não perfurados a ação é apenas da força centrífuga. Aspartículas sólidas tendem a se acumular nas paredes da centrífuga e, com opassar do tempo estas começam a ser liberadas junto com o filtrado.
  20. 20. 1 - Centrifugação diferencial  Aseparação é baseada no tamanho daspartículas. Uma suspensão contendodiferentes moléculas é centrifugadae as partículas maiores sedimentamcom mais rapidez do que aspartículas menores, obtendo-sefrações de moléculas. 2-Centrifugação 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 e separação isopícnica.
  21. 21. Tipos de Separação por Centrifugação 2.1 - Separação por gradiente 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.2.2 - Separação isopícnica  A densidadeda partícula é igual ou próxima da soluçãoou de outras partículas. Neste caso otempo de centrifugação não interfere naseparação. A separação é feita a partirde uma solução onde o comportamento éfeito por meio de gradiente deconcentração. Para ser bem sucedida aseparação é necessário que a amostratenha a uma interação densidade próximado gradiente da solução.
  22. 22. Tipos de Separação por Centrifugação3 - Ultracentrifugação  Processo de centrifugação sob pressão,permitindo a separação de partículas de modo eficiente, utilizando-se derefrigeração e vácuo de forma a minimizar o atrito com o ar, devido àelevada rotação aplicada (até 500000 g). A conversão entre g (a força centrífuga) e rpm é dada pela relação: FC = (1,118x10-5)xMxRxS2 FCR = (1,118x10-5)xRxS2, onde: FC = força centrífuga; FCR = força centrífuga relativa; R = diâmetro do rotor (cm); S = velocidade da centrífuga (rpm); M = massa da amostra.

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