Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos EQA 5313 - Operações Unitárias de Transferência de Quantidade de Movimento Prof.Regina de Fátima Peralta Muniz Moreira e Prof. José Luciano Soares Sedimentação voltar Sedimentação Objetivos. - Clarificação do líquido. - Espessamento da suspensão. - Lavagem dos sólidos. Voltar 1. Fundamentos Teóricos. - Dependência da concentração das partículas sólidas ( livre ou retardada ). - Fatores que controlam a velocidade de decantação: ρs, ρ , dp, forma das partículas e viscosidade do meio μ (T) → Então é possível aumentar a velocidade de decantação, aumentando a temperatura. Tipos de Sedimentadores Nas indústrias químicas, os processos de separação por sedimentação são feitos continuamente ou descontinuamente em equipamentos denominados tanques de decantação ou decantadores. Mecanismo de Decantação. A sedimentação pode ser: natural (livre) ou forçada (quando se utiliza floculantes.ex: Al(OH)3. É possível aumentar o tamanho das partículas antes da decantação : Digestão: No caso de precipitados ⇒ deixa-se a suspensão em repouso até que as partículas finas sejam dissolvidas. C ⇒ Região de concentração variável. Fe(OH)3. ciclone e hidroseparadores. Espessadores: fase de interesse é a zona de lama. gelatina. D ⇒ Região de compactação. Uso de floculantes : Eletrólitos. aumenta a velocidade de sedimentação. O aumento do tamanho de partículas. em que operam grades com função de remover a lama. Os decantadores mais comuns são: de rastelos. Floculação : Aglomerar partículas formando flocos.substâncias com propriedades de aglomeração de partículas). B ⇒ Região de concentração constante. cola. Coagulantes. Polieletrólitos. A alimentação é feita pelo centro do tanque.Descontínuos: tanques cilíndricos com a solução em repouso por um certo tempo tempo. helicoidal. A ⇒ Líquido limpo . enquanto que as grandes crescem à custa das partículas menores. . Contínuos: tanques rasos de grande diâmetro. Voltar 2. Tensoativos : Amido. Quanto a finalidade podem ser classificados: Clarificadores: fase de interesse é o líquido limpo. A variável u (velocidade de sedimentação) é obtida da curva de decantação. . Processo de Sedimentação.1.Diferenças locais de temperatura que causam turbulência. u = Velocidade de sedimentação.Variações bruscas nas condições de operação. Dimensionamento de Clarificadores.Escoamentos preferenciais. Provém dos trabalhos de Coe & Clevenger. QA = Vazão volumétrica da suspensão alimentada. . . Deve ser usado um coeficiente de segurança (f= 100%) devido a : . Voltar 3. O projeto de decantador consiste no cálculo da área de decantação : Onde : S = Área do decantador.Voltar 3. Voltar 3. . Hipóteses : .2.As características essenciais do sólido não se alteram quando se passa para o equipamento de larga escala. Dimensionamento de Espessadores. u = dz / dθ A. Método de Coe e Clevenger A área de um espessador deve ser suficiente para permitir a decantação de todas as partículas alimentadas.A velocidade de sedimentação é função da concentração local : u = f(C). . C = QE.QE = Vazão de líquido claro que sobe pelo decantador nesta seção.Para que não haja arraste de partículas sólidas na direção do vertedor. ⇒ C e u : São determinados experimentalmente. CA = Concentração de sólidos na suspensão (Kg/m3). Q . Se a área for insuficiente começará a haver acúmulo de sólidos numa dada seção do espessador e finalmente haverá partículas sólidas arrastadas no líquido clarificado. Esta Seção ⇒ Zona Limite. QA = Vazão volumétrica da suspensão (m3/s). Como QA.CE Onde : S = Área de decantação (m2). C = Concentração na zona limite (Kg/m3). ⇒ S : Diversos cálculos são realizados com pares de valores de C e u.CA = Q. O maior valor de S será a área mínima do decantador!!!!!! Voltar Exemplo 01 : Uma suspensão aquosa de CaCO3 foi submetida a uma série de ensaios de decantação e foram obtidos os seguintes resultados : . u = Velocidade de decantação na zona limite (m/s). a velocidade ascencional do líquido nesta seção limite deverá ser menor do que a velocidade de decantação das partículas. CE = Concentração de sólidos na lama (Kg/m3). alimentado ao decantador em suspensão contendo 236 Kg / m3.CA = 8 ton / h CE = 550 Kg / m3 CA = 236 Kg / m3 Coeficiente de Segurança : 100 % S = 342 m2 Voltar B.Deseja-se calcular o diâmetro de um decantador com capacidade de processar 8 ton/h de CaCO3 seco. A lama deverá encerrar 550 Kg / m3. Resolução : QA. Método de Kynch Consiste em fazer um ensaio que forneça a curva de decantação: . OBS: Ponto Crítico: linha de separação entre o espessado e o clarificado. traçar log(z-zf). ⇒ A curva obtida mostra uma descontinuidade no ponto crítico. Voltar C. .Calcula-se : . ⇒ Com os dados do ensaio de decantação.Calcula-se diversos pares (C..u) a partir da curva de decantação.O máximo valor de S será a área do decantador. Método de Roberts Permite localizar com exatidão o ponto crítico ( entrada em compressão ). Voltar . . que por dedução através das 3 equações do método de Roberts resulta em : . .D.Traçar a tangente à curva de sedimentação passando pelo ponto crítico. . . .Traçar a bissetriz entre as 2 retas.Ler θE .Calcular a área. Método de Talmadge e Fitch (Método Gráfico ).Traçar a tangente à curva de sedimentação na zona de clarificação.Localizar o ponto crítico.Traçar a tangente à curva de sedimentação na zona de espessamento.Localizar : . . Dimensionamento da Profundidade do Sedimentador. .7 m Voltar 3.1 cm. Resolução : Fator de Segurança : 100 % S = 1786 m2 D = 47. Os resultados obtidos foram tabelados : A altura do cilindro graduado de 1000 ml é de 36. A concentração de saída do decantador deverá ser a correspondente a 60 minutos de decantação. com o fim de fornecer os dados para o projeto de um espessador para 30 ton/h de uma suspensão contendo 48 g/l de um sólido cristalino.3.Voltar Exemplo 02 : Um ensaio de decantação foi realizado em laboratório num cilindro graduado de 1000 ml. A concentração da lama espessada que se pode obter numa dada operação não é função da área do espessador.CA. mas do tempo de residência dos sólidos na zona de compressão .Cálculo do volume da zona de compressão : Vazão mássica do sólido : QA.tC Então. Kg/m3 Vazão volumétrica de sólido : QA. .CA / ρS.Volume da zona de compressão. m3/h Tempo de residência do sólido na zona de compressão : tE . o volume de sólido na zona de compressão VS é dado por : Representando : V : Volume da suspensão de densidade média (ρm) VS : Volume do sólido Então o volume de suspensão na zona de compressão V será : Este é o mínimo volume que a zona de compressão deverá ter para espessar a lama até a concentração CE : H=V/S .