OPERAÇÕES DE SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO
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SEPARAÇÕES MECÂNICAS DE
SÓLIDO-LÍQUIDO Operações Unitárias 1
Alunas: Victória Maura S. Bermúdez
Waleska Maria Sousa Cruz
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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.
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MÉTODOS DE SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO
DECANTAÇÃO
FLOTAÇÃO
CENTRIFUGAÇÃO
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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
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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).
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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).
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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
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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
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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.
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o Modelos:
Decantador de rastelos;
Decantador helicoidal;
Ciclone classificadorr;
Hidroseparador;
DECANTAÇÃO
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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
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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
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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
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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
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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
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Cone de decantação
Decantador de bandejas múltiplas
DecantadorContínuo
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Métodos utilizados para aumentar o tamanho das partículas antes da decantação:
o Digestão
o Floculação
DECANTAÇÃO
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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
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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FLOTAÇÃO
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FLOTAÇÃO
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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.
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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
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CENTRIFUGAÇÃO
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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
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CENTRIFUGAÇÃO
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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
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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
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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
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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
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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
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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