INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLÓGIA DE MATO GROSSO.

CAMPUS FRONTEIRA OESTE/PONTES E LACERDA – MTDEPARTAMENTO DE ENSINO.

CURSO DE TÉCNICO INTEGRADO EM QUÍMICA.

Professor: Adnaldo BrilhanteDisciplina: Operações Unitárias

Sistemas de Separação de Sólidos e LíquidosDecantação (sedimentação) Centrifugação.

A etapa de separação entre sólido líquido está entre as operações unitárias mais importantes que hoje são empregadas em indústrias químicas, têxteis, farmacêuticas, no beneficiamento de minério, bem como no processamento de alimentos, tratamento de água e resíduos, entre outras, pois muitos dos produtos industriais são suspensões de sólidos em líquidos.

Separação de sólidos e líquidos

Existem dois critérios de classificação dos métodos de separação:a) Quanto ao movimento relativo das fases. 1 – Decantação Onde o sólido se move através do líquido em repouso. Esta pode ser subdividida de acordo com a concentração da suspensão. A clarificação de líquidos envolve suspensões diluídas e tem como objetivo obter a fase líquida com um mínimo de sólidos. O espessamento de suspensões visa obter os sólidos com um mínimo de líquido, partindo de suspensões concentradas. 2 – Filtração Operação na qual o líquido se move através da fase sólida estacionária

Separação de sólidos e líquidos

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.

Separação de sólidos e líquidosClarificação do líquido tem-se inicialmente uma suspensão com baixa concentração de sólidos para obter um líquido com um mínimo de sólidos.

Lavagem dos sólidos é a passagem da fase sólida de um líquido para outro, para lavá-la sem filtrar (operação mais 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 da suspensão quando inicialmente se tem uma suspensão concentrada para obter os sólidos com uma quantidade mínima possível de líquido.

Separação de sólidos e líquidosTipos de Decantação:Ø Decantação livre As partículas encontram-se bem afastadas das paredes do recipiente e a distância entre cada partícula é suficiente para garantir que uma não interfira na outra. Ø A decantação retardada ou ainda decantação com interferência ocorre quando as partículas estão muito próximas umas das outras, sendo muito frequente o número de colisões.

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.

Separação de sólidos e líquidos

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.

Separação de sólidos e líquidosO Aumento das partículas ocorre por meio de dois processos:

I - A digestão consiste em deixar a suspensão em repouso até que as partículas finas sejam dissolvidas enquanto as grandes crescem à custa 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

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.

Separação de sólidos e líquidosDois fatores estão relacionados com o grau de floculação de uma suspensão:

b) A probabilidade de que, depois da colisão, elas permaneçam aglomeradas. O uso de agentes floculantes aumenta a probabilidade dos aglomerados recém-formados não se desagregarem espontaneamente, são eles:

Ø Eletrólitos: neutralizam a dupla camada elétrica existente nas partículas sólidas em suspensão, eliminando dessa forma as forças de repulsão que favorecem a dispersão.

Ø Coagulantes: provocam a formação de precipitados gelatinosos capazes de arrastar consigo. Por exemplo na clarificação de usa-se sais de alumínio e de ferro.Ø Agentes tensoativos: arrastam consigo os finos de difícil decantação.

Separação de sólidos e líquidos

Ø Polieletrólitos: são polímeros de cadeias longas com um grande número de pontos ativos nos quais as partículas sólidas se fixam, formando flocos.

Separação de sólidos e líquidosBATELADA 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 a implantação de uma operação contínua. Os decantadores contínuos são tanques rasos, de grande diâmetro, onde operam grades que giram lentamente e removem a lama. Ex: tratamento de água e esgoto.

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 é diminuída para favorecer a formação do floco, promovendo o contato e a atração do material em suspensão.Ø Decantadores: após as operações de coagulação e floculação a etapa seguinte é a separação dos sólidos do meio no qual encontram-se suspensos. Ø Filtros: seu objetivo básico é separar as partículas e microrganismos que não tenham ficado retidos no processo de decantação.

Separação de sólidos e líquidosDecantadores para Sólidos Grosseiros:Esta separação pode ser realizada em tanques de decantação operando em batelada ou em processo contínuo. As partículas podem ser retiradas pelo fundo do decantador e o fluido um pouco acima, ou ambos pelo fundo, através de manobras adequadas.

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 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.

Separação de sólidos e líquidos

Ciclone separador 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.

Hidrosseparador 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.

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

Separação de sólidos e líquidos

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.

Vantagens e Desvantagens da Centrifugação

Mais Rápida Mais efetiva Mais cara

Tipos de Rotores para Centrifugas

1 – Rotor Móvel 2 – Ângulo Fixo (Sólidos floculentos e finamente divididos)3 – Vertical (Isopícnica. Separação Incompleta),

Tipos de CentrifugasTubular 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.

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.

Tipos de CentrifugasContínua 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.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. Cestos 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.

1 - Centrifugação 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.

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.

Tipos de Separação por Centrifugação2.1 - 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 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.

Tipos de Separação por Centrifugação3 - 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).

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.