As Operações Unitárias Sedimentação

Centro Universitário Unifacvest

Acadêmicos: Diego Bueno Da Silva, Fernanda Zabot, Isabel Cristina Melo e Mara Carla Camargo

Curso: Engenharia Química “8ºfase”

Disciplina: Operações Unitárias I

Professora: Nilva Regina Uliana

Lages, 27 de outubro de 2017.

SEDIMENTAÇÃO

A sedimentação é uma operação de separação sólida-líquida baseada na diferença entre as concentrações das fases presentes na suspensão a ser processada sujeitos a ação do campo gravitacional.

 A descrição do mecanismo de sedimentação pode ser melhor explicada através da observação dos efeitos que ocorrem num ensaio de sedimentação de uma solução colocada em uma proveta, ou ainda, através da análise de sólidos sedimentáveis totais, realizada em cones Imhoff, essas análises baseiam-se no acompanhamento do deslocamento axial da interface superior da solução ao longo do tempo.

No início da análise (t0), a suspensão é homogênea e as partículas são uniformes em todos os pontos, ao longo da altura da proveta ou de cone. Logo que o processo de sedimentação principia, as partículas maiores (ou mais densas) começam a sedimentar e a formar uma fina camada de partículas no fundo da proveta que é a região de compactação. Tal região é formada por aglomerados mais concentrados e com maior velocidade de sedimentação. Aglomerados finos ou menos concentrados sedimentam mais lentamente, originando uma região intermediária de sedimentação, denominada região de sedimentação livre.

Com a sedimentação das partículas no fundo da proveta, na parte superior forma-se o líquido clarificado, sem a presença de sólidos. Nesta etapa, observa-se que as alturas das regiões variam, até que em determinado momento chega-se a um ponto em que uma única interface nítida forma-se entre o líquido clarificado e os sedimentos.

Em seguida, o processo de sedimentação consiste em uma compreensão lenta da fase particulada, em que o líquido existente entre as partículas é expulsado para a região clarificada. Então através da variação de altura na área de compactação pode-se tirar a leitura para verificação da quantidade de líquido clarificado e de partículas presentes na suspensão.

As operações de sedimentação podem ser classificadas conforme sua geometria e características de alimentação da suspensão contendo a fase particulada a ser separada. Os processos podem ser descontínuos (por batelada) ou contínuos. Na primeira situação, as alturas das zonas de compactação e líquido clarificado variam com o tempo, essa técnica ocorre em um tanque cilíndrico com aberturas para alimentação da suspensão e retirada do produto. O tanque possui solução diluída e a suspensão fica em repouso sedimentando, após o período de tempo preestabelecido o líquido puro é decantado até que a lama apareça no fluido efluente. A lama é removida através da abertura no fundo.

No segundo caso dos processos contínuos, os equipamentos utilizados são os tanques de decantação ou decantadores (espessadores ou carificadores).

Os espessadores possuem como produto de interesse a fase particulada e são caracterizados pela produção de espessados com alta concentração de partículas, já os clarificadores tem como produto de interesse o líquido e caracterizam-se pela formação de clarificados com baixa concentração de partículas.  Industrialmente os espessadores são os mais utilizados e operam, tais equipamentos podem ser construídos em aço ou concreto armado, sendo os primeiros mais indicados para diâmetros menores, devido ao custo (Chaves et al., 2004). Podemos citar como exemplo, a utilização destes equipamentos em tratamento de água (onde o interesse é o líquido clarificado) e o tratamento do minério (onde o produto de interesse são polpas com concentrações adequadas).

Estes decantadores consistem em tanques rasos, de grande diâmetro onde operam grades que giram lentamente e removem a lama, dispõe de dutos de alimentação da suspensão, de retirada tanto do clarificado (overflow) quanto do espessado (underflow). As grades servem para raspar a lama, conduzindo-a para o centro do fundo, por onde e descarregada. O movimento das grades também agita a camada da lama favorecendo a remoção da água retida na lama.

Para que o processo possua uma capacidade maior, pode-se adicionar lamelas ao decantador clássico, desde que seja modificado a estrutura, mas não o diâmetro.

O decantador lamelado, apresenta um conjunto de placas inclinadas (lamelas), trazendo um pequeno espaçamento entre si de modo a formar canais superficiais para o escoamento da suspensão. Essa suspensão pode ser alimentada diretamente no compartimento de alimentação ou na câmara de mistura e floculação. As partículas sedimentam sobre as lamelas e deslizam até o fundo do equipamento, resultando na lama que é em seguida, bombeada. Para o escoamento é e retirada de suspensões concentradas, o sedimentador apresenta um sistema de vibração em substituição aos raspadores rotativos dos espessadores convencionais. Esse tipo de sedimentador pode substituir um tipo convencional em várias aplicações, como: separação de finos do carvão, de minério de ferro, de ouro, de tratamento da água, etc. Entretanto, esse tipo de processo parece mais instável que o convencional.

Nos processos industriais, que necessitam que as reações ocorram mais rapidamente são levadas em consideração algumas características: partículas esféricas, maiores em diâmetro e massa específica apresentarão maior velocidade terminal e decantação mais rápida, comparando com partículas não esféricas, de diâmetro e massa específica menores, esta propriedade é observado por meio da análise de velocidade terminal de uma partícula isolada.

Então, com o objetivo de acelerar o processo permitindo que as partículas possuam uma esfericidade e diâmetro maior, é aplicada a técnica de coagulação/floculação, que faz com que haja aglomeração da fase particulada.

A coagulação refere-se à aproximação das partículas através da neutralização das cargas negativas que há entre elas, ou seja, é a redução do potencial elétrico entre a superfície externa da camada compacta formada ao redor da partícula e o meio líquido em que está inserida, permitindo uma posterior aglutinação. Os coagulantes mais utilizados são Sulfato de Alumínio (Al2SO4)3 e o Cloreto Férrico (FeCl3). A adição deste insumo ocorre em um tanque dotado de agitação intensa para facilitar a mistura entre coagulante e partículas.