ING. KEIKO
-
Upload
luis-adrian-figueroa -
Category
Documents
-
view
348 -
download
2
Transcript of ING. KEIKO
-
8/12/2019 ING. KEIKO
1/43
SEDIMENTACINYCLASIFICACINDESEDIMENTADORES
Tema
Materia:
Procesos de separacin 1
Ing. Qumica 5 semestre
EQUIP
O#3
-
8/12/2019 ING. KEIKO
2/43
La sedimentacin es una mtodo de
separacin de partculas que se estn en un
fluido o gas, siendo usada en la industrias
qumicas como medida de limpieza del fluido ysoluto en estado bruto para su pronta
transformacin en productos finales.
-
8/12/2019 ING. KEIKO
3/43
La sedimentacin:
Es el proceso de movimiento de un fluido, las partculasse precipitan por gravedad o de forma mecnica en el
fondo de un recipiente para separar la mayor cantidad
posible de un lquidos o slidos.
Objetivo
Es separar las partculas de una corriente del fluido conel fin de eliminar contaminantes en el fluido o bien
recuperar partculas.
-
8/12/2019 ING. KEIKO
4/43
roceso de sedimentacin por gravedad
En este mtodo las partculas ms pesadas de
un fluido en el que estn suspendidas, pueden
separarse de un gas o un lquido en un tanquede sedimentacin , donde la velocidad del
fluido baja y las partculas tienen suficiente
tiempo para sedimentar.
-
8/12/2019 ING. KEIKO
5/43
Las partculas relativamente gruesas se llaman arenas mientras que
las de suspensin finas reciben el nombre de limos. Aqu se muestra
que se deja suficiente tiempo, las arenas se sedimentan hasta el
fondo del dispositivo mientras que los limos salen del liquido afluente.
-
8/12/2019 ING. KEIKO
6/43
Pero los dispositivos
mas sencillos de este
tipo tiene una utilidad
limitada debido a que
la separacin no es
completa y se requiere
mano de obra para
retirar la particularsedimentadas en el
fondo del tanque.
Entonces un sedimentador
que retira casi todas laspartculas de un liquido se
le conoce como
clar i f icador
Mientras que un dispositivo
que separa los solidos en
fracciones recibe el nombre
declasi f icador
-
8/12/2019 ING. KEIKO
7/43
Los mtodos de hundimiento y flotacin utilizanun medio lquido de separacin cuya densidad es
intermedia entre el material ligero y el pesado. La
separacin se produce porque las partculas
pesadas sedimentan a travs del medio, mientras
que las ms ligeras flotan.
Este mtodo presenta la ventaja, en principio, de
que la separacin depende solamente de ladiferencia de densidades de las dos sustancias y
es independiente del tamao de las partculas.
-
8/12/2019 ING. KEIKO
8/43
El mtodo de hundimiento y flotacin tambin se le puede
conocer por otro nombre como separacin de fluidoespeso. Los procesos de separacin con fluidos espesos odensos se utilizan para partculas relativamente gruesas,
superiores normalmente a 10 mallas.
El primer problema en la utilizacin de hundimiento yflotacin es la eleccin de un medio lquido con la densidad
adecuada para que el material ligero flote y el pesado se
hunda.
Se pueden utilizar lquidos verdaderos, pero como ladensidad del medio ha de estar comprendida en el intervalo
de 1.3 a 3.5 o superior, existen pocos lquidos que sean
suficientemente densos, baratos, no txicos y no
corrosivos.
-
8/12/2019 ING. KEIKO
9/43
Se pueden emplear hidrocarburos halogenados, y
para limpiar carbn disoluciones de cloruro
clcico.
Lo ms frecuente es utilizar un pseudolquido
consistente en una suspensin acuosa de
partculas tinas de un mineral pesado, como
magnetita (densidad relativa = 5.17), ferrosilicio(densidad relativa = 6.3 a 7) y galena (densidad
relativa = 7.5). La relacin de mineral a agua se
puede variar para obtener un amplio intervalo de
densidades del medio.
-
8/12/2019 ING. KEIKO
10/43
Los mtodos de sedimentacin diferencial utilizan la
diferencia entre las velocidades terminales que puedan
existir entre sustancias de diferente densidad. La
densidad del medio es menor que 1 de cualquiera de
las sustancias.
La desventaja del mtodo reside en que como la
mezcla de materiales a separar comprende un
intervalo de tamaos de partcula, las ms grandes yligeras sedimentarn con la misma velocidad que las
ms pequeas y pesadas, por lo que se obtendr una
fraccin mezclada.
-
8/12/2019 ING. KEIKO
11/43
Considrense partculas de dos materiales A y B que
sedimentan a travs de un medio de densidad (). Sea el
material A el ms pesado, por ejemplo, galena (densidad
relativa = 7.5), y el material B cuarzo (densidad relativa =
2.65).
La velocidad terminal de una partcula de tamao Dp, y de
densidad p que sedimenta por gravedad a travs de un
medio de densidad viene dada por la Ecuacin para lasedimentacin en el rgimen de la ley de Stokes. Para una
partcula de galena de densidad pA y dimetro DpA esta
ecuacin puede escribirse como:
vtA = 2
()18
para la galena
para el cuarzo vtB =2
(
)
18
-
8/12/2019 ING. KEIKO
12/43
-
8/12/2019 ING. KEIKO
13/43
Por tanto, para partculas que sedimentan con igual
velocidad
Para la sedimentacin en el intervalo de la ley de
Newton, los dimetros de las partculas con igual
velocidad de sedimentacin, segn la Ecuacin, estn
relacionados por la ecuacin:
=
VtA=VtB
-
8/12/2019 ING. KEIKO
14/43
Para la clasificacin o eliminacin de slidos
relativamente gruesos, que tienen velocidades de
sedimentacin razonablemente grandes, resulta
satisfactoria la separacin en condiciones desedimentacin libre o impedida.
Para separar partculas finas , de dimetros de unos
pocos micrmetros o inferiores, las velocidades de
sedimentacin resultan demasiado bajas y para que laoperacin pueda realizarse, es preciso aglomerar o
flocular las partculas para formar partculas grandes
que posean una velocidad de sedimentacin
razonable.
-
8/12/2019 ING. KEIKO
15/43
-
8/12/2019 ING. KEIKO
16/43
La primera de ellas es la complicada estructura de los
flculos. Los agregados poseen dbiles enlaces entre las
partculas y retienen una considerable cantidad de agua en
sus estructuras, que acompaa a los flculos en la
sedimentacin. Aunque inicialmente los flculos sedimentan
de forma libre o impedida.
La segunda caracterstica de las partculas floculadas es la
complejidad de su mecanismo de sedimentacin. La
evolucin de la sedimentacin de una suspensin floculadatpica es como se describe a continuacin:
La Figura
-
8/12/2019 ING. KEIKO
17/43
En el inciso a) muestra una suspensin uniformemente
distribuida en el lquido y lista para sedimentar. La
profundidad total de la suspensin en Z0.
Si no hay arenas en la mezcla, la primera aparicin de
slidos en el fondo del sedimentador, se debe alos flculos que se originan en la parte inferior de la
mezcla.
Fig. Evolucin del proceso de sedimentacin.
-
8/12/2019 ING. KEIKO
18/43
Tal como muestra la Figura estos slidos, que
consisten en flculos que descansan
suavemente unos sobre otros forman una capa
llamada zona D. Encima de la zona D se forma
otra capa, llamada zona C, que es una capade transicin, cuyo contenido en slidos vara
desde el de la pulpa original hasta el de la zona
D. Encima de la zona C est la zona B que
consiste en una suspensin homognea de la
misma concentracin que la pulpa original.
Encima de la zona B est la zona A que, si laspartculas han sido totalmente floculadas, es un
lquido claro. En pulpas bien floculadas el lmite
entre las zonas A y B es ntido. Si quedan
partculas sin aglomerar la zona A es turbia y el
lmite entre las zonas A y B es confuso.
-
8/12/2019 ING. KEIKO
19/43
c) se observa que a medida que avanza lasedimentacin, los espesores de las zonas
D y A aumentan, el de la zona C permanece
constante, mientras que el de la zona Bdisminuye.
d) desaparecen las zonas B y C, y todos los
slidos estn en la zona D, comenzandoentonces un nuevo efecto llamado
compresin. El momento en el que la
compresin resulta por primera vez evidente
recibe el nombre de punto critico. En la
compresin una parte del lquido que
acompaaba a los flculos en la zona decompresin D es expulsado cuando el peso
de los slidos depositados rompe la
estructura de ,los flculos.
-
8/12/2019 ING. KEIKO
20/43
e) cuando el peso de slidos alcanza elequilibrio mecnico con la resistencia a la
compresin de los flculos, se detiene el
proceso de sedimentacin.
En este momento el limo alcanza su
altura final. Todo el proceso que se
representa en la Figura recibe el nombre
de sedimentacin.
Video
http://localhost/var/www/apps/conversion/Videos/Floculacion%20%20%20Tratamientos%20de%20Aguas%20Residuales.mp4http://localhost/var/www/apps/conversion/Videos/Floculacion%20%20%20Tratamientos%20de%20Aguas%20Residuales.mp4 -
8/12/2019 ING. KEIKO
21/43
En la Figura se muestra la
representacin grfica tpica de
la altura de los limos (el lmite
entre las zonas A y B) frente al
tiempo. Tal como indica la
primera parte de la curva,
durante la primera etapa desedimentacin la velocidad es
constante. A medida que el slido
se acumula en la zona D, la
velocidad de sedimentacin
disminuy e y va descendiendo
uni formemente hasta que sealcanza la altura final. El punto
crtico corresponde al punto C.Velocidad de sedimentacin.
-
8/12/2019 ING. KEIKO
22/43
El proceso que se acaba de describir se
realiza a gran escala en un aparato llamado
espesador. Para partculas que sedimentan
con una velocidad relativamente grande
puede resultar adecuado un tanque de
sedimentacin discontinuo o bien un cono desedimentacin continuo.
Sin embargo, para numerosas funciones es
preciso emplear un espesor agitado
mecnicamente como el que se muestra en la
Figura, que consiste en un tanque grande,relativamente poco profundo, provisto de unos
rastrillos o rasquetas radiales que se mueven
lentamente accionados desde un eje central.
Su fondo puede ser plano o ligeramente
cnico.
-
8/12/2019 ING. KEIKO
23/43
Figura- Espesador degravedad. (Eimco Corp.)
Video
http://localhost/var/www/apps/conversion/Videos/Operaciones%20de%20Sedimentacion.mp4http://localhost/var/www/apps/conversion/Videos/Operaciones%20de%20Sedimentacion.mp4 -
8/12/2019 ING. KEIKO
24/43
Los espesadores agitados
mecnicamente son generalmente
grandes, con valores entre 30 a 300
pies (10 a 100 m) de dimetro y 8 a
12 pies (2,5 a 3,5 m) de
profundidad. En un espesador
grande los rastrillos puedenefectuar una revolucin cada 30
minutos.
-
8/12/2019 ING. KEIKO
25/43
En un espesador continuo equipado con
rastrillos para retirar el flujo inferior, la pulpa
de alimentacin se introduce por el centro de
la unidad a una profundidad del orden de 1
metro por debajo de la superficie del lquido.
Tal como muestra la Figura, por encima del
nivel de la alimentacin hay una zona de
clarificacin que casi est libre de slidos,
donde la mayor parte del lquido que entra
con la alimentacin asciende para ser
retirada con la corriente superior. Los slidos
sedimentan por debajo del nivel de la
alimentacin, junto con algo de lquido que
abandona la unidad con el flujo inferior.fig. Concentraciones de
slidos en espesador continuo.
-
8/12/2019 ING. KEIKO
26/43
los flculos individuales estn
dbilmente unidos entre s, y todas las
partculas independientemente de su
tamao descienden con la misma
velocidad.
la concentracin de los slidos
aumenta rpidamente hasta
alcanzar el valor
correspondiente a la corriente
inferior. Esta zona correspondea la zona D de un espesador
discontinuo, si bien, por
supuesto, en un espesador
continuo no vara con el tiempo.
Ejemplo 14 3 3
-
8/12/2019 ING. KEIKO
27/43
Ejemplo 14-3-3
Separacin de un mezcla slice y galena
Se desea separar una mezcla de partculas solidasde slice (B) y galena (A), con tamaos de 5.21 x10-6m
a 2.50x10-5m. por medio de un clasificacin hidrulica
usando condiciones de precipitacin libre de agua a
293.2 K (B1). El peso especifico del slice es de 2.65 y
de la galena 7.5. Calclese los intervalos de tamao de
las diversas fracciones que se obtienen en el proceso. Si
la precipitacin corresponde a la regin laminar, loscoeficientes de arrastre son casi iguales al de la esfera.
-
8/12/2019 ING. KEIKO
28/43
Planteamiento de la solucin
Datos
El intervalo de tamao de la partcula es
DpB= 5.21x10-6 m
DpA= 2.50x10-5m .
Las densidades son PA= 7.5 (1000
3 ) = 7500
3 ,
PB= 2.65 (1000
3 ) = 2650
3 y = 998
3
TH20= 293. 2 K.
La viscosidad del agua es de
= 1.005x10-3Pa = 1.005x10-3
.
g= 9.807 m/ s2
-
8/12/2019 ING. KEIKO
29/43
Sedimentacin por
centrifuga
Los separadores centrfugos se basan en el principio comn de larotacin de un objeto en torno de un eje o punto central. El objeto que
gira en entorno al eje cambia la direccin constante , lo cual se
produce una aceleracin a un cambio de la velocidad rotacional sea
constante . Esta fuerza centrpeta esta regida al centro de la rotacin.
Si el objeto que se hace girar es un recipiente cilindro ,el contenido
de los fluidos y solidos se desarrolla una fuerza igual y opuesta ,
llamada fuerza centr i fu ga hacia las paredes del recipiente.
-
8/12/2019 ING. KEIKO
30/43
Gracias a este principio causa la sedimentacin o
precipitacin de partculas a travs de una capa de
lquidos , o la filtracin de un liquido a travs de un lecho
de un lecho o torta de filtrado en el interior de la cmarade rotacin perforada.
En la figura 14-4-1a
se muestra unrecipiente cilndrico o
tazn giratorio y la
alimentacin de una
suspensin departculas solidas en
un fluido penetra por
el centro.
En la figura 14 4 1b Al entrar
-
8/12/2019 ING. KEIKO
31/43
En la figura 14-4-1b. Al entrar
la alimentacin es arrastrada
de inmediato hacia las paredes
del tazn . La fuerza
gravitacional vertical y la fuerzacentrifuga horizontal actan
sobre el liquido y los solidos, la
fuerza centrifuga suele ser tan
grande , que es posibledespreciar la fuerza de la
gravedad y entonces la capa
liquida asume una posicin de
equilibrio con la superficie casi
vertical. Las partculas se
precipitan horizontalmente
hacia afuera , presionndose
sobre la pared vertical del
tazn. Fig. 14-4-1b
-
8/12/2019 ING. KEIKO
32/43
En la figura 14-4-1 c. Se
muestra la separacin
de dos lquidos condensidades diferentes en
una centrifugacin. El
liquido mas denso
ocupara la periferia, la
fuerza centrifuga es
mayor sobre el.
Fig. 14-4-1c
-
8/12/2019 ING. KEIKO
33/43
Ecuacin para calcular fuerza centrifuga Fc
ae= rw2 ae = es la aceleracion causada por la fuerzacentrifuga en m/ s2 (ft/s2)
r = es la distancia radial al centro de rotacinen m (ft)
w = es la velocidad angular en rad/s
-
8/12/2019 ING. KEIKO
34/43
-
8/12/2019 ING. KEIKO
35/43
-
8/12/2019 ING. KEIKO
36/43
Ejemplo 14-4-1
Una fuerza centr i fuga
Una fuerza centrifuga en el que el radio del tazn es
de 0.1016 m (0.333 ft) gira a N = 1000 rev/min
a) Calcule la fuerza centrifuga desarrollada en
trminos de la fuerza de gravedad
b) Comprela con la del tazn de radio 0.2032 m , que
gira a la misma rev/min
-
8/12/2019 ING. KEIKO
37/43
Ecuaciones para las velocidades de precipitacin
en centrifugas
Cuando se usa la centrifuga para
sedimentacin (separacin de partculas por
sedimentacin) , una partcula de cierto
tamao puede separar del liquido del tazn
cuando su tiempo de resistencia es
suficiente para que la partcula llegue hasta
la pared . Es posible calcular el dimetro dela partcula mas pequea extrada , cuando
se mueve radialmente a su velocidad
terminal de precipitacin.
E l fi 14 4 2 t d t if d t t b l
-
8/12/2019 ING. KEIKO
38/43
En la fig. 14-4-2 se muestra un esquema de una centrifuga de tazn tabular .La alimentacin penetra por el fondo y se supone que el liquido se desplazahacia arriba a velocidad uniforme, arrastrando consigo partculas solidas
-
8/12/2019 ING. KEIKO
39/43
Se supone que la partcula se mueve de forma radial asu velocidad de precipitacin terminal (Vt) , ( en la fig.14-4-2 se ilustra la trayectoria de la partcula). Una
partcula de cierto tamao se puede separar del liquidocuando se dispone del tiempo suficiente para llegar a lapared del tazn , donde se mantiene. La longitud deltazn es b en metros (m)
Al final del tiempo de RESISTENCIA de Ba partcula en elfluido , dicha partcula esta a una distancia rb en metros
(m) en el eje de rotacin . Si rb
-
8/12/2019 ING. KEIKO
40/43
-
8/12/2019 ING. KEIKO
41/43
-
8/12/2019 ING. KEIKO
42/43
-
8/12/2019 ING. KEIKO
43/43
Ejemplo 14-4-2 precipitacin por centrifuga
Se desea clarificar por centrifugacin una solucinviscosa que contiene partculas con densidad =
1461
3 .La densidad de la solucin es =801
3
y su viscosidad es de 100 cp. La centrifuga tiene
un tazn de r2= 0.02225m , r1 = 0.00716m y una
altura de b 0.1970m. Calclese el dimetro critico
de las partculas mas grandes en la corriente de
salida , cuando N = 2300 rev/min y su velocidad deflujo q = 0.0028323