Sediment Ac i On

of 33 /33
EDIMENTACION

Embed Size (px)

description

procesos unitarios

Transcript of Sediment Ac i On

  • SEDIMENTACION

  • SEDIMENTACIONEn la precipitacin y la sedimentacin, las partculas se separan del fluido por la accin de las fuerzas gravitatorias (FG)Entre las aplicaciones de la precipitacin y la sedimentacin se incluye la eliminacin de slidos de aguas negras, la sedimentacin de cristales del licor madre, la separacin de mezclas lquido-lquido provenientes de la etapa de extraccin con disolvente de un sedimentador, la sedimentacin de partculas alimenticias slidas de un lquido preparado y la sedimentacin de una suspensin en el proceso de lixiviacin de la soya.Las partculas pueden ser de tipo slido o gotas de lquido, el fluido puede ser un lquido o un gas y estar en reposo o en movimiento.

  • sedimentacin libreProceso en la cual una partcula esta a suficiente distancia de las paredes del recipiente y de otras partculas, de manera que no afecten su cada.Sedimentacin libre

  • sedimentacin retardadaProceso en la cual las partculas estn muy juntas y se sedimentan a velocidad menor.Sedimentacin retardadaEcuacion de Maude y Whitmore

  • Usos en la AgroindustriaEn la industria azucarera

  • En la industria de aceite. Separacin de borraEn la industria del almidn. - Sedimentacin por lote - Sedimentacin continua(centrifuga)En la industria de la mantequilla. Sedimentacin continua (centrifuga)En la industria pesquera. Tratamiento del agua de cola

  • Teora del movimiento de las partculas a travs de un fluido

  • Cuando una partcula se mueve a travs de un fluido, varias fuerzas actan sobre ella: la gravedad que acta hacia abajo (FG), la fuerza de flotacin que acta hacia arriba (Fb) y la resistencia o fuerza de retardo que acta en direccin opuesta al movimiento de la partcula (FD).Consideraremos una partcula de masa m kg cayendo a una velocidad de v rn/s con relacin al fluido. La densidad de la partcula slida es kg/m3 de slido y la del lquido es kg/m3 de lquido. La fuerza de flotacin Fb en N sobre la partcula esdonde es el volumen Vp en m3 de la partcula, y g es la aceleracin de la gravedad en m/s2.(1)

  • La fuerza de gravitacin o externa Fg en N que acta sobre la partcula es(2)La fuerza de arrastre FD sobre un cuerpo, en N, se puede deducir del hecho de que, como en el caso de flujo de fluidos, la resistencia al flujo o arrastre es proporcional a la carga de velocidad v2/2 del fluido desplazado por el cuerpo en movimiento. Esto se debe multiplicar por la densidad del fluido y por un rea significativa A, tal como el rea proyectada de la partcula.(3)donde el coeficiente de arrastre CD es la constante de proporcionalidad, esto es, un numero adimensional.

  • Entonces, la fuerza resultante sobre el cuerpo esEsta fuerza resultante debe ser igual a la debida a la aceleracin:(4)Sustituyendo las ecuaciones (1), (2) y (3) en la (4),(5)Si empezamos desde el momento en que el cuerpo deja de estar en reposo, su cada pasa por dos periodos: el de cada acelerada y el de cada a velocidad constante. El periodo inicial de aceleracin suele ser bastante corto, del orden de una dcima de segundo ms o menos. Por consiguiente, el periodo de cada a velocidad constante es el ms importante. A esta velocidad se le llama velocidad de precipitacin libre o velocidad terminal vt.

  • Para despejar el valor de la velocidad terminal en la ecuacin (5),y la expresin toma la forma(6)Para partculas esfricas,Sustituyendo estos valores en la ecuacin (6), se obtiene, para partculas esfricas:(7)Donde v, se da en m/s (pie/s), p en kg/m3 (lb,/pie3), g tiene el valor 9.80665 m/s2 (32.174 pie/s2) y Dp se da en m (pie).

  • Coeficiente de arrastre para esferas rgidas.(8)(9)En la regin del flujo laminar, llamada regin de la ley de Stokes para NRe < 1, el coeficiente de arrastre, esdonde u es la viscosidad del lquido en Pa * s o kg/m.s (lb,/pie * s). Sustituyendo en la ecuacin (7) para flujo laminar.Relacin que expresa la Ley de Stokes y sirve de fundamento para el estudio de la sedimentacin.

  • Cuando D > 1,0 mm, Re > 1.000, presenta flujo turbulento, para lo cual:CD = 0,4Reemplazando los valores anteriores en la ecuacin (7), se obtiene unavelocidad terminal de:conocida como la ecuacin de Newton.

  • Para los casos de dimetro de partculas comprendidas entre 0,85 y 1,0 mm y especialmente nmeros de Reynolds de 1 a 1.000, se presenta flujo de transicin para el cual los valores de CD son variables y su determinacin puede realizarse a travs de cualquiera de las ecuaciones indicadas en el cuadro 7-1.

  • Algunos de los principios bsicos en la teora de la sedimentacin se derivan de la Ley de Stokes. En este caso particular de la ley de Stokes se comprueba qu:

    - La velocidad de sedimentacin de cada partcula es proporcional a su tamao- La velocidad de sedimentacin es proporcional a la densidad de la partcula y a la del medio- La velocidad de sedimentacin es nula cuando ambas densidades se igualan - La velocidad de sedimentacin disminuye al aumentar la viscosidad del medio- La velocidad de sedimentacin aumenta al aumentar el campo de fuerza

  • Sedimentacin retardada(10)(11)

  • La densidad de la fase fluida equivale, de hecho, a la densidadGeneral de la suspensin , que es como sigue:(12)Donde es la densidad de la suspensin en Kg slido +liquido/m3.Con esto la diferencia de densidades es:(13)

  • (14)Esto corresponde a la velocidad calculada con la ecuacin (9) multiplicada por el factor de correccin Entonces el numero de Reynolds se basa en la velocidad con respecto al fluido, y es(15)

  • Efecto de pared sobre la precipitacin libreCuando el dimetro Dp de la partcula es apreciable con respecto al dimetro Dw del recipiente donde se verifica la sedimentacin, la partcula sufre un efecto retardante conocido como efecto de pared cuyo resultado es una disminucin de la velocidad de precipitacin terminal. En el caso de una precipitacin en el intervalo de la ley de Stokes la velocidad terminal calculada se puede multiplicar por la siguiente expresin de correccin para el efecto de pared (Z1), cuando Dp/Dw< 0.05(16)(17)Para un rgimen completamenteTurbulento, el factor de correccin es:(18)(19)

  • Precipitacin diferencial ySeparacin de slidos en laclasificacinHay varios mtodos de separacin para lograr separar partculas slidas en diversas fracciones con base en sus velocidades de flujo o precipitacin de fluidos.Dos de estos son:El hundimiento y flotacin. Ej. Concentracin de minerales y la limpieza del coque.La precipitacin diferencial

  • (20)(21)Precipitacin DiferencialSeparacin de partculas slidas en fracciones de diversas tamaos, con base en las velocidades de precipitacin en el medio.Caractersticas: La densidad del medio es inferior ala de cualquiera de las dos sustancias que se estn separando. Los materiales ligeros y pesados se precipitan en el medio usado (desventaja).

  • Sedimentacin diferencialSe estudian dos casos:1 DpA=DpB2 vtA= vtB

  • Para partculas con velocidades de sedimentacin iguales y al igualar lasEcuaciones (20) y (21), cancelar trminos y elevar al cuadrado ambos lados, seobtieneo(22)(23)Para partculas esencialmente esfricas y numero de Reynolds muy elevados enLa regin de turbulencia de la Ley de Newton, CD es constante y CDA=CDB , porLo quePara precipitacin laminar que siga la Ley de Stokes:(24)(25)(26)

  • Sustituyendo la ecuacin (26) en la (23) y reordenando con base en la Precipitacin acorde con la Ley de Stokes, esto es, con (27)Para un flujo de transicin entre laminar y turbulento,(28)Para precipitacin de partculas en el intervalo de turbulencia la ecuacin (23) es aplicable a velocidades de precipitacin iguales. Cuando DpA= DpB y la precipitacin corresponde a la regin de turbulencia de la ley de Newton, al combinar las ecuaciones (20) y (21),(29)

  • Sedimentacin y espesamiento1. Mecanismos de sedimentacinFigura 1: Resultados de la precipitacin por lotes: a) suspensin original uniforme, b) zonas de precipitacin despus de un tiempo determinado, c) compresin de la zona D despus de que desaparecen las zonas B y C, d) altura de la interfase del liquido claro z en funcin del tiempo de precipitacin.

  • 2. Determinacin de la velocidad de sedimentacinLa velocidad de precipitacin v se determina trazando una tangente a la curva deLa figura (1-d) en un tiempo dado t1 y la pendiente es . En este puntoLa altura es zi y zi es la interseccin de la tangente a la curva. Entonces,La concentracin c1 es, pues, la concentracin promedio de la suspensin siZi es la altura de esta suspensin, y se calcula mediante,(30)(31)Donde co es la concentracin original de la lechada en kg/m3 en la altura z0 y t=0 . Esto se repite para otros tiempos y se hace una grafica de la velocidad de precipitacin en funcin de la concentracin.

  • Figura 2. Concentraciones de slidos en espesador continuo. (Segn Comings3.)

  • Equipo para sedimentacin yprecipitacin1. Tanque simple de precipitacin por gravedadFigura 2. Tanques de precipitacin por gravedad: a) precipitacin para la dispersin liquido- liquido, b) cmara de precipitacin de polvos.

  • 2. Equipo para clasificacinFigura 3. Clasificador simple de precipitacin por gravedad

  • Figura 4. Cmara de Spitzkasten de precipitacin por gravedad3. Clasificador de Spitzkasten

  • 4. Clasificador de sedimentacin hmeda con flujo cruzado.

  • 5. Espesador de sedimentacinFigura 5. Engrosador continuo

  • SEDIMENTACION DE SOLIDOS CONTENIDOSEN UN GASLos separadores de cicln son de mayor utilidad para separar partculas de mas de 10u de dimetro contenidas en corrientes de aire.La ley de Stokes muestra que la velocidad terminal de las partculas esta relacionada con la fuerza resultante. En el caso de un separador centrifugo tipo cicln se puede escribir para una partcula:Donde: Fc : fuerza centrifuga que esta actuando sobre la partcula m : masa de la partcula v : velocidad tangencial de la partcula r : radio de la partcula Esta ecuacin muestra que para un valor fijo de v la fuerza sobre la partcula crece a medida que disminuye el radio, por lo que los ciclones mas eficientes para remover partculas pequeas son los de dimetro pequeo.

  • Salida de aireFigura. Separador de cicln: a) aparatos; b) eficiencia de recoleccin de polvoEs importante que el aire entre tangencialmente por la parte superior y se debe evitar poner contrapalas y tapaderas en la salida del aire.Se puede observar que el porcentaje de las partculas que entran y que es retenido en el cicln disminuye rpidamente en cuanto las partculas tienen un dimetro menor que 10 u

  • DISEO DE SEDIMENTADORES