sedimentación

Universidad de Chile IQ48A OPERACIONES MECÁNICAS
Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas SEMESTRE OTOÑO 2002
Departamento de Ingeniería Química CAPÍTULO 7
CAPÍTULO 7
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7.1.- Tipo de separaciones
Por objetivo:
• Recuperar sólidos secos
• Recuperar líquido puro (sin sólido)
• Recuperar ambos, separadamenteSegún fluido
a) Sólido-gas: generalmente el objetivo es limpieza del gas (remover partículas
sólidas indeseables)
b) Sólido-líquido: es común que la operación se realice en varias etapas:
- Pretratamiento mediante aditivos químicos que inducen la floculación
(aglomeración de sólidos suspendidos que facilita su posterior separación)
- Concentración: su objetivo es eliminar parte importante dellíquido,
obteniéndose una suspensión mucho más concentrada y, por lo tanto, de
menor volumen, lo que reduce el costo del separador propiamente tal
- Separación
- Post-tratamiento: lavado de sólidos, extracción del líquido residual, secado
7.2.- Sedimentación. El espesador
Sedimentación batch en una columna
Se coloca una suspensión de concentración uniforme C2 en una columna y se la
deja enreposo para que los sólidos decanten. En el estado inicial (A), la
suspensión C2 ocupa toda la columna.
A medida que avanza el proceso de sedimentación, se observa la formación de 4
capas, como muestra la Figura 7.2.1:
(1) Líquido claro sin partículas
(2) La suspensión original, de concentración C2
(3) Sedimento en compresión (C > C2)
(4) Sedimento compacto, depositado en el fondo
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Figura 7.2.1. Sedimentación batch en una columna.
La interfase (1-2) baja con velocidad de sedimentación (inhibida) correspondiente
a la concentración C2.
La interfas (3-4) sube con la velocidad correspondiente a la tasa de acumulación
departículas en el fondo.
La interfase (2-3) sube.
¿Por qué se forma la capa (3) y por qué sube la interfase (2-3)?. Esto lo explica el
análisis de Kynch.
El análisis de Kynch se basa en la ley de la sedimentación inhibida: a mayor
concentración de sólidos, menor velocidad de sedimentación.
A B C D
Líquido claro
Suspensión original
Sedimento en compresión
Sedimento compacto
2
1
4
3
h
Tiempot
A atmósfera Nivel inicial del líquido
B
C D
(1)
(2)
(4)
(3)
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Al comenzar la sedimentación batch, se empieza a acumular sedimento en el
fondo y aparece una interfase (2-4), en que la concentración varía gradualmente
(en un Δh muypequeño) entre C2 y C4. Sin embargo, el flujo de partículas a
través de una sección transversal cualquiera es igual al área ocupada por sólidos
(C·A) multiplicada por la velocidad de sedimentación inhibida wi. Aquí C designa
fracción volumétrica de sólidos:
Flujo de sólidos= C·A·wi, en wi = f(C) [7.2.1]
Por tanto, el flujo de sólidos es función de C. Si existe un C3 tal que el flujo desólidos es mínimo, se forma una capa de concentración C3 que progresa hacia
arriba según el siguiente balance de masa a través de la interfase (2-3):
Figura 7.2.2. Flujo de sólidos a través de la interfase 2-3.
En h2-3 el flujo de sólidos (hacia abajo) es (C3·A·w3).
En (h2-3 + Δh), el flujo de sólidos es (C2·A·w2).
Por definición, C3·w3 es mínimo. Luego C2·w2 > C3·w3 y al volumen de controlentran más sólidos de los q ue salen. Por lo tanto en el volumen de control
Δh·A crece la concentración, lo que el observador percibe como un
desplazamiento hacia arriba de la interfase (2-3).
El espesador continuo es un equipo que concentra un flujo continuo de
concentración de sólidos CA a una concentración alta Cu (underflow).
Diseño de espesadores según Coe y Clevenger
En este análisis,...