LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA

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1 ROTEIROS REFERENTES ÀS AULAS PRÁTICAS DO LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA

2 2 Instituto Federal da Bahia Departamento de Administração e Tecnologia de Processos industriais e Químicos Disciplina: Laboratório de Engenharia Química I Curso: Engenharia Química Período: revisão2 em 01_09_16 IS SEDIMENTAÇÃO 1. Objetivo Realizar um ensaio de sedimentação em batelada (teste de sedimentação em proveta), visando separar uma suspensão diluída, para obter um fluido límpido e uma lama com a maior parte dos sólidos e aplicar os métodos de Kynch e Talmadge & Fitch para dimensionar a área de um sedimentador contínuo. 2. Fundamentação Teórica A operação de separação de um lodo diluído ou de uma suspensão, pela ação da gravidade, gerando um fluido claro e um lodo de alto teor de sólidos é chamada de sedimentação. A sedimentação industrial ocorre em equipamentos denominados tanques de decantação ou decantadores, que podem atuar como espessadores ou clarificadores. Quando o produto é a lama se trata de espessador, e quando o produto é o líquido límpido temos um clarificador. O mecanismo da sedimentação pode ser descrito, da melhor forma, através da observação dos efeitos que ocorrem num ensaio de sedimentação dos sólidos numa suspensão colocada numa proveta. A Figura 1 mostra as diferentes zonas que aparecem em um teste de sedimentação em batelada:

3 3 Figura 1 - Teste de proveta (batelada) Onde: A: líquido límpido B: suspensão com concentração uniforme igual a inicial C: zona de dimensões e concentração variável D: zona de compactação (sólidos sedimentados) Em t = 0, a solução tem uma concentração uniforme ao longo de toda a altura da proveta; as partículas de sólido são também quase uniformes. Logo que o processo de sedimentação inicia, todas as partículas começam a sedimentar e a zona D é de sólidos sedimentados que inclui, predominantemente, as partículas mais pesadas. Numa zona de transição, acima do material sedimentado, existem canais através do qual o fluido se eleva. Este fluido é expelido da zona D à medida que esta zona é comprimida. A zona C é uma região de distribuição variável de tamanhos e de concentração não-uniforme. A zona B é uma zona de concentração uniforme, com aproximadamente a mesma concentração e distribuição que a inicial. No topo da região B há uma fronteira acima da qual está a região de líquido límpido, região A. Num teste de proveta o chamado ponto crítico ou ponto de compressão é atingido quando as fases B e C desaparecem, ficando apenas o líquido clarificado A e a suspensão em compressão D. Num sedimentador contínuo as mesmas zonas estão presentes, no entanto, uma vez que tenham atingido o estado permanente (quando a suspensão da alimentação é injetada à uma taxa igual a taxa de remoção da lama e do líquido límpido do decantador), as alturas de cada zona serão constantes.

4 4 Dentre os métodos de dimensionamento da área, citam-se o de Coe e Clevenger, o de Kynch, Yoshioka e Dick, e outros. No presente relatório usaremos os métodos de Kynch e Talmadge & Fitch. 1)Método de Kynch Kynch desenvolveu um método que possibilitava fazer o dimensionamento de um espessador convencional, praticando-se apenas um ensaio de sedimentação em bancada (curva de decantação z x t). Este modelo postulava que a razão do espessamento é função única da diluição da polpa. Etapas: - Após realizar o ensaio na proveta, determinando, ao longo do tempo (t), a altura medida do fundo da proveta até o nível inferior (z) do líquido clarificado. - Construir a curva z versus t. - Obter vários pares de v e C a partir da curva traçando tangentes em diversos pontos da curva. A partir dessas tangentes determina-se os valores t, z e z i. Abaixo as equações de cálculo da velocidade (v) e da concentração ( c ): dz v dt ( zi z) t C zoc z i o Onde, C o = é a concentração inicial da suspensão usada no ensaio da proveta (t/m3); z o = é a altura inicial da suspensão na proveta (m). Com a construção gráfica descrita calculam-se os diversos pares de valores de concentração e da velocidade de decantação, com os quais são calculados os valores correspondentes da área de seção transversal do decantador. O valor máximo obtido corresponde ã área mínima do decantador.

5 5 A área de um sedimentador contínuo pode ser dimensionada a partir da equação geral: onde : 1 1 QoCo C C s A u A = área da seção transversal (m²); C o = concentração de sólidos na alimentação (kg/m³); Cs =Ce =CL concentração de sólidos na lama espessada (kg/m³); Q o = vazão volumétrica de alimentação (m³/s); u = velocidade de sedimentação/ decantação na zona limite (m/s); C = concentração da suspensão na zona limite (kg/m³). 2 ) Método de Talmadge & Fitch: O método de Talmadge-Fitch (1955) baseia-se na determinação do ponto crítico (Zc, tc) através da análise da curva de sedimentação, como mostra a Figura abaixo: A l T u r a d a I n t e r f a c e Ponto crítico Onde: Zc: Altura da interface no ponto crítico; tc: Tempo necessário para se atingir o ponto crítico

6 6 Etapas: - Realizar o ensaio na proveta, medindo z em função de t. - Traçar a tangente à curva de sedimentação na zona de clarificação; (A-B) - Traçar a tangente à curva de sedimentação na zona de espessamento; (B-C) - Traçar a bissetriz entre as 2 retas; - Localizar o ponto crítico (PC) no gráfico ; - Traçar a tangente à curva de sedimentação passando pelo ponto crítico; - Identificar z 1, z c e t c ; - Determinar a reta Z s altura da interface em que a zona de espessamento atinge o valor da lama espessada. - Calcular z S = z 0 C 0 /C s, sendo z o altura inicial da suspensão na proveta e C o concentração inicial da suspensão. - Calcular t s a partir da tangente a curva z versus t passando no ponto crítico e interceptando a reta Z s, se obtém no eixo tempo o valor de t s - tempo de compressão. - Calcular a área do espessador QoCot L A ( z C ) o o A= Q 0 t s / Z 0 Q 0 vazão volumétrica de alimentação C 0 concentração inicial da suspensão t s = t L tempo de compressão Z 0 altura inicial da suspensão na proveta 3. Materiais Reagente: CaCO 3 PA 1Proveta de 1000 ml de preferência com escala colorida 1 Bastão para agitação 1 Cronômetro Funil de alimentação

7 7 Espátula Régua para medição da altura Lanterna (celular ) para iluminação da sedimentação em proveta 4. Procedimento experimental - Preparar uma suspensão de cal com concentração de 0,08 g/cm³, em uma proveta de 1000 ml; - Agitar a suspensão com um bastão de vidro até sua uniformização; - Medir a altura da interface inferior do líquido clarificado em função do tempo, a cada 2 min até 20 min e após este tempo medir a cada 4 min até uma altura aproximadamente constante entre as duas medidas de tempo; - Anotar o tempo e a altura da interface correspondente ao ponto crítico. 5. Cálculos e Análises dos Resultados - Com os dados obtidos calcular a altura de um espessador contínuo que opera com uma suspensão de cal (densidade = 2,2 g/cm³) com concentração de alimentação de 0,08 g/cm³ e vazão de 30 m³/h, sendo a concentração da lama de 0,25 g/cm³ ( 250 g/1000 ml), pelos métodos de Kynch e Talmadge & Fitch. - Traçar as curvas de altura x tempo; - Utilizar os métodos de Kynch para calcular a área do espessador; - Utilizar o método de Talmadge & Fitch para calcular a área do espessador; - Estimar a altura do sedimentador pesquisando em literatura complementar h=v/s; - Analisar e discutir os resultados obtidos. 6. Conclusões Inserir as conclusões com base nos resultados alcançados. 7. Bibliografia MASSARANI, G. Fluidodinâmica em Sistemas Particulados, 2ª edição, e-papers, FOUST, A. S.; CLUMP, C. W.; WENZEL, L. A.; Princípios de Operações Unitárias, 2 ed, editora LTC, PERRY, R. CHILTON, C. Manual de Engenharia Química. 5ª Ed. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1980.

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