Roteiro Sedimentacao Robert Kynch Talmadge

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO

CAMPUS DIADEMA

Curso de Engenharia Química

UC: Operações Unitárias II

Professores: Classius, Marlei, Saartje

Rua Prof. Arthur Riedel, 275 – CEP: 09972-270 – Diadema, SP

Tel.: + 55 11 4049-3300 R. 3005/3004/3006

Fax: 4043-6428

Ensaio de sedimentação descontínua

Objetivo do experimento

Determinar a área de um sedimentador contínuo que opere com 12 t/h de carbonato

de cálcio de uma suspensão com concentração de 50g/L. O lodo adensado deve ter uma

concentração mínima de 50 g/L e a concentração máxima de coadjuvante (sulfato de

alumínio) não deve exceder 2000 ppm.

Teoria

A sedimentação é um processo de deposição por gravidade de partículas sólidas a

partir de uma suspensão, resultado num líquido clarificado na fase superior e um lodo

adensado na parte inferior.

A Figura 1 mostra uma suspensão numa proveta em vários estágios do processo de

sedimentação, onde se observam zonas de concentração.

Figura 1: Evolução do processo de sedimentação com o tempo.

A zona mais adensada no fundo contém os sólidos mais densos que se depositam mais

rapidamente. Observa-se no processo de sedimentação o aumento da zona D com o

tempo acompanhando a mesma tendência da zona A. As zonas intermediárias B e C

tendem a diminuir devido à transferência de material sólido para a zona D que aumenta. O

ponto em que as zonas B e C desaparecem completamente é denominado ponto crítico

da sedimentação (Figura 1.e).

A partir deste ponto, ocorre uma compressão lenta dos sólidos sedimentados (zona D)

que é a parte mais lenta de todo processo. A velocidade de consolidação final do

sedimentado por esse processo lento é dada pela expressão:

-dH/dt = . (H - H )

A

B

C

D

A

B

C

A

C

D

B A

DD

(a) (b) (c) (d) (e)


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Num sedimentador contínuo coexistem as quatro zonas que aparecem na Figura 1,

sendo que o líquido clarificado é retirado pela parte superior e o lodo adensado pela parte

inferior.

Para que o processo de sedimentação ocorra, a velocidade do líquido ascendente

deve ser deve ser inferior à velocidade de sedimentação das partículas.

A partir de resultados de ensaios em batelada, é possível dimensionar um sedimentador

contínuo para um produto especificado.

Balanço de massa para os sólidos

F.Co = L.C = U.Ce U = L ( C / Ce)

Em que:

F = vazão de alimentação da suspensão (L3/T)

Co = Concentração de sólidos na alimentação( L3 sólido/L3 de suspensão)

L = vazão da suspensão descendente (L3/T)

C = Concentração de sólidos (L3 sólido/L3 de suspensão)

U = vazão de lama que deixa o sedimentador (L3/T)

Ce = concentração de sólidos na lama espessa (L3 sólido/L3 de suspensão)

Balanço para o líquido entre um nível qualquer e a saída do sedimentador

V + U ( 1 – Ce) = L ( 1 – C )

V + L . ( C/Ce ) . ( 1 – Ce ) = L ( 1 – C )

V = L . C . ( 1/C – 1/Ce ) = F . Ce . ( 1/C – 1/Ce )

V/A = F . Co / A . ( 1/C – 1/Ce )

Portanto, a equação para A torna-se:

A = ( F . Co . s / v ) .( 1/C* - 1/Ce*) ; [C*] = M/L3

A partir da Tabela de altura de sedimento versus tempo, constrói-se o gráfico da altura

de sedimentação pelo tempo (Figura 2).

O projeto deve ser baseado no maior valor de A obtido, isto é, no valor mínimo da

função:

( F . Co . s / A) = v /( 1/C* - 1/Ce*)


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Figura 2: Curva da altura de sedimentação em função do tempo

Equipamentos e materiais

4 provetas graduadas de 250 mL

suspensão de CaCO3

sulfato de alumínio

cronômetro

balança analítica

água destilada

Procedimento experimental

Preparar uma suspensão de 50 g/L em proveta graduada de 1000 mL.

Preparar uma suspensão de 50 g/L e com 2000 ppm de sulfato de alumínio.

Anotar a altura da interface (entre o líquido límpido e a suspensão) em função do

tempo.

Tempo de experimento Intervalo de amostragem

0 a 4 min 20 s

4 a 10 min 40 s

10 a 20 min 60 s

Após 20 min 120 s

Completar o experimento não antes de 60 minutos.

Tomar nota da altura de sedimento (Hs) e do tempo de sedimentação (ts),

correspondente ao ponto crítico, e procure, a partir deste ponto, estudar a variação da

altura de sedimento com o tempo.

Tomar nota da altura H , sendo que para isso a proveta com a suspensão deve ficar um

dia em repouso.

zo

z

zi

t

H

C* = Co* . zo

zi

C* = Co* . zo

zi

C* = zi - z

C* = zi - z


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Cálculos e análises dos resultados

Calcule a área do sedimentador contínuo, trabalhando nas condições pretendidas,

para os métodos de Tamaldge e Fitch, Kynch e Robert.

Procure verificar a validade da equação (1) e determine a constate “ ”

representando graficamente ln(H- H ) versus t= ( t - tc ) uma vez que

- t = ln ( H- H ) - ln ( Hc- H ) para as três concentrações

Compare os resultados com e sem sulfato de alumínio

Nomenclatura:

A área de sedimentador (L2)

C concentração de sólidos (L3 sólido/L3 suspensão)

Co concentração de sólidos na alimentação (L3 sólidos/L3 suspensão)

Ce concentração de sólidos na lama espessa (L3 sólidos/L3 suspensão)

C* =C. s = concentração de sólidos (M sólido/L3 suspensão)

F vazão de alimentação (L3/ )

H altura do sedimento no instante t (L)

H Altura final do sedimento (L)

Constante para uma dada suspensão

L Vazão de suspensão descendente (L3/ )

V Vazão de líquido ascendente (L3/ )

U Vazão de lama que deixa o sedimentador (L3/ )

s densidade do sólido (M sólido/L3 sólido)

Bibliografia (atualizar)

Coulson & Richardson, Chemical Engineering, Vol 2.

Foust, Wenzel, Clump, Mauss and Andersen, Principles of unit operations.

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