020 clase 09 23mar12 espesamiento
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Clase de espesamiento y filtración Universidad Técnica Federico Santa MaríaTRANSCRIPT
Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Procesos Químicos
Biotecnológicos y Ambientales
Espesamiento
Temas del Capítulo Quinto
Proceso de Sedimentación
Estimación de la Velocidad Terminal
Espesadores
Separación por Medio Denso
Separación por Medio Denso
La separación por medio denso se basa en la
diferencia en la fuerza de empuje que
experimentan partículas con distinta
densidad.
gρVE lp
gρVP pp
gVρρF ppl
A escala de laboratorio se utilizan
generalmente líquidos orgánicos de elevada
densidad como:
Líquido Densidad
Tetrabromoetano 2.96
Yoduro de metilo 2.27
Pentacloroetano 1.16
Tetrabromuro de carbono 3.42
Bromuro de metilo 2.49
A nivel industrial estos compuestos
orgánicos no se utilizan por su gran
toxicidad, difícil manejo, corrosión causada
a los equipos y su complicada regeneración.
Por estos motivos se prefiere generar
pulpas con minerales finamente molidos.
De esta forma la densidad del medio (pulpa)
puede ser ajustada de tal forma que aumente
la diferencia entre las fuerzas de empuje de
las especies a separar.
Entre los más utilizados se encuentra la
magnetita (5.18), galena (7.5), barita (4.5),
entre otros.
Al escoger un mineral se debe considerar su
eventual reacción con los minerales de
interés o con los reactivos utilizados en
otras etapas del proceso. Debe ser un
mineral de bajo costo y de fácil
recuperación mediante separaciones
posteriores.
Etapas del Proceso de Separación por Medio Denso
Clasificación del mineral: comprende la
eliminación de material muy fino.
Separación por medio denso: se obtienen
los dos productos.
Recuperación del medio: se tamizan las
corrientes de salida para separar los
productos del medio.
Regeneración del medio: se ajusta la
densidad del medio recuperado para
reingresar al proceso.
Velocidad de sedimentación.
Proceso de Sedimentación
La velocidad
terminal, o de
sedimentación, se
alcanza cuando
las fuerzas que
experimenta la
partícula se
encuentran en
equilibrio
gVEmpuje lp
gρVPeso pp
2
vACarrastreF
2
lPD
Relación entre Coeficiente de arrastre y
número de Reynolds.
arrFEP
2
vρACρρgV
2
lPDlpp 2
vρ
4
dπCρρg
6
dπ 2
l
2
Dlp
3
lp
2
lD
ρρ
vρC
4
3d
Luego
No existe una única relación entre Cd y R
e,
pues esta depende del valor que tome el
número de Reynolds.
Se han encontrado cuatro zonas, cada una
con su propia relación.
0.10Re102d
0.44102Re500c
Re0.151Re24500Re0.3b
Re240.3Rea
CLímiteZona
5
5
0.687
D
Estimación de la Velocidad Terminal
De las ecuaciones anteriores es posible
determinar la velocidad terminal de una
partícula en función de sus propiedades
físicas y las del medio.
lD
lpp2
ρC3
ρρd4v
EXCEL
l
lpp
μ
ρρdv
18
2
Si se considera el valor de Cd para R
e
menor a 0.3, se obtiene la relación
conocida como Ley de Stokes.
Espesadores
Su objetivo es concentrar los sólidos en
suspensión mediante sedimentación por
gravedad.
Los espesadores continuos se utilizan en
aquellos procesos donde se requiere
concentrar, eliminar o recuperar grandes
cantidades de sólidos desde un pulpa.
Agua
Sólidos
Pulpa
Rastra
Motor
Rebalse
Cono de
descarga
Alimentación
Principales componentes de un espesador
IMAGEN
Selección de un Espesador, Método de Coe y Clevenger
Se basa en el cálculo del área mínima
necesaria para permitir la evacuación del
flujo de agua.
fondo Agua-alim. Aguaevacuada Agua
agua
fll
24
DDFvA
Donde :
v(m/h)
Al(m
2)
Di,D
f(ton
agua/ton
sol)
F(tonsol
/día)
Para determinar la velocidad del agua en
los intersticios, se realiza una experiencia
a nivel de laboratorio con una probeta
llena con pulpa de alimentación.
A medida que
los sólidos
comienzan a
sedimentar se
forman tres
zonas
claramente
definidas.
Agua clara
Pulpa en
compresión
Pulpa con
densidad inicial
Al graficar la altura de interfase Agua-
pulpa, se observan tres etapas
características de sedimentación.
Tiempo
crítico
Altura
Punto de
compresión
Caída
libre
Tiempo
Para asegurar que en el espesador real se
logre evacuar toda el agua, se determina el
área máxima en función del porcentaje de
sólido.
Donde:
Aesp
es el área del espesador por unidad de ton/h de
sólidos en la alimentación
vρ24
DD
F
AA
a
fTesp
Ejemplo
Considere la siguiente tabla resumen de una
experiencia de sedimentación.
% Sólidos D D-Df v (D-Df)/v A
15 5.67 5.13 0.982 5.22 0.218
25 3.00 2.46 0.518 4.75 0.198
35 1.86 1.32 0.247 5.34 0.222
45 1.22 0.68 0.095 7.20 0.300
55 0.82 0.28 0.061 4.59 0.191
65 0.54 0.00 0.055
Donde:
DF=0.54
s=2.65
Observe que el
Aesp
máxima se
encuentra a un %
de sólidos menor
que el requerido
en la descarga del
equipo.
Area específica de un espesador
0.18
0.20
0.22
0.24
0.26
0.28
0.30
0.32
10 20 30 40 50 60
% Sólidos
Are
a e
sp
ecíf
ica (
m2/t
on
/h)
EXCEL
Por lo tanto se necesita de un Aesp
mínima de
0.3 (m2/ton/h) para superar la barrera de 45
% de sólidos, a cierta altura del espesador,
y llegar así a los 65% de sólidos en la
descarga del espesador.
