Decantação, sedimentação e centrifugação

1. INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E
TECNOLÓGIA DE MATO GROSSO.
CAMPUS FRONTEIRA OESTE/PONTES E LACERDA – MT
DEPARTAMENTO DE ENSINO.
CURSO DE TÉCNICO INTEGRADO EM QUÍMICA.
Sistemas de Separação de Sólidos e Líquidos
Decantação (sedimentação) Centrifugação.
Professor: Adnaldo Brilhante
Disciplina: Operações Unitárias

2. Separação de sólidos e líquidos
A etapa de separação entre sólido líquido está entre as
operações unitárias mais importantes que hoje são empregadas em
indústrias químicas, têxteis, farmacêuticas, no beneficiamento de
minério, bem como no processamento de alimentos, tratamento de água
e resíduos, entre outras, pois muitos dos produtos industriais são
suspensões de sólidos em líquidos.

3. Separação de sólidos e líquidos
Existem dois critérios de classificação dos
métodos de separação:
a) Quanto ao movimento relativo das fases.
1 – Decantação  Onde o sólido se move
através do líquido em repouso. Esta pode
ser subdividida de acordo com a
concentração da suspensão. A clarificação
de líquidos envolve suspensões diluídas e
tem como objetivo obter a fase líquida com
um mínimo de sólidos. O espessamento de
suspensões visa obter os sólidos com um
mínimo de líquido, partindo de suspensões
concentradas.
2 – Filtração  Operação na qual o líquido
se move através da fase sólida estacionária

4. Separação de sólidos e líquidos
Seguindo estes dois critérios teremos as classificações abaixo:
Ø Separação por decantação:
– Clarificação de líquidos
– Espessamento de suspensões
– Lavagem de sólidos
Ø Decantação invertida (Flotação e Floculação),
Ø Separação centrífuga, Ø Filtração.

5. Separação de sólidos e líquidos
Clarificação do líquido  tem-se Lavagem dos sólidos  é a
inicialmente uma suspensão com passagem da fase sólida de um
baixa concentração de sólidos para líquido para outro, para lavá-la
obter um líquido com um mínimo de sem filtrar (operação mais
sólidos. dispendiosa). Esse processo
pode ser realizado em colunas
onde a suspensão alimentada
pelo topo é tratada com um
líquido de lavagem introduzido
pela base. São operações
instáveis, pois existem
escoamentos preferenciais.
Espessamento da
suspensão quando
inicialmente se tem uma
suspensão concentrada
para obter os sólidos
com uma quantidade
mínima possível de
líquido.

6. Separação de sólidos e líquidos
Tipos de Decantação:
Ø Decantação livre  As partículas encontram-se bem afastadas das paredes do
recipiente e a distância entre cada partícula é suficiente para garantir que uma não
interfira na outra.
Ø A decantação retardada ou ainda decantação com interferência ocorre quando as
partículas estão muito próximas umas das outras, sendo muito frequente o número
de colisões.

7. Separação de sólidos e líquidos
Fatores que controlam a velocidade de decantação do sólido através do
meio resistente são:
- as densidades do sólido e do líquido;
- o diâmetro e a forma das partículas;
- a viscosidade do fluido.
Para aumentar a velocidade de
decantação deve-se aumentar a
temperatura, sendo que
viscosidade do fluido é
influenciada pela temperatura.
Porém, o diâmetro e as
densidades são fatores mais
importantes, tanto que é
possível, antes da decantação,
realizar uma etapa visando o
aumento das partículas.

8. Separação de sólidos e líquidos
O Aumento das partículas ocorre por meio de dois processos:
I - A digestão consiste em deixar a suspensão
em repouso até que as partículas finas sejam
dissolvidas enquanto as grandes crescem à
custa das pequenas.
II - A floculação consiste em aglomerar
as partículas à custa de forças de Van
Der Waals (força de atração entre as
moléculas), dando origem a flocos de
maior tamanho que o das partículas
isoladas

9. Separação de sólidos e líquidos
Dois fatores estão relacionados com o grau de floculação de uma suspensão:
a) A probabilidade de haver o choque
entre as várias partículas que vão
formar o floco, que depende da
energia disponível das partículas em
suspensão.
b) A probabilidade de que, depois da colisão, elas permaneçam aglomeradas. O uso
de agentes floculantes aumenta a probabilidade dos aglomerados recém-formados
não se desagregarem espontaneamente, são eles:
Ø Eletrólitos: neutralizam a dupla camada elétrica
existente nas partículas sólidas em suspensão,
eliminando dessa forma as forças de repulsão que
favorecem a dispersão.

10. Separação de sólidos e líquidos
Ø Coagulantes: provocam a formação de
precipitados gelatinosos capazes de
arrastar consigo. Por exemplo na
clarificação de usa-se sais de alumínio e
de ferro.
Ø Agentes tensoativos: arrastam consigo
os finos de difícil decantação.
Ø Polieletrólitos: são polímeros de cadeias
longas com um grande número de pontos
ativos nos quais as partículas sólidas se
fixam, formando flocos.

11. Separação de sólidos e líquidos
BATELADA X CONTÍNUO
Processo de Sedimentação de Batelada
utilizavam-se recipientes ou poços
principalmente para a clarificação de líquidos
extraídos tais como vinho ou azeite. Este é
um processo antigo ainda utilizado em
indústria de baixo fluxo. O decantador em
batelada é um tanque cilíndrico com aberturas
para alimentação da suspensão e retirada do
produto. O tanque é cheio pela suspensão e
fica em repouso, sedimentando.
Plantas industriais maiores requerem a
implantação de uma operação contínua. Os
decantadores contínuos são tanques rasos,
de grande diâmetro, onde operam grades que
giram lentamente e removem a lama. Ex:
tratamento de água e esgoto.

12. Separação de sólidos e líquidos
Unidades clássicas de tratamento de água:
Ø Misturadores: unidade onde a água bruta recebe o coagulante...
Ø Acondicionadores (floculadores): são unidades onde a velocidade da água é
diminuída para favorecer a formação do floco, promovendo o contato e a atração do
material em suspensão.
Ø Decantadores: após as operações de coagulação e floculação a etapa seguinte é a
separação dos sólidos do meio no qual encontram-se suspensos.
Ø Filtros: seu objetivo básico é separar as partículas e microrganismos que não
tenham ficado retidos no processo de decantação.

13. Separação de sólidos e líquidos
Decantadores para Sólidos Grosseiros:
Esta separação pode ser realizada em tanques de decantação operando em batelada
ou em processo contínuo. As partículas podem ser retiradas pelo fundo do
decantador e o fluido um pouco acima, ou ambos pelo fundo, através de manobras
adequadas.
Decantador de rastelos  a suspensão
é alimentada num ponto intermediário de
uma calha inclinada. Um conjunto de
rastelos arrasta os grossos (decantados
facilmente), para a parte superior da
calha. Devido à agitação moderada
promovida pelos rastelos, os finos
permanecem na suspensão que é retirada
através de um vertedor que existe na
borda inferior da calha.
Decantador helicoidal  semelhante ao anterior, onde a
suspensão é alimentada num ponto intermediário de uma
calha semicircular inclinada. A helicoide arrasta
continuamente os grossos para a extremidade superior da
calha. O movimento lento promovido pelo mecanismo
transportador evita a decantação dos finos, que
permanecem na suspensão sendo retirada através de um
vertedor.

14. Separação de sólidos e líquidos
Ciclone separador  a alimentação é
feita tangencialmente na secção superior
cilíndrica do ciclone por meio de uma
bomba. Os finos saem pela abertura
existente na parte superior e os grossos
saem pelo fundo da parte cônica inferior,
através de uma válvula de controle.
Hidrosseparador  o mais conhecido é
um tanque cilíndrico com fundo cônico e
equipado com rastelos que giram
lentamente. Esses equipamentos
funcionam como classificadores ou
separadores de primeiro estágio, pois os
finos devem ser retirados do líquido em
decantadores de segundo estágio.

15. Separação de sólidos e líquidos
Decantadores para Sólidos Finos
A decantação de sólidos finos pode ser feita sem interferência mútua das
partículas (decantação livre) ou com interferência (decantação retardada). O tipo
de decantação, de modo geral, depende da concentração de sólidos na suspensão

16. Centrifugação
Principal finalidade de separação de frações ou a
concentração das moléculas de interesse. Pode ser
realizada com o objetivo de separar sólidos de
líquidos ou mesmo uma mistura de líquidos por meio da
força centrípeta.

17. Vantagens e Desvantagens da Centrifugação
 Mais Rápida
 Mais efetiva
 Mais cara
Tipos de Rotores para Centrifugas
1 – Rotor Móvel
2 – Ângulo Fixo (Sólidos floculentos
e finamente divididos)
3 – Vertical (Isopícnica. Separação
Incompleta),

18. Tipos de Centrifugas
Tubular  Opera na vertical Múltiplos discos  A câmara possui uma
com rotor na vertical. Força série de discos paralelos que proporcionam
centrípeta de 13000 a 20000 uma grande área de sedimentação. O
g. A quantidade de sólidos material é removido através de válvulas.
limita o uso, por forma bolhas Em casos de clarificação de material
que dificulta a centrifugação. biológico, pode-se trabalhar com a força
Os líquidos são retirados pela centrífuga variando de 5.000 a 15.000 g,
parte superior e os sólidos sendo o fluxo contínuo de alimentação de
das laterais. 200 m3/h.

19. Tipos de Centrifugas
Contínua  Opera horizontalmente
A hélice roda e distribui os sólidos
ao longo da superfície do recipiente,
retirando-o do líquido. O liquido sai
pelo outro lado da câmara. O
parafuso roda em velocidade
diferente da câmara.
Cestos  pode ser classificada como perfurada e não perfurada. perfurada
associa as operações de centrifugação e filtração em conjunto, assemelhando-
se ao tambor de uma máquina de lavar, sendo uma operação de pré-secagem.
No caso de sólidos cristalinos e partículas deformáveis utiliza-se o cesto sem
filtros. Cestos não perfurados a ação é apenas da força centrífuga. As
partículas sólidas tendem a se acumular nas paredes da centrífuga e, com o
passar do tempo estas começam a ser liberadas junto com o filtrado.

20. 1 - Centrifugação diferencial  A
separação é baseada no tamanho das
partículas. Uma suspensão contendo
diferentes moléculas é centrifugada
e as partículas maiores sedimentam
com mais rapidez do que as
partículas menores, obtendo-se
frações de moléculas.
2-Centrifugação por gradiente
submetendo a suspensão de partículas a
uma força centrífuga constante, em meio
de densidade/peso gradualmente variável,
de uma extremidade à outra do tubo. As
partículas com densidades diferentes se
deslocam até alcançar o local de igual
densidade. Está pode ser classificada em
separação de tamanho e separação
isopícnica.

21. Tipos de Separação por Centrifugação
2.1 - Separação por gradiente de Tamanho
 Esta separação baseia-se no tamanho e
massa da partícula para sedimentação.
Utilizada na separação de anticorpos e
proteínas que possuem massa diferente e
densidade próxima. Nesta para uma
separação efetiva deve-se ter uma
densidade da solução inferior a menor
partícula separada.
2.2 - Separação isopícnica  A densidade
da partícula é igual ou próxima da solução
ou de outras partículas. Neste caso o
tempo de centrifugação não interfere na
separação. A separação é feita a partir
de uma solução onde o comportamento é
feito por meio de gradiente de
concentração. Para ser bem sucedida a
separação é necessário que a amostra
tenha a uma interação densidade próxima
do gradiente da solução.

22. Tipos de Separação por Centrifugação
3 - Ultracentrifugação  Processo de centrifugação sob pressão,
permitindo a separação de partículas de modo eficiente, utilizando-se de
refrigeração e vácuo de forma a minimizar o atrito com o ar, devido à
elevada rotação aplicada (até 500000 g).
A conversão entre g (a força centrífuga)
e rpm é dada pela relação:
FC = (1,118x10-5)xMxRxS2
FCR = (1,118x10-5)xRxS2,
onde: FC = força centrífuga;
FCR = força centrífuga relativa;
R = diâmetro do rotor (cm);
S = velocidade da centrífuga (rpm);
M = massa da amostra.