C11 FM

Influenta miscari ifluidului asupra sedimentarii:

In unele situatii sedimentarea se realizaeaza concomitent cu deplasarea fluidului in asemenea situatii este necesar sa se faca corelatie intre sedimentare si deplasarea fluidului astfel ca sedimentarea sa se realizeze in conditii corespunzatoare. Timpul necesar pentru realizarea sedimentarii τs este determinat de raportul dintre inaltimea de parcurs h si viteza de sedimntare ws(relatia 11.1)

rel 11.1

Acest timp este cu atat mai mare cu cat lungimea drumului de parcurs este mai mare si viteza de sedimentare estemai mica.

Pentru realizarea operatiilor de sedimentare prezinta interes reducerea timpului necesar pentru realizarea acestuia.In practica se aplica adesea decantarea continua cu deplasarea fluidlui pe orizontala, oblic sau chiar pe verticala.

In realitate particular se va deplasa dupa rezultanta celor 2 miscari cu o vitezawr care este rezultanta vectoriala a celor 2 viteze cu care se deplaseaza fluidul.

Figura 11.1 sedimentarea cu deplasarea fluidului pe orizontala.

Wl- viteza fluidului pe orizontala[m/s];ws-viteza de sedimentare[m/s];wr-viteza rezultanta[m/s];h-inaltimea de sedimentare[m];l-lungimea utila a aparatului[m];

Daca h este inaltimea de sedimentare si l lungimea utila a aparatului in care are loc sedimentarea timpul necesar pentru realizarea sedimentarii fiind data de relatiia

11.1, este necesar ca pentru realizarea operatiei in bune conditii durata de deplasare a lichidului sa fie mai mare sau cel putine gala cu durata de sedimentare.

Dar durata de parcurs pe orizontala τl este data de raportul dintre lungimea utIla si viteza de inaintare relatia 11.2.

rel 11.2

Tinandseamacaτl≥τs => 11.3

In general sunt date dimensiunile vasului h,l si viteza de sedimentare ws, viteza de inaintare a fluidului pe orizontala fiind data de rel 11.4 Pentru vasele paralelipipedice de sedimentare de lungime l,latime l1si inaltime h debitul volumetric se determina cu relatia 11.5.

rel 11.5

Dar – aria suprafetei pe care o ocupa vasul => 11.6

Relatia 11.6 ne indica faptul ca debitul de lichid care trebuie limpezit nu este determinat de inaltimea pe care trebuie sa o parcurga particular care sedimenteaza, ci de aria suprafetei ocupata de lichid (A) siwsviteza de sedimentare.

Daca fluidul se deplaseaza pe verticala de jos in sus directia de deplasarea a particulelor care sedimenteaza fiind opusa directiei de deplasare a fluidului, particular va putea sedimenta numai daca ws≥wl .

Separarea amestecurilor eterogene solid lichid

Separarea suspensiilor din sistem solid lichid este influentata de o serie de factori legati de :

natura suspensiei

natura fazei lichide

modul de realizarea a operatiei

Suspensia V faza solida influenteaza sedimentarea prin :

concentratia sa fata de faza lichida

forma sub care se prezinta

granulometria suspensiei

densitate

tendinta de aglomerare

Intr-o suspensie diluata formata din particule grauntoase independente, fiecare particula se depune indiferent de viteza sa de sedimentare determinata de marime, forma, densitate.

Intru-un anumit moment al sedimentarii inainte de terminarea operatiei de separare datorita faptului ca in sistem se gasesc particule de diferite marimi si forme se disting urmatoarele straturi;

un strat superior limpede

un strat intermediar care contine suspensii usoare(mai putin limpede)

un strat inferior mai dens in care se gasesc particule de dimensiuni mai mari care au sedimentat

Dupa terminarea operatiei de sedimentare mai raman doua straturi:

stratul superior limpede V cu o usoara turbureala

stratul inferior care contine particulele sedimentate

Suspensiile care se intalnesc in industria alimentara contin particule de dimensiuni mici variind de la microorganisme si particule coloidale pana la particule mari si forme diferite care se dupn repede.

In general suspensiile coloidale se depun greu fiind caracterizate de o anumita stabilitate care este explicata prin sarcinile electrice ale particulelor (particule cu sarcii de acelasi fel se resping fenomen care da stabilitate suspensiei).

De asemenea miscarea browniana contribuie la stabilitatea suspensiilor de dimensiuni foarte mici .

Stabilitatea anumitor suspensii poate fi distrusa daca se neutralizeaza sarcinile electrice ale particulelor, lucru ce poate fi realizat prin adaos de electroliti fie prin ados coloizi cu sarcini electrice de semn contrar.

Prin neutralizare particulele se atrag se pot reuni cu aglomerate relativ mari care sedimenteaza usor . In continuare se considera ca operatia de sedimentare se realizaea intr-un camp de forte gravitationale . Aparatele in care se realizeaza sedimentarea sub influenta fortelor gravitationale se numesc decantoare.

Dupa modul de funtionare pot fi decantoare discotinue , semicontinue si continue.

Decantoare discotinue

Sunt utilizate in industria berii,vinului,etc

Desen :fig 11.2 Schema unui decantor disc cu sistem basculant de evacuare lichid

1-rezervor de forma paralelipipedica;2-racord de alimentare;3-teava basculanta;4racord pentru evacurarea precipitatului;5-lant sau cablu;6-scripete

Decantorul disc fig 11.2 este format dintr-un rezervor de forma paralelipidica 1 in care se introduce lichidul cu suspensia prin racordul de alimentare 2 si se lasa o perioada de timp pana ce are loc sedimentarea particulelor solide.

Pentru evacuarea partii lichide se pot utiliza dispozitive simple de genu sifonului sau de tipul celui prezentat in fig 11.2 , format din o teava basculanta 3 un lant sau cablu 5 si un scripete 6.

Pentru evacuarea partii lichide pozitionarea tevii basculante se modifica treptat , de la nivelul cel mai ridicat pana se ajunge la nivelul precipitatului, momnet in care evacuarea partii lichide inceteaza.

Evacuarea precipitatului se realizeaza prin deschidera racordului 4 . Pentru o evacuare mai usoara baza decantorului poate fi usor inclinata spre orificiul de evacuare astefl inat evacuarea sa se realizeze cat mai usor.

In cazul decantoarelor cilindrice baza acestora poate avea o forma conica.

Decantorul disc este utilizat la procesul de clarificare din indsutria vinului, caz in care pentru grabirea operatiei de sedimentare se lucreaza cu ados.

Decantoare semicontinue

Functioneaza in general cu alimentare continua astfel aleasa incat particulele sa aiba timp suficient sa sedimenteze pana ce lichidul limpezit ajunge la iesire. Treptat pe fundul aparatului se depune o cantitate de sediment care va trebui eliminata periodic prin intreruperea alimentarii si evacuarii lichidului limpezit. Ex: tava de racire a mustului din industria berii.

Decantoare continue

Functioneaza cu alimentare si evacuare continua atat a lichidului cat si a sedimentelor .sedimentul este un namol ingrosat la consistenta care permite indepartarea cu ajutorul pompei.

Decantorul continuu cu brate tip Dorr fig 11.3 functioneaza cu alimentare si evacuare continua atat a lichdului cat si a sedimentului.

Pentru realizarea operatiei de sedimentare suspensia lichid-solid este adusa in decantorul 1 prin intermediul conductei de alimentare si a conductei centrale cilindrice2 . dupa parcurgerea conductei centrale suspensia are o miscare radiala dinspre centru spre periferie. Partea solida precipita la baza decantorului, iar partea lichida traverseaza rezervorul spre periferie.

Pe periferia rezervorului este un prag de preaplin 4 peste care lichidul care este limpezit deverseaza si este evacuat spre locul de destinatie .

Pentru a preintimapina formarea unor straturi substantiale de namol la baza decantorului acesta este prevazut cu un sistem raclete fixate de bratele 7 actionate in miscare de rotatie lenta(n=0.5-0.025 ROT/MIN) de la sistemul de antrenare melc roata melcata 5 prin intermediul axului central 6.

Namolul astefel afanat curge datorita inclinarii bazei decantorului spre conul colector 3 de unde prin intermediul unei pompe de namol este evacuat spre exterior.

Un astfel de decantor este utilizat pentru limpezirea apelor de spalare din industria zaharului. Ca avantaj se poate preciza faptul ca prezinta o constructie simpla, dar dezavantajul consta in aceea ca pierde mult lichid care este eliminat o data cu namolul.

In scopul reducerii suprafetei ocupate de aparat si pentru o mai usoara supraveghere se construiec decantoare etansate.

Separarea amestecurilor eterogene lichid-lichid

Amestecurile eterogene lichid-lichid sunt amestecuri formate din 2 sau mai multe lichide nemiscibile intre ele care formeaza asa numitele emulsii. Sedimentarea amestecului eterogen lichid-lichid se realizeaza pe aceleasi principii ca si sedimentarea sistemelor solid-lichid.

In cazul amestecului eterogen lichid-lichid se considera 2 faze disperse si 2 faze dispersante . fiecare component al amestecului poate fi faza dispersa sau faza dispersanta .

In timpul procesului de sedimnetare sub influenta fortei gravitationale componentele amestecului se separa formand dupa un anumit interval de timp doua straturi distince separate de o suprafata de separatie.

In cazul sistemelor eterogene lichid-lichid operatia de separare are loc in mod continuu , daca operatia de separare nu este completa intr-un singur aparat atunci se vor lega in serie 2 sau mai multe aparate.

Un aparat utilizat pentru sedimentare in sistem lichid-lichid poate fi de forma cilindrica , prismatica cu baza plana , bombata, v-conica.

Astfel de fase utilizate pentru sedimentarea sistemelor lichid-lichid sunt numite vase florentine fig 11.4

Fig 11.4 Schema decantorului flrorentin continuu : 1-racord de alimentare;2-racord pentru elimentarea fazei cu densitatea cea mai mica;3-racord pentru eliminarea fazei cu densitatea cea mai mare

Pentru separea continua vasul trebuie sa fie neaparat prevazut cu cel putin 3 racorduri:

un racord care aduce in vas amestecul de separat(racord de alimentare) care se poate continua in interiorul vasului pana la nivelul de separare

un alt racord pentru eliminarea fazei cu desinsitatea cea mai mica situat cat mai aproape de partea superioara a aparatului 2

pentru eliminarea fazei cu densitatea cea mai mare situat cat mai aproape de partea inferioara a aparatului sau continuundu-se in aparat cat mai aproape de partea inferioara a acestuia 3

Acest racord 3 trebuie sa aiba in exterior o anumita pozitie fata de racordul de evacuare a lichidului cu densitate mai mica 2 pentru a seputea realiza curgerea pe principiul vaselor comunicante tinand seama de diferenta de desintate intre cele 2 faze.

Fie zona de separare intre cele 2 faze A fig 11.4 nivelul superior al lichdului cu densitate mica determinat de racordul de evacuare in punctul B , distanta A-B =h1.

Daca faza usoara are densitatea ρ1 si faza grea care a sedimentat partea inferioara are densitatea ρ2 pentru respecatarea principiului vaselor comunicante trebuie sa existe relatia 11.7

Daca Δh=h1-h2 reprezinta diferenta de inaltime intre cele 2 pozitii de evacuare a celor 2 faze tinand seama de relatia 11.7=> relatia 11.8

La alegerea inaltimii vasului se va tine cont de timpul necesar pentru limpezirea celor faza dispersante. Tinand seama de relatia 11.3. in cazul decantorului florentin trebuie sa se aleaga 2 zone de sedimentare care au aceeasi sectiune , arie insa vitezele de sedimentare sunt diferite si debitele de sedimentare diferite.