Separação de sólidos

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Extraído da 5ª edição do The Alcohol Textbook de 2009, com permissão da Lallemand Ethanol Tecnology e da Nottingham University Press
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As operações da unidade de secagem começam com a separação da suspensão da vinhaça integral em sólidos úmidos ricos em sólidos suspensos e fibras e em frações de resíduos finos ricos em sólidos dissolvidos. Uma série de tecnologias de separação de sólidos suspensos tem sido usada com níveis variados de sucesso. Essas tecnologias incluem sistemas de filtragem que usam telas de cunhas inclinadas ou vibratórias ou vários tipos de cinto ou prensas de filtros de folha. Com substratos de vinhaça integral, a filtração produz resíduos com baixo teor de sólidos e uma filtrado com alto índice de sólidos suspensos . As prensas pós-filtragem aumentam a concentração de sólidos dos resíduos, mas a elevada inclinação aumenta a concentração de sólidos em suspensão no prensado. A aplicação de polímeros orgânicos melhora a separação de sólidos, mas de modo geral, o custo-benefício desse processo não é bom.

Na separação de sólidos de líquidos, a força centrífuga gerada pela rotação do conjunto substitui a força de gravidade mais fraca. Altas forças gravitacionais geradas em altas velocidades de rotação são muito eficientes para separar sólidos em suspensão com uma grande variedade de tamanhos de partículas, além de desidratar os sólidos úmidos. A tecnologia ideal é aquela que é capaz de processar altas taxas de fluxo hidráulico, requer custos moderados de capital, opera com baixa manutenção e é robusta; ao mesmo tempo em que oferece altas taxas de captura de sólidos suspensos, além de um total alto de sólidos úmidos.

Centrifugação

Centrífugas decantadoras contínuas ou centrífugas de cuba sólida geralmente são usadas para separação de sólidos da vinhaça integral, clareando o centrifugado e desidratando os sólidos úmidos fibrosos.

Os oito principais componentes da centrífuga decantadora são mostrados na Figura 3:

Figura 3. Componentes da centrífuga decantadora
  1. Alimentação do produto
  2. Tambor de parede fixa
  3. Acionamento principal
  1. Rosca transportadora
  2. Acionamento secundário
  3. Zona de alimentação
  1. Seção cônica
  2. Descarga de sólidos
  3. Líquido clarificado
Figura 3. Componentes da centrífuga decantadora

O projeto da centrífuga decantadora, em conjunto com as definições de centrifugação, determina a velocidade de sedimentação das partículas, bem como o diâmetro crítico da partícula, que juntos afetam a eficiência da captura dos sólidos em suspensão. Para as soluções de vinhaça integral que contêm sólidos em suspensão com uma ampla variedade de tamanhos de partícula, a velocidade de sedimentação é definida pela lei de Stokes (Figura 4), onde

Figura 4 Equação da lei de Stoke para determinar a velocidade da sedimentação.
Figura 4 Equação da lei de Stoke para determinar a velocidade da sedimentação.

Com uma centrífuga decantadora e um índice do fluxo de vinhaça integral, o diâmetro crítico ou "ponto de corte" é definido pela Figura 5, onde

Dpc = diâmetro crítico de partícula ou o menor diâmetro de partícula separável,

Figura 5. Equação do ponto de corte para determinar o diâmetro crítico da partícula.
Figura 5. Equação do "ponto de corte" para determinar o diâmetro crítico da partícula.

As centrífugas decantadoras fornecem três controles básicos ao operador da planta:

  • Índice de alimentação, que ajusta o tempo de permanência efetivo
  • Altura da barragem, que controla o volume de líquido e a profundidade da água represada.
  • Torque de retorno, que ajusta o diferencial de velocidade entre a cuba de sólidos e a rosca transportadora

Os efeitos dos ajustes do torque de retorno sobre a massa de sólidos e o clareamento dos centrifugados estão ilustrados nas figuras abaixo. Na Figura 6, o aumento do torque pela redução do diferencial da velocidade da cuba de sólidos e da rosca transportadora resulta em maior tempo de permanência de sólidos em suspenso, no depósito de desidratação, bem como em um maior índice de sólidos úmidos totais. A Figura 7 ilustra a eficiência de captura de sólidos suspensos como uma função do total de sólidos úmidos. Juntas, as Figuras 6 e 7 mostram que a centrifugação é um meio-termo entre a massa de sólidos e o clareamento do centrifugado.

Figura 6. Efeitos do ajuste do torque de retorno de uma centrífuga decantadora sobre os sólidos em suspensão..
Figura 6. Efeitos do ajuste do torque de retorno de uma centrífuga decantadora sobre os sólidos em suspensão.

 

Figura 7 Secura da massa em contraposição à eficiência da captura (recuperação) de sólidos suspensos.
Figura 7 Secura da massa em contraposição à eficiência da captura (recuperação) de sólidos suspensos..

Processos térmicos

Soluções de processo aquoso de alto fluxo são encontradas por toda a usina de etanol combustível de moagem a seco. É necessária uma extensa circulação de energia proveniente de processos de aquecimento ou resfriamento nas várias unidades de operação - ela ocorre por um dos seguintes mecanismos:

  • Condução, que é transferência de calor por meio de agitação molecular no interior de um material sem nenhum movimento do material como um todo
  • Convecção, que é a transferência de calor pelo movimento da massa de um fluido, como o ar ou a água, quando o líquido aquecido é levado a se afastar da fonte de calor, levando energia com ele
  • Radiação, que é a transferência de calor por radiação eletromagnética

Os processos térmicos da unidade de secagem retiram a água de vários fluxos de vinhaça, com os sólidos de vinhaça integral de aproximadamente 15% w / v de sólidos totais e produzindo 90% de coproduto de DDGS de sólidos totais. A unidade de secagem de valor nominal de 100 milhões de galões dos EUA por ano representada na Tabela 3 requer a remoção de 218 toneladas de água por hora.

A Figura 8 apresenta a entalpia (quantidade de calor contida em um quilograma de água à temperatura escolhida), ou energia disponível na água como líquido saturado e vapor e a temperatura relacionada em várias pressões. A capacidade de usar a água como mecanismo de transporte de energia é fundamental para a eficiência das operações da unidade de secagem.

Figura 8 Gráfico de entalpia da água
Figura 8 Gráfico de entalpia da água

 

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