Efeito da concentração de sólidos e de variáveis operacionais no desempenho de um hidrociclone concentrador

The hydrocycloning operation has a goal to separate solid-liquid suspensions and liquid-liquid emulsions through the centrifugal force action. Hydrocyclones are equipment with reduced size and used in both clarification and thickening. This device is used in many areas, like petrochemical and minerals process, and accumulate advantages like versatility and low cost of maintenance. However, the demand to improve the process and to reduce the costs has motivated several studies of equipment optimization. The filtering hydrocyclone is a non-conventional equipment developed at FEQUI/UFU with objective to improve the hydrocycloning separation efficiency. The purpose of this study is to evaluate the operating conditions of feed concentration and underflow diameter on the performance of a filtering geometry optimized to minimization of energy costs. The filtration effect was investigated through the comparison between the performance of the Optimized Filtering Hydrocyclone (HCOF) and the Optimized Concentrator Hydrocyclone (HCO). Because of the resemblance of hydrocyclones performance, the filtration did not represent significant effect on the performance of the HCOF. It was found that in this geometry the decrease of the variable underflow diameter was very favorable to thickening operation. The suspension concentration of quartzite at 1.0% of solids in volume was increased about 42 times when the 3 mm underflow diameter was used. The increase on the feed solid percentage was good for decreasing the energy spent, so that a minimum number of Euler of 730 was achieved at CVA = 10.0%v. However, a greater amount of solids in suspension leads to a lower efficiency of the equipment. Therefore, to minimize the underflow-to-throughput ratio and keep a high efficiency level, it is indicated to work with dilute suspension (CVA = 1.0%) and 3 mm underflow diameter (η = 67%). But if it is necessary to work with high feed concentration, the use of 5 mm underflow diameter provides a rise in the efficiency. The HCO hydrocyclone was compared to the traditional family of hydrocyclones Rietema and presented advantages like higher efficiency (34% higher in average) and lower energy costs (20% lower in average). Finally, the efficiency curves and project equation have been raised for the HCO hydrocyclone each with satisfactory adjust.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Dissertação (Mestrado)

A hidrociclonagem é um processo de separação sólido-líquido ou líquido-líquido por ação da força centrífuga. Hidrociclones são equipamentos simples e de tamanho reduzido utilizados tanto na clarificação quanto no espessamento de correntes. Usados em diversos setores, como no petroquímico e de processamento mineral, acumulam vantagens como versatilidade e baixo custo de aquisição e manutenção. Todavia, a demanda por melhoria nos processos e redução de custos na indústria tem impulsionado diversos estudos de otimização de equipamentos. O hidrociclone filtrante é um equipamento não convencional desenvolvido na FEQUI/UFU com o objetivo de incrementar a eficiência de separação na hidrociclonagem. A proposta deste trabalho é estudar as condições operacionais de concentração da alimentação e diâmetro de underflow no desempenho de uma geometria filtrante otimizada para minimização de gastos energéticos. O efeito da filtração foi investigado através da comparação do desempenho do Hidrociclone Cônico-filtrante Otimizado (HCOF) com o Hidrociclone Concentrador Otimizado (HCO) e da execução de testes estatísticos. Em virtude da semelhança de desempenho dos hidrociclones, foi constatado estatisticamente que a filtração não apresentou efeito significativo no desempenho do HCOF. Verificou-se que, nesta geometria, o decréscimo da variável diâmetro de underflow foi extremamente favorável à operação de espessamento. A concentração da suspensão de quartzito a 1,0% de sólidos em volume foi majorada em 42 vezes ao utilizar o diâmetro de underflow de 3 mm. O acréscimo no percentual de sólidos na alimentação foi benéfico para o consumo energético, de modo que o mínimo número de Euler de 730 foi alcançado para CVA = 10,0% em volume, entretanto, quanto maior a quantidade de sólidos em suspensão menor foi a eficiência do equipamento. Portanto, para minimizar a razão de líquido e manter o patamar de alta eficiência, é indicado trabalhar com suspensão diluída (CVA = 1,0%) e diâmetro de underflow de 3 mm (η = 67%). Entretanto, se for necessário trabalhar com alimentação mais concentrada, o uso do diâmetro de underflow de 5 mm contribui para o aumento da eficiência. O HCO foi comparado à tradicional família de hidrociclones concentradores Rietema e apresentou vantagens em relação à eficiência, 34% maior, e ao gasto energético, 20% menor, em média. Por fim, as curvas de eficiência e as Equações de Projeto puderam ser devidamente levantadas para o HCO, todas com ajuste satisfatório.