Análise do efeito da reologia da suspensão na operação de hidrociclonagem / Analysis of the effect of suspension rheology in the hydrocycloning operation
DOI:
https://doi.org/10.34117/bjdv8n2-217Keywords:
hidrociclone, concentrador, pseudoplástico, separação sólido-líquido.Abstract
Os hidrociclones são usados em diferentes setores industriais como petroquímico e mineral para separação de partículas por tamanho/densidade pela atuação das forças centrífuga e de arraste no interior do equipamento. Todavia, cada indústria tem sua particularidade em relação ao fluido a ser processado. O presente trabalho tem como objetivo compreender, através de testes experimentais, como a alteração da reologia de um fluido influencia o desempenho de um hidrociclone. Para realização dos testes foi utilizado um hidrociclone de 30 mm de diâmetro, cujas relações geométricas foram previamente otimizadas por pesquisadores da FEQUI-UFU, alimentado com uma suspensão de rocha fosfática com 5,5% de sólidos em volume e um agente viscosificante em concentrações que variaram de 0,2% a 1,0% em massa. Foram avaliadas as respostas relacionadas à hidrociclonagem: eficiência total, número de Euler, razão de líquido e concentração de sólidos no underflow. Foi possível observar que ao trabalhar com a suspensão mais próxima do caráter newtoniano, o equipamento alcançou concentração de até 35% de sólidos na corrente de underflow. No entanto, nos testes com fluido com caráter mais pseudoplástico a eficiência caiu em 25% e obtido mínimo valor de Euler, cerca de 1092, constatando o decréscimo na intensidade da força centrífuga. Tais informações confirmam a importância das condições operacionais para a otimização da operação de hidrociclonagem.
References
Svarovsky, L., 2000, “Solid-liquid separation”, 4th. ed., Butterworth-Heinemann, Jordan Hill, Oxford.
Mognon, J. L., da Silva, J. M., Bicalho, I. C., Ataíde, C. H., and Duarte, C. R., 2016, “Mini-hydrocyclones applied to the removal of solids from non-Newtonian fluids and analysis of the scale-up effect,” J. Pet. Sci. Eng., 146, pp. 255-263.
Li, C.; Huang, Q., , 2016, “Rheology-Based Computational Fluid Dynamics Modeling for De-oiling Hydrocyclone Efficiency”, Chem. Eng. Technol, 39 (5), pp. 899–908.
Huang, Y.; Li, J. P.; Zhang, Y. H.; Wang, H. L., 2017b, “High-speed particle rotation for coating oil removal by hydrocyclone”, Sep. Purif. Technol., v. 177, p. 263–271.
Vieira, L. G. M., 2006, “Otimização dos Processos de Separação em Hidrociclones Filtrantes” Tese (Doutorado) - UFU, Uberlândia, MG, 297p.
Yang, L.; Tian, J. L.; Yang, Z.; Li, Y.; Fu, C. H.; Zhu, Y. H., 2015, “Numerical analysis of non-Newtonian rheology effect on hydrocyclone flow field”, Petroleum, 1 (1), pp. 68–74.
Gonçalves, S. M.; Barrozo, M. A. S.; Vieira, L. G. M., 2017, “Effects of Solids Concentration and Underflow Diameter on the Performance of a Newly Designed Hydrocyclone”, Chem. Eng. Technol., 40 (10), pp. 1750–1757.
Tavares, L. M.; Souza, L. L. G.; Lima, J. R. B.; Possa, M. V., 2002, “Modeling classification in small-diameter hydrocyclones under variable rheological conditions”, Miner. Eng., 15, pp. 613–622.
Vieira, L. G. M.; Silvério, B. C.; Damasceno, J. J. R; Barrozo, M. A. S., 2011, “Performance of hydrocyclones with different geometries”, Can. J. Chem. Eng., 89 (4), pp. 655–662.
Silva, D. O., Vieira, L. G. M., and Barrozo, M. A. S., 2015, “Optimization of Design and Performance of Solid-Liquid Separators: A Thickener Hydrocyclone,” Chem. Eng. Technol., 38(2), pp. 319-326.
Yoshida, H.; Takashina, T.; Fukui, K.; Iwanaga, T., 2004, “Effect of inlet shape and slurry temperature on the classification performance of hydro-cyclones”, Powder Technol., 140 (1–2), pp. 1–9.
Ghodrat, M., Kuang, S. B., Yu, A. B., Vince, A., Barnett, G. D., and Barnett, P. J., 2013, “Computational Study of the Multiphase Flow and Performance of Hydrocyclones: Effects of Cyclone Size and Spigot Diameter,” Ind. Eng. Chem. Res., 52, pp. 16019-16031.
Hwang, K-J., Hwang, Y-W., and Yoshida, H., 2013, “Design of novel hydrocyclone for improving fine particle separation using computational fluid dynamics,” Chem. Eng. Sci., 85, pp. 62-68.
Ghodrat, M., Kuang, S. B., Yu, A. B., Vince, A., Barnett, G. D., and Barnett, P. J., 2014, “Numerical analysis of hydrocyclones with different conical section designs”, Miner. Eng., 62, pp. 74-84.
Ghodrat, M., Kuang, S. B., Yu, A. B., Vince, A., Barnett, G. D., and Barnett, P. J., 2014, “Numerical analysis of hydrocyclones with different vortex finder configurations,” Miner. Eng., 63, pp. 125-138.
Tang, B., Xu, Y., Song, X., Sun, Z., and Yu, J., 2015, “Numerical study on the relationship between high sharpness and configurations of the vortex finder of hydrocyclone by central composite design,” Chem. Eng. J., 278, pp. 504-516.
Yamamoto, T.; Oshikawa, T.; Yoshida, H.; Fukui, K., 2016, “Improvement of particle separation performance by new type hydro cyclone”, Sep. Purif. Technol., 158, pp. 223–229.
Vakamalla, T. R.; Koruprolu, V. B. R.; Arugonda, R; Mangadoddy, N., 2017, “Development of novel hydrocyclone designs for improved fines classification using multiphase CFD model”, Sep. Purif. Technol., 175, pp. 481–497.
Hwang, K-J., and Chou, S-P., 2017, “Designing vortex finder structure for improving the particle separation efficiency of a hydrocyclone,” Sep. Purif. Technol., 172, pp. 76-84.
Vieira, L. G. M., Damasceno, J. J. R., and Barrozo, M. A. S., 2010, “Improvement of hydrocyclone separation performance by incorporating a conical filtering wall,” Chem. Eng. Process., 49, pp. 460-467.
Silva, D. O.; Vieira, L. G. M.; Lobato, F. S.; Barrozo, M. A. S., 2012, “Optimization of the design and performance of hydrocyclones by Differential Evolution technique”, Chem. Eng. Process., 61, pp. 1–7, 2012.
Nascimento, M. R. M., Bicalho, I. C., Mognon, J. L., Ataíde, C. H., and Duarte, C. R., 2013, “Performance of a New Geometry of Deoiling Hydrocyclones: Experiments and Numerical Simulations,” Chem. Eng. Technol., 36(1), pp. 98-108.
Vieira, L. G. M.; Barrozo, M. A. S., 2014, “Effect of vortex finder diameter on the performance of a novel hydrocyclone separator”, Miner. Eng., 57, pp. 50–56.
Silva, N. K. G., Silva, D. O., Vieira, L. G. M., and Barrozo, M. A. S., 2015, “Effects of underflow diameter and vortex finder length on the performance of a newly designed filtering hydrocyclone,” Powder Technol., 286, pp. 305-310.
Mognon, J. L., da Silva, J. M., Bicalho, I. C., Ataíde, C. H., and Duarte, C. R., 2015, “Modular mini-hydrocyclone desilter type of 30 mm: An experimental and optimization study,” J. Pet. Sci. Eng., 129, pp. 145-152.
Vieira, L. G. M.; Silva, D. O.; Barrozo, M. A. S., 2016, “Effect of Inlet Diameter on the Performance of a Filtering Hydrocyclone Separator”, Chem. Eng. Technol., 39 (8), p. 1406–1412.
Salvador, F. F., Barrozo, M. A. S., and Vieira, L. G. M., 2016, “Effect of a Cylindrical Permeable Wall on the Performance of Hydrocyclones,” Chem. Eng. Technol., 39(6), pp. 1015-1022.
Kyriakidis, Y. N.; Silva, D. O.; Barrozo, M. A. S. and Vieira, L. G. M., 2018, “Effect of variables related to the separation performance of a hydrocyclone with unprecedented geometric relationships. Powder Technol., 338, pp. 645–653.
Panisset, C. M. A., 2014, “Novas Alternativas para o Sistema Sólido-Líquido na Perfuração de Poços de Petróleo: teste de uma unidade de VCS; busca do aumento de eficiência da operação de hidrociclonagem; e tratamento da borra de centrifugação por microondas”, Tese (Doutorado) - UFU, Uberlândia, MG, 278p.
Chhabra, R; Richardson, J., 2007, “Bubbles, Drops and Particles in Non-Newtonian Fluids” 2nd ed., CRC Press Taylor & Francis Group, 771p.
Neesse, T.; Dueck, J.; Schwemmer, H. and Farghaly, M., 2015, “Using a high pressure hydrocyclone for solids classification in the submicron range” Miner. Eng., 71, pp. 85-88.
Marthinussen, S.; Chang, Y.; Balakin, B. and Hoffmann, A. C., 2014, “Removal of particles from highly viscous liquids with hydrocyclones”, Chem. Eng. Sci., 108, pp. 169-175.
Hoffmann, A. C. and Stein, L. E., 2008, “Gas Cyclones and Swirl Tubes: Principles, Design and Operation”, 2nd ed., Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 422p.
Kawatra, S. K.; Bakshi, A. K. and Rusesky, M. T., 1996, “Effect of Viscosity on the cut (d50) size of Hydrocyclone Classifiers”, Miner. Eng., 9 (8), pp. 881-891.
Wu, S.; Hwang, K.; Cheng, T.; Hung, T. and Tung, K., 2017, “Effectiveness of a hydrocyclone in separating particles suspended in power law fluids”, Powder Technol., 320, pp. 546-554.
Tian, J.; Ni, L.; Song, T.; Olson, J. and Zhao, J., 2018, “An overview of operating parameters and conditions in hydrocyclones for enhanced separations”, Sep. Purif. Technol., 206, pp. 268-285.

