Separación sólido-líquido
La separación sólido-líquido sirve para separar sólidos dispersos de líquidos o viceversa. Básicamente, se distingue entre procesos de separación mecánicos y térmicos. Los procesos mecánicos aprovechan las diferencias en densidad, tamaño de las partículas o filtrabilidad, mientras que los procesos térmicos se basan en la evaporación del líquido.
Las separaciones mecánicas sólido-líquido son energéticamente favorables, ya que el estado físico del líquido permanece inalterado. Se utilizan preferentemente cuando se procesan grandes cantidades de líquido y se puede tolerar un contenido de humedad residual. No es posible obtener un sólido absolutamente seco solo con métodos mecánicos. Por lo tanto, a menudo se realiza una etapa de secado térmico, por ejemplo, mediante secado por mezcla al vacío, secado por rodillos, secado por centrifugado, secado en capa fina o secado por pulverización.
Si el sólido está disuelto en el líquido, su separación solo puede realizarse mediante procesos térmicos como la evaporación, la cristalización y el secado. Estos procesos también pertenecen a la separación sólido-líquido, ya que tienen como objetivo la eliminación completa de la fase líquida, pero se realizan mediante el aporte de energía y el cambio de fase del líquido.
Los aparatos típicos para la deshidratación mecánica son los filtros prensa, los filtros de banda, las centrifugadoras decantadoras o de tornillo sinfín y los filtros de vacío. La selección del agregado de separación depende de las características del lodo, la distribución del tamaño de las partículas, la viscosidad del líquido y el contenido de materia seca deseado.
En la filtración, el fluido atraviesa un medio filtrante que retiene las partículas sólidas. En el caso más sencillo, la filtración con formación de torta se rige por la ley de Darcy:
Δp = η * α * c * V / (A * t)
En esta ecuación, Δp representa la diferencia de presión, η la viscosidad del líquido, α la resistencia específica del filtro, c la concentración de sólidos, V el volumen del filtrado, A la superficie del filtro y t el tiempo. Describe la relación entre la cantidad de filtrado, la diferencia de presión y el tiempo de filtración.
Además de la viscosidad, la tensión superficial también influye en la separación mecánica sólido-líquido. Una tensión superficial elevada dificulta la salida del líquido de los poros finos, ya que provoca una unión capilar más fuerte. Una tensión superficial reducida -por ejemplo, debido a los tensioactivos- mejora la deshidratación y reduce la humedad residual. Esta relación puede describirse mediante la ecuación de Young-Laplace.
Δp = 2γ cos θ / r
Donde Δp es la presión capilar, γ es la tensión superficial, θ es el ángulo de humectación y r es el radio de los poros. La centrifugación utiliza la separación por fuerzas centrífugas. El factor de aceleración efectivo a se calcula a partir de:
a = ω² * r
con ω = velocidad angular y r = radio de la centrifugadora. Cuanto mayor sea la aceleración centrífuga, mejor se podrán separar los restos de líquido.
En el tratamiento de aguas residuales, la separación sólido-líquido se utiliza para deshidratar los lodos de depuración con el fin de reducir los costes de transporte y eliminación. Antes de la separación mecánica, las suspensiones suelen acondicionarse. Para ello se utilizan procesos de sedimentación, floculación, flotación, cristalización o precipitación química.
En la ingeniería de procesos químicos y farmacéuticos, muchas síntesis terminan con la precipitación o cristalización del producto deseado. Para ello se utilizan centrifugadoras de pelado, filtros de presión o filtros prensa de vacío que funcionan de forma continua. En el siguiente paso térmico, la torta de filtro se seca por completo.
El proceso finaliza con el secado por mezcla al vacío. Este tipo de secado se denomina secado por contacto. Permite un secado final suave a bajas temperaturas y reduce los daños en el producto causados por el sobrecalentamiento local.
Los secadores mezcladores al vacío de amixon® se caracterizan por sus grandes superficies específicas de transferencia de calor y una mezcla suave y tridimensional. Esto permite secar polvos delicados con una carga térmica y mecánica mínima. En cualquier caso, los usuarios deben realizar pruebas de secado con los fabricantes de las máquinas.