Classe delle operazioni unitarie fondamentali di SEPARAZIONE MECCANICA 1. Definizione

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1 Classe delle operazioni unitarie fondamentali di SEPARAZIONE MECCANICA 1. Definizione Si opera un frazionamento basato su differenze di forma, dimensione o densità per separare o purificare frazioni utili di un prodotto. Vengono applicate a sistemi eterogenei e non strutturati, come sospensioni di solidi in fluidi, dispersioni di liquidi immiscibili, miscele di solidi ecc Esse sono basate su fenomeni di trasporto di quantità di moto senza effetti (o con effetti trascurabili) di diffusione, senza cambiamenti di fase o passaggi di stato e senza reazioni chimiche fra i componenti. Permettono di ottenere solo una separazione parziale dei componenti di una miscela. Processi di Produzione degli Alimenti - ZANONI/CANUTI - AA 2018/2019 1

2 Tipologia delle operazioni unitarie di separazione meccanica SCOPO DELLE OPERAZIONI Separazione solido-solido (classificazione) OPERAZIONI UNITARIE Setacciatura (vagliatura) Classificazione pneumatica Classificazione idraulica PROPRIETA SFRUTTATE Dimensioni/Forma Dimensioni/Densità/Forma Dimensioni/Densità/Forma Separazione solido-liquido Decantazione (per gravità e per centrifugazione) Filtrazione (!!!!!) Estrazione per pressione (spremitura) Dimensioni/Densità/Forma Dimensioni/Forma Modificazioni di dimensioni e porosità del materiale Separazione liquido-liquido Separazione solido-gas (separazione di polveri) Decantazione di dispersioni (per gravità e per centrifugazione) Decantazione (per gravità e per centrifugazione) Filtrazione (!!!!!) Collisione Decantazione per centrifugazione Dimensioni goccioline/densità Dimensioni/Densità/Forma Dimensioni/Forma Inerzia delle particelle in una corrente d aria Dimensioni/Densità Separazione liquido-gas Flusso attraverso mezzi porosi Collisione Dimensioni Inerzia delle goccioline in una corrente d aria Processi di Produzione degli Alimenti - ZANONI/CANUTI - AA 2018/2019 2

3 Decantazione per gravità o statica FENOMENOLOGIA Un solido si separa (decantando/precipitando) da un fluido in cui è in sospensione per effetto della differente (maggiore) densità (maggiore forza di gravità). Un liquido si separa da un altro liquido se le loro densità sono differenti (differenti forze di gravità). Processi di Produzione degli Alimenti - ZANONI/CANUTI - AA 2018/2019 3

4 Decantazione per gravità o statica PROGETTAZIONE: calcolo della velocità di decantazione Processi di Produzione degli Alimenti - ZANONI/CANUTI - AA 2018/2019 4

5 Decantazione per centrifugazione (centrifugazione) FENOMENOLOGIA In una centrifuga, animata da moto di rotazione attorno ad un asse verticale, le particelle sono soggette, oltre all accelerazione di gravità g, ad un accelerazione centrifuga ^2 r, dove è la velocità angolare della centrifuga ed r è la distanza della particella dall asse di rotazione. Nelle centrifughe industriali la velocità di rotazione è tale che la forza di gravità può essere trascurata e la superficie del liquido è cilindrica e coassiale all asse di rotazione. Processi di Produzione degli Alimenti - ZANONI/CANUTI - AA 2018/2019 5

6 Decantazione per centrifugazione (centrifugazione) PROGETTAZIONE L efficacia di una centrifuga si esprime in NUMERO DI G: 2 R G g rad velocitàangolare s giro rad 1 1 rpm min s 60 1 rpm 2 seil moto è laminare G da 800 a 2000 per i decanter ; da 3000 a per i separatori e i decantatori veloci; da a per le ultracentrifughe. Gg R Processi di Produzione degli Alimenti - ZANONI/CANUTI - AA 2018/2019 6

7 Decantazione per centrifugazione (centrifugazione) MACCHINE E IMPIANTI Processi di Produzione degli Alimenti - ZANONI/CANUTI - AA 2018/2019 7

8 A bolo o paniere vuoto: Centrifughe decantatrici/ Decantatori centrifughi (separazione solido-liquido) Elementi: bolo, canale di alimentazione della torbida, disco distributore (verso R e quindi G >>), camera dei fanghi, canale di scarico del liquido limpido in corrispondenza della superficie del liquido. Processi di Produzione degli Alimenti - ZANONI/CANUTI - AA 2018/2019 8

9 A calotte: Centrifughe decantatrici/ Decantatori centrifughi (separazione solido-liquido) Le calotte sono dei dischi di forma conica che si impilano l uno sull altro con distanziatori che mantengono la distanza tra le calotte di pochi mm. Le calotte consentono una più efficace centrifugazione: maggiori portate, minori effetti di turbolenza, minore consumo energetico. Processi di Produzione degli Alimenti - ZANONI/CANUTI - AA 2018/2019 9

10 A calotte forate: Centrifughe separatrici/ Separatori centrifughi (separazione liquido-liquido) Processi di Produzione degli Alimenti - ZANONI/CANUTI - AA 2018/

11 Elementi delle centrifughe separatrici a calotte forate Calotta distributrice in corrispondenza dei fori. Superficie di separazione tra i liquidi in corrispondenza dei fori in modo da minimizzare gli effetti di mescolamento. Calotta superiore che consente di separare l uscita dei due liquidi. Posizione del foro di separazione. Regolazione della superficie di separazione. N.B. Le centrifughe separatrici a calotte forate in genere funzionano anche da centrifughe decantatrici. Processi di Produzione degli Alimenti - ZANONI/CANUTI - AA 2018/

12 Elementi delle centrifughe separatrici a calotte forate Processi di Produzione degli Alimenti - ZANONI/CANUTI - AA 2018/

13 Elementi delle centrifughe separatrici a calotte forate Processi di Produzione degli Alimenti - ZANONI/CANUTI - AA 2018/

14 Scarico libero Scarico dei fluidi nelle centrifughe a calotte - forte arieggiamento e sbattimento; - perdita di energia nell urto contro le pareti. Scarico mediante turbina - recupero di energia facendo funzionare la turbina come una pompa; - non c è arieggiamento, c è soltanto un notevole sforzo di taglio. Processi di Produzione degli Alimenti - ZANONI/CANUTI - AA 2018/

15 Scarico dei solidi nelle centrifughe a calotte Scarico manuale Scarico automatico dei solidi (SAS): 1. Modalità dello scarico: - A scarico parziale (solo parte dei solidi) - A scarico totale (tutti solidi più un po di liquido) 2. Comando dello scarico: - Manuale - Ad intermittenza - Intelligente (lettore torbidità, lettore pressione) Processi di Produzione degli Alimenti - ZANONI/CANUTI - AA 2018/

16 Scarico dei solidi nelle centrifughe a calotte Processi di Produzione degli Alimenti - ZANONI/CANUTI - AA 2018/

17 Centrifughe DECANTER Centrifuga ad asse orizzontale per la centrifugazione di sospensioni molto cariche di solidi. E caratterizzata da: - Struttura tronco-conica con vite senza fine - Alimentazione della torbida mediante un foro sull asse - Scarico mediante fori - Centrifugazione e spremitura dei solidi Processi di Produzione degli Alimenti - ZANONI/CANUTI - AA 2018/

18 Centrifuga DECANTER Decanter per separazione solido-liquido: La spremitura dei solidi è variabile in funzione del punto di alimentazione del liquido torbido e della posizione del foro di uscita del liquido limpido. Processi di Produzione degli Alimenti - ZANONI/CANUTI - AA 2018/

19 Centrifuga DECANTER Decanter separatore per separazione solido-liquido-liquido: E caratterizzato da un doppio foro di uscita del liquido. Processi di Produzione degli Alimenti - ZANONI/CANUTI - AA 2018/