POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Technologii Chemicznej Instytut Technologii i Inżynierii Chemicznej Zakład Inżynierii i Aparatury Chemicznej
LABORATORIUM INŻYNIERIA CHEMICZNA I OPERACJE ROZDZIELANIA MIESZANIN
Dawid Kleczyński Sylwia Kaczmarek Karol Kadlec
Rok akademicki	Rok studiów	Nr ćwiczenia	Grupa
2007/08	III	8	D
Data oddania	Sprawdził	Zwrot	Ocena
6.03.2008
BADANIE MODELOWE PROCESU SEDYMENTACJI
UWAGI

Cel ćwiczenia:

Badanie procesu sedymentacji

Wstęp

Rozdzielanie składników wieloskładnikowych można prowadzić dwoma sposobami:

a)operacje dyfuzyjne, podczas których występują przemiany fazowe lub ruch masy między fazami.

b)operacje mechaniczne, które powodują wydzielanie cząstek ciała stałego lub kropel cieczy z układu heterogenicznego. Do tych operacji zalicza się:

-filtrację

-flotację

-odwirowanie

-sedymentację

Sedymentacja jest to zjawisko zakłóconego opadania cząstek ciała stałego zawieszonych w cieczy, służy do zagęszczania zawiesiny pod wpływem pola grawitacyjnego.

Stężenie zawiesiny może być wyrażone w różny sposób , często stosuje się w tym celu pojęcie porowatości. Natomiast gęstość zawiesiny zależy od gęstości cząstek ciała stałego w zawiesinie. Stosuje się następujące pojęcia gęstości cząstek ciała stałego:

-gęstość materiałowa jest to stosunek masy cząstki ciała stałego do jej objętości.

-gęstość rzeczywista jest to stosunek masy cząstki do jej objętości zmniejszonej o objętość porów otwartych.

-gęstość pozorna jest to stosunek masy cząstki do jej objętości, łącznie z porami otwartymi i zamkniętymi.

-gęstość nasypowa jest to stosunek masy cząstki do całkowitej objętości zajmowanej przez złoże.

Opadanie swobodnej pojedynczej cząstki:

Może ona opadać w sposób ustalony i nieustalony. Prędkość swobodnego opadania cząstki zależy od własności fizycznych płynu i cząstki a w szczególności od różnicy gęstości cząstki i płynu od jego lepkości oraz od rozmiaru i kształtu cząstki. Opadająca cząstka może poruszać się ruchem uwarstwionym, przejściowym oraz burzliwym.

Opadanie zakłócone czyli sedymentacja zawiesin:

Sedymentacja zawiesin cząstek ciała stałego o jednakowych rozmiarach i gęstości przebiega w ten sposób, że cząstki opadają z taką samą prędkością. Sedymentację zawiesin możemy podzielić na:

-sedymentację okresową cząstek ciała stałego -zachodzi wtedy, gdy zawiesina znajduje się w naczyniu, a natężenie dopływającej zawiesiny oraz natężenie wypływającego osadu są równe zeru. Przebieg tego procesu można obserwować, wykonując doświadczenie nazywane testem sedymentacyjnym zawiesiny. Badanie to polega na obserwacji zachowania się zawiesiny umieszczonej w przeźroczystym cylindrze.

-sedymentacja ciągłą-polega na stworzeniu w osadniku takich warunków , które pozwoliłyby doprowadzić do ciągłego rozdziału na czystą ciecz i osad.

Proces zagęszczania zawiesiny prowadzi się w aparatach zwanych odstojnikami, które mogą pracować w sposób okresowy, półciągły oraz ciągły.

Metoda pomiarowa

Badania procesu sedymentacji polegają na wyznaczaniu zależności wysokości warstwy zawiesiny od czasu. Pomiary te wykonuje się w cylindrze o pojemności 1 [dm
].Zadane naważki substancji stałej odważa się na wadze szalkowo-uchylnej, wprowadza się do cylindra i uzupełnia się wodą do objętości 1 [dm
]. Z różnicy mas cylindra z zawiesiną i cylindra pustego wyznacza się średnią gęstość zawiesiny. Po dokładnym wymieszaniu układu ciecz-ciało stałe odczytuje się wysokości warstwy zawiesiny w odstępach jednominutowych.

Wyniki:

0,5	32	8	9,6	15,5	8,1	23	7,4	32	6,9
1	29,5	8,5	9,5	16	8	23,5	7,4	34	6,9
1,5	26,8	9	9,4	16,5	8	24	7,3	36	6,8
2	24,4	9,5	9,2	17	8	24,5	7,3	38	6,8
2,5	21,5	10	9,1	17,5	7,9	25	7,3	40	6,7
3	19,2	10,5	9	18	7,9	25,5	7,2	42	6,7
3,5	17,1	11	8,8	18,5	7,9	26	7,2	44	6,6
4	15,5	11,5	8,6	19	7,7	26,5	7,2	46	6,6
4,5	14	12	8,6	19,5	7,7	27	7,1	48	6,5
5	12,8	12,5	8,5	20	7,6	27,5	7,1	50	6,5
5,5	11,5	13	8,5	20,5	7,6	28	7,1	52	6,5
6	10,6	13,5	8,4	21	7,5	28,5	7	54	6,5
6,5	10,2	14	8,4	21,5	7,5	29	7	56	6,5
7	10	14,5	8,3	22	7,5	29,5	7	58	6,5
7,5	9,7	15	8,3	22,5	7,4	30	7	60	6,5

Obliczenia:

1. Różnica czasów
   

1. 
   

2. Różnica wysokości
   

1. 
   

3. Prędkość opadania
   

1. 
   

4. Stężenie zawiesiny
   

1. 
   

Tabela pomiarowo wynikowa

Lp.
1	30	0,32	30	0,025	0,000833	97,03125
2	60	0,295	30	0,025	0,000833	105,2542
3	90	0,268	30	0,027	0,0009	115,8582
4	120	0,244	30	0,024	0,0008	127,2541
5	150	0,215	30	0,029	0,000967	144,4186
6	180	0,192	30	0,023	0,000767	161,7188
7	210	0,171	30	0,021	0,0007	181,5789
8	240	0,155	30	0,016	0,000533	200,3226
9	270	0,14	30	0,015	0,0005	221,7857
10	300	0,128	30	0,012	0,0004	242,5781
11	330	0,115	30	0,013	0,000433	270
12	360	0,106	30	0,009	0,0003	292,9245
13	390	0,102	30	0,004	0,000133	304,4118
14	420	0,1	30	0,002	6,67E-05	310,5
15	450	0,097	30	0,003	0,0001	320,1031
16	480	0,096	30	0,001	3,33E-05	323,4375
17	510	0,095	30	0,001	3,33E-05	326,8421
18	540	0,094	30	0,001	3,33E-05	330,3191
19	570	0,092	30	0,002	6,67E-05	337,5
20	600	0,091	30	0,001	3,33E-05	341,2088
21	630	0,09	30	0,001	3,33E-05	345
22	660	0,088	30	0,002	6,67E-05	352,8409
23	690	0,086	30	0,002	6,67E-05	361,0465
24	720	0,086	30	0	0	361,0465
25	750	0,085	30	0,001	3,33E-05	365,2941
26	780	0,085	30	0	0	365,2941
27	810	0,084	30	0,001	3,33E-05	369,6429
28	840	0,084	30	0	0	369,6429
29	870	0,083	30	0,001	3,33E-05	374,0964
30	900	0,083	30	0	0	374,0964
31	930	0,081	30	0,002	6,67E-05	383,3333
32	960	0,08	30	0,001	3,33E-05	388,125
33	990	0,08	30	0	0	388,125
34	1020	0,08	30	0	0	388,125
35	1050	0,079	30	0,001	3,33E-05	393,038
36	1080	0,079	30	0	0	393,038
37	1110	0,079	30	0	0	393,038
38	1140	0,077	30	0,002	6,67E-05	403,2468
39	1170	0,077	30	0	0	403,2468
40	1200	0,076	30	0,001	3,33E-05	408,5526
41	1230	0,076	30	0	0	408,5526
42	1260	0,075	30	0,001	3,33E-05	414
43	1290	0,075	30	0	0	414
44	1320	0,075	30	0	0	414
45	1350	0,074	30	0,001	3,33E-05	419,5946
46	1380	0,074	30	0	0	419,5946
47	1410	0,074	30	0	0	419,5946
48	1440	0,073	30	0,001	3,33E-05	425,3425
49	1470	0,073	30	0	0	425,3425
50	1500	0,073	30	0	0	425,3425
51	1530	0,072	30	0,001	3,33E-05	431,25
52	1560	0,072	30	0	0	431,25
53	1590	0,072	30	0	0	431,25
54	1620	0,071	30	0,001	3,33E-05	437,3239
55	1650	0,071	30	0	0	437,3239
56	1680	0,071	30	0	0	437,3239
57	1710	0,07	30	0,001	3,33E-05	443,5714
58	1740	0,07	30	0	0	443,5714
59	1770	0,07	30	0	0	443,5714
60	1800	0,07	30	0	0	443,5714
61	1920	0,069	120	0,001	8,33E-06	450
62	2040	0,069	120	0	0	450
63	2160	0,068	120	0,001	8,33E-06	456,6176
64	2280	0,068	120	0	0	456,6176
65	2400	0,067	120	0,001	8,33E-06	463,4328
66	2520	0,067	120	0	0	463,4328
67	2640	0,066	120	0,001	8,33E-06	470,4545
68	2760	0,066	120	0	0	470,4545
69	2880	0,065	120	0,001	8,33E-06	477,6923
70	3000	0,065	120	0	0	477,6923
71	3120	0,065	120	0	0	477,6923
72	3240	0,065	120	0	0	477,6923
73	3360	0,065	120	0	0	477,6923
74	3480	0,065	120	0	0	477,6923
75	3600	0,065	120	0	0	477,6923

Wnioski

• Z pierwszego wykresu można wywnioskować, że wysokość zawiesiny w pierwszych 6 minutach trwania procesu bardzo malała, co świadczy o dużej prędkości opadania. W tym także okresie czasu wydajność sedymentacji była największa.

• Z drugiego wykresu wynika, że prędkość opadania w pierwszym etapie procesu jest największa, a zaraz potem spada praktycznie do minimum.

• Z trzeciego wykresu widać, że prędkość opadania zależy od stężenia zawiesiny w taki sposób, że im większe stężenie zawiesiny tym większa prędkość opadania, a proces wydajniejszy.

• Z powyższych wyników można zauważyć, że proces byłby wydajniejszy gdyby w sposób ciągły była dostarczana zawiesina i odprowadzany osad, ponieważ można by utrzymać optymalne warunki do sedymentacji.

---