Instrukcja_ćw.7 Strona 1
Ćwiczenie 7
Rozdzielanie ciekłych mieszanin niejednorodnych z wykorzystaniem siły odśrodkowej
1. Podstawy teoretyczne
Mieszanina jest układem złożonym z co najmniej dwóch substancji, który spełnia następujące warunki:
- substancje składowe występują w niej w dowolnych proporcjach ilościowych,
- substancje składowe zachowują swoje właściwości choćby częściowo,
- składniki mieszaniny możemy rozdzielić metodami fizycznymi.
Mieszaniny dzielimy na jednorodne fizycznie (homogeniczne) i niejednorodne fizycznie (heterogeniczne).
Mieszaninę jednorodną fizycznie nazywamy roztworem. Każda próbka makroskopowa takiej mieszaniny, bez względu na miejsce z
którego została pobrana, ma ten sam skład i te same właściwości fizyczne tj. gęstość, stan skupienia, barwę, zapach. Fazę rozpraszającą
nazywa siÄ™ rozpuszczalnikiem, fazÄ™ rozproszonÄ…  substancjÄ… rozpuszczonÄ….
Mieszaninę niejednorodną nazywamy układem dyspersyjnym. Jest to układ fizycznie niejednorodny złożony z fazy rozpraszającej (ciągłej,
dyspersyjnej) i fazy rozproszonej (zdyspergowanej). Obie fazy mogą występować w stanie stałym, ciekłym lub gazowym. Mogą one być
nawet jednorodne chemicznie, np. parÄ™ wodnÄ… z kropelkami wody traktuje siÄ™ jako mieszaninÄ™ niejednorodnÄ….
Nomenklatura mieszanin niejednorodnych fazowo podana jest w tabeli 1.
Tabela 1. Mieszaniny niejednorodne fazowo
Faza rozproszona Faza ciągła Mieszanina
ciało stałe ciecz zawiesina (suspensja)
ciecz ciecz emulsja
gaz ciecz piana
ciało stałe gaz pył, dym
ciecz gaz mgła
ciecz ciało stałe pasta
Przykładami ciekłych mieszanin, które poddaje się recyklingowi są:
- pochodzące z rynku motoryzacyjnego: oleje silnikowe i przekładniowe, płyny chłodnicze i hamulcowe,
- pochodzące z przemysłu maszynowego: oleje hydrauliczne, przekładniowe, maszynowe, sprężarkowe, transformatorowe oraz grzewcze,
- pochodzące z obróbki metali smarne środki chłodzące (emulsje olejów mineralnych, emulsje półsyntetyczne i syntetyczne).
Wszystkie te substancje albo same stanowią mieszaniny niejednorodne albo stają się nimi na skutek np. zanieczyszczenia różnego rodzaju
cieczami czy ciałami stałymi (piasek, opiłki metali itp.).
W technologiach przemysłowych, również technologiach stosowanych w recyklingu, bardzo często realizowaną operacją jest rozdzielanie
mieszanin. Zazwyczaj niemożliwe jest powtórne wykorzystanie czy przetworzenie zużytych materiałów bez wcześniejszego ich
wydzielenia z mieszaniny bÄ…dz
oczyszczenia np. z zanieczyszczeń stałych.
ROZDZIELANIE CIEKA
YCH MIESZANIN NIEJEDNORODNYCH
Ciekłe mieszaniny niejednorodne możemy rozdzielać poprzez:
1. filtrację  oddzielanie ciał stałych od cieczy po przepuszczeniu mieszaniny przez przegrodę porowatą (filtr),
2. wirowanie  rozdzielanie z wykorzystaniem różnicy gęstości faz i siły odśrodkowej,
3. sedymentację  opadanie cząstek ciała stałego w cieczy pod wpływem sił ciężkości i różnicy gęstości faz,
4. dekantację  zlewanie cieczy znad osadu który pod wpływem sił grawitacji opadł na dno,
5. desaturację  wydzielanie gazu z cieczy pod wpływem zmian temperatury.
ROZDZIELANIE EMULSJI I ZAWIESIN Z WYKORZYSTANIEM SIA
Y ODÅšRODKOWEJ
WIROWANIE
Wirowanie jest procesem rozdzielania emulsji i zawiesin w wyniku działania sił odśrodkowych, który prowadzi się w urządzeniach
zwanych wirówkami. Działanie wszystkich typów wirówek oparte jest na wykorzystaniu różnicy gęstości między fazą rozproszoną a fazą
ciągłą. Wirówki dzieli się na filtracyjne i sedymentacyjne.
W wirówkach filtracyjnych rozdzielanie odbywa się na przegrodzie filtracyjnej. Charakterystyczną cechą budowy tych wirówek jest
perforowany bęben pokryty od wewnątrz przegrodą filtracyjną w postaci siatki metalowej i tkaniny filtracyjnej.
http://hmarczak.republika.pl/instrukcja_r_cw_7_mechatronika.htm 2013-11-09 18:51:52
Instrukcja_ćw.7 Strona 2
Rys. 1. Wirówka filtracyjna bębnowa: 1-zbierak osadu, 2-odprowadzenie cieczy klarownej,
3-bęben perforowany z przegrodą filtracyjną.
W wirówkach sedymentacyjnych rozdzielanie odbywa się na zasadzie sedymentacji, w polu działania sił odśrodkowych. W odróżnieniu
od wirówki filtracyjnej, w rozpatrywanej konstrukcji powierzchnia bębna nie jest perforowana.
Rys. 2. Wirówka sedymentacyjna: 1-odprowadzenie klarownej cieczy, 2-osadzająe się cząstki ciała stałego.
W budowie wirówek można wyodrębnić trzy podstawowe podzespoły:
- element roboczy zwany bębnem lub bąkiem wprawiony w ruch obrotowy dookoła swojej osi, w którym zachodzi proces rozdziału;
- układ doprowadzający emulsję lub zawiesinę i odprowadzający rozdzielane frakcje,
- układ napędowy.
Zdolność wirówek do rozdzielania określa się tzw. współczynnikiem rozdziału (uwielokrotnienia przyspieszenia), zdefiniowanego
jako stosunek siły odśrodkowej do siły ciężkości:
gdzie:
R - promień wirowania (bębna) [m],
g - przyspieszenie ziemskie [m/s2];
É - prÄ™dkość kÄ…towa bÄ™bna, [rad/s];
D - średnica bębna;
n - liczba obrotów bębna, [obr/min].
WIRÓWKI TALERZOWE
Wirówki talerzowe należą do grupy wirówek sedymentacyjnych. Mają bęben wypełniony stosem stożkowych talerzy, pomiędzy
którymi tworzą się wąskie kanały przepływowe.
http://hmarczak.republika.pl/instrukcja_r_cw_7_mechatronika.htm 2013-11-09 18:51:52
Instrukcja_ćw.7 Strona 3
Rys. 3. Wirówka talerzowa.
Emulsja bÄ…dz
zawiesina doprowadzane do przestrzeni międzytalerzowej pod wpływem siły odśrodkowej, powstającej w wirującym bąku,
rozdziela się. Lżejszy składnik mieszaniny gromadzi się wokół osi obrotu bąka, skąd jest odprowadzany na zewnątrz przez odpowiedni
kanał, zaś cięższy przepływa z przestrzeni międzytalerzowej do przestrzeni szlamowej, skąd po osadzeniu zanieczyszczeń mechanicznych
odprowadzane jest na zewnątrz. Zanieczyszczenia mechaniczne w wyniku stosunkowo dużej ich gęstości odkładają się w przestrzeni
szlamowej w postaci osadu.
Wirówki talerzowe znajdują największe zastosowanie przy rozdzielaniu emulsji. Mają one wtedy talerze z wykonanymi otworami.
Zazwyczaj 3 na obwodzie rozmieszczone co 120°.
Rys. 4. Wirówka talerzowa przy rozdziale emulsji (z otworami w talerzach).
HYDROCYKLONY
Hydrocyklon to aparat, w którym wykorzystuje się działanie sił odśrodkowych do wydzielenia cząstek stałych z cieczy. Dzięki
dużym przyspieszeniom odÅ›rodkowym w hydrocyklonach możliwe jest wydzielanie czÄ…stek w zakresie 3 ÷ 250 µm.
Rys. 5. Hydrocyklon: 1-wir pierwotny, 2-wir wtórny.
Hydrocyklon składa się z cylindrycznej części górnej i stożkowej dolnej oraz tzw. dysz: wlotowej, wylotowej (przelotowej) i
wylewowej. Zawiesinę wprowadza się styczne do części cylindrycznej dyszą wlotową pod ciśnieniem 0,1-0,5 MPa. Powoduje to
wytworzenie wewnątrz hydrocyklonu wiru, tzw. pierwotnego, który przesuwa się do wierzchołka części stożkowej, z którego z kolei
następuje zasadnicze wydzielanie cząstek ciała stałego. Cząstki większych rozmiarów, o większej bezwładności, pod działaniem siły
odśrodkowej skierowane zostają ku ścianie i jednocześnie poruszając się w dół opuszczają hydrocyklon dyszą wylewową jako zatężona
zawiesina. Na skutek dławienia wypływu z dyszy wylewowej wir pierwotny, zmienia kierunek i w postaci wiru wtórnego przepływa ku
http://hmarczak.republika.pl/instrukcja_r_cw_7_mechatronika.htm 2013-11-09 18:51:52
Instrukcja_ćw.7 Strona 4
zawiesina. Na skutek dławienia wypływu z dyszy wylewowej wir pierwotny, zmienia kierunek i w postaci wiru wtórnego przepływa ku
górze do dyszy wylotowej. Drobne cząstki odrzucone z wiru wtórnego porywane są przez wir pierwotny i skierowane z powrotem do
wylewu, co zwiększa efekt rozdzielania. Konstrukcja hydrocyklonu, a szczególnie wymiary zasadnicze i materiał konstrukcyjny, zależne są
od jego przeznaczenia i właściwości fizykochemicznych rozdzielanej zawiesiny.
2. Cel ćwiczenia
Poznanie metod rozdzielania ciekłych mieszanin niejednorodnych.
Ocena skuteczności rozdzielania emulsji przy pomocy wirówki talerzowej.
3. Stanowisko badawcze
W skład stanowiska badawczego wchodzą:
1) wirówka LWG-24,
2) waga elektroniczna,
3) naczynie do przygotowania emulsji,
4) zaczynia do odbierania rozdzielonych faz.
4. Przebieg ćwiczenia
W celu przeprowadzenia ćwiczenia należy przygotować emulsję wodno-olejową według zaleceń prowadzącego. Następnie
przeprowadzić rozdzielanie sporządzonej emulsji przy pomocy wirówki talerzowej oraz ocenić skuteczność rozdzielania urządzenia.
5. Sprawozdanie
1. Temat ćwiczenia
2. Cel ćwiczenia
3. Schemat stanowiska
4. Przebieg ćwiczenia
5. Tabela wyników pomiarów
6. Obliczenia wyników
7. Wnioski
Opracowanie instrukcji: Konrad Kowalik
http://hmarczak.republika.pl/instrukcja_r_cw_7_mechatronika.htm 2013-11-09 18:51:52