Nr ćw. 8	Zespół	Temat ćwiczenia Badanie Modelowe Procesu Sedymentacji		Data oddania 21.10.2003.
Data wykonania 14.10.2003.		Imię i Nazwisko Wojciech Kozłowski Łukasz Walenczewski	Prowadząca mgr inż. Justyna Sadowska

1. Wprowadzenie teoretyczne

Wydzielania cząstek ciała stałego z cieczy dokonuje się za pomocą takich operacji mechanicznych jak:

filtracja, flotacja, odwirowanie i sedymentacja. Techniki te oparte są na różnicach własności fizycznych składników układu, takich jak: wielkość cząstek, ich kształt oraz gęstość składników układu.

Sedymentacja jest to zjawisko zakłóconego opadania cząstek ciała stałego w cieczy, służy do zagęszczania zawiesiny pod wpływem działania pola grawitacyjnego. Zaistnienie różnicy gęstości ciała stałego i cieczy jest w tym przypadku warunkiem koniecznym. Jeżeli cząstki ciała stałego rozmieszczone są w zawiesinie równomiernie to uważa się ją za jednorodną, a w przeciwnym przypadku za niejednorodną. Zawartość ciała stałego w zawiesinie może być różna. Zawiesiny zawierające poniżej 10% objętości ciała stałego uważa się za rozcieńczone, natomiast powyżej ok. 70% za zagęszczone.

Cząstki ciała stałego w zawiesinie mogą mieć różne kształty, np. kuli, walca, prostopadłościanu lub innych brył geometrycznych bądź rzeczywistych. Kształt cząstki może być izometryczny, czyli współmierny lub nieizometryczny. Wielkość rozmiarów cząstek ciała stałego określa się za pomocą średnicy. Cząstki o rozmiarach powyżej 100 mikrometrów noszą nazwę gruboziarnistych, a poniżej 30 mikrometrów - drobnoziarnistych. Cząstki drobnoziarniste w zawiesinie mogą wykazywać skłonność do flokulacji, czyli łączenia się w większe zespoły.

Zawiesiny zawierające cząstki ciała stałego o takim samym kształcie i takich samych rozmiarach nazywane są monodyspersyjnymi, a w innym przypadku - polidyspersyjnymi. Cząstki ciała stałego w zawiesinie polidyspersyjnej traktuje się jako zbiory i opisuje się za pomocą tzw. charakterystyk zbioru.

Ze względu na własności reologiczne zawiesiny mogą zachowywać się jak płyny newtonowskie lub nienewtonowskie. Niektóre związki chemiczne dodane do zawiesiny mogą wpłynąć na jej własności poprzez zmianę oddziaływania między cząstkami ciała stałego lub między cieczą a cząstkami ciała stałego.

Związki ilościowe pomiędzy ciałem stałym, cieczą i zawiesiną są wyrażone w postaci udziałów masowych lub objętościowych. Udział masowy ciała stałego, zwany również stężeniem masowym ciała stałego, jest to stosunek masy ciała stałego m_s do masy zawiesiny m_z:

c_s = m_s/m_z

gdzie:

m_z = m_s + m_c

Udział masowy cieczy, czyli stężenie masowe cieczy jest to stosunek masy cieczy m_c do masy zawiesiny m_z:

c_c = m_c/m_z

Suma udziałów masowych ciała stałego i cieczy w zawiesinie wynosi:

c_s + c_c = 1

2. Obliczenia

Dane: m = 80[g] = 0,08[kg] c₀ = m/V Wynik: c₀ = 80[kg/m³]

V = 0,001[m³]

h₀ = 0,033[m]

Lp.	t[s]	h[m]	t[s]	h[m]	w=h/t [m/s]	c=(c0*h0)/h [kg/m^3]
1	0	0,0325	60	0,0034	5,66667E-05	81,23076923
2	60	0,0291	60	0,00295	4,91667E-05	90,72164948
3	120	0,02615	60	0,00285	0,0000475	100,9560229
4	180	0,0233	60	0,0026	4,33333E-05	113,304721
5	240	0,0207	60	0,0023	3,83333E-05	127,5362319
6	300	0,0184	60	0,002	3,33333E-05	143,4782609
7	360	0,0164	60	0,0016	2,66667E-05	160,9756098
8	420	0,0148	60	0,00125	2,08333E-05	178,3783784
9	480	0,01355	60	0,00115	1,91667E-05	194,8339483
10	540	0,0124	60	0,0009	0,000015	212,9032258
11	600	0,0115	60	0,00095	1,58333E-05	229,5652174
12	660	0,01055	60	0,00075	0,0000125	250,2369668
13	720	0,0098	60	0,00055	9,16667E-06	269,3877551
14	780	0,00925	60	0,0004	6,66667E-06	285,4054054
15	840	0,00885	60	0,00025	4,16667E-06	298,3050847
16	900	0,0086	60	0,00025	4,16667E-06	306,9767442
17	960	0,00835	60	0,00015	2,5E-06	316,1676647
18	1020	0,0082	60	0,00015	2,5E-06	321,9512195
19	1080	0,00805	60	1E-04	1,66667E-06	327,9503106
20	1140	0,00795	60	5E-05	8,33333E-07	332,0754717
21	1200	0,0079	60	0,0001	1,66667E-06	334,1772152
22	1260	0,0078	60	0,00015	2,5E-06	338,4615385
23	1320	0,00765	60	0,0001	1,66667E-06	345,0980392
24	1380	0,00755	60	1E-04	1,66667E-06	349,6688742
25	1440	0,00745	60	0,00015	0,0000025	354,3624161
26	1500	0,0073	60	0	0	361,6438356
27	1560	0,0073	60	5E-05	8,33333E-07	361,6438356
28	1620	0,00725	60	0,0001	1,66667E-06	364,137931
29	1680	0,00715	60	0,0001	1,66667E-06	369,2307692
30	1740	0,00705	60	0	0	374,4680851
31	1800	0,00705	60	5E-05	8,33333E-07	374,4680851
32	1860	0,007	60	5E-05	8,33333E-07	377,1428571
33	1920	0,00695	60	0,0001	1,66667E-06	379,8561151
34	1980	0,00685	60	5E-05	8,33333E-07	385,4014599
35	2040	0,0068	60	5E-05	8,33333E-07	388,2352941
36	2100	0,00675	60	0	0	391,1111111
37	2160	0,00675	60	1E-04	1,66667E-06	391,1111111
38	2220	0,00665	60	5E-05	8,33333E-07	396,9924812
39	2280	0,0066	60	0	0	400
40	2340	0,0066	60	0	0	400
41	2400	0,0066	60	5E-05	8,33333E-07	400
42	2460	0,00655	60	0	0	403,0534351
43	2520	0,00655	60	0,00655	0,000109167	403,0534351

3. Wnioski

Celem ćwiczenia było wyznaczenie prędkości opadania cząstek ciała stałego w zawiesinie oraz zbadanie zależności wysokości osadu od czasu.

Prędkość opadania cząstek ciała stałego malała w miarę upływu czasu, natomiast stężenie wzrastało.

W górnej części cylindra w miarę trwania doświadczenia ubywało cząstek ciała stałego, które opadały na dno naczynia pomiarowego. Spowodowane jest to działaniem siły grawitacji. Proces ten przebiegał do momentu, aż pojawiła się wyraźna granica pomiędzy klarowną cieczą, a osadem. Równolegle przebiegał proces zagęszczania osadu. Wyżej opisane zjawiska przedstawia krzywa sedymentacji, sporządzona na podstawie wyników doświadczalnych.

---