Zakład Środków Gaśniczych
Badanie właściwości sorbentów
SP – PK11 pluton 3
Uwagi

I. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zbadanie podstawowych właściwości sorbentu sypkiego Eco -Dry Plus, takich jak gęstość właściwa, gęstość nasypowa, teoretyczna i praktyczna zdolność sorpcyjna oraz porównanie ich z danymi podawanymi przez producenta.

II. Przebieg ćwiczenia

Badanie gęstości właściwej sorbentu:

Pomiar przeprowadzaliśmy ważąc próbkę sorbentu znajdującą się w kolbie miarowej o znanej masie i objętości 50 cm³, którą wypełniliśmy w około 1/3 badanym sorbentem. Następnie dolaliśmy etanolu do zaznaczonej objętości. Co pewien czas obracaliśmy kolbę pod kątem około 45° do podłoża, co umożliwiło dokładne wypełnienie objętości porów etanolem i usunięcie powietrza. Na koniec dolaliśmy tyle etanolu, by ponownie objętość całej próbki wynosiła 50 cm³ i zważyliśmy kolbę ponownie. Wyniki pomiarów zanotowaliśmy.

Badanie gęstości nasypowej:

Badanie polegało na swobodnym przesypaniu sorbentu do trzech cylindrów miarowych, które zważyliśmy przed i po wypełnieniu ich do objętości 50 cm³. Wyniki zanotowaliśmy.

Badanie gęstości właściwej oleju:

Badanie przeprowadziliśmy w celu wyznaczenia maksymalnej teoretycznej zdolności sorpcyjnej. Polegało ono na zważeniu w cylindrach o znanej masie określonej objętości zużytego oleju silnikowego. Wyniki pomiarów zonotowaliśmy.

Badanie zdolności sorpcyjnej metodą Westinghouse'a:

Na początek zważyliśmy porcję sorbentu w stożkowym pojemniku wykonanym z siatki. Było to kłopotliwe, dlatego musieliśmy posłużyć się zlewką do ustawienia pojemnika na wadze (masa m_s oznacza sumę mas stożkowego pojemnika i zlewki). Następnie zanurzyliśmy badaną porcję sorbentu na 10 minut do nasycenia w zużytym oleju silnikowym. Po wyciągnięciu sorbentu z oleju, pozostawiliśmy próbkę na kolejne 10 minut w celu odcieknięcia nadmiaru cieczy. Na koniec dokonaliśmy pomiaru masy sorbentu nasyconego cieczą w analogiczny sposób jak na początku badania. Wyniki pomiarów zanotowaliśmy.

Badanie praktycznej zdolności sorpcyjnej:

Badanie miało na celu ustalenie minimalnej masy sorbentu potrzebnej do wchłonięcia próbki oleju o określonej masie. Polegało ono na zważeniu szalki, do której następnie nalaliśmy około 50 cm³ oleju (wykorzystaliśmy olej z badania gęstości właściwej oleju) i ponownie zważyliśmy. Kolejnym krokiem było dosypywanie i mieszanie sorbentu do momentu całkowitego pochłonięcia oleju, po czym nasycony cieczą sorbent zważyliśmy. Wyniki zostały zanotowane.

III. Obliczenia

Gęstość właściwa sorbentu:

$$\rho_{wl} = \frac{m_{\text{sor}}}{V_{\text{szk}}} = \frac{m_{k + sor} - m_{k}}{V_{k} - \frac{m_{k + sor + et} - m_{k + sor}}{\rho_{\text{et}}}} = \frac{46,81g - 37,17g}{50\text{cm}^{3} - \frac{82,30g - 46,81g}{0,79\frac{g}{\text{cm}^{3}}}} = 1,90\frac{g}{\text{cm}^{3}}$$

Gęstość nasypowa sorbentu:

$$\rho_{poz\ 1} = \frac{m_{2} - m_{1}}{V} = \frac{63,98g - 37,22g}{50\text{cm}^{3}} = 0,535\frac{g}{\text{cm}^{3}}$$

$$\rho_{poz\ 2} = \frac{m_{2} - m_{1}}{V} = \frac{63,85g - 37,24g}{50\text{cm}^{3}} = 0,532\frac{g}{\text{cm}^{3}}$$

$$\rho_{poz\ 3} = \frac{m_{2} - m_{1}}{V} = \frac{63,46g - 37,25g}{50\text{cm}^{3}} = 0,504\frac{g}{\text{cm}^{3}}$$

$$\rho_{poz\ sr} = \frac{\rho_{poz\ 1} + \rho_{poz\ 2} + \rho_{poz\ 3}}{3} = \frac{0,535\frac{g}{\text{cm}^{3}} + 0,532\frac{g}{\text{cm}^{3}} + 0,504\frac{g}{\text{cm}^{3}}}{3} = 0,524\frac{g}{\text{cm}^{3}}$$

Gęstość właściwa oleju:

$$\rho_{ol\ 1} = \frac{m_{2} - m_{1}}{V} = \frac{65,26g - 22,06g}{50\text{cm}^{3}} = 0,864\frac{g}{\text{cm}^{3}}$$

$$\rho_{ol\ 2} = \frac{m_{2} - m_{1}}{V} = \frac{65,87g - 22,12g}{50\text{cm}^{3}} = 0,875\frac{g}{\text{cm}^{3}}$$

$$\rho_{ol\ 3} = \frac{m_{2} - m_{1}}{V} = \frac{65,33g - 22,03g}{50\text{cm}^{3}} = 0,866\frac{g}{\text{cm}^{3}}$$

$$\rho_{ol\ sr} = \frac{\rho_{ol\ 1} + \rho_{ol\ 2} + \rho_{ol\ 3}}{3} = \frac{0,864\frac{g}{\text{cm}^{3}} + 0,875\frac{g}{\text{cm}^{3}} + 0,866\frac{g}{\text{cm}^{3}}}{3} = 0,868\frac{g}{\text{cm}^{3}}$$

Zdolność sorpcyjna badana metodą Westinghouse'a:

$$Z_{\text{west}} = \frac{m_{s + sor + ol} - m_{s + sor}}{m_{s + sor} - m_{s}} = \frac{100,84g - 76,49g}{76,49g - 54,30g} = 1,10\frac{g}{g}$$

Maksymalna zdolność sorpcyjna:

$$Z_{\max} = \varepsilon \bullet \frac{\rho_{\text{ol}}}{\rho_{poz\ sr}} = \left( 1 - \frac{\rho_{poz\ sr}}{\rho_{wl}} \right) \bullet \frac{\rho_{\text{ol}\ sr}}{\rho_{poz\ sr}} = \left( 1 - \frac{0,524\frac{g}{\text{cm}^{3}}}{1,90\frac{g}{\text{cm}^{3}}} \right) \bullet \frac{0,868\frac{g}{\text{cm}^{3}}}{0,524\frac{g}{\text{cm}^{3}}} = 1,20\frac{g}{g}$$

Praktyczna zdolność sorpcyjna:

$$Z_{prakt\ 1} = \frac{m_{sz + ol} - m_{\text{sz}}}{m_{sz + ol + sor} - m_{sz + ol}} = \frac{240,97g - 200,26g}{307,73g - 240,97g} = 0,610\frac{g}{g}$$

$$Z_{prakt\ 2} = \frac{m_{sz + ol} - m_{\text{sz}}}{m_{sz + ol + sor} - m_{sz + ol}} = \frac{243,77g - 202,75g}{304,93g - 243,77g} = 0,671\frac{g}{g}$$

$$Z_{prakt\ 3} = \frac{m_{sz + ol} - m_{\text{sz}}}{m_{sz + ol + sor} - m_{sz + ol}} = \frac{241,73g - 201,66g}{307,00g - 241,73g} = 0,614\frac{g}{g}$$

$$Z_{prakt\ sr} = \frac{Z_{prakt\ 1} + Z_{prakt\ 2} + Z_{prakt\ 3}}{3} = \frac{0,610\frac{g}{g} + 0,671\frac{g}{g} + 0,614\frac{g}{g}}{3} = 0,632\frac{g}{g}$$

IV. Analiza wyników

Obliczona gęstość właściwa sorbentu jest znacznie większa od gęstości pozornej. Jest to wynikiem wysokiej porowatości sorbentu.

Zdolność sorpcyjna wyznaczona metodą Westinghouse'a wynosi 1,10 g/g i różni się nieznacznie od maksymalnej zdolności sorpcyjnej (1,20 g/g), jednak praktyczna zdolność sorpcyjna jest o wiele niższa niż teoretyczna (0,632 g/g, co stanowi tylko nieco ponad połowę wartości teoretycznej).

V. Charakterystyka sorbentu

Uniwersalny sypki sorbent Eco-Dry Plus:

• niepalna krzemionka,

• sorbent stosowania na powierzchniach stałych, do zbierania olejów i emulsji wodno-olejowych z betonu, asfaltu, chodników i powierzchni brukowych,

• nie uwalnia zaabsorbowanych cieczy,

• produkt stabilny chemicznie,

• nieodporny na kwas fluorowodorowy,

• gęstość nasypowa 0,59 g/cm³,

• zdolność sorpcyjna oleju 0,76 l/l,

• zdolność sorpcyjna wody 0,76 l/l.

VI. Wnioski końcowe

Na podstawie wykonanego ćwiczenia oraz poczynionych spostrzeżeń i obliczeń możemy stwierdzić, że:

• gęstość pozorna sorbentu jest znacznie niższa niż gęstość właściwa, co wskazuje na dużą porowatość sorbentu i wpływa w znaczący sposób na poprawę zdolności sorpcyjnej,

• różnica w zdolności sorpcyjnej maksymalnej i obliczonej metodą Westinghouse'a może wynikać z niecałkowitego wypełnienia porów przez olej; szczególnie może mieć to związek z powietrzem pozostałym w porach otwartych jednostronnie,

• praktyczna zdolność sorpcyjna jest znacznie niższa niż teoretyczna ze względu na niepełne nasycenie ziaren sorbentu pochłanianą cieczą, a także należy pamiętać, że w tym badaniu spory wpływ na wynik ma czynnik ludzki - sposób mieszania, szybkość dodawania sorbentu; w praktyce należy osiągnąć taki stopień nasycenia, przy którym ciecz nie wycieka z sorbentu i jednocześnie jest dokładnie zebrana; znaczącą część użytego w tym badaniu sorbentu wykorzystaliśmy do osuszenia dna szalek,

• badany sorbent powinien spełniać wymagania techniczno-użytkowe; nie jesteśmy w stanie określić, czy spełnia on wymogi dotyczące pochłaniania oleju, ponieważ w badaniu nie używaliśmy oleju napędowego; nie możemy również nic powiedzieć o zawartości frakcji w sorbencie; gęstość nasypowa różni się o więcej niż ±10% od wartości podanej przez producenta (11,19%); producent deklaruje, że sorbent Eco-Dry Plus nie wchodzi w reakcje chemiczne z pochłanianymi substancjami - jedyną destrukcyjnie działającą na niego substancją jest kwas fluorowodorowy.