Ochrona środowiska w energetyce – laboratorium
Temat: Analiza granulometryczna i oznaczenie wilgoci we frakcjach ziarnowych
WEiP Energetyka Rok III Grupa 1
Bartosz Cudak Agnieszka Drobniak Artur Bogacki Wojciech Bracha

I WSTĘP

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z analizą ziarnową metodą analizy sitowej oraz oznaczenie zawartości wilgoci w badanym materiale.

Wstęp

Pojęcie skład ziarnowy odnosi się do procentowych udziałów poszczególnych klas ziarnowych, natomiast określenie klasa ziarnowa dotyczy zbioru wszystkich ziaren materiału, których wymiary zawierają się w określonym przedziale liczbowym.

Możemy wyróżnić cztery główne metody opracowane do określania składu ziarnowego: metoda przesiewania, metoda sedymentacyjna, metoda mikroskopowa oraz analiza laserowa i rentgenowska.

Metodą wykorzystaną w ćwiczeniu była pierwsza z wymienionych czyli przesiewanie i oparta na nim analiza sitowa. Jest to najstarsza metoda, jednak wciąż ciesząca się zainteresowaniem z uwagi na jej prostotę i dużą szybkość uzyskania wyniku. Dolna granica stosowalności analizy sitowej to około 40μm. Metoda polega na umieszczeniu odważonej poprzednio próbki w zestawie sit, a następnie na wstrząsaniu tym zestawem. Po wykonaniu tych czynności waży się pozostałości na poszczególnych sitach i oblicza zawartości poszczególnych frakcji.

Wilgoć stanowi część paliw stałych, która jest określana jako balast, z uwagi na problemy jakie stwarza przy pozyskaniu, składowaniu, transporcie, przeróbce i użytkowaniu paliw. Zawartość wilgoci jest istotnym wskaźnikiem jakości paliwa, ponieważ jej zawartość obniża wartość opałową. Część generowanego ciepła jest tracona na ogrzanie i odparowanie wilgoci.

II CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Opis ćwiczenia

Wyposażenie stanowiska:

• Zestaw sit

• Waga o dokładności 0,01 g

• Naczynia wagowe

• Badany materiał

• Urządzenie do osuszania próbek (piec muflowy)

Przebieg ćwiczenia.

Pobraliśmy materiał do badania, który wykorzystywaliśmy do analizy sitowej a następnie odważyliśmy odpowiednią ilość. Następnie przesypaliśmy odmierzoną próbkę do sita o największych wymiarach boku oczka i po kolei przesiewaliśmy za pomocą pędzla oraz lekkiego potrząsania przez poszczególne sita. Ich wymiary były następujące : 0,25, 0,2, 0,125, 0,1, 0,063, 0,04. Po dokonaniu przesiania zważyliśmy wszystkie pozostałości na sitach w celu obliczenia zawartości poszczególnych frakcji. Następnie podzieliliśmy wszystkie próbki na dwie części: pierwsza część przeznaczona dla pierwszej podgrupy (naszej), druga część na drugiej podgrupy.

Oznaczanie zawartości wilgoci wykonywaliśmy poprzez umieszczenie poszczególnych próbek w piecu. Próbki z pierwszego sita oraz pozostałości po ostatnim sicie ze względu na znaczną ilość w porównaniu z pozostałymi podzieliliśmy dodatkowo na dwie w celu oznaczenia wilgoci dodatkowo w wagosuszarce (temp. 105°C. Niestety tylko pierwszą próbkę udało nam się wysuszyć w wagosuszarce ze względu na brak czasu.

Wyniki ćwiczenia

Tab.1 Wyniki analizy ziarnowej metodą sitową

Numer kolejny sita, n	Wymiar oczek sita	Masa pozostałości, mn	Klasa ziarnowa od - do	Frakcja Fn	Suma frakcji fn
	mm	g	mm	%	%
1	≥0,25	217,6	0,25	88,53	88,53
2	0,2	5	0,2-0,25	2,04	90,57
3	0,125	4,3	0,125-0,2	1,75	92,32
4	0,1	1,3	0,1-0,125	0,53	92,85
5	0,063	4,4	0,063-0,1	1,79	94,64
6	0,04	4,8	0,04-0,063	1,95	96,59
7 (pozostałości)	pozostałości	8,4	0-0,04	3,41	100

Tab.2 Wyniki oznaczenia wilgoci

Badana próbka	Masa pustego naczyńka wagowego [g]	Odważka [g]	Masa naczyńka wagowego z odważką [g]	Zawartość wilgoci [%]	Średnia zawartość wilgoci
			Przed suszeniem	Po suszeniu
1.	40,5	117,3	157,8	157,372	0,36
2.	28,4	2,3	30,7	30,685	0,65
3.	25,2	2	27,2	27,19	0,5
4.	25,9	0,6	26,5	26,48	3,33
5.	27,8	1,8	29,6	29,55	2,78
6.	28	1,8	29,8	29,769	1,72
7.	37,1	2,3	39,4	39,356	1,91

Zawartość pierwszej próbki oznaczonej w wagosuszarce = 0,56%

Wzory wykorzystywane w obliczeniach

Frakcja ziarnowa:

$$F_{n} = \frac{M_{n}}{M} \bullet 100\%$$

Gdzie:

F_n – Frakcja ziarnowa, [%],

M_n – Masa pozostałości [g] na sicie nr n,

M – Masa całej próbki wziętej do analizy.

Procentowa zawartość wilgoci poszczególnych frakcji:

$$X = \frac{\left( a - b \right) \bullet 100}{a - c}$$

Gdzie:

a – masa naczyńka wagowego z odważką przed suszeniem [g],

b – masa naczyńka wagowego z odważką po suszeniu [g],

c – masa pustego naczyńka wagowego [g].

$$X_{sr} = \frac{\sum_{i = 1}^{7}{(a_{i}}) - \sum_{i = 1}^{7}{(b_{i}})}{\sum_{i = 1}^{7}{(a_{i} -}c_{i})} \bullet 100\%$$

Gdzie:

a_i – masa i-tego naczyńka wagowego z odważką przed suszeniem [g],

b_i – masa i-tego naczyńka wagowego z odważką po suszeniu [g],

c_i – masa i-tego pustego naczyńka wagowego [g].

III WNIOSKI

Analiza ziarnowa

Jak możemy zauważyć największa zdecydowana większość frakcji bo 88,53% są to ziarna o wymiarach ≥0,25mm. Jednak jest to wynik obarczony niewielkim błędem z tego względu, iż ilość przesiewanego materiału na tym sicie była dużo większa nić w przypadku pozostałych sit bo ok. 250 g i z tego względu powinniśmy dużo dłużej dokonywać przesiewania, lecz było to niemożliwe ze względu na ograniczony czas.

Po przeanalizowaniu Klasyfikacji uziarnienia gleb i utworów skalnych zgodnie z trójkątem podziału utworów mineralnych na grupy granulometryczne (trójkąt Fereta) możemy porównać nasz materiał do piasków ponieważ udział frakcji o średnicy 2-0,05mm przekracza 90%.

Oznaczenie zawartości wilgoci

Jak możemy zauważyć zawartości wilgoci są niewielki 0,36-3,33%. Najmniejsza zawartość wilgoci występowała we frakcji i największej wielkości ziaren, która była równocześnie największą próbką pod względem wagowym. Należy jednak zauważyć, iż wykonane pomiary, oraz uzyskane wyniki są obarczone błędem ze względu na czas suszenia w piecu próbek (ok. 20 min). Czas suszenia powinien być znacznie dłuższy jednak byliśmy ograniczenia czasowa ponieważ przed dokonaniem suszenia musieliśmy najpierw przesiać badany materiał przez sita.