Separacje i oczyszczanie bioproduktów

laboratorium

Temat ćwiczenia: Sedymentacja

Prowadzący zajęcia:

Grupa 1	Anna Koziczak 193411 Aleksandra Ruszkowska 193206 Katarzyna Zagórska 196707
Osoba odpowiedzialna	Anna Koziczak 193411
Data zajęć	20.10.2014
Data oddania sprawozdania

Cel ćwiczenia



• Wyznaczenie krzywej sedymentacji oraz krzywej narastania osadu dla procesu sedymentacji okresowej.

• Obliczenie na podstawie danych eksperymentalnych, początkowej szybkości sedymentacji (r0) cząstek stałych i porównanie tej wartości z teoretycznymi przewidywaniami.

• Porównanie wpływu lepkości medium na szybkość sedymentacji.

• Określenie początkowej porowatości zawiesiny oraz porowatości powstałego osadu.

Przebieg doświadczenia

1. Pomiary wysokości warstwy zawiesiny w czasie wykonywano w leju Imhoffa o pojemności 1 dm3.

2. Naważkę substancji stałej (skrobia ziemniaczana) o masie 7,5 grama odważono na wadze, wprowadzono do zlewki i uzupełniono wodą lub wodnym roztworem glicerolu do 1 dm3.

3. Po dokładnym wymieszaniu układu ciecz-ciało stałe uzyskaną zawiesinę przelano do leja Imhoffa i włączono stoper.

4. Od tego momentu w ustalonych odstępach czasu odczytywano wysokość warstwy narastania oraz wysokość warstwy klarowania.

5. Proces, w przypadku roztworu wodnego, zakończono w momencie osiągnięcia punktu krytycznego, natomiast w wodnym roztworze prowadzono go przez 20 min, tak aby zaobserwować początkowe szybkości sedymentacji i powstawanie osadu.

6. Zapisano objętość końcową uzyskanego osadu.

Obliczenia

Dane eksperymentalne otrzymane w trakcie procesu sedymentacji skrobi ziemniaczanej w wodzie o stężeniu 7,54 g/l.

t [min]	hklarowania [cm]	hosadu [cm]
0	36	0
1	35,7	0,5
2	35,5	1,5
3	35,3	2,5
4	35	3
5	34,5	3,5
6	33,5	3,7
7	33	4
8	32,5	4,1
9	32	4,3
10	31,5	4,9
13	30	5
16	29	5,3
19	28,5	5,5
22	27	5,6
25	26	5,5
30	25,5	5,6
35	22	5,7
40	19	5,7
45	17,5	5,8
55	13,5	5,8
65	9,5	5,7
75	7	5,5
80	5	5

Wykresy krzywych sedymentacji oraz narastania osadu:

Przy wykorzystaniu programu Excel i funkcji regresji liniowej wyznaczyliśmy początkowe szybkości narastanie osadu i sedymentacji.

rosadu [cm/min]	rsedymentacji [cm/min]
0,743	0,476

W momencie zakończenia procesu z leja Imhoffa odczytaliśmy objętość osadu, która posłużyła nam do wyznaczenia porowatości osadu, oraz wyznaczylśmy porowatość zawiesiny.

V_osadu=10,75 cm³

εosadu	εzawiesiny
0,545	0,995

Przykładowe obliczenie:

• Porowatość osadu:

Objętość suchego ciała stałego tworzącego osad

m=7,5 g

q=1,533 [g/cm³]

V_{suchego osadu}=$\frac{m}{q}$=$\frac{7,5\lbrack g\rbrack}{1,533\lbrack\frac{g}{\text{cm}^{3}}\rbrack}$=4,89 [cm³]

Objętość wody

V_[H20]= V_osadu– V_{suchego osadu}

V_[H2o]=10,75[cm³]-4,89[cm³]=5,86[cm³]

ε_osadu=$\frac{V_{H2O}\ \lbrack\text{cm}^{3}\rbrack}{V_{\text{osadu}}\lbrack\text{cm}^{3}\rbrack}$

ε_osadu=$\frac{5,86}{10,75} = 0,545$

• Porowatość zawiesiny:

ε_zawiesiny=$\frac{1000 - V_{\text{suchego\ osadu}}\ \lbrack\text{cm}^{3}\rbrack}{1000}$

ε_zawiesiny =0,995

Dane eksperymentalne otrzymane w trakcie procesu sedymentacji skrobi ziemniaczanej w

5%-owym roztworze glicerolu, w którym stężenie ciała stałego wynosiło 7,54 g/l.

t [min]	hosadu [cm]	hklarowania [cm]
0	0	36
0,5	0,2
1	0,3
1,5	0,5
2	1,1	35,5
2,5	1,4
3	1,8
3,5	2,3
4	2,8	34,5
4,5	3
5	3,2
5,5	3,6
6	3,8	34
6,5	3,9
7	4
7,5	4,2
8	4,2	33,5
8,5	4,2
9	4,2
10	4,3	32,5
11	4,4
12	4,4	31
14	4,5	30
16	4,6	29
18	4,6	28
20	4,6	27

Wykresy krzywych sedymentacji oraz narastania osadu:

Na wykresie pominięto punkt odpowiadające t=1 i t=1,5, ponieważ odbiegały one od pozostałych.

Przy wykorzystaniu programu Excel i funkcji regresji liniowej wyznaczyliśmy początkowe szybkości narastanie osadu i sedymentacji.

rosadu [cm/min]	rsedymentacji [cm/min]
0,597	0,464

Wyznaczenie teoretycznej początkowej szybkości sedymentacji.

$$r_{0\ teoretyczne} = \frac{d^{2}*g*(\rho_{s} - \rho_{c})}{18\eta}$$

Gdzie:

d=250μm

g=9,81 m/s²

ρ_s=1,533 g/cm3

ρ_wody=1 g/cm3

ρ_glicerolu=1,012 g/cm3

η_wody=0,893 Pa*s

η_glicerolu=1,01 Pa*s

r_{0 teore. woda}=1,22 g/min

r_{0 teore. glicerol}=1,06 g/min

Podsumowanie wszystkich danych wyznaczonych i wyliczonych dla procesów sedymentacji skrobi ziemniaczanej o stężeniu 7,5 g/l dla obu medium.

WODA	GLICEROL
ϵzawiesiny	ϵosadu
0,995	0,545

Porównanie stosunków początkowej szybkości sedymentacji wody/glicerolu otrzymanych doświadczalnie i wyliczonych z teoretycznego wzoru.

$$\frac{r_{0\ teore.\ woda}}{r_{0\ teore.\ glicerol}} = 1,15$$

$$\frac{r_{\text{sed.\ wody}}}{r_{\text{sed.\ glicerolu}}} = 1,03$$

Dane eksperymentalne otrzymane przez wszystkie grupy w trakcie procesu sedymentacji skrobi ziemniaczanej w wodzie, oraz wyliczone dla nich wartości porowatości zawiesiny i osadu.

C [g/l]	ϵzawiesiny	ϵosadu	rsedymentacji [cm/min]	rosadu [cm/min]
2,5	0,998	0,22	0,633	0,466
5,02	0,997	0,565	0,753	0,675
7,54	0,995	0,545	0,476	0,743
10,06	0,993	0,407	0,404	1,2
13,01	0,988	0,243	0,15	1,08

Wnioski

Wszystkie postawione przed nami cele ćwiczenia zostały zrealizowane.