Laboratorium Katedry Inżynierii Procesowej Politechnika Opolska	Kamil Adamaszek III IChiP 2014/2015
Laboratorium z operacji i procesów mechanicznych Ćwiczenie nr 8 Badanie procesu sedymentacji zawiesiny
Ćwiczenie odrobiono: 13.12.2014	Sprawozdanie złożono: .01.2015

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było doświadczalne określenie szybkości opadania swobodnego w różnych płynach oraz przeprowadzenie testu sedymentacyjnego zawiesiny mąki w oleju.

2. Przebieg ćwiczenia

Opadanie swobodne cząstki kulistej.

Płytę z rurkami obrócono o 180 °. Odczytywano czas opadania kulki między 2 punktami. Wyniki notowano w tabeli.

Test sedymentacyjny zawiesiny mąki w oleju

Do odmierzonej ilości oleju dodano zadaną masę mąki następnie wymieszano do powstania układu jednorodnego. Od zakończenia mieszania zaczęto mierzyć czas i notować w tabeli przyrost osadu oraz przyrost cieczy klarownej.

3. Tabela pomiarowa

Opadanie swobodne cząstki kulistej

	Gęstość kulek [kg/m^3]	Średnica Kulek [mm]
Woda	1231	15,5
Gliceryna	1305	15,2
Olej	1264	15,3
	woda	Gliceryna
lp.	t [s]	t [s]
1	3,2	7,48
2	2,92	8
3	2,62	7,56
4	2,6	7,7
5	2,56	7,3

l=0,8 m

Test sedymentacyjny

	osad	ciecz czysta
	Wysokość warstwy	czas tworzenia się warstwy
lp	[mm]	[s]
0	0	0
1	2,5	150
2	5	300
3	7	420
4	9	565
5	12	680
6	15	780
7	17	870
8	19	1000
9	19	1200
10	19	1455

masa oleju 64,97 [g]

masa mąki 6,74 [g]

wysokość początkowa zawiesiny 12,4 [cm]

4. Obliczenia

Opadanie swobodne cząstki kulistej

Średni czas opadania cząstek w:

- wodzie

(3,2 + 2,92 + 2,62 + 2,6+ 2,56)/5= 2,78 s

- glicerynie

(7,48+ 8+ 7,56+ 7,7+7,3)/5 = 7,61 s

- oleju

(28+ 26,66+ 22,34+ 26,9+ 26,8)/5 =26,14 s

Średnia prędkość doświadczalna opadania cząstki w:

w= l/t

- wodzie

0,8m/2,78s= 0,29 m/s

- glicerynie

0,8m/ 7,61 =0,105 m/s

- oleju

0,8m/ 26,14s =0,031 m/s

Lepkość i gęstość wody i gliceryny odczytano z tabel.

Lepkość i gęstość oleju wyznaczono z zależności:
ρ=-0,784*T+894,47

ρ=-0,784*20+894,47= 878,79 kg/m³

Współczynnik ζ*Re² wyznaczono z zależności

ζ*Re² = $\frac{4\ {d_{\text{cz}}}^{3}\hat{g}(\rho_{\text{cz}} - \rho_{p})\rho_{p}}{3{\eta^{2}}_{p}}$

dla wody

ζ*Re² = $\frac{\mathbf{4*}\mathbf{0,015,5}^{\mathbf{3}}\mathbf{*9,81}\left( 1264\mathbf{-}998,2 \right)\mathbf{*998,2}}{\mathbf{3*0,}\mathbf{01}^{\mathbf{2}}}\mathbf{=}$11326332

dla oleju

ζ*Re² = $\frac{4*{0,0152}^{3}*9,81\left( 1264 - 878,4 \right)*878,4}{3*{0,0015}^{2}}\mathbf{=}\ $1,30

dla gliceryny

ζ*Re² = $\frac{4*{0,0153}^{3}*9,81\left( 1305 - 1255,16 \right)*1255,16}{3*{1,499}^{2}}\mathbf{=}$6910964

Odczytano liczbę Reynoldsa z tabeli w instrukcji do ćwiczenia.

Odczytane wartości podano w tabeli.

Prędkość wyznaczono z zależności

$$w = \frac{Re*\eta_{p}}{d_{\text{cz}}*\rho_{p}}$$

dla wody

$$w = \frac{5000*0,001}{\frac{15,5}{1000}*998,2} = 0,32\ m/s$$

dla oleju

$$w = \frac{300*0,015}{\frac{15,5}{1000}*878,79} = 0,034\ m/s$$

dla gliceryny

$$w = \frac{1*1,499}{\frac{15,2}{1000}*1255,16} = 0,079\ m/s$$

Substancja Własność	Woda	Gliceryna	Olej
Lepkość [Pa*s]	0,001	1,499	0,0015
Gęstość kg/m^3	998	1255,16	878, 79
ζ*Re^2 [-]	11326332	1,30	6747944
Re [-]	5000	1	300
w teoretyczne [m/s]	0,32	0, 079	0,034
w doświadczalne[m/s]	0,29	0,105	0,031

Test sedymentacyjny

Udział masowy ciała stałego

c_s= m_s/m_zaw = 6,74 / (6,74 * 64,97)

c_s = 0,094

Wysokość linii rozdziału

1. 124-0 = 124

2. 124 – 1 = 123

3. 124 – 10 = 113

4. 124- 20 = 104

5. 124 – 30 = 94

6. 124 – 35 = 89

7. 124 – 40 = 84

8. 124 – 50 = 74

9. 124 – 57 = 67

10. 124 - 60 = 64

5. Wnioski

Opadanie cząstki kulistej

Cząstki kuliste najszybciej opadają w substancjach o niskiej lepkości, a najwolniej w tych w których lepkość jest duża. Na prędkość opadania ma też wpływ różnica gęstości między cieczą, a cząstką oraz rozmiar cząstki. Cząstki poruszają, krótki czas ruchem przyśpieszonym, następnie

Różnice w teoretycznej i obliczonej prędkości mogą wynikać z małej dokładności odczytu z wykresu w układzie podwójnie logarytmicznym wartości liczby Reynoldsa oraz z błędu związanego z szybkością reakcji eksperymentatora w czasie pomiaru czasu.

Test sedymentacyjny

Wraz z upływem czasu narasta ilość osadu oraz spada ilość zawiesiny, rośnie natomiast wysokość słupa cieczy klarownej.

Ze względu na brak czasu test sedymentacyjny przerwano przed całkowitym wyklarowaniem cieczy, dlatego też nie określono punktu krytycznego krzywej sedymentacji, ani nie zaobserwowano zjawiska kompresji osadu.