Filtracja jest operacją technologiczną polegającą na rozdzieleniu składników zawiesiny,którą stanowia cząstki ciał stałych zawieszonych w cieczy.Stosowane są 2 rodzaje rozdzielania mieszanin ciał stałych:

-przesiewanie

-sortowanie

Sortowanie - polega na rozdziale materiałów na frakcje prawadzace najczęściej pod kątem kształtu, barwy i stopnia dojrzałości, wagi itp.Równomierny kształt lub masa materiału ułatwia mechanizacje innych procesów np.obierania, balsamowania, usuwania części niejadalnych itp. Sortowanie może być ręczne, mechaniczne czy z zastosowaniem komór przemysłowych.Filtracje przeprowadza się w urządzeniach posiadających przegrodę filtracyjną, jest ona przepuszczalna dla cieczy, a ciała stałe osadzają się na jej powierzchni tworząc tzw. osad. Wyróżnia się 2 rodzaje filtracji :

- ze stała szybkością

- przy stałej różnicy ciśnień

Zabieg mieszania stosuje sie w celu uzyskania jednorodnej mieszaniny.Wyróżniamy następujące przypadki mieszania(ze względu na stan skupienia składników

a. w środowisku wodnym - Mieszanie w środowisku ciecz-ciecz lub zawiesiny cząstek ciała stałego w cieczy. Zabieg przebiega w tzw. mieszalnikach,które dzieli się na:

mechaniczne,pneumatyczne,przepływowe

b. materiałów sypkich - przebiega w urządzeniach zwanych mieszarkami. Mieszanie materiałów sypkich jest trudniejsze . Wyróżniamy 3 typy mieszarek: z mieszadłami mechanicznymi,przesypowe,pneumatyczne

c.ciał plastycznych - Mieszanie ciasta zachodzi w urządzeniach w tzw. zagniatarkach, sa one wyposażone w mieszadła wolno obrotowe o dużej wytrzymałości mechanicznej

Homogenizację stosuje sie dla zawiesin typu ciecz-ciecz oraz ciecz-ciało stałe.Polega ona na zrealizowaniu dwu operacji:

-zmniejszenia i ujednolicenia wymiarów cząstek ciała stałego lub kropelek cieczy zawieszonych w cieczy,

-wymieszania składu zawiesiny.

Homogenizację w przemyśle prowadzi się za pomocą homogenizatorów. Zasada działania homogenizatorów polega na przetłaczaniu zawiesiny przez wąską szczelinę. Dla każdego rodzaju zawiesiny dobierany jest odpowiedni typ szczeliny.

Rozdrabnianiem nazywa się podział materiału na części pod wpływem zewnętrznych sił mechanicznych. Rozdrabnianie znajduje podstawowe zastosowanie w takich przemysłach jak: wydobywczy, chemiczny, rolno-spożywczy, farmaceutyczny i wiele innych. Proces ten jest bardzo energochłonny. Rocznie, światowe zużycie energii na ten cel wynosi około 350 mld kWh.W zależności od konstrukcji elementów roboczych maszyn rozdrabniających rozróżnia się następujące sposoby rozdrabniania: zgniatanie, rozłupywanie, zginanie. rozrywanie, uderzanie, ścinanie i ścieranie.

Rys.20.1. Sposoby rozdrabniania: a) zgniatanie, b) rozłupywanie, c) zginanie, d) uderzanie, e) rozrywanie, f) ścinanie, g) ścieranie

Miarą efektów procesu rozdrabniania jest tzw. stopień rozdrobnienia:n=D/d [ - ]

gdzie:n - stopień rozdrobnienia,D - charakterystyczny wymiar ziarna przed rozdrobnieniem w m,d - charakterystyczny wymiar ziarna po rozdrobnieniu w m.Średni stopień rozdrobnienia n_śr określa się jako stosunek średniej wielkości ziaren surowca do średniej wielkości ziaren produktu: n_śr=D_śr/d_śr [ - ]

Siły zewnętrzne działające na materiał w celu jego rozdrobnienia muszą pokonać siły spójności (kohezji) wiążące cząstki danego materiału. Wymaga to wykonania określonej pracy rozdrabniania.Zagadnienie to było przedmiotem wielu badań, w wyniku których powstało szereg hipotez, np.: Kick'a, Rittingera, Bonda, Charlesa, Bracha. Jednak praktyczna przydatność tych opracowań do wyznaczania pracy rozdrabniania jest ograniczona ze względu na wąski zakres zastosowania. Jeżeli rozdrabnianiu poddawany jest materiał o dużych wymiarach cząstek, rozdrabnianie należy przeprowadzić w kilku etapach.

Maszyny rozdrabniające dzieli się na następujące grupy:

a)do rozdrabniania wstępnego - łamacze, kruszarki, niektóre typy młynów,

b)do rozdrabniania średniego - stożkowe, bijakowe, walcowe,

c)do rozdrabniania drobnego - udarowe, walcowe, gniotowniki,

d)do rozdrabniania bardzo drobnego - tarczowe, kulowe,

e)do rozdrabniania ultradrobnego i koloidalnego - strumieniowe, tarczowe, prętowe

W procesach rozdrabniania ważnym zagadnieniem jest znajomość energii związanej z rozdrabnianiem minerałów. Najbardziej znane hipotezy rozdrabniania związane są z nazwiskami Kick, Rittinger, Bond-Wand.Hipotezy Rittingera i Bonda wykazują pewne podobieństwo, a mianowicie obie wiążą energię rozdrabniania ze zmianą powierzchni, dodatkowo w hipotezie Bonda uwzględnia się objętość ziarn rozdrabnianego materiału. W trakcie wyprowadzania wzorów w obu hipotezach zakłada się że rozdrabniane ziarna posiadają jednakowe wielkości i kształt. W rzeczywistych procesach rozdrabniana mamy doczynienia z krzywymi składu ziarnowego, w związku z czym w hipotezie Bonda przyjmuje się ziarno 80%, natomiast w hipotezie Rittingera średnią harmoniczną. Nasuwa się więc wniosek o konieczności uwzględnienia krzywych składu ziarnowego. W pierwszym etapie należy określić kinetykę procesu rozdrabniania. W tych wzorach powinien występować czas.W pracach tych, przy założeniu określonych klas ziarnowych, na podstawie bilansu masy wprowadza się odpowiednie wzory. Założenie stałości współczynników w tych równaniach prowadzi do szybkiego wzrostu ich ilości przy zwiększeniu ilości klas ziarnowych, co czyni te wzory trudne do interpretacji. Również wzory te związane są z ustalonymi klasami ziarnowymi. Istotny postęp stanowiło rozbicie tych stałych na dwa czynniki. Analizę procesu rozdrabniania przedstawia się często w postaci macierzowej.Ciągły opis procesu rozdrabniania prowadzi do równań różniczkowo-całkowych. Równania te dla gęstości prawdopodobieństwa występują w teorii procesów Markowa , dla procesów rozdrabniania np. w pracach Gardner, Austin oraz Bass. W niniejszej pracy określono energię rozdrabniania w dwóch etapach. W etapie pierwszym określono kinetykę procesu na podstawie teorii procesów Markowa. Wprowadzone równania związane są z teorią dyskretnych procesów Markowa z ciągłym zbiorem stanów. Następnie określono pracę rozdrabniania. Otrzymane równania odpowiadają hipotezom Rittingera i Bonda, jednak z możliwości dowolnego wyboru charakterystycznej wielkości ziarna produktu. Prowadzi to jednocześnie do zmiany "stałej".

Aglomeracja-łączenie cząsteczek z równoczesnym nadaniem określonego kształtu gotowemu produktowi. Uzyskuje się to przez brykietowanie i tabletkowanie

Granulacje-łączenie cząsteczek bez stosowania siły mechanicznej a jedynie z wykorzystaniem ciekłych i stałych mostków między cząsteczkami. W wyniku granulowania uzyskuje się nieregularny, zbliżony do kuli kształt cząstek.

Fragmentacja - rozpad lub podział czegoś na fragmenty

Analiza sitowa - metoda badawcza polegająca na rozdziale materiału (gruntu, mieszanki mineralnej) na frakcje zawierające ziarna o różniej wielkości, poprzez przesiewanie przez zestaw sit, w wyniku czego ziarna o odpowiednich średnicach pozostają na kolejnych sitach (o coraz mniejszych oczkach). Po zważeniu poszczególnych klas ziarnowych określa się ile procent materiału pozostało na każdym sicie w stosunku do całości materiału.Analiza sitowa jest jedną z metod analizy granulometrycznej. Pozwala określić skład ziarnowy (frakcyjny) przesiewanego materiału.Procesem technicznym o takiej zasadzie jest przesiewanie, przy czym stosuje się go zwyczajowo do materiałów grubszych (o frakcjach dominujących grubszych od 1-2 mm a nawet kilkunastu mm, np. kruszyw i piasków).Analizę sitową wykorzystuje się m.in. w geologii inżynierskiej (gruntoznawstwie) i geotechnice do określenia składu granulometrycznego gruntów a wobec tego ich dokładnej nazwy, właściwości i możliwości wykorzystania, a pośrednio także i w hydrogeologii do określenia niektórych właściwości gruntów, takich jak np. współczynnik filtracji (na podstawie wzorów Hazena, Carmana-Kozeny).Analizę sitową wykonuje się używając sit o średnicach oczek dobranych odpowiednio do przesiewanego materiału. Norma podaje stosowane dla sit wymiary boków oczek kwadratowych:40mm, 25mm,10mm, 2mm, 1mm, 0,5mm, 0,25mm, 0,1mm (dla materiałów zawierających kruszywo, kamienie, żwir, piasek lub inne grubsze ziarna) czy też 0,071mm lub 0,063mm (dla bardziej drobnioziarnistych materiałów takich jak mączka kwarcowa, piaski z pyłami); dopuszcza się zastąpienie sit 0,071 i 0,063mm sitami o wymiarach oczek 0,074 i 0,06mm. W różnych działach nauki i gospodarki mogą być używane sita o nieco różniących się średnicach oczek.

Analizę sitową można przeprowadzić 2 metodami:

na sucho (najczęściej) - dla gruntów i kruszyw nie zawierających grudek gliny lub ziaren oblepionych gliną.

na mokro - dla materiałów zawierających grudki gliny lub ziarna oblepione gliną lub pyłem, a także dla materiałów zawierających duże ilości bardzo drobnych ziaren, które przy przesiewaniu na sucho mogą pylić.

Sortyment - gotowy produkt handlowy, grupa ziaren o ściśle określonej górnej i dolnej granicy wielkości ziaren oraz przyporządkowanej specyficznej nazwie (np. kęsy, kostka, orzech).

Analizę sitową stosuje się do określania uziarnienia piasku drobnego, średniego, grubego, pospółki i żwiru. Polega ona na rozsegregowaniu gruntu pod względem wielkości ziarn wg wymiarów oczek zastosowanych sit. Analiza sitowa dokonuje podziału tylko na ziarna i cząstki.

PRZEBIEG OZNACZENIA

Ustawić sita od najmniejszego do największego, od góry nakryć szczelnie, a na dole umieścić denko we wstrząsarce i przesiać próbkę.

Przesiewanie - w inżynierii chemicznej to proces jednostkowy polegający na rozdziale sproszkowanych faz stałych w oparciu o różnice w wielkość cząstek. Przesiewanie jest prowadzone na sucho.

W przeróbce kopalin przesiewaniem nazywane jest sortowanie kruszywa, ziarn i fragmentów skał za pomocą sit o różnych rozmiarach oczek, podobnie jak to ma miejsce w analizie sitowej.

Krzywa uziarnienia (krzywa składu ziarnowego) na podstawie wykonanej wcześniej analizy sitowej, nanoszone są jej wyniki na specjalną siatkę półlogarytmiczną. W wyniku czego otrzymujemy ciągłą krzywą uziarnienia dla danego kruszywa lub mieszanki mineralnej - inaczej mówiąc: graficzne przedstawienie uziarnienia.

Produkt górny - wszystkie ziarna które pozostały na sicie w wyniku przesiewania. Na produkt górny składa się klasa górna oraz nadziarno.

Nadziarno - część kruszywa po analizie sitowej (przesiewaniu) pozostająca na największym z sit, czyli część kruszywa o wielkości ziarn większej niż badana frakcja lub grupy frakcji. Nadziarno występuje w produkcie górnym.Dodatkowe możliwe przyczyny występowania nadziarna:

zbyt duża warstwa materiału na sicie uniemożliwia przedostanie się ziarn przez otwór sita;

zbyt duże nachylenie sita powoduje, że materiał zbyt szybko przemieszcza się po sicie i nie trafia do otworu;

materiał wilgotny - ziarna drobne zlepiają się z grubymi;

niedokładność procesu (koagulacja, oddziaływania elektrostatyczne cząstek materiału, niedokładne wymiary oczek itp.);

zbyt krótki czas przesiewania.

Produkt dolny - wszystkie ziarna które przeszły przez sito w wyniku przesiewania. Na produkt dolny składa się klasa dolna oraz podziarno

Podziarno (przesiew) - część kruszywa w analizie sitowej (przesiewaniu) przechodząca przez najmniejsze z sit, czyli część kruszywa o wielkości ziarn mniejszej od badanej frakcji lub grupy frakcji.Podziarnem można również określić część ładunku, która przeszła przez oczka określonego sita.Podziarno występuje w produkcie dolnym.Dodatkowe możliwe przyczyny występowania podziarna:

ziarna długie i wąskie przechodzą przez otwór sita, pomimo ich średnich wymiarów (średnic zastępczych) większych od średnicy oczek sita,

zwiększenie się otworu sita (np. w wyniku jego uszkodzenia).

Koło Mohra (koło naprężeń) - graficzna reprezentacja płaskiego stanu naprężenia. Koło Mohra pozwala znaleźć wykreślnie wartości naprężeń normalnych i stycznych w dowolnym kierunku, a także określić naprężenia główne i kierunki główne. Koło Mohra wykorzystuje się także w transformacji płaskiego stanu odkształcenia oraz do określenia momentu bezwladnosci po obrocie układu współrzędnych, ze względu na podobieństwo wzorów matematycznych które opisują te transformacje.Koło Mohra rysujemy w układzie, w którym oś odciętych odpowiada naprężeniom normalnym σ a oś rzędnych naprężeniom stycznym τ. Zadanie odwrotne - wyznaczenie naprężeń i kierunków głównych

Kreślimy okrąg o środku w punkcie o współrzędnych
przechodzący przez punkt A

Odczytujemy wartość naprężeń głównych
(większe) i
. Połowa kąta tworzonego przez odcinek OA z osią σ to kąt, pod jakim znajduje się kierunek główny względem kierunku x.

Spływ Kohezyjny - inaczej nazywany spływem grawitacyjnym.Rozpatruje się go jako mieszanina dwóch faz. Składa się z zawiesiny drobniejszych frakcji tzw. faza rozpraszająca, która odgrywa rolę nośnika oraz materiału gruboziarnistego tzw. faza rozproszona. W przypadku spływów kohezyjnych ziarna fazy rozproszonej (żwiru lub piasku) podtrzymywane są przez kohezję (czyli spoistość fazy rozpraszającej) którą stanowi przesycony wodą muł.Wytrzymałość na ścinanie fazy rozpraszającej jest bardzo niska, stąd spływy kohezyjne płyną niemal bez tarcia wewnętrznego na nachylonych zboczach.

Kohezja - ogólna nazwa zjawiska stawiania oporu przez ciała fizyczne, poddawane rozdzielaniu na części. Jej miarą jest praca potrzebna do rozdzielenia określonego ciała na części, podzielona przez powierzchnię powstałą na skutek tego rozdzielenia.Kohezji nie należy mylić z adhezją czyli zdolnością do łączenia się powierzchni ciał fizycznych. Jakkolwiek źródłem obu zjawisk jest występowanie rozmaitych oddziaływań międzycząsteczkowych, adhezja jest zjawiskiem czysto powierzchniowym, podczas gdy kohezja wynika z sił działających wewnątrz rozrywanego lub zgniatanego ciała.Kohezja ciał fizycznych zależy od wielu różnych czynników. Są to m.in.:

-stan skupienia - im wyższy stopień zorganizowania cząsteczek w ciele, tym zwykle siły kohezji są większe. Stąd największą wartość osiągają w krysztale a najmniejsze w gazach.

-oddziaływania międzycząsteczkowe między cząsteczkami tworzącymi ciało. Im są silniejsze w przeliczeniu na jednostkę objętości, tym siły kohezji wzrastają.

W przypadku ciał stałych: mikrostruktura, która odpowiada za występowanie takich zjawisk jak mikropęknięcia, kawitacja, dobre lub złe przenoszenie naprężeń mechanicznych.

Kohezja, spójność, wzajemne przyciąganie się cząsteczek danej substancji, spowodowane siłami oddziaływań międzycząsteczkowych.

Materiał sypki - chodzi tu o towary sypkie, tzn. składające się z kawałków lub ziaren, jak np. zboża, węgiel, kruszec, żwir, piasek lub kamienie.

Magazynowanie, obróbka i przetwarzanie materiałów sypkich (rolniczych, farmaceutycznych, mineralnych) jako interdyscyplinarny obszar technologii łączy zainteresowania wielu dziedzin nauki i techniki takich jak: fizyka, chemia, mechanika, rolnictwo, inżynieria materiałowa. Wśród nich rolnictwo i przemysł spożywczy to, obok przemysłu chemicznego i farmaceutycznego, najwięksi producenci i przetwórcy materiałów sypkich. Urządzenia technologiczne do obróbki i przetwarzania materiałów sypkich powinny spełniać dwa podstawowe wymagania: zapewniać utrzymanie wysokiej jakości przetwarzanych materiałów oraz prawidłowy i bezpieczny przebieg przeprowadzanych operacji.

Materiały sypkie wyraźnie odróżniają się od typowych stanów skupienia materii: gazu, cieczy i ciała stałego. Często wyrażany jest pogląd, że materiał sypki zachowuje się jak oddzielny stan skupienia. Na poparcie tego poglądu wskazywane są trzy charakterystyczne oddziaływania typowe dla materiałów sypkich: istnienie tarcia statycznego, niesprężyste zderzenia oraz praktycznie zerowa energia ruchów termicznych w porównaniu do energii potencjalnej pola grawitacyjnego. Niezwykle złożone zachowanie się materiałów sypkich, mieszanina dobrze już zrozumianych a także wciąż jeszcze nie poznanych praw fizycznych rządzących zachowaniem się tych materiałów nastręcza wiele poważnych problemów praktyce inżynierskiej, która radzić musi sobie na swój własny sposób.

Rosnąca ilość operacji technologicznych z udziałem materiałów sypkich spowodowała w ostatnich dziesięcioleciach pilną potrzebę szukania nowych rozwiązań w sferze techniki i teorii oraz zwiększone zainteresowanie badaniem właściwości fizycznych tych materiałów. Opracowanie efektywnych metod projektowania procesów technologicznych wymaga dokładnej znajomości właściwości fizycznych obrabianego materiału oraz poprawnego rozumienia oddziaływań zachodzących w relacji z materiałami konstrukcyjnymi. Szczególnie dużego znaczenia nabiera doskonalenie metod pomiaru właściwości fizycznych. Mimo znacznego postępu w rozwoju metod pomiarowych wyniki badań właściwości fizycznych materiałów sypkich prowadzone w różnych laboratoriach różnią się znacznie między sobą. Istotnym źródłem rozrzutu wyników jest duża ilość rozpowszechnionych metod pomiarowych oraz brak ujednoliconej procedury pomiarowej. Ponadto częstym źródłem zmienności jest również nie w pełni kontrolowany wpływ takich czynników, jak: wilgotność, gęstość, struktura upakowania, historia obciążenia.

Materiały sypkie pochodzenia roślinnego stanowią spójną grupę materiałów wyróżniającą się dużą odkształcalnością ziaren ośrodka oraz bardzo silną zależnością cech mechanicznych od wilgotności. W odróżnieniu od materiałów pochodzenia mineralnego wilgotność wnika do wnętrza ziaren, co prowadzi często do jakościowej zmiany właściwości fizycznych.

Przesiewacze wibracyjne bezwładnościowe mają budowę skrzynkową zamkniętą. Wsyp i wysypy przesiewaczy łączy się z instalacją za pomocą elastycznych łączników, pozwala to na pełną pyłoszczelność procesu przesiewania. Konstrukcja przesiewacza pozwala na zastosowanie jako podwieszonego na amortyzatorach AG lub podpartego na amortyzatorach AGW. Sposób ustawienia nie wpływa na proces przesiewania. Pokłady sitowe wykonane z blach perforowanych, siatek z drutu lub innych materiałów, napinane są poprzecznie lub wzdłużnie za pomocą śrub. Żądaną ostrość odsiewu można uzyskać poprzez regulację ilości nadawy, pochylenie przesiewacza oraz zmianę wielkości amplitudy drgań. Podłączenie elektryczne elektrowibratora należy wykonać jak dla silnika elektrycznego o identycznych parametrach elektrycznych

Przesiewacze bębnowe są maszynami, które powstały w XIX w. i były długi czas eksploatowane w różnych gałęziach gospodarki , głównie w przemyśle zbożowo-młynarskim. Potem zostały one zastąpione maszynami wibracyjnymi oraz zataczającymi i zaprzestano ich produkcji. W ostatnim czasie maszyny te pojawiły się ponownie, za sprawą zastosowania ich w liniach technologicznych do segregacji odpadów komunalnych. Pojawiły się takze w innych przemysłach, w tym w przemyśle kruszyw mineralnych i przeróbce odpadów mineralnych. Do przesiewania odpadów (komunalnych i mineralnych) mogą być również stosowane przesiewacze o sitach płaskich; są one dzisiaj najczęściej używane we wszystkich dziedzinach gospodarki narodowej.

W inżynierii środowiska, a w szczególności w procesie realizacji sorto­wania odpadów komunalnych, stosowane są przesiewacze bębnowe - ma­szyny te znane są od dawna. W sensie konstrukcyjnym bębny dzielimy na trzy rodzaje:

a)bęben z wałem osiowym, dwustronnym,

b)bęben z wałem jednostronnym i podporą rolkową,

c)bęben z podporami obustronnymi

W przypadku bębnów a i b napęd jest dostarczany do wału bębna, na­tomiast w przypadku c bęben obracany jest za pomocą przekładni łańcuchowej lub zębatej.Siły działające na ziarno, znajdujące się wewnątrz bębna:siła odśrodkowa P_u,siła ciężkości G.Istotnym parametrem charakteryzującym przesiewacz bębnowy jest prędkość wirowania (prędkość krytyczna). Jest to taka prędkość obrotowa lub kątowa bębna dla której P_u=G, co oznacza że ziarno przylega do powierzchni wewnętrznej bębna i nie spada w dół. Jeszcze ważniejszy z procesowego punktu widzenia jest tzw. wyróżnik szybkości. Przesiewacze bębnowe wykorzystują 1/6-1/8 powierzchni sitowej ma­szyny, co stanowi istotną ich wadę, w porównaniu do przesiewaczy o sitach płaskich. Na rys. przedstawiono różne rodzaje ruchu materiału w bębnie, w zależności od zastosowanej wartości wyróżnika szybkobieżności przesiewacza. Najwłaściwszy z punktu widzenia przebiegu procesu przesiewania jest ruch nr 2 „opadanie". Uzyskujemy go, gdy wartość wyróżnika szybkobieżności ε_b =0,8-0,9. Obecnie budowane i eksploatowane przesiewacze, wykorzystywa­ne w segregacji odpadów komunalnych mają wyróżnik szybkobieżności ε_b =0,2-0,3. To zapewnia uzyskanie ruchu materiału w bębnie o charakterze poślizgu (ruch nr 5). Dlatego maszyny te pracują na ogół niewłaściwie.

Rys. Rodzaje ruchu złoza ziarnistego

Przesiewacze bębnowe obarczone licznymi wadami nie spełniają wszystkich wymagań stawianych maszynom przesiewającym. Dlatego obecnie stosuje się głównie przesiewacze o sitach płaskich.

Szczególnie do przesiewania odpadów komunalnych jest przeznaczony przesiewacz liniowo-eliptyczny, który został skojarzony z igłowym urządzeniem wybierającym. Maszynę stanowi klasyczny przesiewacz wibracyj­ny, napędzany dwoma wałami niewyważonymi, które są odpowiednio umieszczone względem środka ciężkości całego układu drgającego. Wały te mają różne momenty statyczne, przy czym wibrator większy znaj­duje się pod sitami (w najniższym położeniu). Oba wały obracają się z jedna­kowymi ω₁ = ω₂ lub różnymi ω₁ nie rowna sie ω₂ prędkościami kątowymi.Przesiewacze o sitach płaskich posiadają zdecydowanie lepsze charak­terystyki procesowe w porównaniu do przesiewaczy bębnowych

Transportem pneumatycznym nazywa się sposób transportu materiałów sypkich, w którym medium nośnym jest powietrze, czyli przemieszczanie materiału w rurociągu za pomocą bezpośredniego lub pośredniego działania dynamicznie przepływającego powietrza na transportowane cząstki materiału. Transport pneumatyczny dzieli się na mobilny i stacjonarny. Do mobilnego transportu pneumatycznego zalicza się transport materiałów sypkich w różnych obiektach przenośnych typu kontenery, pojemniki, naczepy. Poprzez stacjonarny transport pneumatyczny rozumie się urządzenia zabudowane na stałe w określonym miejscu

Zastosowanie transportu pneumatycznego:

-jako samodzielne urządzenia służące do transportu materiałów sypkich w najróżniejszych procesach technologicznych. Przede wszystkim do transportu materiałów nie lepkich, pylistych lub o drobnej ziarnistości, np. cementu, popiołu lotnego, wapienia, kaolinu, piasku odlewniczego itp.

-jako element uzupełniający odpylających systemów techniki powietrznej służących do transportu oddzielonych cząsteczek stałych w celu zmagazynowania i umieszczenia odpadów lub do transportu oddzielonych produktów do dalszej obróbki

Typy stacjonarnego transportu pneumatycznego:

-niskociśnieniowy

-średniociśnieniowy

-wysokociśnieniowy

-transport w rynnach aeracyjnych

Przykładem transportu niskociśnieniowego są mieszalniki eżektorowe. Odległości transportowe są ograniczone zastosowanym ciśnieniem powietrza transportującego. W przypadku transportu niskociśnieniowego zazwyczaj wydajność transportu wynosi 0,1 - 2 t/h dla odległości transportowych 30 - 40 m.

W przypadku transportu średniociśnieniowego jako źródła powietrza transportowego stosowane są dmuchawy o ciśnieniu powietrza do 0,1 MPa a jako mieszalniki specjalne podajniki obrotowe.

Elementami funkcyjnymi transportu wysokociśnieniowego są podajniki ślimakowe i komorowe. Podajniki ślimakowe, znane także jako pompy Fullera, są odpowiednie do stosowania w przypadku mniejszych wysokości budowlanych dla wydajności transportowej do 60 t/h oraz odległości do około 300 m. Nie nadają się jednak do transportu materiałów o właściwościach ściernych.Najczęściej stosuje się podajniki komorowe, których używa się do transportu większych ilości materiału na duże odległości. Wydajność transportu w zależności od zastosowanego podajnika wynosi 10 - 150 t/h w przypadku odległości aż do 1000 m.

Transport materiału w rynnach aeracyjnych jest korzystny przede wszystkim z punktu widzenia oszczędności energii przeznaczonej na transport oraz zmniejszenia zużycia mechanicznego. Ten typ transportu jest odpowiedni do wydajności aż 400 t/h transportowanego materiału. Nachylenie rynny 4 - 10 %. Stosuje się w przypadku krótszych odległości transportowych tam, gdzie można wykorzystać różnicę poziomów.

System transportu pneumatycznego materiału za pomocą mieszalników jest odpowiedni dla suchych, sypkich, nielepkich materiałów transportowanych w trybie ciągłym w mniejszych ilościach do dalszej obróbki lub w celu zmagazynowania (np. transport oddzielonego popiołu lotnego w kotłowniach).

Oddzielony materiał spada z lejów zsypowych do podajnika obrotowego, pod którym umieszczony jest mieszalnik zapewniający mieszanie powietrza z materiałem. Źródłem powietrza sprężonego jest wentylator lub dmuchawa. Odpowietrzanie zbiornika eksploatacyjnego (magazynowego) odbywa się przy pomocy urządzenia filtracyjnego umieszczonego na zbiorniku. Jego regeneracja zapewniona jest dzięki przedmuchiwaniu wentylatorem za pomocą przedmuchu zwrotnego komory odsysania.

Transport pneumatyczny stosuje się do przesyłania surowców (chemikaliów, półproduktów, tworzyw sztucznych, itp.) w wielu zakładach branży chemicznej. Jest to nowoczesny i bardzo elastyczny w zabudowie rodzaj transportu surowców. Szczególnie nadaje się do wszelkiego rodzaju modernizacji, ponieważ ułożony rurociąg potrzebuje najmniej miejsca ze wszystkich urządzeń transportowych

Przez transport pneumatyczny surow­ców sypkich rozumie się ruch cząste­czek surowca spowodowany ruchem cząsteczek gazu (z reguły powietrza) w ruro­ciągu. Ruch powietrza powstaje w wyniku różnicy ciśnień pomiędzy początkiem trans­portu (nadawą), a końcem transportu (odbiorem). W zależności od sposobu poda­nia (wymieszania) produktu z powietrzem, mamy do czynienia z transportem fluidyza­cyjnym lub z transportem z unoszeniem fazy stałej. Podczas transportu fluidyzacyjnego cząsteczki materiału sypkiego najpierw zostają „upłynnione" strugą przepływające­go gazu, a następnie transportowane. Napo­wietrzony surowiec zachowuje się podobnie jak ciecz (wypływa nawet przez mały otwór, a powierzchnia swobodna przyjmuje poło­żenie poziome). Podczas transportu z uno­szeniem fazy stałej, cząsteczki surowca są porywane przez ruch cząsteczek powietrza. Transport pneumatyczny stosuje się do:

• rozładunku autocystern i cystern kole­jowych

• transportu międzyoperacyjnego pomię­dzy silosami magazynowymi a produkcją

• transportu pomiędzy poszczególnymi węzłami produkcyjnymi

• transportu gotowego produktu do urzą­dzeń pakujących.

Kolejne etapy transportu pneumatycznego obejmują: wymieszanie produktu z gazem transportującym (powietrzem) w urządzeniu podającym, transport ruro­ciągami oraz oddzielenie frakcji stałej od gazowej na końcu rurociągów.

Instalacja transportu pneumatycznego składa się z:

• źródła powietrza (gazu), np. dmuchaw, kompreso­rów, pomp próżniowych

• urządzeń podających, którymi mogą być ssawy, inżektory, zasilacze śluzowe, zasilacze (podajniki) komorowe

• rurociągów transportowych, które sta­nowią rury, złączki rurowe (kołnierze), łuki, rozdzielacze dwu- i wielodrogowe, dosilacze

• urządzeń odbierających, czyli cyklonów, filtrów, filtrocyklonów.

W zależności od rodzaju surowca i typu transportu stosuje się różne kombinacje wymienionych urządzeń. Poprawny dobór wszystkich składników daje w efekcie her­metyczną instalację transportową pracu­jącą niezawodnie i prawie bezobsługowo.

Instalacja transportu pneumatycznego prowadzonego za pomocą zasilacza (podaj­nika) komorowego składa się ze zbiornika z surowcem, zasilacza komorowego z przepustnicą zamykającą i własnym układem sterowania, rurociągów z dosilaczami, silosa odbiorowego z filtrem. Dosilacze służą do dodatkowego doprowadzenia powietrza do rurociągu transportowego. Stosuje się je na dłuższych trasach w celu wspomagania transportu. Dzięki zastoso­waniu dosilaczy można obniżyć również ciśnienie powietrza transportującego, a tym samym obniżyć prędkość surowca.

W zależności od rodzaju ciśnienia wyróż­nia się dwa zasadnicze typy transportu: pod­ciśnieniowy i nadciśnieniowy.

Hydrotransport urobku - transport hydrauliczny materiałów o charakterze silnie abrazyjnym typu piasek, żwir, kruszywa.

Fluidyzacja - w czasie przepływu płynu (gaz, ciecz) stanowiącego tzw. fazę ciągłą przez warstwę usypanego materiału stałego (złoże) tworzącą tzw. fazę rozproszoną można w zależności od prędkości przepływu płynu przez złoże rozróżnić następujące etapy:

• warstwa nieruchoma - występuje przy niewielkich prędkościach, warstwa materiału sypkiego pozostaje nieruchoma względem siebie i ścian aparatu, ze wzrostem prędkości przepływu rośnie spadek ciśnienia na złożu

• warstwa fluidalna (wrząca, pseudopłynna) - przy wzroście prędkości przepływu do pewnej granicznej wartości zwanej dolną krytyczną prędkością fluidyzacji (w_k1) złoże ulega niewielkiej ekspansji, a przy dalszym wzroście prędkości ładunek przechodzi w tzw. stan fluidalny, charakteryzujący się tym, że ziarna zmieniają położenie względem siebie i względem ścian aparatu, spadek ciśnienia na złożu ze wzrostem prędkości przepływu płynu jest prawie stały

• transport pneumatyczny - gdy prędkość płynu wzrośnie do tzw. górnej krytycznej prędkości fluidyzacji (w_k2) cząstki tworzące złoże zostają porywane z aparatu.

Fluidyzacja jest to więc taki proces kontaktowania się fazy stałej z płynem, w którym warstwa rozdrobnionego materiału stałego utrzymywana jest w charakteryzującym się intensywną cyrkulacją stanie pseudopłynnym wywołanym przepływem przez złoże gazu (fluidyzacja gazowa) lub cieczy (fluidyzacja cieczowa). Możliwa jest również fluidyzacja trójfazowa, w której uczestniczyć będą fazy stała, ciekła i gazowa. Warunkiem początku fluidyzacji warstwy jest osiągnięcie dolnej krytycznej prędkości fluidyzacji, w której nadciśnienie płynu przekracza wartość ciśnienia statycznego złoża. W zakresie fluidyzacji niejednorodnej charakteryzującej się nierównomiernością rozmieszczenia fazy stałej w złożu, dużymi fluktuacjami ciśnień, czy zmianami porowatości, można wyróżnić m.in. fluidyzację pęcherzykową (pęcherzową), tłokową (korkową, złoże pulsujące), kanalikową, czy fontannową

Parametry decydujące o ruchu warstwy (także o wartościach w_k1 i w_k2) to: średnia prędkość przepływu gazu, średnica ziaren cząstek materiału złoża (zwykle jest to średnica zastępcza podawana jako średnica Sautera), gęstość materiału ziaren, własności fizyczne gazu (lepkość kinematyczna, gęstość, temperatura, ciśnienie), porowatość złoża (ułamek objętości swobodnej nie zajęty przez ciało stałe). Dolną i górną krytyczną prędkość fluidyzacji można wyliczyć z wzorów empirycznych, ale wobec szeregu założeń upraszczających wskazane jest, aby wyznaczać je eksperymentalnie. Przy wyznaczaniu w_k1 wykorzystuje się charakterystyczną cechę hydrodynamiki warstwy fluidalnej, a mianowicie stałość spadku ciśnienia na warstwie. Zwiększanie prędkości przepływu przez złoże nieruchome powoduje wzrost oporów i co za tym idzie wzrost spadku ciśnienia. W chwili, gdy nadciśnienie przewyższa ciśnienie statyczne warstwy (w = wki) następuje niewielka ekspansja warstwy, a podczas dalszego wzrostu prędkości złoże przechodzi w stan fluidalny. W obszarze przejścia ze stanu warstwy nieruchomej do złoża fluidalnego występuje histereza spowodowana segregacją i reorientacją ziaren.

Ziarnem nazywamy element stałego ośrodka rozproszonego, ograniczonego zamkniętą powierzchnią o dowolnym kształcie. Nazwa ziarno wywodzi się z rolnictwa, gdzie nazywa się tak masę złożoną z tzw. ziarniaków roślin z rodziny traw. Typową operacją technologiczną, jakiej podlegają mieszaniny ziarniste, jest przesiewanie. Przesiewanie mieszanin ziarnistych występuje nieomal we wszystkich dziedzinach przemysłu i gospodarki, takich jak: rolnictwo, hut­nictwo, przemysł wydobywczy spożywczy, chemiczny, farmaceutyczny czy budowlany. Głównym celem procesu przesiewania, jako procesu klasyfikacji ziarnowej, jest wyodrębnienie z danego materiału klasy ziarnowej w założonych granicach wymiaro­wych. W najprostszym przypadku może to być klasa tylko o jednej, ściśle określonej gra­nicy: górnej lub dolnej.

Podstawą realizacji przesiewania jest doprowadzenie wszystkich ziaren przesiewanego materiału do kontaktu z powierzchnią stałą (sitem), z otworami o określonym kształcie i wymiarach zależnych od wybranej wartości granicy klasy, jaką zamierzamy wydzielić z przesiewanego materiału. Przesiewanie jest procesem losowym zachodzącym dzięki działaniu sił grawitacji, przez co jego intensywność jest zwykle niedostateczna. Zwiększe­nie intensywności przesiewania pozwala na ograniczenie powierzchni sit i tym samym znaczne oszczędności. W przemyśle kruszyw budowlanych usiłuje się przyspieszać prze­siewania poprzez stosowanie przemywania sit strumieniem wody, co w odniesieniu do ziaren pochodzenia roślinnego i innych materiałów wrażliwych na działanie wody, jak np.

nawozy mineralne, jest z oczywistych względów niemożliwe. Powstała hipoteza, ze efekt podobny do efektu przemywania sita strumieniem wody, można będzie osiągnąć zastępując strumień wody strumieniem powietrza. Hipotezę tę można wyprowadzić z następującego rozumowania: Podrzucone przez drgające sito ziarna napotkają na siłę grawitacji oraz opór aerodynamiczny powietrza. Siła aerodynamiczna działa skuteczniej na ziarna drobne, co wynika z dość oczywistych zależności pomiędzy wymiarem cząstki a stosunkiem sił bez­władności do sił oporu aerodynamicznego. Jest to fizyczna podstawa sortowania w stru­mieniu powietrza. W trakcie wysokiego podrzutu mamy zatem do czynienia z wstępnym, pneumatycznym sortowaniem warstwy ziaren. Dodatkowym czynnikiem, który będzie sprzyjał przesiewaniu jest zabieranie ziaren drobnych przez strumień powietrza przepły­wający przez otwory sita. Czynnikiem ułatwiającym przesiewanie będą zatem wysokie podrzuty materiału na sicie, co wymaga zwiększania przyspieszenia ruchu sita, tj. amplitu­dy i częstotliwości jego drgań. Czynnikiem utrudniającym przesiewanie może być jednak zamykanie otworów sita, przez tzw. ziarna trudne, łatwo utykające w otworach sita. W obszernej literaturze przedmiotu nie znaleziono wyników badań, które by weryfikowały przedstawioną wyżej hipotezę i pozwalały określić zakres racjonalnego doboru parametrów przesiewacza ze wspomaganiem pneumatycznym, takich jak częstotliwość i amplituda ruchu sita, czy prędkość przepływu powietrza przez sito.

Badania symulacyjne prowadzone na abstrakcyjnym materiale ziarnistym pokazują, że istnieje możliwość znacznego podwyższenia intensywności przesiewania materialu ziarni­stego na sicie drgającym, poprzez zastosowanie wspomagania pneumatycznego, polegajacego na wymuszeniu ruchu powietrza z górnej na dolną stronę sita. Korzystny efekt tego wspomagania występuje dopiero po przekroczeniu granicznej częstotliwości drgań sita, która daje dostatecznie duze przyspieszenie, zapobiegające zamykaniu otworow sita przez przyssane ziarna nadwymiarowe.

Przeprowadzone na stanowisku laboratoryjnym badania doświadczalne, pozwoliły empirycznie potwierdzić powyższą hipotezę w warunkach przesiewania w ruchu ciągłym, dla mieszanek kruszywa mineralnego o uziarnieniu odpowiadającemu frakcji żwirowej,. Można się spodziewać, że ten korzystny efekt wystąpi również dla innych mieszanin ziar­nistych, w tym mieszanek nasion roślinnych charakteryzujących się niższą gęstością i lep­szą przesiewalnością niż kruszywo mineralne i zbliżonym składem granulometrycznym.

Przesiewanie na sicie pracującym w ruchu ciągłym pogarsza się wraz ze wzrostem czę­stotliwości drgań sita powyżej wyznaczonej w badaniach wartości optymalnej. Wynika to z faktu, że przy wyższej prędkości sita podrzuty materiału są wysokie i w związku z tym liczba kontaktów materiału z sitem zmniejsza się. Przy zastosowaniu strumienia powietrza skierowanego w dół, prędkość opadania materiału na sito wzrasta, dzięki czemu częstość kontaktu ziarna z powierzchnią sita zwiększa się wraz ze wzrostem częstotliwości drgań sita i ta optymalna częstotliwość może być wyższa

8

---