Inżynieria Chemiczna - Laboratorium
Ćwiczenie VIII
BADANIE MODELOWE PROCESU SEDYMENTACJI
8.1 Wprowadzenie teoretyczne
Rozdzielanie układów wieloskładnikowych można prowadzić dwoma sposobami.
Zgodnie z pierwszym wykorzystuje się operacje dyfuzyjne, podczas których występują
przemiany fazowe lub ruch masy między fazami. Drugi sposób  to stosowanie operacji
mechanicznych, które powodują wydzielanie cząsteczek ciała stałego lub kropel cieczy z
układu heterogenicznego. Technika rozdziału oparta jest na różnicach własności fizycznych
składników układu, takich jak: wielkość cząstek, ich kształt oraz gęstość składników układu.
Dzięki temu możliwe jest oddzielenie jednych cząstek od innych lub wydzielenie cząstek
ciała stałego z gazu, kropel cieczy z gazu oraz cząstek ciała stałego z cieczy. Do tych
ostatnich operacji mechanicznych zalicza siÄ™: filtracjÄ™, flotacjÄ™, odwirowanie i sedymentacjÄ™.
Sedymentacja, czyli zjawisko zakłóconego opadania cząstek ciała stałego w cieczy,
służy do zagęszczania zawiesiny pod wpływem działania pola grawitacyjnego. Zaistnienie
różnicy gęstości ciała stałego i cieczy jest w tym przypadku warunkiem koniecznym [1].
Zawiesina jest układem dwufazowym składającym się z cząsteczek ciała stałego
zawieszonych w cieczy. Jeżeli cząstki ciała stałego rozmieszczone są równomiernie w
objętości zawiesiny, to uważa się ją za jednorodną, a w przeciwnym przypadku  za
niejednorodną. Zawartość ciała stałego w zawiesinie (stężenie ciała stałego) może być różna.
Zawiesiny zawierające poniżej 10% objętości ciała stałego uważa się zazwyczaj za
rozcieńczone, natomiast powyżej ok. 7-% objętości  za zagęszczone. Stężenie zawiesiny
może być wyrażone w różny sposób, często stosuje się w tym celu pojęcie porowatości
zawiesiny. Porowatość zawiesiny może być stała lub może ulegać zmianie podczas
sedymentacji.
Cząstki ciała stałego w zawiesinie mogą mieć różne kształty, np. kuli, walca,
prostopadłościanu lub innych brył geometrycznych bądz
rzeczywistych. Kształt cząstki może
być izomeryczny, czyli współmierny, a więc o rozmiarach wzajemnie współmiernych w
trzech wzajemnie prostopadłych kierunkach, bądz
nieizomeryczny. Wielkość rozmiarów
cząstek ciała stałego określa się za pomocą średnicy (dla cząstek kulistych) lub odpowiednio
1
zdefiniowanej Å›rednicy zastÄ™pczej. CzÄ…stki ciaÅ‚a staÅ‚ego o rozmiarach powyżej 100 µm noszÄ…
nazwÄ™ gruboziarnistych, a poniżej 30 µm  drobnoziarnistych. CzÄ…stki drobnoziarniste w
zawiesinie mogą wykazywać skłonność do flokulacji, czyli łączenia się w większe zespoły.
Ponadto niekuliste cząstki ciała stałego mogą opadać zabierając ze sobą pewną objętość
cieczy zatrzymanej w nieregularnościach ich powierzchni.
Zawiesiny zawierające cząstki ciała stałego o takim samym kształcie i takich samych
rozmiarach nazywane sÄ… modyspersyjnym, a w innych przypadkach  polidyspersyjnym.
Cząstki ciała stałego w zawiesinie polidyspersyjnej traktuje się jako zbiory i opisuje za
pomocą tzw. charakterystyk zbioru. Na ich podstawie określa się m.in. średnią średnicę
cząstek w zawiesinie. Jeśli stosunek rozmiarów największej cząstki do najmniejszej jest
mniejszy niż 6: l, to w praktyce można uważać zawiesinę za monodyspersyjną.
Ze względu na własności reologiczne zawiesiny mogą zachowywać się jak płyny
newtonowskie bÄ…dz
też - jak płyny nienewtonowskie. Niektóre związki chemiczne dodane do
zawiesiny mogą wpłynąć na jej własności poprzez zmianę oddziaływania między cząstkami
ciała stałego lub między cieczą a cząstkami ciała stałego.
Związki ilościowe pomiędzy ciałem stałym, cieczą i zawiesiną są wyrażane w postaci
udziałów masowych lub objętościowych. Udział masowy ciała stałego, zwany również
stężeniem masowym, ciała stałego, jest to stosunek masy ciała stałego ms do masy zawiesiny
mz:
gdzie:
Udział masowy cieczy (stężenie masowe cieczy) jest to stosunek masy cieczy me do masy
zawiesiny mz:
Suma udziałów masowych ciała stałego i cieczy w zawiesinie wynosi:
Udział objętościowy ciała stałego (stężenie objętościowe ciała stałego) jest to stosunek
objętości ciała stałego Vs do objętości zawiesiny Vz:
2
gdzie:
Udział objętościowy cieczy (stężenie objętościowe cieczy) jest to stosunek objętości cieczy
do objętości zawiesiny:
Wielkość ta znana jest pod nazwą porowatości. Suma udziałów objętościowych ciała stałego i
cieczy w zawiesinie wynosi:
Pojęcie porowatości wywodzi się z dziedziny przepływów przez warstwy porowate.
Porowatość może zmieniać siÄ™ w granicach 0 d" µ d" 1. Porowatość µ = 0 oznacza zupeÅ‚ny brak
swobodnej przestrzeni (Ć= 1) między cząstkami, co odpowiada ciągłej fazie stałej, a
porowatość µ =1 - brak fazy staÅ‚ej (Ć = 0). Poza wymienionymi wyżej rodzajami stężeÅ„ czÄ™sto
stosuje się stężenia wyrażane stosunkiem masy ciała stałego lub masy cieczy do objętości
zawiesiny:
Sumę tych stężeń można przedstawić w postaci:
gdzie pz oznacza gęstość zawiesiny. Każde z wymienionych stężeń może mieć charakter
lokalny lub uśredniony w czasie i miejscu.
Gęstość zawiesiny zależy od gęstości cząstek ciała stałego w zawiesinie. Stosuje się
następujące pojęcia gęstości cząstek ciała stałego:
" gęstość materiałowa,
" gęstość rzeczywista,
" gęstość pozorna,
3
" gęstość nasypowa.
Gęstość materiałowa jest to stosunek masy cząstki ciała stałego do jej objętości. Jeżeli
ciało stałe jest porowate, to objętość porów odejmuje się od objętości cząstki ciała stałego.
Gęstość rzeczywista jest to stosunek masy cząstki do jej objętości zmniejszonej o objętość
porów otwartych. Gęstość pozorna cząstki jest to stosunek masy cząstki do jej objętości,
łącznie z porami otwartymi i zamkniętymi. Gęstość nasypowa jest to stosunek masy cząstek
do całkowitej objętości zajmowanej przez złoże. Objętość warstwy cząstek zależy od ich
upakowania. Spośród podanych wyżej pojęć gęstości cząstek w sedymentacji stosowana jest
głównie gęstość rzeczywista cząstki ps. Gęstość zawiesiny oblicza się z różnych wzorów, w
zależności od sposobu wyrażania stężenia ciała stałego i cieczy w zawiesinie. Na przykład,
jeżeli wykorzysta się porowatość E, to gęstość zawiesiny będzie wyrażona wzorem:
Lepkość zawiesiny zależy od stężenia ciała stałego, obecności innych. substancji
zmieniających oddziaływanie między cząstkami ciała stałego i między cieczą a cząstkami
ciała stałego, oraz od lepkości cieczy [l].
Najprostszym przypadkiem opadania cząstek ciał stałych w płynach pod wpływem
pola grawitacyjnego jest opadanie swobodne pojedynczej cząstki. Może ona opadać w sposób
ustalony bÄ…dz
nieustalony. Prędkość swobodnego opadania cząstki zależy od własności
fizycznych płynu i cząstki, a w szczególności od różnicy gęstości cząstki i płynu, od jego
lepkości oraz od rozmiaru i kształtu cząstki. Opadająca cząstka może poruszać się ruchem
uwarstwionym, przejściowym lub burzliwym, w zależności od wartości liczby Reynoldsa,
określającej podobieństwo hydrodynamiczne (stosunek siły bezwładności do siły lepkości).
Jeżeli prędkość cząstki względem płynu jest mała, to warstwy płynu opływającego cząstkę nie
mieszają się i układają się w sposób przedstawiony na rys. 8.la. Cząstki płynu w pobliżu
powierzchni ciała stałego mają taki sam czas na jego opłynięcie jak pozostałe cząstki płynu.
Wynika z tego, że wokół cząstki tworzą się warstwy płynu, które przemieszczają się
względem siebie z różnymi prędkościami. Ten rodzaj ruchu nosi nazwę uwarstwionego.
Miarą tarcia wewnętrznego warstwy płynu jest jego lepkość.
4
Rys. Opływ cząstki przez płyn: a) zakres uwarstwiony, b) zakres przejściowy, c) zakres
burzliwy [1]
Jeżeli prędkość cząstki względem płynu rośnie, to układ warstw ulega zakłóceniu i
zaczynają tworzyć się wiry (rys. 8.lb), a ruch nazywa się ruchem przejściowym. Dalszy
wzrost prędkości cząstki, bardziej nieregularny jej kształt lub większa chropowatość jej
powierzchni powodują.. powiększenie obszaru zawirowań wokół cząstki i poza nią. Zachodzi
wówczas burzliwy opływ cząstki (rys. 8.lc).
Bardziej złożony jest proces opadania cząstek ciała stałego w zawiesinie. Jest on nazywany
opadaniem zakłóconym lub sedymentacją zawiesiny. Proces ten wykorzystywany jest w
praktyce przemysłowej do zagęszczania zawiesin w aparatach zwanych osadnikami.
Ponieważ na ruch każdej cząstki w zawiesinie wpływa obecność opadających cząstek
sąsiednich, więc prędkość opadania cząstek zależeć będzie od stężenia ciała stałego w
zawiesinie.
Podstawy teoretyczne i analizę procesu sedymentacji omówiono szczegółowo w
monografii [1].
Sedymentacja zawiesin cząstek ciała stałego o jednakowych rozmiarach i gęstości przebiega
w ten sposób, że cząstki opadają z taką samą prędkością. Wpływ stężenia na prędkość
opadania cząstek w zawiesinie monodyspersyjnej określa się, modyfikując równania
opisujące prędkość swobodnego opadania lub stosując inne modele procesu, jak np. model
przepływu cieczy przez warstwę ziarnistą, model komórkowy i inne. Uwzględnia się w ten
sposób oddziaływanie hydrostatyczne, lepkościowe, efekt tarcia oraz oddziaływanie
strumienia cieczy.
Sedymentację zawiesin można prowadzić jako proces okresowy lub ciągły.
Sedymentacja okresowa cząstek ciała stałego w cieczy zachodzi wtedy, gdy zawiesina
5
znajduje się w naczyniu, a natężenie dopływającej zawiesiny oraz natężenie wypływającego
osadu (zagęszczonej zawiesiny) są równe zeru.
Sedymentacja okresowa cząstek ciała stałego w cieczy zachodzi wtedy, gdy zawiesina
znajduje się w naczyniu, a natężenie dopływającej zawiesiny oraz natężenie wypływającego
osadu (zagęszczonej zawiesiny) są równe zeru.
Sedymentacja okresowa cząstek ciała stałego w cieczy zachodzi wtedy, gdy zawiesina
znajduje się w naczyniu, a natężenie dopływającej zawiesiny oraz natężenie wypływającego
osadu (zagęszczonej zawiesiny są równe zeru.
Rys. 8.2. Przebieg testu sedymentacyjnego [1]
Przebieg tego procesu można obserwować, wykonując doświadczenie nazywane
testem sedymentacyjnym zawiesiny. Badanie to polega na obserwacji zachowania siÄ™
zawiesiny umieszczonej w przez
roczystym cylindrze. Początkowa wysokość słupa zawiesiny
wynosi ho, a jej początkowe stężenie, jednakowe w każdym miejscu, równe jest Ć0. Ten stan
poczÄ…tkowy dotyczy czasu t = 0. Od tego momentu rozpoczyna. siÄ™. sedymentacja zawiesiny.
Przebieg. tego procesu przedstawiono w sposób uproszczony na rys. 8.2. U góry cylindra
pojawia się granica między cieczą a zawiesiną i równocześnie na dnie naczynia zaczyna
narastać osad. Powstają zatem trzy strefy: ciecz czysta A, zawiesina B i osad D. Podczas
sedymentacji niektórych zawiesin strefa zawiesiny może składać się z dwóch części: górnej
B - o stałym stężeniu Ć0 i dolnej C - o zmiennym stężeniu. Z upływem czasu górna część
zawiesiny B zanika, a strefa osadu D narasta. W pewnym momencie granica między cieczą a
zawiesiną i granica między zawiesiną a osadem stykają się ze sobą i powstaje granica między
cieczą a osadem. Osad ulega dalszemu zagęszczeniu, aż do osiągnięcia stężenia Ćmax. Ze
względu na fakt, że na granicach między strefami następuje skok stężenia ciała stałego, noszą
6
one również nazwę górnej i dolnej nieciągłości. Na podstawie odczytywanych wysokości
położenia górnej nieciągłości h i dolnej nieciągłości l, w zależności od czasu t, sporządza się
Wrykres przedstawiony na rys. 8.3. Krzywa h(t) nosi nazwÄ™ krzywej sedymentacji zawiesiny,
natomiast krzywa l(t) nazywa się krzywą narastania osadu. Na krzywej sedymentacji można
wyróżnić trzy charakterystyczne części: część prostoliniową i dwie części krzywoliniowe,
rozdzielone punktem przecięcia krzywej sedymentacji z krzywą narastania osadu. Punkt ten
nosi nazwę punktu krytycznego krzywej sedymentacji. Część prostoliniowa krzywej
sedymentacji odzwierciedla fakt występowania w cylindrze strefy zawiesiny o stałym
stężeniu Ć0. Pierwsza część krzywoliniowa wskazuje na występowanie strefy zawiesiny o
zmiennym stężeniu, a druga część krzywoliniowa krzywej sedymentacji przedstawia
zagęszczenie osadu do stężenia Ćmax, któremu odpowiada wysokość hmin.
W zależności od rodzaju zawiesiny krzywe sedymentacji mogą mieć również inny kształt
(rys. 8.4).
Rys. 8.3. Krzywa sedymentacji i linia narastania osadu [1]
Kynch [4] przeprowadził analizę sedymentacji zawiesiny, Opierając się na
następujących założeniach [l]:
" stężenie ciała stałego Ć w dowolnej poziomej warstwie jest takie samo,
" wpływa ścian naczynia można pominąć,
" różnice kształtu, rozmiaru i układu cząstek nie mają wpływu na prędkość opadania,
" prędkość opadania cząstek zależy tylko od ich lokalnego stężenia,
7
" początkowe stężenie zawiesiny Ć0 jest jednakowe w całej objetości bądz
też rośnie w
kierunku dna naczynia,
" prędkość sedymentacji wz dąży do zera gdy stężenie zbliża się do wartości
odpowiadającej stężeniu warstwy osadu powstałej na dnie naczynia
Rys. 8.4. Kształty krzywej sedymentacji [1]
Objętościowe natężenie przepływu ciała stałego przypadające na jednostkę przekroju
poprzecznego, czyli gęstość strumienia ciała stałego w dowolnej poziomej warstwie o
stężeniu Ć i prędkości wz, wyraża się zależnością:
Bilans masowy ciała stałego dla warstwy dh znajdującej się między poziomem h od dna,
gdzie stężenie jest równe i strumień vs, a poziomem h + dh, gdzie stężenie
jest równe i strumień , prowadzi do równania:
8
którego prawa strona wyraża akumulację cząstek w czasie dt. Równanie (8.14) po
przekształceniu otrzymuje postać:
Ponieważ vs zależy tylko od Ć, więc:
zatem:
Stężenie ciała stałego ciała stałego jest funkcją położenia i czasu, czyli:
Po spełnieniu warunku stałego stężenia, tzn. dĆ = 0, równanie (8.18) przybierze formę:
Podstawienie wzoru (8.19) do równania (8.17) daje zależność:
Ponieważ równanie (8.20) odnosi się do określonego stężenia ciała stałego Ć, więc dvs/dĆ jest
stałe, a stąd również dh/dt jest stałe dla tego stężenia, czyli stała jest prędkość u
przemieszczania się strefy o tym stężeniu:
Gdy pochodna dvs/dĆ ma wartość ujemną prędkość przemieszczania się strefy jest dodatnia,
zatem fala rozchodzi się ku górze, a w przypadku przeciwnym - ku dołowi. Rozpatrując fale
tworzące się przy dnie cylindra sedymentacyjnego, można stwierdzić, że fale, dla których
pochodna dvs/dĆ jest ujemna, przemieszczają się do góry, w kierunku. powierzchni
9
zawiesiny, a fale, dla których pochodna dvs/dĆ jest dodatnia, nie będą powstawały ze względu
na obecność dna.
Jakkolwiek teoria Kyncha może być zastosowana do dowolnej zawiesiny, której
stężenie w chwili początkowej rośnie w kierunku dna naczynia, to jednak dalsze rozważania
ograniczone zostaną do przypadku, gdy początkowe stężenie zawiesiny jest jednakowe w
całej objętości i wynosi Ć0. Wówczas granica między zawiesiną a cieczą opada ze stałą
prędkością aż do chwili, gdy strefa o stężeniu większym niż Ć0 przemieści się od dna do
powierzchni zawiesiny. Prędkość sedymentacji będzie stale się zmniejszała, w miarę jak
strefy o większym stężeniu będą osiągały powierzchnię zawiesiny i sedymentacja zakończy
się, gdy strefa o stężeniu Ćmax osiągnie powierzchnię. Powyższe rozważania można
wykorzystać w celu interpretacji krzywej sedymentacji otrzymanej na podstawie testu
sedymentacyjnego (rys. 8.5).
Rys. 8.5. Interpretacja krzywej sedymentacji według Kyncha[1]
Całkowita objętość ciała stałego w cylindrze testowym o przekroju poprzecznym f
wynosi h0fĆ0. Jeżeli strefa o stężeniu Ć, przemieszczając się od dna cylindra, osiągnęła
powierzchnię zawiesiny po czasie t, to musiały przejść przez nią wszystkie cząstki ciała
stałego. Wówczas:
10
Kynch przyjął, że prędkość przemieszczania się stref o stałym stężeniu jest stała, a więc
równanie (8.21) można zastąpić zależnością:
Równanie (8.23) przedstawia linię prostą wychodzącą z początku układu współrzędnych
(rys. 8.5). Po podstawieniu zależności (8.23) do wzoru (8.22) otrzymuje się równanie:
Z kolei prędkość sedymentacji wz określona jest pochyleniem stycznej do krzywej
sedymentacji:
Na podstawie zależności (8.24) i (8.25) można napisać że:
Rys. 8.6. Odcinki odpowiadające strefom o różnych stężeniach ciała stałego [1]
Wielkość rzędnej h' określa wysokość słupa zawiesiny o stężeniu Ć, która zawiera taką
samą objętość ciała stałego jak początkowa zawiesina. Na podstawie sedymentacyjnej teorii
Kyncha można wyznaczyć stężenia w dowolnych punktach krzywej sedymentacji (rys. 8.6),
11
korzystając ze wzoru (8.24). Przez te punkty oraz przez początek układu współrzędnych
prowadzi się pęk linii prostych o różnym pochyleniu. Każda z nich odnosi się do strefy o
określonym stężeniu, która przemieszcza się od dna cylindra w kierunku górnej nieciągłości
(granica między cieczą a zawiesiną) z prędkością określoną wzorem (8.23). Jeśli początkowy
odcinek krzywej sedymentacji P0P1 jest prostoliniowy, to prędkość sedymentacji jest stała i
zgodnie z równaniem (8.24) - stałe jest również stężenie, równe stężeniu początkowemu Ć0.
Prędkość przemieszczania się strefy o stężeniu Ć0 jest największa, a jej miarą jest tangens kąta
pochylenia odcinka OP1. Każda następna strefa o większym stężeniu przemieszcza się z
prędkością odpowiednio mniejszą. W punkcie P4 stężenie osiąga wartość Ćmax.
Szczególny przypadek krzywej sedymentacji przedstawiono na rys. 8.7. Składa się ona z dwu
części prostoliniowych, brak jest natomiast środkowej części krzywoliniowej. Odpowiada to
skokowej zmianie stężenia zawiesiny od wartości początkowej Ć0 do końcowej Ćmax. Górna
nieciągłość porusza się z prędkością równą ujemnemu tangensowi kąta pochylenia odcinka
P0P1, a dolna z prędkością równą tangensowi kąta pochylenia odcinka OP1 [l].
Rys. 8.7. Krzywa sedymentacji odpowiadająca skokowej zmianie stężenia [1]
W podstawach teoretycznych sedymentacji Kynch. [4] nie uwzględnił jednak wpływu
tworzenia siÄ™ osadu na przebieg procesu, co stanowi istotnÄ… cechÄ™ sedymentacji okresowej.
Zagadnienie to zostało szczegółowo przeanalizowane w pracy Tillera [5].
12
Sedymentacja zawiesin znajduje szerokie zastosowanie w technologiach wielu gałęzi
przemysłu oraz w ochronie środowiska naturalnego. Chodzi tu zwłaszcza o zakłady
przemysłowe uciążliwe dla środowiska, jak cukrownie, przetwórnie ziemniaków, zakłady
mięsne i drobiarskie. Ponadto tradycyjne osadniki pracują w górniczych zakładach przeróbki
kopalin oraz w komunalnych oczyszczalniach ścieków [l].
Sedymentacja ciągła polega na stworzeniu w osadniku takich warunków, które
pozwoliłyby doprowadzić do ciągłego rozdziału na czystą ciecz i osad. Przyjmuje się, że w
procesie sedymentacji ciągłej decydują warunki panujące w tzw. warstwie granicznej, której
odpowiada graniczna wartość strumienia ciała stałego. Stanowi ona podstawę do wyznaczenia
powierzchni osadnika. Podczas sedymentacji zawiesiny w osadniku ciągłym można
stwierdzić występowanie stref o różnych stężeniach. Wysokości stref nie zmieniają się; przy
niezmiennych natężeniach przepływu suma tych wysokości określa głębokość odstojnika [l].
Proces zagęszczania zawiesiny prowadzi się w aparatach zwanych odstojnikami.
Urządzenia te pracują w sposób okresowy, półciągły lub ciągły.
Odstojniki o działaniu okresowym są to aparaty typu zbiornikowego o przekroju
kołowym, zaopatrzone w szkła wzierne i króćce równomiernie rozmieszczone w pewnych
odległościach na odpowiedniej wysokości. Zawiesinę o objętości równej pojemności
odstojnika doprowadza się do nich jednorazowo. W miarę opadania cząstek ciała stałego pod
działaniem siły ciężkości wzrasta wysokość warstwy cieczy klarownej w górnej części
odstojnika. Ciecz klarowną odprowadza się okresowo króćcami umieszczonymi w ścianie
odstojnika, zaopatrzonymi w zawory. Osad w postaci szlamu odprowadza się króćcem
umieszczonym w dnie odstojnika po odprowadzeniu całkowitej objętości cieczy klarownej.
W odstojnikach o działaniu półciągłym doprowadzenie zawiesiny i odprowadzenie
cieczy klarownej odbywa się w sposób ciągły, natomiast osad odprowadza się w sposób
okresowy.
13
W odstojnikach o działaniu ciągłym zarówno doprowadzenie zawiesiny, jak i
odprowadzenie cieczy klarownej i osadu odbywa się w sposób ciągły.
Rys. 8.8. Odstojnik Dorra o działaniu ciągłym [2]: 1  rynna, 2- wał, 3  płyty zgarniacza
osadu, 4  rura dopływowa zawiesiny, 5  króciec odpływowy osadu w postaci
szlamu, 6  króciec odpływowy cieczy klarownej
Na rysunku 8.8 przedstawiono schemat odstojnika o działaniu ciągłym zwanego
odstojnikiem Dorra. Jest to aparat cylindryczny, zamknięty dnem stożkowym o dużym kącie
rozwarcia. W górnej części cylindrycznej na całym jej obwodzie znajduje się prostokątna
rynna (1) służąca do odprowadzania cieczy klarownej. Do wału (2) wewnątrz aparatu są
przymocowane ramiona zaopatrzone w prostokątne płyty (3), które zgarniają osad ze
stożkowatego dna. Zawiesinę doprowadza się rurą (4), której dolna część znajduje się poniżej
powierzchni cieczy w odstojniku. Zawiesina rozpływa się na. całą powierzchnię odstojnika
poniżej powierzchnii cieczy i cząstki ciała stałego opadają na powierzchnię dna stożkowego,
skąd w postaci :szlamu są zgarniane do króćca (5) odprowadzającego osad. Ciecz klarowna
natomiast przepływa do góry, przelewa się na całym obwodzie do rynny (l) i króćcem (6)
odpływa z odstojnika.
Odstojniki o działaniu ciągłym mają średnice, których wielkość dochodzi do 200 mm,
a wysokość - do 7 m. Wadą odstojników jako aparatów do rozdzielania zawiesin jest to, że
zajmują one dużo miejsca. W celu lepszego wykorzystania miejsca w budynkach fabrycznych
buduje się odstojniki wielokomorowe. składające się z kilku odstojników o małej wysokości,
umieszczonych jeden na drugim.
14
W odstojniku dwukomorowym (rys. 8.9), składającym się z odstojnika - komory (1) i
(2) - zawiesina dopływa ze wspólnego przewodu (3) przewodami (3a) i (3b). Osad z górnego
odstojnika spływa do odstojnika dolnego i razem z osadem otrzymanym z zawiesiny
doprowadzanej do tego odstojnika jest odprowadzany w postaci szlamu przewodem (4). Ciecz
klarowna przewodami (5a) i (5b) przepływa do jednego wspólnego przewodu (5).
Rys. 8.9. Odstojnik dwukomorowy [2]: 1, 2  komory odstawiania, 3, 3a, 3b  przewody
dopływowe zawiesiny, 4  odpływ szlamu, 5, 5a, 5b  przewody odpływowe
cieczy klarownej
Jeżeli zachodzi potrzeba nie tylko oddzielenia cząstek od fazy ciekłej, ale rozdzielenia
ich na pewne frakcje w zależności od wielkości, to proces ten, zwany klasyfikacją
hydraulicznÄ…, prowadzi siÄ™ w klasyfikatorach hydraulicznych.
Klasyfikator hydrauliczny (rys. 8.10) składa się z kilku skrzyń w kształcie
odwróconych ostrosłupów o podstawie prostokątnej połączonych ze sobą szeregowo.
Zawiesina dopływa przewodem (l) do skrzyni (2), której przekrój prostopadły do kierunku
przepływu jest najmniejszy w porównaniu z przekrojami skrzyń dalszych, ale jest większy od
przekroju przewodu doprowadzającego. W wyniku zwiększenia się przekroju przewodu
maleje prędkość i w skrzyni (2) opadają cząstki największe. W miarę przepływu w
następnych skrzyniach (3) i (4) stopniowo opadają coraz to mniejsze cząstki. Ciecz klarowna
15
odpływa z ostatniej skrzyni przewodem (5), a osad - indywidualnie z każdej skrzyni
przewodami (2a), (3a);:1(4a) stanowiącymi zamknięcia hydrauliczne.
Rys. 8.10. Klasyfikator hydrauliczny [2]: 1  przewód dopływowy zawiesiny, 2, 3,
4  skrzynie klasyfikatora, 2a, 3a, 4a  odpływ szlamu, 5  króciec odpływowy
cieczy klarownej
W klasyfikatorach hydraulicznych osad można rozdzielać, wykorzystując różnicę
gęstości cząstek ciała stałego, jeżeli ten osad stanowi mieszaninę dwóch lub kilku składników
ciała stałego, a więc można prowadzić proces sortowania hydraulicznego [2].
16
8.2. Schemat i opis instalacji badawczej
Zestaw do wykonywania testu okresowego przedstawiono na rys. 8.11.
8.3. Metodyka pomiarów
Badania procesu sedymentacji polegają na wyznaczaniu zależności wysokości.
warstwy zawiesiny od czasu. Pomiary te wykonuje się w cylindrze o pojemności l dm3.
Zadane naważki substancji stałej odważa się na wadze szalkowo-uchylnej, wprowadza się do
cylindra i uzupełnia wodą do objętości 1 dm3. Z różnicy mas cylindra z zawiesiną i cylindra
pustego wyznacza się średnią gęstość zawiesiny. Po dokładnym wymieszaniu układu ciecz-
ciało stałe odczytuje się wysokości warstwy zawiesiny w odstępach jednominutowych.
8.4. Opracowanie i korelacja wyników badań
Uzyskane wyniki badań przedstawia się najpierw graficznie w postaci zależności
h = f(t), a następnie wyznacza się prędkości sedymentacji ze wzoru:
17
Następnie przeprowadza się analizę zależności zmian prędkości od czasu oraz od stężenia
zawiesiny.
Tabela 8.1
Tabela pomiarowo  obliczeniowa (wzór)
8.5. Literatura
[1] BandrowskiJ., Merta H., Zioło J., Sedymentacja zawiesin. Zasady i projektowanie,
Gliwice, Wydawnictwo Politechniki ÅšlÄ…skiej 1995.
[2] Błasiński H., Młodziński B., Aparatura przemysłu chemicznego, Warszawa,
WNT 1971.
[3] Broniarz  Press L., Borowski J., Wesołowski P., Różański J., Inzynieria
chemiczna i procesowa. Materiały pomocnicze, Poznań Wydawnictwo Politechniki
Poznańskiej 1999.
[4] Kynch G.J., A theory of sedimentation, Trans. Faraday Soc., 1952, 48, s. 166.
[5] Tiller F.M., Revision of Kynch sedimentation theory, AIChE Journal, 1981,27,5,
s.823-829
18