3 - sedymentacja odśrodkowa

ZAKŁAD
TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ
I UTYLIZACJI ODPADÓW
INSTRUKCJA DO LABORATORIUM
INŻYNIERIA PORCESOWA
SEDYMENTACJA
ODŚRODKOWA
BADANIE WPŁYWU CZASU ORAZ PRĘDKOŚCI WIROWANIA
NA STOPIEŃ ODWODNIENIA OSADU
KOSZALIN 2016
INŻYNIERIA PROCESOWA
SEDYMENTACJA ODŚRODKOWA
OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA PROCESU
Wirówki sedymentacyjne stosowane są do odwadniania zawiesin drobnoziarnistych o charakterze mineralnym i organicznym, często o zmiennym przepływie masowym.
Za parametry wynikowe, tj. charakteryzujące pracę wirówki, należy przyjąć
zagęszczenie odsączu i procentową zawartość wilgoci odwadnianego osadu. Natomiast parametrami badanymi, tj. wpływającymi na proces są m.in.: zagęszczenie początkowe zawiesiny, prędkość obrotowa wirówki i czas wirowania.
Masa całkowita zawiesiny jest sumą masy fazy ciekłej i stałej:
/1/
Q  Qc  Qs g
gdzie:
 Q – masa całkowita, [g],
 Qc – masa fazy ciekłej, [g],
 Qs – masa fazy stałej, [g].
Procentową zawartość wilgoci obliczymy ze wzoru:
W
Qc
Q  Qs
 100 % 
 100 %
Q
Q
/2/
gdzie:
 Qc – masa fazy ciekłej, [g],
 Q – masa całkowita, [g],
 Qs – masa fazy stałej, [g].
ĆWICZENIA LABORATORYJNE
Cel i zakres ćwiczeń
W ramach ćwiczeń laboratoryjnych należy przebadać stopień odwodnienia
zawiesiny mineralnej w wirówce laboratoryjnej o działaniu okresowym w funkcji wybranych parametrów techniczno-technologicznych.
Opis stanowiska badawczego
Doświadczenie prowadzi się w laboratoryjnej wirówce typu MPW-350 przedstawionej na rysunkach 1–3. Kolejność czynności przy obsłudze wirówki jest następująca. Należy włączyć wirówkę (5), otworzyć pokrywę naciskając przycisk „COVER”
(11) na panelu sterowania (4). Do dwóch naczyń pomiarowych (2) wlać badaną, dokładnie uśrednioną zawiesinę, o tym samym zagęszczeniu i tej samej objętości. Należy sprawdzić różnicę wag obu naczyń na wadze! Naczynia umieścić w przeciwległych pojemnikach (16). Następnie zamknąć pokrywę (3). Wprowadzić numer programu (wg tabeli 1) przy pomocy przycisków klawiatury numerycznej (13), w przypadku wprowadzania numerów 10–99 należy nacisnąć dwukrotnie przycisk „MEMO”
(14) pojawi się symbol [– –] na wyświetlaczu (6) i dopiero wprowadzić numer programu. Sprawdzić prędkość wirowania na wyświetlaczu (7) i czas (8). Wcisnąć przycisk włącznika (10) „START”. Proces wirowania sygnalizowany jest migotaniem
wskaźnika (9). Po zatrzymaniu wirnika, sygnalizowanego dźwiękowo i brakiem świecenia wskaźnika (9) wcisnąć przycisk (11) „COVER”, otworzyć pokrywę i wyjąć próbki.
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
2
INŻYNIERIA PROCESOWA
SEDYMENTACJA ODŚRODKOWA
Rys. 1.
Wirówka laboratoryjna typu MPW – 350: 1 – obudowa, 2 – pojemnik na próbki,
3 – pokrywa wirówki, 4 – pulpit sterujący, 5 – włącznik
Rys. 2.
Pulpit sterujący wirówki MPW –350: 6 – wyświetlacz numeru programu, 7 – pole
wyświetlacza pokazującego prędkość wirowania, 8 – pole wyświetlacza pokazujące czas wirowania, 9 – sygnalizacja stanu wirnika, 10 – klawisz funkcyjny
„START”, 11 – klawisz funkcyjny „COVER”, 12 – klawisz funkcyjny „STOP”,
13 – klawiatura numeryczna, 14 – klawisz funkcyjny „MEMO”
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
3
INŻYNIERIA PROCESOWA
Rys. 3.
SEDYMENTACJA ODŚRODKOWA
Widok wirnika: 15 – wirnik, 16 – pojemniki na naczynia z próbkami
Tabela 1. Numery programów realizujących proces sedymentacji dla wybranych wartości
badanych parametrów
PRĘDKOŚĆ
n1
n2
n3
-1
[min ]
CZAS
t1
t2
t3
[min]
2
1000
11
2000
21
3000
31
3
12
22
32
4
13
23
33
W przypadku niewłaściwego włożenia próbek do pojemników (16) lub znaczącej różnicy wag próbek zadziała system kontroli nierównomiernego obciążenia i wyhamuje wirnik oraz wyświetli napis „ERROR UNBALANCE” w kolorze czerwonym na
wyświetlaczu (7). Należy wówczas usunąć przyczynę nierównomiernego obciążenia
i dopiero wtedy ponownie włączyć program wirowania.
Z powodu możliwości uszkodzenia wirówki w trakcie ćwiczeń należy korzystać
tylko z programów zamieszczonych w tabeli 1. Niedozwolone jest również samodzielne ich przeprogramowywanie czy wpisywanie własnych programów.
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
4
INŻYNIERIA PROCESOWA
SEDYMENTACJA ODŚRODKOWA
Część I
Badanie wpływu czasu wirowania na proces rozdz iału faz
w wirówce sedymentacyjnej
Wykonać kolejno sedymentację odśrodkową przy stałej prędkości wirowania
n = const = 2000 min-1 dla następujących czasów:
 t1 = 2 min,
 t2 = 3 min,
 t3 = 4 min.
Sposób przeprowadzenia ćwiczenia
1) przygotować z danego materiału sypkiego zawiesinę
o zagęszczeniu β = 100 g/dm3 (Vc = 50 cm3, Qs = 5 g)
w 3 zlewkach o pojemności V = 100 cm3,
2) oznaczyć szalki (w sposób unikalny dla danej grupy
i ćwiczenia),
3) zważyć puste szalki (Qszt1, Qszt2, Qszt3 [g]) – wyniki zapisać
w tabeli pomiarowej,
4) mieszać ręcznie i za pomocą mieszadła mechanicznego
przez 5 minut (rysunek 4),
5) do naczynia (rysunek 1 poz. 2) odlać wymieszaną zawiesinę,
6) do drugiego naczynia (balastowego) nalać tą samą ilość
wody,
7) sprawdzić na wadze szalkowej różnicę wag naczyń (w razie potrzeby uzupełnić ilość wody w naczyniu balastowym)
Rys. 4.
– rysunek 5,
8) naczynia umieścić w pojemnikach w wirówce
sedymentacyjnej (rysunek 3 poz.16),
9) zamknąć pokrywę (rysunek 1 poz. 3),
10) każdą próbę odwadniać przyjmując stałą prędkość wirowania n = const = 2000 min-1 oraz
zmienny czas:
 t1 = 2 min – program 21,
 t2 = 3 min – program 22,
 t3 = 4 min – program 23,
poprzez wybranie numeru programu (tabela 1)
o powyższych parametrach, a następnie włączenie wirówki przyciskiem „START” (rysunek 2
Rys. 5.
poz.10),
11) w przypadku nierównomiernego obciążenia
„ERROR UNBALANCE” po zatrzymaniu wirnika usunąć przyczynę i ponownie przygotować próbkę!,
12) po zatrzymaniu wirnika – sygnalizowanego
zgaszeniem wskaźnika (rysunek 2 poz. 9)
otworzyć pokrywę przyciskiem „COVER”
(rysunek 2 poz. 11),
13) wyjąć naczynie z próbką,
14) ciecz znajdującą się w naczyniu (odsącz)
Rys. 6.
wylać do zlewu płynnym ruchem,
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
5
INŻYNIERIA PROCESOWA
SEDYMENTACJA ODŚRODKOWA
zebrać otrzymany osad na szalkę,
zważyć szalkę z osadem (QIt1, QIt2, QIt3 [g]),
umieścić w suszarce (rysunek 6),
następnego dnia zważyć wysuszone i ostudzone szalki (QIIt1, QIIt2, QIIt3 [g])
(szalki będą przechowywane tylko jeden dzień – potem będą usuwane!),
19) Wysuszonego materiału nie wyrzucać do śmieci!
20) na podstawie otrzymanych wyników uzupełnić tabelkę pomiarową (obliczyć
Q [g], Qs [g], Qc [g] i W [%]).
15)
16)
17)
18)
Część II
Badanie wpływu prędkości obrotowej na proces rozdziału faz
w wirówce sedyme ntacyjnej
Wykonać kolejno sedymentację odśrodkową przy stałym czasie wirowania
t = const = 3 min dla następujących prędkości:
 n1 = 1000 min-1,
 n2 = 2000 min-1,
 n3 = 3000 min-1.
Sposób przeprowadzenia ćwiczenia
1) przygotować z danego materiału sypkiego zawiesinę o zagęszczeniu
β = 100 g/dm3 (Vc = 50 cm3, Qs = 5 g) w 3 zlewkach o pojemności V = 100 cm3
(materiał ważyć na wadze szalkowej),
2) oznaczyć szalki (w sposób unikalny dla danej grupy i ćwiczenia),
3) zważyć puste szalki (Qszn1, Qszn2, Qszn3 [g]) – wyniki zapisać w tabeli pomiarowej,
4) mieszać ręcznie i za pomocą mieszadła mechanicznego przez 5 minut (rysunek 4),
5) do naczynia (rysunek 1 poz. 2) odlać wymieszaną zawiesinę,
6) do drugiego naczynia (balastowego) nalać tą samą ilość wody,
7) sprawdzić na wadze szalkowej różnicę wag naczyń (w razie potrzeby uzupełnić
ilość wody w naczyniu balastowym) – rysunek 5,
8) naczynia umieścić w pojemnikach w wirówce sedymentacyjnej (rysunek 3 poz.16),
9) zamknąć pokrywę (rysunek 1 poz. 3),
10) każdą próbę odwadniać przyjmując stały czas wirowania t = const = 3 min oraz
zmienne prędkości:
 n1 = 1000 min-1 – program 12,
 n2 = 2000 min-1 – program 22,
 n3 = 3000 min-1 – program 32,
poprzez wybranie numeru programu (tabela 1) o powyższych parametrach,
a następnie włączenie wirówki przyciskiem „START” (rysunek 2 poz.10),
11) w przypadku nierównomiernego obciążenia „ERROR UNBALANCE” po zatrzymaniu wirnika usunąć przyczynę i ponownie przygotować próbkę!,
12) po zatrzymaniu wirnika – sygnalizowanego dźwiękowo oraz zgaszeniem wskaźnika (rysunek 2 poz. 9) otworzyć pokrywę przyciskiem „COVER” (rysunek 2 poz. 11),
13) wyjąć naczynie z próbką,
14) ciecz znajdującą się w naczyniu (odsącz) wylać do zlewu płynnym ruchem,
15) zebrać otrzymany osad na szalkę,
16) zważyć szalkę z osadem (QIn1, QIn2 , QIn3 [g]),
17) umieścić w suszarce (rysunek 6),
18) następnego dnia zważyć wysuszone i ostudzone szalki (QIIn1, QIIn2, QIIn3 [g])
(szalki będą przechowywane tylko jeden dzień – potem będą usuwane!),
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
6
INŻYNIERIA PROCESOWA
SEDYMENTACJA ODŚRODKOWA
19) Wysuszonego materiału nie wyrzucać do śmieci!
20) na podstawie otrzymanych wyników uzupełnić tabelkę pomiarową (obliczyć Q [g],
Qs [g], Qc [g] i W [%]).
SPOSÓB OPRACOWANIA ĆWICZENIA
Część I
1. Otrzymane wyniki z badań należy przenieść z tabeli pomiarowej do tabeli 2.
2. Na podstawie tabeli 2 wykonać wykres – rysunek 12.
Tabela 2. Wpływ czasu wirowania t [min] zawiesiny w wirówce sedymentacyjnej przy stałej
prędkości n = 2000 [min-1] i zagęszczeniu początkowym β = 100 [g/dm3] na jakość otrzymanych produktów
Czas
wirowania
Masa próby
Masa fazy ciekłej
w próbie
Procentowa zawartość wilgoci
t
[min]
Q
[g]
Qc
[g]
W
[%]
2
Qt1
Qct1
Wt1
3
Qt2
Qct1
Wt2
4
Qt3
Qct1
Wt3
Procentowa zawartość wilgoci w osdzie Wt [%]
W t1
W t2
W t3
t1=2 min
t2 = 3 min
t3 = 4 min
Czas wirowania t [min]
Rys. 7.
Wpływ czasu wirowania t [min] zawiesiny w wirówce sedymentacyjnej przy stałej
prędkości n = 2000 [min-1] na procentową zawartość wilgoci w osadzie W t [%]
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
7
INŻYNIERIA PROCESOWA
SEDYMENTACJA ODŚRODKOWA
Część II
1. Otrzymane wyniki z badań należy przenieść z tabeli pomiarowej do tabeli 3.
2. Na podstawie tabeli 3 wykonać wykres – rysunek 13.
Tabela 3. Wpływ prędkości wirowania n [min-1] zawiesiny w wirówce sedymentacyjnej przy
stałym czasie t = 3 [min] i zagęszczeniu początkowym β = 100 [g/dm 3] na jakość
otrzymanych produktów
Prędkość
wirowania
Masa próby
Masa fazy ciekłej
w próbie
Procentowa zawartość wilgoci
n
[min-1]
Q
[g]
Qc
[g]
W
[%]
1000
Qn1
Qcn1
Wn1
2000
Qn2
Qcn1
Wn2
3000
Qn3
Qcn1
Wn3
Procentowa zawartość wilgoci w osadzie W
n
[%]
Wn1
Wn2
Wn3
n1 = 1000 min
-1
n2 = 2000 min
-1
n3 = 3000 min
-1
Prędkośc w irow ania n [ min -1]
Rys. 8.
Wpływ prędkości wirowania n [min-1] zawiesiny w wirówce sedymentacyjnej przy
stałym czasie t = 3 [min] na procentową zawartość wilgoci w osadzie W n [%]
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
8
INŻYNIERIA PROCESOWA
SEDYMENTACJA ODŚRODKOWA
Podsumowanie
1. Przeprowadzić analizę otrzymanych wyników i podać wnioski końcowe.
LITERATURA
[1]. Piecuch T.: Technika wodno-mułowa. Urządzenia i procesy. WNT, 2010.
[2]. Blaschke Z.: Odwadnianie produktów wzbogacania i utylizacja odpadów przeróbki
surowców mineralnych. Skrypt AGH 1977, Nr 590.
[3]. Piecuch T.: Analiza studialna procesu rozdziału w wirówce sedymentacyjnej. Monografia 39, WSInż. Koszalin 1992.
[4]. Pikoń J.: Aparatura chemiczna. PWN Warszawa, 1978.
[5]. Pohorecki R., Wroński S.: Kinetyka i termodynamika procesów inżynierii chemicznej. WNT Warszawa, 1977.
[6]. Serwiński M.: Zasady inżynierii chemicznej i procesowej. WNT Warszawa, 1982.
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
9