4 - sedymentacja grawitacyjna

ZAKŁAD
TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ
I UTYLIZACJI ODPADÓW
INSTRUKCJA DO LABORATORIUM
INŻYNIERIA PORCESOWA
SEDYMENTACJA
GRAWITACYJNA
BADANIE WPŁYWU ZAGĘSZCZENIA POCZĄTKOWEGO
ORAZ WIELKOŚCI ZIAREN ZAWIESINY NA PRĘDKOŚĆ SEDYMENTACJI
KOSZALIN 2016
INŻYNIERIA PROCESOWA
SEDYMENTACJA GRAWITACYJNA
OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA PROCESU
Przez sedymentację rozumiemy proces opadania ziarn (fazy stałej) pod wpływem własnego ciężaru.
Proces sedymentacji stosuje się do rozdzielania zawiesin łatwo sedymentujących, tzn. takich, których czas opadania ziarn nie przekracza dwóch godzin.
Za parametry wynikowe, tj. charakteryzujące proces sedymentacji grawitacyjnej, należy przyjąć prędkość sedymentacji. Natomiast parametrami badanymi, tj.
wpływającymi na badany proces są m.in.: zagęszczenie początkowe zawiesiny, wielkość ziaren zawiesiny (klasa ziarnowa).
ĆWICZENIA LABORATORYJNE
Cel i zakres ćwiczeń
Celem badań jest przeprowadzenie analizy osadzania zawiesiny mineralnej, z
określeniem prędkości obniżenia się granicy mętności, przy założeniu zmienności
zagęszczenia zawiesiny i składu granulometrycznego części stałych tworzących zawiesinę.
Część I
Badanie wpływu zagęszczenia zawiesiny na prędkość sedymentacji
Wykonać kolejno pomiar obniżki wysokości granicy mętności przy stałej wielkości ziarn zawiesiny d2 = 40–80 μm dla następujących wartości zagęszczenia początkowego zawiesiny β [g/dm3]:

β1 = 60 g/dm3;

β2 = 100 g/dm3;

β3 = 150 g/dm3.
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
2
INŻYNIERIA PROCESOWA
SEDYMENTACJA GRAWITACYJNA
Sposób przeprowadzenia ćwiczenia
1) przygotowane z danego materiału sypkiego o klasie d2 = 40–80 zawiesiny o zagęszczeniach:
 β1 = 60 g/dm3 (Vc = 250 cm3, Qs = 15 g)
 β2 = 100 g/dm3 (Vc = 250 cm3, Qs = 25
g)
 β3 = 150 g/dm3 (Vc = 250 cm3,
Qs = 37,5 g)
w 3 cylindrach miarowych o pojemności
V = 250 cm3 (rysunek 1),
2) wstrząsać ręcznie – aż do pełnego wymieszania zawiesiny,
3) ustawić cylinder przed ekranem,
4) włączyć stoper i wykonać pomiar obniżki
wysokości granicy mętności po czasie
określonym w tabeli pomiarowej,
5) ponownie wymieszać zawiesinę i dokonać
drugiego pomiaru.
Rys. 1.
Część II
Badanie wpływu wielkości ziarn zawiesiny na prędkość sedymentacji
Wykonać kolejno pomiar obniżki wysokości granicy mętności przy stałym zagęszczeniu początkowym β2 = const = 100 g/dm3, dla następujących klas ziarnowych:

d1 = 0–20 μm,

d2 = 40–80 μm,

d3 = 125–175 μm.
Sposób przeprowadzenia ćwiczenia
1) przygotowane z danego materiału sypkiego o następujących klasach ziarnowych:
 d1 = 0–20 μm,
 d2 = 40–80 μm,
 d3 = 125–175 μm.
zawiesiny o zagęszczeniu β2 = 100 g/dm3
(Vc = 250 cm3, Qs = 25 g) w 3 cylindrach
miarowych o pojemności V = 250 cm3 (rysunek 2),
2) wstrząsać ręcznie – aż do pełnego wymieszania zawiesiny,
3) ustawić cylinder przed ekranem,
4) włączyć stoper i wykonać pomiar obniżki
wysokości granicy mętności po czasie
określonym w tabeli pomiarowej,
5) ponownie wymieszać zawiesinę i dokonać
drugiego pomiaru.
Rys. 2.
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
3
INŻYNIERIA PROCESOWA
SEDYMENTACJA GRAWITACYJNA
SPOSÓB OPRACOWANIA ĆWICZENIA
Część I
1. Otrzymane wyniki z badań należy przenieść z tabeli pomiarowej do tabeli 1.
2. Na podstawie tabeli 1 wykonać wykres – rysunek 3.
3. Na podstawie wykresu (rysunek 3) wyznaczyć prędkość sedymentacji dla poszczególnych zagęszczeń wg wzoru:
ΔS β
v β β  
/3/
Δt β
gdzie:
 S –obniżka granicy mętności dla odcinka sedymentacji liniowej, [mm],
 t – czas trwania sedymentacji liniowej, [s].
Rys. 3. Wpływ zagęszczenia początkowego β [g/dm3] na wysokość granicy mętności h [mm]
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
4
INŻYNIERIA PROCESOWA
SEDYMENTACJA GRAWITACYJNA
Tabela 1. Wpływ zagęszczenia początkowego  [g/dm3] zawiesiny na obniżkę wysokości
granicy mętności h [mm] zawiesiny o stałej klasie ziarnowej d2 = const = 40–80 [μm]
Badanie wpływu zagęszczenia zawiesiny na prędkość sedymentacji
L.p.
klasa ziarnowa
zagęszczenie
początkowe
d
β
[μm]
3
[g/dm ]
60
1
2
3
40–80
100
150
czas obserwacji
t
[s]
10
20
30
40
60
80
100
120
150
180
210
240
360
480
600
720
900
10
20
30
40
60
80
100
120
150
180
210
240
360
480
600
720
900
10
20
30
40
60
80
100
120
150
180
210
240
360
480
600
720
900
[min]
0,16
0,33
0,5
0,66
1
1,33
1,66
2
2,5
3
3,5
4
6
8
10
12
15
0,16
0,33
0,5
0,66
1
1,33
1,66
2
2,5
3
3,5
4
6
8
10
12
15
0,16
0,33
0,5
0,66
1
1,33
1,66
2
2,5
3
3,5
4
6
8
10
12
15
1 pomiar
granica mętności
2 pomiar
średnia
hI
hII
hśr
[mm]
[mm]
[mm]
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
5
INŻYNIERIA PROCESOWA
SEDYMENTACJA GRAWITACYJNA
Część II
1. Otrzymane wyniki z badań należy przenieść z tabeli pomiarowej do tabeli 2.
2. Na podstawie tabeli 2 wykonać wykres – rysunek 5.
3. Na podstawie wykresu (rysunek 5) wyznaczyć prędkość sedymentacji dla poszczególnych klas ziarnowych wg wzoru:
ΔS d
/6/
v d d 
Δt d
gdzie:
 Sd –obniżka granicy mętności dla odcinka sedymentacji liniowej, [mm],
 td – czas trwania sedymentacji liniowej, [s].
Rys. 4. Wpływ klasy ziarnowej d [μm] na wysokość granicy mętności h [mm]
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
6
INŻYNIERIA PROCESOWA
SEDYMENTACJA GRAWITACYJNA
Tabela 2. Wpływ wielkości ziarn zawiesiny d [μm] przy stałym zagęszczeniu początkowym
β2 = const = 100 [g/dm3] na obniżkę wysokości granicy mętności h [mm]
Badanie wpływu wielkości ziarn zawiesiny na prędkość sedymentacji
L.p.
klasa ziarnowa
zagęszczenie
początkowe
d
β
[μm]
[g/dm ]
1
0–20
2
40–80
3
125–175
3
100
czas obserwacji
t
[s]
10
20
30
40
60
80
100
120
150
180
210
240
360
480
600
720
900
10
20
30
40
60
80
100
120
150
180
210
240
360
480
600
720
900
10
20
30
40
60
80
100
120
150
180
210
240
360
480
600
720
900
[min]
0,16
0,33
0,5
0,66
1
1,33
1,66
2
2,5
3
3,5
4
6
8
10
12
15
0,16
0,33
0,5
0,66
1
1,33
1,66
2
2,5
3
3,5
4
6
8
10
12
15
0,16
0,33
0,5
0,66
1
1,33
1,66
2
2,5
3
3,5
4
6
8
10
12
15
1 pomiar
granica mętności
2 pomiar
średnia
hI
hII
hśr
[mm]
[mm]
[mm]
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
7
INŻYNIERIA PROCESOWA
SEDYMENTACJA GRAWITACYJNA
Podsumowanie
1. Przeprowadzić analizę otrzymanych wyników i podać wnioski końcowe.
LITERATURA
[1]. Piecuch T.: Technika wodno-mułowa. Urządzenia i procesy. WNT, 2010.
[2]. Bechtold Z., Kowal A.Z., Sozański M.W.: Podstawy doświadczalne sedymentacji
w osadnikach. Archiwum Hydrotechniki t. XXII.
[3]. Blaschke Z.: Odwadnianie produktów, wzbogacanie i utylizacja odpadów przeróbki surowców mineralnych. Skrypt AGH 1977. Nr 590.
[4]. Grygorczuk E., Miedziałowski J., Wierzbicki T.: Technologia wody i ścieków.
Część 1. Woda pitna i przemysłowa. Skrypt Politechniki Białostockiej. Białystok
1988.
[5]. Kowal A.L.: Technologia wody, Arkady. Warszawa, 1977.
[6]. Kowal A.L., Sozański M.W.: Podstawy doświadczalne systemów oczyszczania
wód. Sedymentacja, koagulacja i filtracja Wyd. Politechniki Wrocławskiej. Wrocław, 1977.
[7]. Romańczyk E.: Zależność szybkości sedymentacji mułu węglowego od składu
ziarnowego. Przegląd górniczy Nr 3, 1960.
[8]. Sówka J.: Badanie procesu sedymentacji zawiesin węglowych. Praca doktorska.
Politechnika Śląska, 1964.
ZAKŁAD TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW
8