SEDYMENTACJA ODŚRODKOWA

Transkrypt

1 KATEDRA TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW INSTRUKCJA DO LABORATORIUM INŻYNIERIA PORCESOWA SEDYMENTACJA ODŚRODKOWA BADANIE WPŁYWU CZASU ORAZ PRĘDKOŚCI WIROWANIA NA STOPIEŃ ODWODNIENIA OSADU KOSZALIN 2014

2 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: Q = Q Q g /1/ gdzie: Q masa całkowita, [g], Q c masa fazy ciekłej, [g], Q s masa fazy stałej, [g]. c + s [ ] Procentową zawartość wilgoci obliczymy ze wzoru: gdzie: Q c masa fazy ciekłej, [g], Q masa całkowita, [g], Q s masa fazy stałej, [g]. ĆWICZENIA LABORATORYJNE Cel i zakres ćwiczeń Qc Q Qs W = 100 [%] = 100 [%] /2/ Q Q 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 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. KATEDRA TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW 2

3 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 KATEDRA TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW 3

4 Rys. 3. Widok wirnika: 15 wirnik, 16 pojemniki na naczynia z próbkami Tabela 1. Numery programów realizujących proces sedymentacji dla wybranych wartości badanych parametrów CZAS t 1 PRĘDKOŚĆ n 1 n 2 n 3 [min -1 ] t 2 [min] t 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. KATEDRA TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW 4

5 Część I Badanie wpływu czasu wirowania na proces rozdziału faz w wirówce sedymentacyjnej Wykonać kolejno sedymentację odśrodkową przy stałej prędkości wirowania n = const = 2000 min -1 dla następujących czasów: t 1 = 2 min, t 2 = 3 min, t 3 = 4 min. Sposób przeprowadzenia ćwiczenia 1) przygotować z danego materiału sypkiego zawiesinę o zagęszczeniu β = 100 g/dm 3 (V c = 50 cm 3, Q s = 5 g) w 3 zlewkach o pojemności V = 100 cm 3, 2) oznaczyć szalki (w sposób unikalny dla danej grupy i ćwiczenia), 3) zważyć puste szalki (Q szt1, Q szt2, Q szt3 [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, Rys. 4. 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: t 1 = 2 min program 21, t 2 = 3 min program 22, t 3 = 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, KATEDRA TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW 5

6 15) zebrać otrzymany osad na szalkę, 16) zważyć szalkę z osadem (Q It1, Q It2, Q It3 [g]), 17) umieścić w suszarce (rysunek 6), 18) następnego dnia zważyć wysuszone i ostudzone szalki (Q IIt1, Q IIt2, Q IIt3 [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], Q s [g], Q c [g] i W [%]). Część II Badanie wpływu prędkości obrotowej na proces rozdziału faz w wirówce sedymentacyjnej Wykonać kolejno sedymentację odśrodkową przy stałym czasie wirowania t = const = 3 min dla następujących prędkości: n 1 = 1000 min -1, n 2 = 2000 min -1, n 3 = 3000 min -1. Sposób przeprowadzenia ćwiczenia 1) przygotować z danego materiału sypkiego zawiesinę o zagęszczeniu β = 100 g/dm 3 (V c = 50 cm 3, Q s = 5 g) w 3 zlewkach o pojemności V = 100 cm 3 (materiał ważyć na wadze szalkowej), 2) oznaczyć szalki (w sposób unikalny dla danej grupy i ćwiczenia), 3) zważyć puste szalki (Q szn1, Q szn2, Q szn3 [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: n 1 = 1000 min -1 program 12, n 2 = 2000 min -1 program 22, n 3 = 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 (Q In1, Q In2, Q In3 [g]), 17) umieścić w suszarce (rysunek 6), 18) następnego dnia zważyć wysuszone i ostudzone szalki (Q IIn1, Q IIn2, Q IIn3 [g]) (szalki będą przechowywane tylko jeden dzień potem będą usuwane!), KATEDRA TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW 6

7 19) Wysuszonego materiału nie wyrzucać do śmieci! 20) na podstawie otrzymanych wyników uzupełnić tabelkę pomiarową (obliczyć Q [g], Q s [g], Q c [g] i W [%]). SPOSÓB OPRACOWANIA ĆWICZENIA Część I 1. Otrzymane wyniki z badań należy przenieść z tabeli pomiarowej do tabeli 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/dm 3 ] na jakość otrzymanych produktów Czas wirowania Masa próby Masa fazy ciekłej w próbie Procentowa zawartość wilgoci t Q Q c W [min] [g] [g] [%] 2 Q t1 Q ct1 W t1 3 Q t2 Q ct1 W t2 4 Q t3 Q ct1 W t3 W t1 Procentowa zawartość wilgoci w osdzie W t [%] W t2 W t3 t 1 =2 min t 2 = 3 min Czas wirowania t [min] t 3 = 4 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 [%] KATEDRA TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW 7

8 Część II 1. Otrzymane wyniki z badań należy przenieść z tabeli pomiarowej do tabeli 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 Masa fazy ciekłej Procentowa zawartość wilgoci Masa próby wirowania w próbie n Q Q c W [min -1 ] [g] [g] [%] 1000 Q n1 Q cn1 W n Q n2 Q cn1 W n Q n3 Q cn1 W n3 W n1 Procentowa zawartość wilgoci w osadzie W n [%] W n2 W n3 Rys. 8. n 1 = 1000 min -1 n n 3 = 3000 min -1 2 = 2000 min -1 Prędkośc wirowania n [min -1 ] Wpływ prędkości wirowania n [min -1 ] zawiesiny w wirówce sedymentacyjnej przy stałym czasie t = 3 [min] na procentową zawartość wilgoci w osadzie W n [%] KATEDRA TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW 8

9 Podsumowanie 1. Przeprowadzić analizę otrzymanych wyników i podać wnioski końcowe. LITERATURA [1]. Piecuch T.: Technika wodno-mułowa. Urządzenia i procesy. WNT, [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 [4]. Pikoń J.: Aparatura chemiczna. PWN Warszawa, [5]. Pohorecki R., Wroński S.: Kinetyka i termodynamika procesów inżynierii chemicznej. WNT Warszawa, [6]. Serwiński M.: Zasady inżynierii chemicznej i procesowej. WNT Warszawa, KATEDRA TECHNIKI WODNO-MUŁOWEJ I UTYLIZACJI ODPADÓW 9