OSNOVE MEH.OPERACIJA-2

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJA Osnovni pojmovi i definicije:Disperzni sustav naziv za razliite mjeavine koji sadre vrste estice, kapljice ili mjehurie u nekom razrijeenom sustavu. Jedan od sudionika je dominirajui a ostali se u njemu raspruju. Disperzno sredstvo dominirajui sudionik mjeavine, obino je to kapljevina ili plin Dispergirana tvar vrste estice, kapljice ili mjehurii plina. Iznimno: vrste estice mogu biti disperzno sredstvo skup vrstih estica djelomino ovlaen tekuinom. Grubodisperzni sustav mjeavine koje karakterizira pretvorba tvari uslijed mehanikih operacija. Donja granina veliina estica: oko 1m. Raspodjela disperznih sustava po fazama Agregatno stanje sustava naziva se faza, a razliite tvari pojedinih faza komponente. Jednofazni sustavi sastoje se od razliitih kapljevina, od razliitih plinova ili razliitih skupova estica u kompaktnom ili rastresitom stanju. Dvofazni disperzni sustavi karakterizira rasprenost estica u fluidu (vrste estice rasprene u plinu ili kapljevini, mjehurii plina u kapljevini i kapljevine u plinu) i ovlaenost vrstih estica s tekuinom. Viefazni disperzni sustav mjeavina koja se sastoji od vrstih estica, kapljevina i plina.

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJASpecifini nazivi disperznih sustava Aglomerat zajedniki naziv za razliite skupove estica u rastresitom ili kompaktnom stanju. U rastresitom stanju to su sipine (pijesak, praak, zrna itarica,..), a u kompaktnom stanju: briketi, granule, tablete, paste,.. Emulzija naziv za razliite mjeavine kapljevine. Suspenzija zajedniki naziv za razliite mjeavine vrstih estica s kapljevinom. Aerosol mjeavina koja se sastoji od teko uoljivih estica vrstih tvari i/ili kapljica u rasprenom plinu. Hidrosol mjeavina koja se sastoji od teko uoljivih sitnih estica vrstih tvari i/ili mjehuria plina rasprenih u kapljevini. Mjeavina zajedniki naziv koji se esto koristi za razliite grubodisperzne sustave.Veliine dispergiranih estica orijentacijski prikazSastav Razni aglomerati Veliina, m 0,01 - 120 Sastav Praina - zrak Veliina, m 0,1 - 120

Dim, aerosolFluidizirani sloj Magla, aerosol

0,001 - 100,05 - 10 0,001 - 10

Razne otopineSuspenzije Transport s tekuinom

0,001 - 100,01 - 10 0,5 - 15

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAMijeanje sudionika - definicije U grubodisperznim sustavima stanje izmijeanosti sudionika se definira volumnim ili masenim udjelom, koncentracijom sudionika i veliinom poroznosti. Homogenost mjeavine ukazuje na kvalitetu izmijeanosti. Volumni udio estica r dispergirane tvari i volumni udio rt disperznog sredstva definira se odnosom:

Maseni udio m dispergirane tvari i maseni udio mt disperznog sredstva odreuju se odnosom:

Volumnu koncentraciju v i masenu koncentraciju c dispergirane tvari u disperznom sredstvu prikazuje se odnosom:

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAPoroznost se odreuje odnosom volumena V prostora izmeu estica prema volumenu V sustava: slijedi:

Volumen sustava: V = V + VAko je prostor izmeu estica ispunjen tekuinom, slijedi: V = Vt ; V = V + Vt U tom sluaju se mogu postaviti odnosi:

Komentar: porastom volumnog udjela dispergirane tvari, odnosno smanjenjem poroznosti sustav se sve vie uguuje. Sloboda kretanja estica u sustavu postaje sve manja.

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAPoroznost nekih grubodisperznih sustava - tablicaGrubodisperzni sustav sastavBriketi Rijeni pijesak

Poroznost 0,04 0,21 0,35 0,45

1-0,96 0,79 0,65 0,55

Zrna itaUgljena praina Fluidizirani sloj Kapilarni aglomerati Keramiki filtri Filtarski kola Hidrauliki transport Pneumatski transport Pneumatski transport lebdee estice

0,30 0,450,44 0,66 0,50 0,75 0,25 0,43 0,20 0,33 0,50 0,85 0,65 0,90 0,80 0,95 0,99 0,999

0,70 0,550,56 0,34 0,50 0,25 0,75 0,57 0,80 0,67 0,50 0,15 0,35 0,10 0,20 0,05 0,01 0,001

Homogenost mjeavine grubodisperznih sustava promatra se odstupanjem udjela pojedinih faza ili pojedinih komponenata u sluajno uzetim uzorcima, u odnosu na njihove prosjene udjele u mjeavini. to su odstupanja manja sustav je homogeniji. Homogenost se kvantificira pomou statistikih metoda.

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJASadraj i utjecaj tekuinaStanje, deformiranje i kretanje grubodisperzinih sustava ovisi o: sadraju, vrsti i brzini kretanja tekuine. Tekuina utjee na svojstva sustava: gustoa, kompaktnost, vrstoa, itd. Tekuina koja ovlauje sustav moe biti raspodijeljena na razliite naine:

u tekuina se nalazi samo u porama i

kapilarama estica, Sz 0,2 p tekuina se nalazi i na povrini estica, Sz 0,6 v tekuina djelomino ispunjava prostor izmeu estica,Sz = 0,6 do 0,9 p tekuina potpuno ispunjava prostor izmeu estica,Sz = 1

Stupanj zasienja Sz prikazuje odnos volumnog udjela faze koja ovlauje sustav Vfluida u odnosu na volumen V prostora izmeu estica:

Udjel vlage X prikazuje volumni udjel faze koja ovlauje sustav Vfluida u odnosu na volumen estica, vrstih tvari u sustavu:

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAHigroskopnost sposobnost estica da adsorbiraju vlagu faze fluida koja ovlauje sustav. Takve estice (tvari) nazivaju se higroskopni materijali. Pri odreenoj vlazi fluida t kod stalne temperature i tlaku p odgovara odreeni postotak vlage higroskopnog materijala vlaga higroskopne ravnotee. Higroskopno tijelo zadrava vlagu ravnotee dok se ne promijeni relativna vlaga fluida ili temperatura, ili oboje.1 ovja vuna 2 drveni sitni otpad 3 perlon 4 koa 5 drvena graa 6 - duhan 7 itarice 8 platno 9 smei ugljen 10 papir 11 - guma 12 - koks Izoterme ravnotene vlage vrstih tvari. Faza fluid koji ovlauje je vlani zrak: = 20C, p = 1 bar Vlaga ravnotee raznih organskih tvari kod: = 21C, p = 1 bar za zrak (1 koa, 2 duhan, 3 sapun, 4 drvo, 5 - struna od crijeva, 6 - ljepilo

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJA

Vlaga higroskopske ravnotee za drvo prema R. Keylwerthu

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAParametri disperznosti (oznake finoe) svojstva koja su mjerljiva (dispergirane estice) Geometrijska mjerljiva svojstva su: volumen, povrina, dominantne duine, karakteristini presjeci estica (esto se definiraju njihovim projekcijama). Mjerljive brzine taloenja stacionarne brzine taloenja estica u mirnoj tekuini pod utjecajem gravitacije. Optika mjerljiva svojstva obuhvaaju intenzitet rasprenog ili reflektiranog svjetla, ozraenost estica iz razliitih izvora. Ekvivalentni promjeri dispergirane tvari su razliitih veliina i nepravilnih oblika, trai se zajedniko mjerljivo obiljeje - ekvivalentni promjer. Utvruje se promjerom kugle koja pokazuje ista svojstva kao i promatrana estica nepravilnog oblika. Moe se utvrditi i promjerom kruga koji ima isto svojstvo kao projicirani obris estice. Ekvivalentni promjer dek (m) izraen povrinom A (m2) estice nepravilnog oblika odreuje se formulom za povrinu kugle: A = Akugle = d 2 ..xa = dek = (A/)1/2 , Ako se eli izraziti njenim volumenom V (m3): V = V kugle = d3 /6.. xv = dek = (6 V/)1/3

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAPrimjeri odreivanja ekvivalentnih promjeraEkvivalentni promjer xv = dek = (6 V/)0,333 xa = dek = (A/)0,50 xp = dek = (4 Ak /)0,50 Ekvivalentno svojstvo Volumen kugle: V = d3 /6 Povrina kugle: A = d2 Povrina kugle: A = d2 /4 (projekcija estica) Stokesova brzina taloenja wt

Sfericitet estica (faktori oblika) bezdimenzijske veliine koje se definiraju odnosom mjerljivih svojstava estica. Izraava se Wadellovim faktorom sfericiteta koji se izraava odnosom ekvivalentnih promjera estica: = xv2 / xa2 Za kuglasti oblik estica dek = d i xv2 = xa2 . = 1 Za nekuglaste estice pravilnog ili nepravilnog oblika = 0 - 1

Oblik kugla

1,0

Valjak h = dValjak h = 5d Valjak h = 10d

0,870,70 0,58

kockaDisk h = d/3 Disk h = d/6

0,810,76 0,60

Disk h = d/10

0,47

Wadellov faktor sfericiteta za estice pravilnih oblika

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAOblik Cement Ugljen Ugljena praina Fini pijesak Silikagel Wolfram Mulj Penica Glinica Sipki pijesak Pluto Mljeveno staklo Veliina estice, m 40 2411 -----------------124 ------------------------------124 nepr.. 0,87 0,87 0,80 0,80 0,94 0,94 0,97 0,85 0,72 0,65 0,70 0,52

Prosjeni parametri estica za proraun i konstrukciju ureaja (procjena) Prosjeni promjer dp vrstih (krutih) estica tvari odreuje se prosijavanjem kroz sita standardnih otvora, a procjenjuje se prema izrazu:

Orijentacijski podaci za Wadellov faktor sfericiteta za estice nepravilnih oblika

mxi maseni udio estica promjera d,i u nekom sustavu poznate veliine (jedinica volumena,)

Prosjena povrina estica istih veliina i oblika As i prosjena povrina estica razliitih oblika i veliina As,ukupno u jedinici volumena sloja procjenjuje se pomou izraza: fs (m2/m3) specifina povrina pojedinih estica istih veliina i oblika, fs,ukupno (m2/m3) prosjena specifina povrina estica razliitih veliina i oblika.

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJA Odvajanje vrstih estica u procesimaOdvajanje estica prema veliini naziva se klasiranje, a odvajanje estica prema nekom njihovom svojstvu sortiranje. Kvaliteta procesa odvajanja definira se otrinom odvajanja i najsitnijih estica. Mehaniki postupci odvajanja: 1. estice su izrazito pokretljive i 2. estice s ogranienim kretanjem. Postupci s izrazito pokretljivim esticama: taloenje, pneumatsko klasiranje, hidrauliko klasiranje, sortiranje, prosijavanje, talono centrifugiranje,. Postupci s ogranienim kretanjem estica: razliiti postupci filtracije i filtracijsko centrifugiranje. Procesom koji se provodi u nekom ureaju, granicu odvajanja odreuje omjer odvojene koliine estica prema ukupnoj koliini estica u promatranom intervalu skupa funkcija raspodjele qr(x). Vrijednosti se odreuju pomou funkcija:ili

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAqr(x) funkcija raspodjele, Qr(x) kumulativna funkcija raspodjele. Te se funkcije pretvaraju jedna u drugu integriranjem i deriviranjem: dQr(x) = qr(x)dx. Indeks r ukazuje na koji je nain izraena koliina estica i zamjenjuje se odreenim simbolom: r = 0 raspodjela je brojana, r = m raspodjela je masena odnosno volumna. Isticanje specifine karakteristike pojedinih estica, npr. finoa funkcija qf(x) pokazuje raspodjelu finih estica, funkcija Qf(x) pokazuje njihovu ukupnu koliinu.f = Qfi(x)/Qf(x) omjer koliine Mfi izdvojenih finih estica prema ukupnoj koliini Mf finih estica u promatranom intervalu (x1, x2) skupa qr(x). g = Qgi(x)/Qg(x) omjer koliine Mgi izdvojenih grubih estica prema ukupnoj koliini Mg grubih estica u promatranom intervalu (x1, x2) skupa qr(x). esto se odvajanje finih estica u procesima prikazuje pomou funkcije T(x) koja odgovara kumulativnim relativnim frekvencijama odvojenih estica: T(x) = Mfi/Mr 1 i funkcijom: (x) = T(x)/T(x) = Mfi/Mf 1 (utvruje klasu ureaja kojim se provodi proces odvajanja estica) Kod eventualnog izdvajanja svih estica iz intervala (xmin, x) skupa qr(x), vrijednosti funkcija bi bile: T(x) = T(x) i (x) = 1 U praktinim procesima izdvajanja estica u pravilu se ne postiu navedeni uvjeti.

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAT(x) odreuje se eksperimentalno. Ako je T(x) blizu T(x) odvajanje estica je otrije to definira kvalitetu procesa i ureaja kojim se odvajaju i najsitnije estice.

Naelni primjeri: odvajanje estica u razliitim procesima Frakcijska efikasnost odvajanja estica..a) visokouinski ciklon, b) niskouinski ciklon c) talonik d) hidrauliki ciklon e) grubo sito

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAKvalitetniji ureaji otrije izdvajaju vei postotak finijih estica to pokazuje dijagram frakcijskog stupnja odvajanja (x).100 90 80 Stupanj odvajanja estica (%) 70 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 Veliina estica (m) tip 550 tip 750 tip 850

Frakcijski stupanj odvajanja visokouinski ciklon, primjer dijagram proizvoaa opreme

Ciklon klase 550 odvaja krupnije estice: prerada drva, pjeskarenje, brusione, duhan ska industrija,. Ciklon klase 750 odvaja sitnije estice: neke vrste brana, pijesak,.. Ciklon klase 850 odvaja sitne estice: brano, eer u prahu, kamena praina, cement,... Ako je u mjeavini iznad 55 - 60% estica manjih od 10 12 m koriste se cikloni klase 850 ili cikloni s veim frakcijskim stupnjem djelovanja s dodatnim filtrima.

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAUinkovitost odvajanja estica u procesima Uinkovitost nekog ureaja i frakcijska efikasnost odvajanja estica definiraju njegovu klasu i kvalitetu uz pretpostavku da tijekom odvijanja procesa ne dolazi do promjene veliina estica (nema aglomeriranja i/ili usitnjavanja). Pomou funkcije T(x) utvruje se maksimalno mogua frakcijska efikasnost (primjer: Mr = 50 kg, u intervalu x 60 m nalazi se Mf = 28 kg estica , za izdvajanje svih estica iz tog intervala: T(x60) = Mf/Mr = 0,56). Frakcijska efikasnost se odreuje pomou funkcije T(x). Funkcijom (x) definira se stupanj odvajanja estica u pojedinim ureajima (primjer: u intervalu skupa x 70 m nalazi se Mf = 70 kg estica, a predvienim ureajem se moe izdvojiti Mfi= 55 kg estica; (x70) = Mfi/Mf = 0,786). Ukupna efikasnost odvajanja definira se izrazom: Tu = Mi/Mr 1 (koliina izdvojenih estica Mi u odnosu na koliinu estica u skupu prije odvajanja Mr). Ne izraava kvalitetu provedenog procesa i rijeko se koristi kao parametar kvalitete ureaja u inenjerskoj praksi.


Taloenje esticaTaloenje estica je bitno za konstruiranje ureaja u kojima se provode procesi odvajanja estica iz tekuine i za konstruiranje postrojenja pomou kojih se estice transportiraju tekuinom.

Trebaju biti ispunjene pretpostavke (za teoretska razmatranja):- estice su krute i glatke povrine, - estice se taloe u newtonovoj tekuini, - kretanje estica se promatra kao da one miruju u tekuini koja se kree. Taloenje (sedimentacija) je razdvajanje rjee kapljevite suspenzije neke vrste tvari (mulja ili rijetkog mulja) na kapljevinu i guu smjesu (gusti mulj sediment) s veim udjelom vrste tvari zbog razlika gustoa u polju neke sile (obino gravitacijsko polje).

Korisni proizvodi sedimentacije: izbistrena kapljevina (bistrenje) i sediment (uguenje) ili oboje.Taloenje estica odvija se po zakonima mehanike fluida, ovisi o nametnutim vanjskim silama i provodi se praktiki bez utjecaja faznih promjena (isparavanje i kondenzacija).

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJA Slobodno taloenje, sile otpora (kuglaste estice)Openito - taloenje ovisi o nametnutim vanjskim silama. Kod gravitacijskog taloenja estice uronjene u mirnoj tekuini u kratkom se vremenskom intervalu poinju ubrzavati dok se sila otpora okoline ne izjednai sa gravitacijskom silom. Tada se estice nastavljaju gibati konstantnom brzinom (jednoliko) djelovanjem sile tee to se naziva brzinom taloenja estica wt. Pri padanju estice razlikuju se tri podruja kretanja: 1. Poetak padanja 2. Gibanje s poveanom brzinom (nejednoliko) 3. Ravnomjerno kretanje (jednoliko, wt) 1. + 2. Vrlo kratko traje 3. Znaajno za tehniko rjeavanje problema. Gravitacijskom taloenju estica brzinom wt se opire sila otpora Fr (N) koja ovisi o: gustoi t (kg/m3) i dinamikoj ilavosti t (Ns/m2) tekuine te promjeru d (m) estice. Dimenzijska analiza bezdimenzijske znaajke: Reynoldsova znaajka: Newtonova znaajka: Sila otpora estice:Povrina projekcije okomito nastrujavane kuglaste estice)

Koeficijent otpora trenja :

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAKoeficijent trenja = f (Re) iskustveno mjerenjem, (dijagram - slika)

Stokesovo podruje

Prijelazno podruje Newtonovo podruje

Kritino i nadkrit. podr.

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJA- Stokesovo podruje: Strujanje oko estica je laminarno, koeficijent trenja se poklapa sa mjerenim vrijednostima. Suspenzija prelazi u koloidni rastvor oteano taloenje. - Prijelazno podruje : Strujanje tekuine oko estica nije potpuno laminarno, iza njih se pojavljuju vrtlozi. Raunske i mjerene vrijednosti za se podudaraju za Re = 1 do 550 te n = 0,6 i k = 18,5. Zbog velikih odstupanja mjerenih i raunskih vrijednosti za Re = 550 do 1000 koristi se srednja veliina = 0,44. - Newtonovo podruje: strujanje tekuine oko estica je turbulentno s vrtlozima. Koeficijent trenja je priblino konstantan i najee se koristi vrijednost = 0,44. - Kritino podruje: Strujanje oko estica je turbulentno s vrtlozima, remeti se laminarni granini sloj formiran uz povrinu estica. - Nadkritino podruje: Izrazito vrtlono strujanje oko estica, na povrini estica se formira rubni turbulentni granini sloj. Ispitivanja i pokusna mjerenja Heidera i Levenspiela jedinstvena jednadba za vezu = f (Re) u cijelom podruju taloenja, najblii odnos:


Slobodno taloenje, otpori kod nekuglastih esticaKoeficijent trenja taloenja nekuglastih estica; procjena vrijednosti prema jednadbi:

Re za ekvivalentni promjer koji se utvruje promjerom kugle iji je volumen jednak volumenu promatrane nekuglaste estice. sfericitet, odnos povrine kugle koja ima isti volumen kao odreena estica i stvarne povrine te estice. Pojednostavljena jednadba za procjenu vrijednosti sile otpora pri taloenju nekuglastih estica, prema R. Vollheimu: Korekcijski faktor = 1 do 5 (ovisno o obliku estice) za podruje: 103 < Re < 105 Korekcijski faktor prednost pri proraunu jer nije potrebno proraunavati sfericitet.

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJABrzina taloenja esticaUvjet dinamike ravnotee za pokrenutu esticu prilikom taloenja:

Iz dinamike ravnotee:..brzina taloenja estica: Nije prikladna za koritenje zbog odnosa: Koritenjem Arhimedove znaajke u relaciji za brzinu taloenja dominantan utjecaj imaju karakteristike estice i tekuine, to olakava izraavanje brzine taloenja estica u pojedinom podruju ovisno o Ar broju. Arhimedova znaajka:

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJABrzine taloenja estica:

- Stokesovo podruje = (Re)..1,8 10-3 < Ar < 18(**) - Prijelazno podruje 18 < Ar < 3,31050,714

- Newtonovo podruje. = 0,44. 3,3105 < Ar < 31010

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJABrzina taloenja kuglastih estica u mirnom zraku temperature 20C

Brzina taloenja kuglastih estica u mirnoj vodi temperature 20C

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAUtjecaj temperature tekuine na brzinu taloenja wt = f(tek.) d, V, - Rastom temperature vode brzina taloenja estica se poveava. - Poveanje brzine taloenja estica najizraenije je u Stokesovom podruju pri porastu temperature tekuine. - U prijelaznom podruju utjecaj temperature je manje izraen i opada s porastom veliine estica. - U Newtonovom podruju utjecaj rasta temperature slabi i malo utjee na brzinu taloenja (naroito veih) estica

Porastom veliine i gustoe estica slabi utjecaj porasta temperature na njihovu brzinu taloenja (generalni zakljuak).Utjecaj temperature vode na brzinu taloenja estica

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAOmetano taloenje estica Taloenje estica je u pravilu ometano. Razlog tome je sudaranje estica meusobno i sa stjenkama posude, rotacija estica i nametnuto strujanje, kao posljedica taloenja estica. Ometanje estica na putu taloenja najee smanjuje brzinu wt koja se odnosi na njihovo neometano taloenje u mirnoj tekuini.

Istraivanjima i eksperimentima utvruje se procijenjena ometana brzina taloenja wt.Za odreene estice prethodno se mora utvrditi neometana brzina taloenja w t te je potrebno poznavati poroznost mjeavine estica s tekuinom. Za jednoliki raspored kuglastih estica istih promjera d brzine taloenja se mogu izraziti odnosom, prema jednadbi:

volumni udio estica je izraen je relacijom: l udaljenost izmeu estica (ponekad procijenjena veliina).

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJA Ometano taloenje estica praktina primjena: esto se ometana brzinataloenja odreuje prema procjeni ili orijentacijskoj relaciji: Koritenjem faktora poroznosti mogue je postii dovoljno tone praktine vrijednosti prorauna brzine taloenja wt u Stokesovom podruju, uz prilagodbu jednadbe za neometanu brzinu taloenja estica wt iz relacije (**). Prilagoavanje (korekcija), utvrditi sljedee: - umjesto t unosi se vrijednost prema izrazu: - umjesto t unosi se vrijednost iz izraza: ili Brzina taloenja estica uz stjenku posude se mijenja, naroito u Stokesovom podruju, uslijed rotacije estica () prema Lorentzu se opisuje 4 relacijom: Vei je koeficijent trenja uz stjenku:

L udaljenost estice od stjenke

Relativna hrapavost povrine kuglastih estica = k/d utjee na njihovu brzinu taloenja, naroito u kritinom podruju (utjecaj na vrijednost Reynoldsovog broja).

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJA TALONICITalonici ili sedimentatori su ureaji u kojima se odvajaju estice vrstih tvari uslijed razlike u gustoi izmeu njih i tekuine. Aktivnu silu u procesu odvajanja taloenja uvjetuje gravitacija. Najee se odvajaju estice iz suspenzije proces taloenja se naziva sedimentacija. Provedba odvajanja estica iz odreene koliine suspenzije: arni postupak i kontinuirani postupak (polaganim kontinuiranim protokom suspenzije). Provodi se u posudama, komorama i bazenima. Konstrukcija talonika obuhvaa: ureaj za dovod suspenzije, ureaj za odvod izbistrene kapljevine, ureaj za ispust taloga. 1. Talonik s vertikalnim protjecanjem kontinuirani proces s vertikalnim protokom suspenzije. Ms, VsMbt, Vbt

Talonik s vertikalnim protokom suspenzijeMtg, Vtg


Bilanca talonika:Dovodi se suspenzija protone mase... Ms (kg/s), prelijevanjem se odvodi izbistrena tekuina Mbt (kg/s), na dnu talonika se odvodi masa taloga.. Mtg (kg/s). Maseni udio estica u suspenziji izraava se odnosomms = M/Ms , a maseni udio estica u talogumtg = M/Mtg Protona masa izbistrene kapljevine Mbt = Ms Mtg = Ms ms (1/ms 1/mtg) Za Mbt = Vbt bt sljedi:Talog se sastoji od estica istaloenih iz suspenzije i dijela tekuine koja se prelijevanjem ne odvodi iz talonika.

Povrina talonika: Uz modifikaciju sljedi:

1,33 iskustveni koeficijent kojim se poveava povrina talonika zbograzliitih uvjeta taloenja (gustoa, temperatura, nain dotoka), u posebnim sluajevima njegova vrijednost moe biti i vea (1,33 2,00).

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAZa graninu veliinu estica .xgr = d = dek utvruje se brzina wt(x), koja mora biti vea ili jednaka brzini wv vertikalnog strujanja tekuine u taloniku. To je minimalni uvjet da se istaloe sve estice iste gustoe jednake ili vee od x = xgr.

Kvaliteta procesa taloenja:ovisi o ukupnoj efikasnosti odvajanja,smatra se da je uinak bistrenja dobar ako sadraj estica u preljevu ne prelazi oko 100g/cm3 Maseni udio vrstih estica ms u inenjerskoj praksi se kree od 1 do 30%. Ometeno je taloenje kada vrstih estica u suspenziji ima vie od 1%. Maseni udio mtg estica u talogu u inenjerskoj praksi se kree od 40 do 60%, a kod ienja vode taj maseni udio pada i do 5%.

Jednadba za utvrivanje povrine ne sadri visinu h talonika i o visini ne ovisi kapacitet, ali ovisi kvaliteta taloenja (dodatni konstrukcijski i eksperimentalni zahtjev).


Princip taloenja:Suspenzija se radijalno iri po presjeku posude. Koncentracija vrstih estica je mala, nastaje bistrenje tekuine.Karakterizira nagla promjena koncentracije vrstih estica, ine granicu izmeu kapljevine i suspenzije.

Dovod suspenzije

Odvod mulja

estice vrstih tvari se gibaju neovisno o svojim dimenzijama i njihova brzina ovisi o lokalnoj koncentraciji.

Prijelazna zona: pahuljiasta (zona flokuliranja dodatak za poveanje brzine taloenja i bolje bistrenje kapljevine).

estice se zgunjavaju savladavanjem sila koje djeluju meu esticama tlano djelovanje slojeva. Upotrebom flokulanata, ubrzava se proces sedimentacije, ali se dobiva mulj s manjom koncentracijom estica.

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJA2. Talonik s horizontalnim protjecanjem kontinuirani postupak s horizontalnim protjecanjem suspenzije. Parametri za proraun vremena protoka suspenzije ts srednjom brzinom ws (m/s): duina talonika L (m), irina B (m), visina h (m), povrina talonika A = LB (m2), povrina prostrujavanja suspenzije Aprostr. = Bh (m2); i ne smije biti krae od vremena potrebnog za taloenje estica: Duina talonika L (m) se utvruje iz jednakosti:Ms

Teoretski uvjet: taloe se sve estice za: i estice iste gustoe veliine: Talonik s horizontalnim protokom suspenzije

Mbt

Mtg

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJA3. Neki od ostalih oblika talonika Konstrukcija razliitih oblika i dimenzija ovisi o njihovoj namjeni. Tehnikim rjeenjima treba se postii ubrzavanje taloenja estica i maksimalno mogua kvaliteta izbistrene vode. Pregradni talonik koristi se za ienje kotlovske vode. Kroz pregrade u taloniku struji suspenzija. Svaka pregrada ima funkciju talonika u kojem je put taloenja kratak, to s klizanjem istaloenih estica po kosini pregrada ubrzava taloenje.

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJADorrov uguiva konstruira se s velikim promjerima (2 m i vie) sa zakoenjem dna 8do15. Ovisno o promjeru uguivaa mijealica s lopaticama se kree brzinom od 0,025 do 0,5 o/min. Lopatice slue za potiskivanje taloga prema ispusnom otvoru. Uguiva se esto proizvodi sa grijaima suspenzije. Primjer: za uguivanje taloga CaCO3 do 50% sa esticama veliine dek 50m, potrebna povrina za svaku tonu dotoka u 24 sata iznosi 4 do 6 m2. Dervauxov talonik koristi se za dekarbonizaciju vode. U spremniku se mijeaju voda, soda i vapno. Svaka od konusnih komora u vertikalnom nizu ima funkciju talonika (kao kod pregradnog talonika)

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJATaloenje sitnih estica dugo traje, te je potrebno proces taloenja takvih estica ubrzati. Proces taloenja (bistrenja) moe se neovisno o tipu talonika ubrzati grijanjem suspenzije i/ili okrupnjavanjem estica.

estice se mogu okrupniti razliitim postupcima aglomeriranja, a najmanje estice okrupnjuju se postupkom koagulacije i/ili flokulacije.

Koagulacijom se estice okrupnjuju u flokule (pahuljice) pomou razliitih kemikalija koagulanti. Najee upotrebljivani koagulanti su: aluminijev sulfatAl2(SO4)3 x 18 H20; eljezni sulfat FeSO4 x 7 H20; eljezni klorid FeCl3. estice koje u odnosu na kapljevinu imaju elektriki potencijal adsorbiraju ione koagulanta (soli) i postaju elektro neutralne, to omoguuje da se okrupnjuju pod djelovanjem meumolekularnih sila. Okrupnjene estice imaju znatno vee brzine taloenja u odnosu na veoma sitne koloidne estice. Proces koagulacije se ubrzava blagim mijeanjem suspenzije. Brzina mijeanja se mora drati pod kontrolom, jer prevelika brzina mijeanja moe dovesti do ponovnog odvajanja ve udruenih estica.

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAKoncentracija dispergiranih tvari: 50 mg/litri:

brzina taloenja nakon koagulacije: 0,35 0,45 10-3 m/s ;u zamuenoj vodi: za koncentraciju dispergiranih tvari: 250 mg/litri: brzina taloenja nakon koagulacije: 0,5 0,6 10-3 m/s U sluaju taloenja estica iz istih voda bez koagulacije brzine taloenja su znatno manje i ne prelaze 0,15 10-3 m/s.

Flokulacija je postupak kojim se koaguliranjem estica u suspenziji dodaju odreeni spojevi flokulanti (organski i /ili anorganski). Ti spojevi povezuju aglomerirane estice u dugake lance, to ubrzava taloenje.Postupkom koagulacije i flokulacije uklanja se prvenstveno mutnoa, pa je u sluaju kada je potrebno ukloniti boju vode primjena tih postupaka je nedovoljna. Ukoliko je potrebno eliminirati boju, voda se dodatno filtrira.

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJA HIDRAULIKO KLASIRANJEKlasiranje estica iz suspenzije zasniva se na razliitosti njihovih graninih brzina taloenja u pojedinim talonicima. Prikazani hidrauliki klasfikator sastoji se od tri talonika s horizontalnim protjecanjem suspenzije. Suspenzija se sastoji od tekuine i skupa estica odreenog oblika (x). U pojedinom taloniku estice se odvajaju iz tog skupa po zadanim intervalima: Qm (xmax, x1), Qm (x1, x2), Qm (x2, xmin) s tim da je: xmax > x1 > x2 > xmin. Kroz prvi talonik protjee suspenzija brzinom ws1 wt(x1) estica. Pretpostavka je da se u tom taloniku odvajaju sve estice s brzininama taloenja jednakim ili veim od wt(x1), to je uvjet za procjenu potrebne duljine L1 prvog talonika: Hidrauliki klasifikator L1 = h [ws1/ wt(x1)]

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAOstala dva talonika se dimenzioniraju istim postupkom s graninim brzinama taloenja estica: wt(x2) ws2 i wt(xmin) ws3 , koje se procjenjuju raunajui s prosjenom poroznosti suspenzije u svakom taloniku.

U prvom taloniku klasifikatora taloe se estice a vee gustoe s dimenzijama d2 do dn i s brzinama taloenja jednakim ili veim od w't3.U drugom taloniku se taloi preostali dio estica a s dimenzijama d1 do d2 i estice b vee gustoe s dimenzijama d3 do dn. Brzine estica a i estice b su jednake ili vee od w't2.

Krivulje taloenja

U treem taloniku taloe se preostali dio estica b manje gustoe s dimenzijama d1 do d3 i s brzinama taloenja jednakim ili veim od w't1.

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAKlasiranje estica u hidrociklonima efikasnije je od klasiranja pomou

gravitacijskog talonika, jer na odvajanje estica utjeu sile inercije koje su nekoliko puta vee od sile tee. Suspenzija se uvodi u hidrociklon kroztangencijalno ugraen cijevni prikljuak to uvjetuje njeno kruno gibanje. Kretanje estica u hidrociklonu ovisi o: konstrukciji, inercijskim silama, veliini, obliku i gustoi estica, vrtloenju kapljevine odnosno komponentama brzine na putu taloenja. to je obodna komponenta brzine estica vea biti e i njihovo odvajanje bolje, jer ona direktno utjee na centrifugalnu silu koja usmjerava estice iz preljevne zone prema konusnoj stjenci ciklona, po kojoj estice klize prema izlaznom otvoru. Sitnije fine estice s manjom brzinom taloenja od neke granine brzine kreu se prema osi ciklona i dospijevaju u preljev. Brzina wt se teko odreuje matematiki ve se hidrocikloni dimenzioniraju iskustveno i eksperimentiranjem za svaki sluaj posebno.

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAHidrocikloni se najee konstruiraju s promjerom do 1200 mm, za protok do 0,06 m3/s (216 m3/h) suspenzije, pri emu pad tlaka moe biti i do 6 bara.S dva do etiri hidrociklona spojena u seriju mogu se odvajati estice i do 3 m. Visoka tvrdoa estica i brzine kretanja vee od 2 m/s u kratkom vremenu dovode do erozije stjenke hidrociklona. Materijal stjenke treba biti otporan na habanje (ljevano eljezo, specijalni poliesterski materijali, izmjenjive obloge guma,)

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJA PNEUMATSKO KLASIRANJEKlasiranje estica odvajanjem u struji zraka bazira se na razliitosti njihovih graninih brzina taloenja u pojedinim ureajima. Pneumatsko odvajanje estica koliina estica ukupne mase Mm (kg/s) uvodi se u struju zraka i poinju se kretati. Kad se postigne ravnotena sila izazvanih trenjem i oblikom estica s njihovim masenim silama biti e njihove apsolutne brzine jednolike ili jednake nuli. Te estice s brzinama taloenja wt(x) odreuju granicu taloenja. Grube estice veliine xg > x poinju se intenzivno taloiti, a sve fine estice xf < x odnosi struja zraka.

Stvarno se taloi vei dio grubih estica mase Mgi (kg/s) s malim dijelom finih estica, a preostale estice iz polaznog skupa odnosi struja zraka Mo (kg/s).

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAPneumatski taloni klasifikator (aspirator) estice ubaene u klasifikator odnosi struja zraka nekom brzinom wu.

estice se odvajaju iz zraka u pojedinim zonama (I..IV). Koliina odvojenih estica u pojedinoj zoni ovisi o odnosu granine brzine taloenja wt(x) koja se posebno utvruje za svaku zonu i brzine zraka wu u pojedinoj zoni. Duljina L pojedine zone procjenjuje se izrazom:

L = h [wu/ wt(x)],h visina pojedine zone Granina brzina taloenja wt(x) procjenjuje se raunajui s prosjenom poroznosti mjeavine u pojedinoj zoni.

Klasirane frakcije estica skupljaju se u konusnim posudama pojedinih zona i odvode se iz klasifikatora, a dio sitnih neistaloenih estica recirkulira i na taj nain se proces njihovog odvajanja ponavlja.Taloni klasifikator se esto koristi i za sortiranje

estica.

OSNOVE MEHANIKIH OPERACIJAPneumatski ciklonski klasifikator estice se odvajaju i taloe u pojedinim ciklonima.

Konstrukcija pojedinih ciklona definira graninu brzinu taloenja wt(x) koja prema brzinama wt estica veliine xg > x utvruje frakciju koja se taloi u pojedinom ciklonu. Pri dimenzioniranju tog ureaja potrebno je utvrditi i brzine pneumatskog transporta kroz spojne cjevovode (kanale).

Ubacivanje polaznog skupa estica mase Mm (kg/s) regulira se dozatorom a. Dozatori b reguliraju ispust odvojenih estica mase Mgi (kg/s) iz pojedinih ciklona. Dio neodvojenih estica mase Mo (kg/s) recirkulira, i proces njihovog odvajanja se ponavlja. Aktivnu silu za transport estica kroz kanale daje ventilator. Brzine strujanja zraka u kanalima kreu se u granicama od 6 do 20 m/s.

Documents

OSNOVE MEH.OPERACIJA-2