osnove mehaničkih operacija
DESCRIPTION
omo, osnove mehaničkih operacijaTRANSCRIPT
![Page 1: osnove mehaničkih operacija](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061508/5695d2141a28ab9b0299028a/html5/thumbnails/1.jpg)
OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJAOsnovni pojmovi i definicije:Disperzni sustav – naziv za različite mješavine koji sadrže čvrste čestice, kapljiceili mjehuriće u nekom razrijeđenom sustavu. Jedan od sudionika je dominirajući, aostali se u njemu raspršuju.Disperzno sredstvo – dominirajući sudionik mješavine, obično je to kapljevina ili plin.Dispergirana tvar – čvrste čestice, kapljice ili mjehurići plina. Iznimno: čvrste česticemogu biti disperzno sredstvo – skup čvrstih čestica djelomično ovlažen tekućinom. Grubodisperzni sustav – mješavine koje karakterizira pretvorba tvari uslijedmehaničkih operacija. Donja granična veličina čestica: oko 1μm.Nije moguće u potpunosti svaku mješavinu promatrati samo kao disperzni iligrubodisperzni sustav, već se u praksi većinom pojavljuju kombinacije oba sustava. Veličina i raspodjela čestica u određenoj mješavini značajno utječu na fizikalnasvojstva i ponašanje disperznog sustava. Utvrđivanje disperznosti čestica krutih materijala koriste se njihove različite karakteristike: dmin, dmax, ∆d = dmax – dmin, dsred. , Ačestca, itd.Ekvivalentni promjer de čestica definira zajedničku karakteristiku dimenzije ioblika čestica, a obično se određuje u odnosu na volumen čestica, površinučestica ili brzinu taloženja čestica.
![Page 2: osnove mehaničkih operacija](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061508/5695d2141a28ab9b0299028a/html5/thumbnails/2.jpg)
OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJA
Agregatno stanje sustava naziva se faza, a različite tvari pojedinih fazakomponente.Jednofazni sustavi – sastoje se od različitih kapljevina, od različitih plinova ilirazličitih skupova čestica u kompaktnom ili rastresitom stanju.Dvofazni disperzni sustavi – karakterizira raspršenost čestica u fluidu (čvrstečestice raspršene u plinu ili kapljevini, mjehurići plina u kapljevini i kapljevine uplinu) i ovlaženost čvrstih čestica s tekućinom.Višefazni disperzni sustav – mješavina koja se sastoji od čvrstih čestica, kapljevinai plina.
Granulometrijski sastav praškastog mat. –rezultat prosijavanjaKrivulje raspodjele Fp(de) i Fo(de)jednokomponentnog praškastog materijalaFunkcija Fp(de) izražava odnos mase svihčestica promjera manjeg od de i ukupne masečestica materijala.Funkcija Fo(de) odnos mase svih česticapromjera većeg od de i ukupne mase česticamaterijala izraženo u postocima.
( ) ( ) 100%p e o eF d F d+ =( ) ( ) 50%p e o eF d F d= =pri čemu je
min( ) 0%pF d = max( ) 100%pF d =
![Page 3: osnove mehaničkih operacija](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061508/5695d2141a28ab9b0299028a/html5/thumbnails/3.jpg)
OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJASpecifični nazivi disperznih sustavaAglomerat – zajednički naziv za različite skupove čestica u rastresitom ili kompaktnomstanju. U rastresitom stanju to su sipine (pijesak, prašak, zrna žitarica,..), a ukompaktnom stanju: briketi, granule, tablete, paste,..Emulzija – naziv za različite mješavine kapljevine.Suspenzija – zajednički naziv za različite mješavine čvrstih čestica s kapljevinom. Aerosol – mješavina koja se sastoji od teško uočljivih čestica čvrstih tvari i/ili kapljica uraspršenom plinu.Hidrosol – mješavina koja se sastoji od teško uočljivih sitnih čestica čvrstih tvari i/ilimjehurića plina raspršenih u kapljevini.Mješavina – zajednički naziv koji se često koristi za različite grubodisperzne sustave.
Veličine dispergiranih čestica – orijentacijski prikaz
Sastav Veličina, μm Sastav Veličina, μmRazni aglomerati 0,01 - 120 Prašina - zrak 0,1 - 120
Dim, aerosol 0,001 - 10 Razne otopine 0,001 - 10Fluidizirani sloj 0,05 - 10 Suspenzije 0,01 - 10Magla, aerosol 0,001 - 10 Transport s tekućinom 0,5 - 15
![Page 4: osnove mehaničkih operacija](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061508/5695d2141a28ab9b0299028a/html5/thumbnails/4.jpg)
OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJA
Miješanje sudionika - definicije
U grubodisperznim sustavima stanje izmiješanosti sudionika se definira volumnim ilimasenim udjelom, koncentracijom sudionika i veličinom poroznosti. Homogenostmješavine ukazuje na kvalitetu izmiješanosti.Volumni udio čestica rč dispergirane tvari i volumni udio rt disperznog sredstva definira se odnosom:
Maseni udio mč dispergirane tvari i maseni udio mt disperznog sredstva određuju se odnosom:
Volumnu koncentraciju vč i masenu koncentraciju cč dispergirane tvari u disperznom sredstvu prikazuje se odnosom:
![Page 5: osnove mehaničkih operacija](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061508/5695d2141a28ab9b0299028a/html5/thumbnails/5.jpg)
OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJA
Poroznost ε se određuje odnosom volumena Vε prostora između čestica prema volumenu V sustava:
slijedi:
Volumen sustava: V = Vč + Vε
Ako je prostor između čestica ispunjen tekućinom, slijedi: Vε = Vt ; V = Vč + VtU tom slučaju se mogu postaviti odnosi:
Komentar: porastom volumnog udjela dispergirane tvari, odnosnosmanjenjem poroznosti sustav se sve više ugušćuje.
Sloboda kretanja čestica u sustavu postaje sve manja.
![Page 6: osnove mehaničkih operacija](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061508/5695d2141a28ab9b0299028a/html5/thumbnails/6.jpg)
OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJAPoroznost uzorka ε zrnatog materijala ovisi o geometrijskom obliku irasporedu zrna u sloju i može se kretati u veoma širokim granicama.
Za sloj jedne vrste zrnatog materijala kuglastog oblika prikazanog na slici, poroznost ε se izražava pomoću relacije:
16(1 cos ) 1 2cos
πεγ γ
= −− ⋅ +
γ– kut između crta koje spajaju centre kuglica, kod koridornog rasporeda kut γ= 90° iporoznost iznosi ε = 0,476, kod šahovskog rasporeda kut γ = 60° i poroznost ε =0,259.Miješanjem dviju ili više različitih frakcija čestica, poroznost sustava nije aritmetičkizbroj poroznosti pojedinih frakcija, jer sitnije čestice popunjavaju prostor izmeđukrupnijih čestica i time se smanjuje ukupna poroznost grubodisperznog sustava.
1 100nρερ
= − ⋅
Poroznost žitarica može se izraziti poznavajućinasipnu gustoću ρn i gustoću ρ zrna određenežitarice prema relaciji:
![Page 7: osnove mehaničkih operacija](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061508/5695d2141a28ab9b0299028a/html5/thumbnails/7.jpg)
OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJAPoroznost nekih grubodisperznih sustava - tablica
Homogenost mješavine grubodisperznih sustava promatra se odstupanjem udjela pojedinih faza ili pojedinih komponenata u slučajno uzetim uzorcima, u odnosu na njihove prosječne udjele u mješavini. Što su odstupanja manja sustav je homogeniji. Homogenost se kvantificira pomoću statističkih metoda.
Grubodisperzni sustav -sastav Poroznost ε 1 - εBriketi 0,04 – 0,21 0,96 – 0,79
Riječni pijesak 0,35 – 0,45 0,65 – 0,55Zrna žita 0,30 – 0,45 0,70 – 0,55
Ugljena prašina 0,44 – 0,66 0,56 – 0,34Fluidizirani sloj 0,50 – 0,75 0,50 – 0,25
Kapilarni aglomerati 0,25 – 0,43 0,75 – 0,57Keramički filtri 0,20 – 0,33 0,80 – 0,67Filtarski kolač 0,50 – 0,85 0,50 – 0,15
Hidraulički transport 0,65 – 0,90 0,35 – 0,10 Pneumatski transport 0,80 – 0,95 0,20 – 0,05
Pneumatski transport –lebdeće čestice
0,99 – 0,999 0,01 – 0,001
![Page 8: osnove mehaničkih operacija](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061508/5695d2141a28ab9b0299028a/html5/thumbnails/8.jpg)
OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJASadržaj i utjecaj tekućinaStanje, deformiranje i kretanje grubodisperzinih sustava ovisi o: sadržaju, vrsti i brzini kretanja tekućine. Tekućina utječe na svojstva sustava: gustoća, kompaktnost, čvrstoća, itd. Tekućina koja ovlažuje sustav može biti raspodijeljena na različite načine:
φu – tekućina se nalazi samo u porama ikapilarama čestica, Sz ≤ 0,2
φp – tekućina se nalazi i na površiničestica, Sz ≤ 0,6
φv – tekućina djelomično ispunjava prostorizmeđu čestica,Sz = 0,6 do 0,9
φz – tekućina potpuno ispunjava prostorizmeđu čestica,Sz = 1
Stupanj zasićenja Sz – prikazuje odnos volumnog udjela faze koja ovlažuje sustav Vfluida u odnosu na volumen Vε prostora između čestica:
Udjel vlage X – prikazuje volumni udjel faze koja ovlažuje sustav Vfluida u odnosu na volumen čestica, čvrstih tvari u sustavu:
![Page 9: osnove mehaničkih operacija](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061508/5695d2141a28ab9b0299028a/html5/thumbnails/9.jpg)
OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJAHigroskopnost – sposobnost čestica da adsorbiraju vlagu faze – fluida koja ovlažuje sustav. Takve čestice (tvari) nazivaju se higroskopni materijali. Pri određenoj vlazi fluida φt kod stalne temperature ϑ i tlaku p odgovara određeni postotak vlage φhigroskopnog materijala – vlaga higroskopne ravnoteže.Higroskopno tijelo zadržava vlagu ravnoteže dok se ne promijeni relativna vlaga fluida ili temperatura, ili oboje.
Izoterme ravnotežne vlage čvrstih tvari. Faza – fluid koji ovlažuje je vlažni zrak: ϑ = 20°C, p = 1 bar
1 – ovčja vuna2 – drveni sitni
otpad3 – perlon4 – koža5 – drvena
građa6 - duhan7 – žitarice8 – platno9 – smeđi
ugljen10 – papir11 - guma 12 - koks
Vlaga ravnoteže raznih organskih tvari kod: θ = 21°C, p = 1 bar – za zrak (1 – koža, 2 – duhan, 3 – sapun, 4 – drvo, 5 - struna od crijeva, 6 - ljepilo
![Page 10: osnove mehaničkih operacija](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061508/5695d2141a28ab9b0299028a/html5/thumbnails/10.jpg)
OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJA
Vlaga higroskopske ravnoteže za drvo – prema R. Keylwerthu
![Page 11: osnove mehaničkih operacija](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061508/5695d2141a28ab9b0299028a/html5/thumbnails/11.jpg)
OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJA
Parametri disperznosti (oznake finoće) – svojstva koja su mjerljiva(dispergirane čestice)Geometrijska mjerljiva svojstva su: volumen, površina, dominantne dužine,karakteristični presjeci čestica (često se definiraju njihovim projekcijama).Mjerljive brzine taloženja – stacionarne brzine taloženja čestica u mirnoj tekućinipod utjecajem gravitacije.Optička mjerljiva svojstva – obuhvaćaju intenzitet raspršenog ili reflektiranogsvjetla, ozračenost čestica iz različitih izvora.Ekvivalentni promjeri – dispergirane tvari su različitih veličina i nepravilnihoblika, traži se zajedničko mjerljivo obilježje - ekvivalentni promjer. Utvrđuje sepromjerom kugle koja pokazuje ista svojstva kao i promatrana čestica nepravilnogoblika. Može se utvrditi i promjerom kruga koji ima isto svojstvo kao projiciraniobris čestice.Ekvivalentni promjer dek (m) izražen površinom Ač (m2) čestice nepravilnog oblikaodređuje se formulom za površinu kugle:
Ač = Akugle = dč 2 π ………..xa = dek = (Ač/π)1/2 ,
Ako se želi izraziti njenim volumenom Vč (m3):Vč = V kugle = dč
3 π/6…….. xv = dek = (6 Vč/π)1/3
![Page 12: osnove mehaničkih operacija](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061508/5695d2141a28ab9b0299028a/html5/thumbnails/12.jpg)
OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJA
Sfericitet čestica (faktori oblika) –bezdimenzijske veličine koje se definiraju odnosom mjerljivih svojstava čestica. Izražava se Wadellovim faktorom sfericiteta koji se izražava odnosom ekvivalentnih promjera čestica: Ψ = xv
2 / xa2
Za kuglasti oblik čestica dek = dč i xv2 =
xa2 …. Ψ = 1
Za nekuglaste čestice pravilnog ili nepravilnog oblika Ψ = 0 - 1
Ekvivalentni promjer Ekvivalentno svojstvo
xv = dek = (6 Vč/π)0,333 Volumen kugle: Vč = dč3 π/6
xa = dek = (Ač/π)0,50 Površina kugle: Ač = dč2 π
xp = dek = (4 Ak/π)0,50 Površina kugle: Ač = dč2 π/4
(projekcija čestica) Stokesova brzina taloženja wtč
Primjeri određivanja ekvivalentnih promjera
Oblik Ψkugla 1,0
Valjak h = d 0,87Valjak h = 5d 0,70Valjak h = 10d 0,58
kocka 0,81Disk h = d/3 0,76Disk h = d/6 0,60Disk h = d/10 0,47
Wadellov faktor sfericiteta za čestice pravilnih oblika
![Page 13: osnove mehaničkih operacija](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061508/5695d2141a28ab9b0299028a/html5/thumbnails/13.jpg)
OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJA
Prosječni parametri čestica – za proračun i konstrukciju uređaja (procjena)
Oblik Veličinačestice, μm Ψnepr.č.
Cement 40 0,87Ugljen 2411 0,87
Ugljena prašina ------ 0,80Fini pijesak ------- 0,80
Silikagel ------- 0,94Wolfram 124 0,94
Mulj ------- 0,97Pšenica ------- 0,85Glinica ------- 0,72
Sipki pijesak ------- 0,65Pluto ------- 0,70
Mljeveno staklo 124 0,52Orijentacijski podaci za Wadellov faktor
sfericiteta za čestice nepravilnih oblika
Prosječni promjer dčp čvrstih (krutih) čestica tvari određuje se prosijavanjem kroz sita standardnih otvora, a procjenjuje se prema izrazu:
mxi – maseni udio čestica promjera dč,i u nekom sustavu poznate veličine (jedinica volumena,…)
Prosječna površina čestica istih veličina i oblika Asč i prosječna površina čestica različitih oblika i veličina Asč,ukupno u jedinici volumena sloja procjenjuje se pomoću izraza:
fsč (m2/m3) – specifična površina pojedinih čestica istih veličina i oblika,fsč,ukupno (m2/m3) – prosječna specifična površina čestica različitih veličina i oblika.
![Page 14: osnove mehaničkih operacija](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061508/5695d2141a28ab9b0299028a/html5/thumbnails/14.jpg)
OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJA
Prema karakterističnoj veličini (promjeru) dč zrna ili čestice razdvaja se usitnjeni materijal.Približne dimenzije nepravilnog geometrijskog oblika zrna ili čestice obilježavaju prosječna dužina l, širina b i visina h. Karakteristična dimenzija zrna kuglastog oblika je promjer, a zrna kockastog oblika brid kocke. Ovisno o utjecaju pojedine prosječne dimenzije i sličnosti najbližem pravilnom geometrijskom tijelu:
ed b=2e
l bd +=
3el b hd + +
=ed l b= +
;
;
3ed l b h= ⋅ ⋅ − kocka s duljinom brida istog volumena
3el b b h h ld ⋅ + ⋅ + ⋅
= − kocka s duljinom brida iste površine kao prizma
6 ke
Vdπ+
= − promjer kugle istog volumena kocke i površine kao prizma
![Page 15: osnove mehaničkih operacija](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061508/5695d2141a28ab9b0299028a/html5/thumbnails/15.jpg)
OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJA
Korištenjem standardnih sita u svakoj frakciji utvrđuje se karakteristična veličina (promjer) određene frakcije kao srednja aritmetička vrijednost maksimalnog i minimalnog promjera zrna prema formuli:
max min, 2e sr
d dd +=
Dimenzije najvećih komadića (zrna) određene su otvorom sita kroz kojiprolazi ukupna količina materijala određene frakcije, a dimenzijenajmanjih zrna i/ili čestica otvorom sita na kojem ukupna količinamaterijala određene frakcije ostaje, srednji karakteristični promjerusitnjenih zrna (čestica) u mješavini procjenjuje se prema jednadžbi:
1 1 2 2 3 3 4 4,
1 2 3 4
......
sr sr sr sr srn ne sr
n
d p d p d p d p d pdp p p p p
⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ + + ⋅=
+ + + + +
dsr1, dsr2,…dsrn – karakteristični promjer zrna svake frakcije,p1, p2,…pn – postotni udjel svake frakcije u mješavini
![Page 16: osnove mehaničkih operacija](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061508/5695d2141a28ab9b0299028a/html5/thumbnails/16.jpg)
OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJA
Stupanj usitnjavanja SU određuje se odnosom karakterističnog promjera prije usitnjavanja DU i ekvivalentnog promjera određene frakcije nakon usitnjavanja de:
Mehanička operacija
(tip usitnjavanja)
Karakteristični promjer zrna Stupanj
usitnjavanjaPrije
usitnjavanja DU, mm
Poslije usitnjavanja
de, mmKrupno drobljenje 1800 - 300 300 - 100 2 – 7
Srednje drobljenje 300 – 100 50 – 10 5 – 10
Sitno drobljenje 50 – 10 10 – 2 10 – 50 Fino mljevenje 10 – 2 2 – 0,075 ≈ 100
Veoma fino mljevenje 10.– 0,075 0,075 – 0,0001 > 100
UU
e
DSd
=
Mehaničke operacije usitnjavanja – stupanj usitnjavanja
![Page 17: osnove mehaničkih operacija](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061508/5695d2141a28ab9b0299028a/html5/thumbnails/17.jpg)
OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJAOdvajanje čvrstih čestica u procesima
Odvajanje čestica prema veličini naziva se klasiranje, a odvajanje česticaprema nekom njihovom svojstvu sortiranje.
Kvaliteta procesa odvajanja definira se oštrinom odvajanja i najsitnijihčestica.
Mehanički postupci odvajanja: 1. Čestice su izrazito pokretljive i2. Čestice s ograničenim kretanjem.Postupci s izrazito pokretljivim česticama: taloženje, pneumatsko klasiranje,
hidrauličko klasiranje, sortiranje, prosijavanje, taložno centrifugiranje,….Postupci s ograničenim kretanjem čestica: različiti postupci filtracije i
filtracijsko centrifugiranje. Procesom koji se provodi u nekom uređaju, granicu odvajanja određuje omjerodvojene količine čestica prema ukupnoj količini čestica u promatranomintervalu skupa.
![Page 18: osnove mehaničkih operacija](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061508/5695d2141a28ab9b0299028a/html5/thumbnails/18.jpg)
OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJAT′(x) – frakcijska efikasnost određuje se eksperimentalno.
Načelni primjeri: odvajanje čestica u različitim procesimaFrakcijska efikasnost odvajanja čestica…………..a) visokoučinski ciklon, b) niskoučinski ciklon c) taložnik d) hidraulički ciklon e) grubo sito
![Page 19: osnove mehaničkih operacija](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022061508/5695d2141a28ab9b0299028a/html5/thumbnails/19.jpg)
OSNOVE MEHANIČKIH OPERACIJAKvalitetniji uređaji oštrije izdvajaju veći postotak finijih čestica što pokazujedijagram frakcijskog stupnja odvajanja η(x).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30
Stup
anj o
dvaj
anja
čes
tica,
η(%
)
Veličina čestica, x (µm)
tip 550
tip 750
tip 850
Frakcijski stupanj odvajanja – visokoučinski ciklon,primjer – dijagram proizvođača opreme
Ciklon klase 550 odvaja krupnije čestice: prerada drva, pjeskarenje, brusione, duhanska industrija,….Ciklon klase 750 odvaja sitnije čestice: neke vrste brašna, pijesak,…..Ciklon klase 850 odvaja sitne čestice: brašno, šećer u prahu, kamena prašina, cement,...Ako je u mješavini iznad 55 - 60% čestica manjih od 10 – 12 μm koriste se cikloni klase 850 ili cikloni s većim frakcijskim stupnjem djelovanja s dodatnim filtrima.