OPINPOLKU 12 Sekoituksen tehokkuuden tutkiminen partikkelien ikäjakautuman perusteella

Sekoitus tehokkuuden tutkiminen

Työn tarkoitus

Työn tarkoituksena on perehtyä sekoituksen virtauskuvioihin, sekeoitustehokkuuteen ja virtausesteiden käyttöön.

Työssä käytettävät laitteet ja aineet

Sekoitksella varustettu säiliö

Johtokykymittari

Sekuntikello

Kalsiumkloridi

1.     Säiliö

2.     Sekoitin moottoreineen

3.     Mittausastia

4.     Johtokykymittari

5.     Viemäri

Työn suoritus

1. Valmista 100 ml kalsiumkloridiliuoksia, joiden konsentraatiot ovat

     0,1, 0,2, 0,4, 0,6, 0,8, 1, 2, 3, 4 ja 5 g/l.

Yksikköprosessien hallinta

Opinpolku 12 Sekoituksen tehokkuuden tutkiminen partikkelien ikäjakautuman perusteella

Sekoitus

Sekoittaminen on yksittäisten partikkelien kuljettamista tiettyyn positioon muihin partikkeleihin nähden ja erottumisen välttämistä jo sekoitetussa materiaalissa.

• Tarkoituksena saada seos, joka on koostumukseltaan täysin satunnaisesti jakautunut, jolloin mistä tahansa seoksesta otetuilla äärettömän pienillä tilavuusosuuksilla on sama aina-ja energiakoostumus

Sekoitus voi olla :

1. kaasujen ja aerodispersioiden sekoitusta sekoituskammioissa tai suuttimissa
2. nesteiden ja lietteiden sekoitusta
3. pastojen ja taikinamaisten aineiden sekoitusta
4. rakeisen materiaalin sekoitusta
5. lämmön- ja aineensiirron nopeutaminen sekä emulsioiden ja suspensioiden aikaansaaminen ja ylläpitäminen

Staattiset sekoittimet:

• Fluidin virtausenergiaa muutetaan sekoitustyöksi paikallaan pysyvillä sisäosilla sekoitusoutkissa, suihkusekoittimissa tai sekoitussäiliöissä

Dynaamiset sekoittimet

• Sekoitus saadaan aikaan pyörivillä elementeillä sekoitussäiliöissä, -kolenneissa tai suoraan putkivirtauksessa.

2.    Mittaa kutakin vesiliuosta vastaava johtokyky. Taulukoi tulokset.

Kalsiumkloridia	Johtavuus
g/l	mS/cm
0,0108	236
0,0211	448
0,0400	835
0,0602	1322
0,0804	1601
0,1001	2010
0,2002	3910
0,3009	5670
0,4006	7480
0,5014	8801

3. Piirrä saamiesi tulosten perusteella kalibrointi käyrä   kalsiumkloridiliuoksen konsentraatiosta johtavuuden funktiona.

4.Mittaa sekoitussysteemin impulssivaste seuraavasti:

• Säädä vesijohtoveden syötöksi noin 3 l/min mittaamalla virtaus mittausastian ylitteestä.
• Säädä pohjahanalla nesteen poistovirtaama sellaiseksi, että nestepinta pysyy säiliössä vakiona. Mittaa impulssivaste ensin ilmansekoitusta ja sitten sekoituksen kanssa. Sekoittimen tulee pyöriä tarkoituksenmukaisella nopeudella. Valmista impulssiin tarvittava liuos sekoittamalla 100 g  (_____ g) kalsiumkloridia 500 ml:n vettä. Kaada impulssiliuos nopeasti akselin viereen ja seuraa samanaikaisesti johtokykymittaria 0,5 min välein puolen tunnin ajan.
• Kirjaa tulokset taulukkoon. Tyhjennä säiliöt mittauksen päätyttyä.

Impulssivaste ilman sekoitusta

Aika	Johtavuus	Aika	Johtavuus	Aika	Johtavuus
min, s	mS/cm	min, s	mS/cm	min, s	mS/cm
0	176,2	10	1570	20	1266
0,5	2970	10,5	1568	20,5	1264
1	3500	11	1537	21	1250
1,5	1964	11,5	1513	21,5	1231
2	1910	12	1508	22	1217
2,5	1859	12,5	1496	22,5	1208
3	1861	13	1463	23	1196
3,5	1866	13,5	1438	23,5	1192
4	1813	14	1420	24	1175
4,5	1794	14,5	1426	24,5	1170
5	1798	15	1407	25	1143
5,5	1754	15,5	1384	25,5	1141
6	1743	16	1375	26	1139
6,5	1708	16,5	1355	26,5	1114
7	1673	17	1367	27	1113
7,5	1646	17,5	1351	27,5	1101
8	1651	18	1321	28	1090
8,5	1645	18,5	1298	28,5	1080
9	1427	19	1312	29	1072

Impulssivaste sekoituksen päällä ollessa.

Aika	Johtavuus	Aika	Johtavuus	Aika	Johtavuus
min, s	mS/cm	min, s	mS/cm	min, s	mS/cm
0	2330	10	1700	20	1411
0,5	2510	10,5	1658	20,5	1408
1	2180	11	1621	21	1396
1,5	2130	11,5	1615	21,5	1388
2	2070	12	1610	22	1412
2,5	2060	12,5	1561	22,5	1324
3	2040	13	1572	23	1368
3,5	2010	13,5	1531	23,5	1317
4	1977	14	1507	24	1325
4,5	1929	14,5	1506	24,5	1363
5	1912	15	1484	25	1285
5,5	1886	15,5	1476	25,5	1311
6	1868	16	1472	26	1256
6,5	1823	16,5	1478	26,5	1250
7	1822	17	1462	27	1190
7,5	1805	17,5	1457	27,5	1245
8	1763	18	1455	28	1030
8,5	1740	18,5	1439	28,5	1075
9	1736	19	1445	29	1025
9,5	1705	19,5	1436	29,5	985
				30	980

Tulosten käsittely

5. Piirrä saamistasi tuloksista graafinen esitys liuoksen kalsiumkloridipitoisuudesta ajan funktiona.

6. Tarkastele saamaasi graafista esitystä. Kirjaa havaintosi.

7. Minkä tyyppistä sekoitinta työssäsi käytit?

8. Miten sekoitustapahtumaa voitaisiin tehostaa?

sekoitussuuttimia voidaan käyttää joko hetkellisesti tai jatkuvassa sekoituksessa. Niillä voidaan tehostaa mekaanista sekoitusta tai korvata kokonaan mekaaniset sekoittimet. Usein niiden avulla saavutetaan parempi sekoitustulos kuin mekaanisilla sekoittimilla.

9. Mitä tarkoittaa Vortex-ilmiö ?

10. Mitä sekoituksella teollisuudessa tarkoitetaan ja millaisia eri sekoittimia on olemassa ?

Kemian teollisuuden prosesseissa on käytössä suuri määrä sekoitussäiliöitä. Niitä käytetään erilaisiin tarkoituksiin levien viljelystä metallien rikastukseen. Sekoituksen optimoiminen voi johtaa suuriin säästöihin energiassa ja raaka-aineissa.

Sekoituksessa on usein kyse monen faasin, nesteen, kaasun ja kiinteän aineen systeemeistä, joissa tapahtuvat ilmiöt ovat monimutkaisia. Koska mittaukset suuressa mittakaavassa ovat