Szecsés szilárd anyag porozitásának érése. Eléleti háttér A vegyipar alapanyagainak és terékeinek több int fele szilárd szecsés, ún. ölesztett anyag. Alapanyag pl. a szén, szilikonok, szees terények stb., a terék sok esetben granulátu, por, vagy kristályos anyag. Ezért a érnöknek ezen anyagok jellezőivel, szállításával, tárolásával és a gyártás során szükségessé váló egyes fizikai űveleteivel is eg kell iserkednie... A sűrűség és érése A sűrűség isert definíciója szerint eghatározásához az anyag töegét és térfogatát kell isernünk: ρ = V () Az anyagtöeg érése általában ne okoz gondot, a különböző nagyságú és alakú szecsékből álló anyaghalo szecséinek a térfogatát egérni azonban ne egyszerű feladat. Ha a szecsék folyadékban ne oldódnak, folyadék-piknoétert alkalazhatunk, folyadékban oldódó szecsék esetén azonban légpiknoéterrel kell egérnünk a szecsék együttes térfogatát. A Hofsäss-féle légpiknoéter (. ábra) a űszerbe zárt levegő térfogatának eghatározását teszi lehetővé.. ábra: A Hofsäss-féle légpiknoéter vázlata
Ha egérjük a bezárt levegő térfogatát anyag nélkül és a űszerbe helyezett isert töegű anyaggal, a két levegő-térfogat különbsége a behelyezett anyag térfogatát adja. A érés enete a következő:. A T csap légkörre nyitásával biztosítjuk, hogy a űszerben lévő levegő nyoása légköri vagyis isert legyen, ajd a érőfolyadék ozgatható edényének segítségével a érőfolyadék szintjét az A jelre állítjuk. 2. A T csap elfordításával bezárjuk a levegőt. Ekkor a bezárt levegő nyoása p 0 térfogata V 0. A érőfolyadék edényének eelésével a érőfolyadék szintjét a B jelre állítjuk, ezzel összenyojuk a bezárt levegőt V 0 V AB térfogatra. V AB az A és B jel közötti térfogat, pontosan isert űszerjellező. A kopressziót izoterikusnak tekinthetjük, ivel a környezet a felelegedő kisennyiségű bezárt levegőt folyaatosan visszahűti. A bezárt levegő kopresszió utáni nyoását az egycsöves anoéter h 0 kitéréséből száíthatjuk: p = p 0 + ρ h 0 g (2) Az izoter kopresszióra írható: p 0 V 0 = (p 0 + ρ h 0 g)(v 0 V AB ) (3) aiből az üres űszerbe zárt levegő térfogata: V 0 = p 0+ρ h 0 g ρ h 0 g V AB (4) A B érési pont felvétele után először az edényt engedjük le, ajd a csapot nyitjuk. Így elkerülhető a érőfolyadék kifolyása. 3. A érőedénybe isert töegű ( i ) vizsgálandó szecsés anyagot teszünk, és a érést a fent leírt ódon egisételjük. A anoéterről ekkor leolvasott h i kitéréssel a bezárt levegő térfogata: V i = p 0+ρ h i g ρ h i g V AB (5) 4. A két térfogat különbsége a beért anyag térfogata. Általánosságban i töeg beérésekor az anyag térfogata: V 0 V i = p 0 h i h 0 V ρ h 0 g h AB (6) i és az ebből száítható anyagsűrűség: ρ = i = i ρ h 0 g h i V 0 V i V AB p 0 h i h 0 (7) A érési hibák csökkentése érdekében a érést többször elvégezzük, és a sűrűséget lineáris regresszióval határozzuk eg. Erre az ad lehetőséget, hogy a sűrűség a (7) képletéből a anoéter kitérés reciproka, int a beért anyagtöeg lineáris függvénye kifejezhető: = ρ g i + = a h i V AB h i + b (8) 0 ρp 0 Ennek a függvénynek az a eredekségét lineáris regresszióval eghatározva a keresett sűrűség: 2
ρ g ρ = [kg 3 ] (9) ap 0 V AB. 2. A halosűrűség és érése A halosűrűség száításakor a szecsék térfogatán kívül a szecsék közötti általában levegővel kitöltött térfogatot is figyelebe vesszük: ρ t = (0) ahol V az anyagtérfogat, V h az ún. hézagtérfogat. Míg valaely szecsés anyag sűrűsége állandó érték, halosűrűsége az anyag konszolidációjával két szélső érték között változik. Mérése viszonylag egyszerű: isert töegű anyagennyiséget érőhengerbe töltve az anyag- és hézagtérfogat összegét érhetjük. Ha a térfogatot közvetlenül a betöltés után olvassuk le, az anyag halosűrűségének iniális értékét száíthatjuk. Ha a hengerben az anyagot összetöörítjük, vagy hagyjuk konszolidálódni, a halosűrűség nagyobb értékét kapjuk. A laborgyakorlat során érőhengerbe rakunk isert töegű intát és leolvassuk a hozzá tartozó térfogatot, vagy adott térfogathoz leolvassuk a töeget.. 3. A porozitás és érése A porozitás vagy relatív hézagtérfogat a szecsék közötti hézagtérfogatnak az összes térfogathoz viszonyított értéke: ε = V h () A porozitás eghatározásához vagy térfogatokat, vagy sűrűségeket kell érnünk, ugyanis a hézagtérfogat felírható az össztérfogat és az anyagtérfogat különbségeként: V h = (V + V h ) V (2) és ezzel a porozitás: ε = ( ) V = V = V = ρ = ρ t ρ ρ t (3) Ha a halazt egyfora göbökből állónak képzeljük, és a göböket a 2. ábra egfelelően a halazban szabályosan elrendezettnek vesszük, a porozitás értéke száítható: 2. ábra: Göbökből álló rendezett halaz 3
ε = nd3 n d3π 6 = π = 0,476 (4) nd 3 6 Ha a szecsék ne egyfora göbök, vagy ne ilyen szabályosan helyezkednek el a halazban ai valószínű vagy a szecsék ne göb alakúak, akkor egészen ritka, pl. szálkás, vagy kagyló alakú szecsék kivételével a relatív hézagtérfogat inden esetben kisebb lesz a fent kiszáítottnál, vagyis ezt az értéket, int a porozitás nyugvó ágybeli axiális értékét fogadhatjuk el. A porozitás nagyértékben változtatható az ágy vibrálásával vagy fluidizálásával. 2. Mérési feladat Guiőrleény (), hook (2), krétapor (3), burgonyakeényítő (4) és ohr-szűrő (5) sűrűségének, halosűrűségének és porozitásának eghatározása az eléleti háttérben leírtak alapján. Minden hallgatónak egy intát kell egvizsgálnia. A érési jegyzőkönyvet egyénileg kell elkészítenie indenkinek. Felhasznált irodalo Kósa Levente, Lukenics Jánosné, Verba Attila: Vegyipari géptan, Műegyetei Kiadó, 57-63, 2005. 4
Szecsés szilárd anyag porozitásának érése. Az anyag sűrűségének érése A sűrűséget Hofsäss-féle légpiknoéter segítségével határozzuk eg. Egyszer ért ennyiségek: A légköri nyoás: p 0 = torr = Pa A űszer kalibrált térfogata: V AB = c 3 = 3 A érőfolyadék sűrűsége: ρ = kg 3 A érés során változó ennyiségek: i h i i h i - kg 0 0 2 3 4 5 Ábrázold a érésből száított h i (y tengely) - i (x tengely) összetartozó értékeket MS Excelben készített diagraon, ajd határozd eg a érési pontokra illeszkedő egyenes (elynek egyenlete: = a h i + b) eredekségét. i a = A kapott eredekséggel az anyag sűrűsége: ρ g ρ = = kg 3 ap 0 V AB 2. A halosűrűség érése A érőhengerbe ért anyag töege: = g = kg A érőhengerről leolvasott térfogat: V = c 3 = 3 A száított halosűrűség: ρ t = V = kg 3 3. A porozitás eghatározása ε = ρ t = ρ 3 3 5