SEMINARSKI RAD IZ PREDMETA:
MEHANICKE I HIDROMEHANICKE OPERACIJE
TEMA:
KLASIFIKACIJA I SORTIRANJE
Uvod
Razdvajanje rastresitog cvrstog materijala po velicini komada ili zrna naziva se
klasifikacija. Ovom tehnoloskom operacijom rastresiti material se razdvaja na
frakcije koje su ogranicene odredjenim granicnim vrednostima komada ili zrna.
Razlikuju se dva osnovna nacina klasifikacije :
Prosejavanje- mehanicko razdvajanje na sitima
Hidraulicko razdvajanje – razdvajanje na frakcije koje imaju jednaku
brzinu talozenja u vodi ili vazduhu.
Klasifikacija se koristi kao:
Pomocna operacija – radi pripreme materijala za dalje postupke obrade ili
tokove tehnoloskog procesa. U ovom slucaju najrazvijeniji su razni
postupci klasifikacije u procesima usitnjavanja.
Samostalna operacija- radi dobijanja finalnog proizvoda sa potrebnim
sastavom po velicini zrna. U ovom slucaju se proces klasifikacije naziva
sortiranje( gotov proizvod se razdeli na odgovarajuce grupe- sorte)
Veci deo sirovina, polufabrikanata pa I finalnih proizvoda (npr. Ugalj ,rude ,
cement, boje,prasina… kao I prehrambeni proizvodi: so, secer, brasno…)
pojavljuju se u zrnastom obliku I predstavljaju skup pojedinih zrna (komada)
razlicite velicine. Takvi materijali su polidisperzni, dok monodisperzni
materijali prakticno I ne postoje u prirodi.
Tehnološke karakteristike i ponašanje materijala u pojedinim tehnološkim
operacijama često u većoj meri zavise od sastava po veličini zrna nego od
fizičko-hemijskih osobina. Uopšte raspon veličine zrna jednog materijala
obično je širi nego što je to povoljno za obradu i upotrebu. Veći udeo sitnijih
čestica obično stvara teškoće u smislu obrazovanja prašine, dok s druge strane,
veći komadi su ne ekonomični za obradu (sprečavaju odvijanje hemijskih
reakcija ili otežavaju pneumatski transport). Sastav po veličini zrna utiče na
tvrdoću i gustinu briketa, keramike, betona, a takođe i na brzinu pojedinih
reakcija i procesa. Poznavanje funkcije raspodele zrna po veličini igra veliku
ulogu prilikom izbora operacija mešanja i razdvajanja (prosejavanje, taloženje,
centrifugiranje, flotacija itd.). Često se na osnovu sastava po veličini zrna može
doneti zaključak o kvalitetu materijala. Tako npr. kvalitet cementa direktno
zavisi od veličine zrna.
Metode određivanja karakteristične veličine zrna
Izbor metode za određivanje sastava čvrstog materijala prema veličini zrna
(komada) zavisi od fizičko-hemijskih osobina materijala i od veličine zrna.
Najčešće su u upotrebi sledeće metode:
Sitovna analiza (prosejavanje) – mehanička klasifikacija pomoću
garniture standardnih sita. Kroz otvore radne površine sita prolaze
komadi (zrna) koji su manji od neke određene veličine, a ostali komadi
zadržavaju se na površini sita. Koristi se u oblasti d
k
> 40 µm .
Hidromehanička klasifikacija – razdvajanje materijala na frakcije zrna,
koja imaju istu brzinu slobodnog pada u struji vode (ili neke druge
tečnosti). Hidromehanička klasifikacija ostvaruje se u horizontalnoj ili
vertikalnoj (često kombinovanoj) struji tečnosti. Brzina struje tečnosti
bira se tako da klasifikator napuštaju čestice (lakša frakcija) čija je
veličina manja od neke unapred određene veličine, a u klasifikatoru
ostaju (talože se) čestice veće veličine (teža frakcija). Ova operacija se
bazira na opštim zakonima taloženja I detaljnije se proučava u
hidromehaničkim operacijama. Koristi se u oblasti 2<d
k
< 100 µm .
Vazdušna separacija - razdvajanje materijala na frakcije zrna koje imaju
istu brzinu slobodnog pada u vazduhu. Prilikom vazdušne separacije
otpor vazduha je znatno manji jer je u poređenju sa vodom gustina manja
kao I koeficijent viskoziteta. Iz tog razloga čestice materijala padaju u
vazduhu znatno brže. Separacija (taloženje) vrši se u horizontalnoj ili
vertikalnoj struji vazduha. Lakša frakcija koja se dobija vazdušnom
separacijom uvek se podvrgava još taloženju u posebnom aparatu
(ciklonu) koji je sastavni deo instalacije za vazdušnu separaciju.
Ako se vazdušna separacija vrši u polju sile zemljine teže onda se koristi
u oblasti 5<d
k
< 60 µm, a u polju centrifugalne sile 1<d
k
< 60 µm .
Sedimentacija - razdvajanje materijala na frakcije zrna koje imaju istu
brzinu slobodnog pada u nepokretnoj tečnosti ili gasu. Ako se
sedimentacija vrši u polju sile zemljine teže onda se koristi u oblasti 2<d
k
< 60 µm, a u polju centrifugalne sile 0.01<d
k
< 3 µm.
Merenje i brojanje čestica , najčešće posle fotografisanja pod
mikroskopom - koristi se u oblasti 1<d
k
< 150 µm .
Merenje i brojanje čestica , najčešće posle fotografisanja pod ultra
mikroskopom - koristi se u oblasti 0.01<d
k
< 1 µm.
Magnetna i elektromagnetna separacija – koristi se za izdvajanje I
razdvajanje čeličnih primesa u materijalu.
Sitovna (granulometrijska) analiza
Klasifikacija se najčešće vrši sitovnom analizom, radi određivanja sastava
materijala prema veličini zrna (komada) - granulometrijskog sastava.
Prosejavanje se može smatrati najuniverzalnijim načinom klasifikacije
materijala. Kao sita za granulometrijsku analizu služe isključivo standardna sita
(tj. ona sita kod kojih se veličina okaca menja prema određenom modulu i za
koje je debljina žice tačno određena). Ova sita pripadaju raznim sistemima sita.
Najčešće su u upotrebi sita po sistemu Teyler-a, po DIN-u, po ASTM-i i po
GOST-u.
Kao polazno sito Teyler-ovog sistema služi ono sito koje ima 200 okaca na
jedanoj dužni col-a, a izatkano je od metalne žice prečnika 0,053mm. Prema
tome, dužina jedne strane kvadratnog okca je 0,07366mm. Sledeće većesito
ovog sistema standardnih sita je takvo da mu je površina okca dva puta veća od
površine okca prethodnog sita. Odnos dužina strana okaca svaka dva uzastopna
sita je
1:
√
2
, što predstavlja osnovni modul Teyler-ovog sistema sita. Pošto
površine okaca sa ovim modulom relativno brzo rastu broj normalnih sita ovog
sistema bio bi relativno mali, pa se dodaje još i dopunski modul koji je određen
odnosom
1:
4
√
2
, gde je
4
√
2
=
1,189.
Osnovni modul standardnih sita prema DIN 4187 (od bušenog lima ) i DIN4188
(žičana izatkana sita) iznosi R10=
10
√
10
=1,25 , a dopunski modul R20=
20
√
20
=1,12. Nazivni broj sita po DIN-u označava broj okaca na 1cm dužine
žice. Zavisnost između prečnika žice (d), od koje je izatkano sito, i dužine
strane kvadratnog otvora (a) definisana je odnosom:
a
2
(
a
+
d
)
2
=
0.36
.
Sistemi standardnih sita po ASTM-i i GOST-u u našoj zemlji se retko
upotrebljavaju. Granulometrijska analiza vrši se pomoću standardnih sita na taj
način što se materijal prosejava kroz sve gušća sita. Materijal koji prođe kroz
odgovarajuće sito označava se sa "-", a koji se zadrži na situ sa "+". Očigledno
je da jedno sito daje dve frakcije, odnosno n sita daju (n+1) frakciju. Pošto se
prosejavanje završi, izmeri se masa svake frakcije koja se zadržala na pojedinim
sitima. Na taj način dobije se maseni udeo svake frakcije a time i sastav
Q[kg]-
masa početnog materijala,
α
[
%
]
-procentualni udeo frakcije u količini materijala Q čija je veličina zrna
manja od veličine otvora posmatranog sita ili rešeta,
Q ∙ α
100
[kg]-
količina materijala koja može da prođe kroz posmatrano sito,
C
[kg] - količina materijala koja stvarno prođe u procesu prosejavanja kroz
posmatrano sito (masa podrešetnog zrna).
Vrednost koeficijenta korisnog dejstva sita kreće se obično u granicama od 60
do 75%, a može dostići i vrednosti do 90%.
Materijalni bilans po sitnijoj frakciji (bez učešća gubitaka materijala) glasi:
Q ∙ α
100
=
C
+
T ∙ v
100
,gde je : T [kg] - masa nadre
šetanog zrna
ν [%]- sadržaj sitnije frakcije od željene u procesu prosejavanja, u nadrešetnom
zrnu.
Uzimajući da je T=Q-C (prema materijalnom ciklusu sita), prethodna
jednačina se može izraziti u sledećem obliku:
Q∙α=100∙C+(Q-C)∙v ,
odakle sledi:
Zamenjujući odnos C /Q u definicioni izraz za η dobija se konačan izraz za
efektivnost prosejavanja (tj. koeficijent korisnog dejstva sita):
Veličine α I ν se određuju eksperimentalnim prosejavanjem materijala. Na
efikasnost procesa prosejavanja odnosno na vrednost koeficijenta korisnog
dejstva sita utiče veliki broj različitih faktora. Neki od ovih faktora su:
