Akademia Górniczo-Hutnicza

im. Stanisława Staszica w Krakowie

Wydział Energetyki i Paliw

Laboratorium Ochrony Środowiska

Temat: Analiza ziarnowa i oznaczanie wilgotności w pyle węglowym

Wykonali: Kamiński Damian, Kot Dawid, Kryska Marcin, Michalak Łukasz

Energetyka, Rok III, Grupa 1.

Cel ćwiczenia:

Doświadczenie miało na celu wyznaczenie składu ziarnowego (analiza ziarnowa) oraz oznaczenie zawartości wilgoci w badanej próbce pyłu węglowego. Analiza ziarnowa została przeprowadzona metodą przesiewania, a oznaczenie zawartości wilgoci wykonano za pomocą wagi i pieca oraz wago-suszarki.

Opis stanowiska:

Stanowisko laboratoryjne składało się z:

- badanej próbki pyłu węglowego,

- zestawu sit (o grubości oczek kolejno: 0,25mm; 0,2mm; 0,125mm; 0,1mm; 0,063mm; 0,04mm) wraz z pędzelkiem,

- wagi o dokładności 0,01g,

- wago-suszarki,

- pieca,

- naczyń wagowych,

- szpatułek itp.

Wstęp teoretyczny:

Analiza ziarnowa

Wykorzystywany przez nas sposób określenia składu ziarnowego to metoda przesiewania. W odróżnieniu od pozostałych metod (np. mikroskopowe, sedymentacyjne, analiza laserowa oraz rentgenowska) charakteryzuje się dużą prostotą przeprowadzenia analizy i praktycznie natychmiastowym uzyskaniem wyników.

Określano skład ziarnowy, czyli procentowe udziały masowe klas ziarnowych. Klasy ziarnowe są elementami (ziarnami) substancji o rozmiarach zawierających się w określonym przedziale.

Oznaczenie wilgotności

Jest jednym z ważniejszych pomiarów w zakresie szeroko rozumianej energetyki. Określa dokładnie zawartość wody w materiale, który poddajemy badaniu. Oznaczenie wilgotności ma praktyczne zastosowanie np. w wypadku określenia rzeczywistej masy zawilgoconego węgla (ze względu na sposób i warunki jego transportu).

Przebieg doświadczenia:

Analiza ziarnowa

Na początku należało przygotować w odpowiedni sposób sita. Zostały one oczyszczone ze znajdujących się tam zapewne po wcześniejszym pomiarze ziaren. Następnie odważono zgodnie z normą prawie 300g pyłu węglowego (waga dla dwóch grup laboratoryjnych). Po odważeniu materiału uzyskaną próbkę przesypano na górne sito o największych oczkach. W przypadku każdego sita wykonano te same czynności. Najpierw wstrząsano energicznie zestawem sit, a później pędzlem przecierano materiał po sicie. Dopiero po uzyskaniu zadowalającego efektu (około 10 minut na każde sito) przesypywano uzyskaną frakcję na naczynia wagowe. Dzięki uprzedniemu ważeniu naczynek uzyskano masy poszczególnych frakcji.

Oznaczenie wilgotności

Korzystając z wyników poprzedniej części należało wyznaczyć wilgotność wszystkich frakcji. Do większości frakcji wykorzystano piec, w którym temperatura wynosiła około 120 ^OC. Po suszeniu próbek przez około 20 minut ponownie dokonano pomiaru ich masy. Na podstawie uzyskanych mas przed i po suszeniu można wyznaczyć wilgotność poszczególnych frakcji. Wykorzystano również w jednym przypadku (w związku z ograniczeniami czasowymi) wago-suszarkę. Również w tym wypadku temperatura wynosiła 120 ^OC. Wyniki (zawartość wilgoci) były wyświetlane na urządzeniu.

Obliczenia:

1. Analiza ziarnowa

Aby przedstawić wyniki potrzebowaliśmy wyliczyć frakcje na każdym sicie zgodnie ze wzorem:

gdzie: Fn- frakcja ziarnowa dla sita o numerze n [%]

Mn- masa pozostałości na sicie o numerze n [g]

M- masa całej badanej próbki [g]

Przykład:

Dla klasy ziarnowej nr 2. (0,2-0,25mm).

2. Oznaczanie wilgotności

Aby obliczyć procentową zawartość wilgoci posłużyliśmy się wzorem:

gdzie: a- masa naczyńka wagowe przed suszeniem [g]

b- masa naczyńka wagowego po suszeniu [g]

c- masa pustego naczynka [g]

Końcowym obliczeniem było wyznaczenie średniej zawartości wilgoci uwzględniając wszystkie badane próbki

Przykład obliczenia dla próbki nr2.

X= 2,36%

Wyniki:

1. Analiza ziarnowa

Lp.	Wymiar oczek sita [mm]	Masa pozostałości Mn[g]	Klasa ziarnowa [mm]	Frakcja	Suma frakcji
1	0,25	260	>0,25	2,46%	2,46%
2	0,2	9,74	0,2-0,25	54,04%	56,50%
3	0,125	8,03	0,125-0,2	31,85%	88,35%
4	0,1	3,72	0,1-0,125	5,96%	94,31%
5	0,063	4,84	0,063-0,1	2,38%	96,69%
6	0,04	1,93	0,04-0,063	0,56%	97,26%
7	-	6,77	<0,04	2,08%	99,34%

2. Oznaczanie wilgotności

Badana próbka	Masa pustego naczyńka wagowego [g]	Odważka [g]	Masa naczynka wagowego z odważką [g]		Zawartość wilgoci	Średnia zawartość wilgoci
						przed suszeniem	po suszeniu
1	71,64	70,83	142,47	141,95	0,74%	1,67%
2	37,12	9,74	46,86	46,73	1,35%
3	20,93	8,03	28,96	28,77	2,42%
4	26,97	3,72	30,69	30,58	3,05%
5	31,69	4,84	36,53	36,27	5,68%
6	34,57	1,93	36,5	36,36	7,82%
7	27,4	6,77	34,17	33,81	5,62%

Dla frakcji nr 1 wykonano także pomiar wilgoci przy pomocy

wago-suszarki. Wilgoć dla niej wyniosła W=0,79%

Wnioski:

Analiza ziarnowa

Z trójkąta Fereta dla gruntów wynika że próbka użyta w badaniu jest żwirem piaszczystym z domieszką iłu. Musimy jednak uwzględnić wpływ niedokładności przesiewania materiału przez sita spowodowane jego skłonnością do sklejania się w większe grudki. Po uwzględnieniu tego zjawiska można przypuszczać, że na trójkącie Fereta badana próbka powinna być przesunięta bardziej w stronę piasku. Frakcją, której jest najwięcej jest frakcja nr 1 o klasie ziarnowej większej od 0,25mm - 87%. Oprócz niej żadna z frakcji znacząco się nie wyróżnia. Suma wszystkich frakcji nie jest równa 100%. Spowodowane to jest pozostaniem części pyłu węglowego na sitach oraz rozproszeniu bardzo małych cząstek w powietrzu.

Oznaczenie wilgotności

Średnia wilgotność zawiera się w przedziale 0,74- 7,82%. Analizując wyniki okazuje się, iż zawartość wilgoci rośnie wraz ze zmniejszającą się klasą ziarnową. Najmniejsza jest dla klasy ziarnowej nr 1, a największa dla klasy ziarnowej nr 6.

Wpływ na tak niską średnią zawartość wilgoci w całej badanej próbce miał fakt, że masa badanej próbki frakcji 1 jest dużo większa od pozostałych.

---