Sedimentasyon Anlayışı: Parçacık Özelliklerinin Rolü

Sedimentasyon - hangi parçacıklar yerçekimi etkisi altında bir sıvıdan vazgeçerek - sedisyonun temel bir fenomendir. Çevre mühendisliğinde, su ve atık su arıtma verimliliğini yönetir; jeolojide, sedisyonda ve kimyasal işleme eğilimi, katı-liquid ayrılıklara bağlıdır.

Bu makale, parçacık şekli ve yoğunluk seditasyon davranışını nasıl etkilediğine dair ayrıntılı, pratik bir inceleme sunar, klasik sıvı mekanikleri ve modern deneysel anlayışlar üzerine çizimler sunarız, temel fizikleri tartışacağız, nicel tanımlayıcıları tartışır ve su tedavisi, madencilik ve çevresel yönetimden gerçek dünya örnekleri ile temel kavramları göstereceğiz.

Settling Fiziği: Stokes Yasası ve Ötesi

Tek bir, düzgün bir alan, laminar akış koşulları altında Newton sıvısı, terminali sıfırbükü:0)v) tarafından tanınmış Stokes’in denklemi tarafından verilir:

[FONT=0) · ( ⁇ [DÜT:2)[DÜye: 3)[DÜye/Üye/Üye) · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·

⁇ [DÜDÜ:0)p) parçacığın yoğunluğu, ⁇ )[Dönetici: 3 )) Akışkanlık, [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜDÜDÜDÜDÜD

Drag Co effective and Shape Factors

Yere ait bir alan için sürüklenme gücü, sürüklenme katsayısı ile ölçülmektedir:0)C)[D[Döneticileri olmayan bir alan için, bir alan için, bir alan için aşağıdakiler dahil edilir:))))

  • [FONT:0]Sphericity ( ⁇ )) - aynı hacimdeki yüzey alanının partiküllerin gerçek yüzey alanına kadar oranı. Mükemmel bir alan ⁇ = 1; düzensiz parçacıklar ⁇ < 1. Aşağı sphericity genellikle daha yüksek sürükleme ve yavaş yerleşmeye yol açar.
  • [FONT=0)Köpeklik[Dönetici:0)[Döncükler ve kenarlardaki keskinliğin ölçülmesi. Parçacıklar keskin angular ile (örneğin, ezilen kaya) deneyim formu aynı sphericity parçacıklarına kıyasla azalır.
  • [FONT=0)Aspect oranı[[Dönetici:0)[Dönetici:0)) - özellikle de elongated veya flaky partiküller için önemli. Fibers, plakalar ve iğneler akışla uyumlu, dramatik bir şekilde değişen sürüklenme sürüklenebilir.

Birçok pratik hesaplama için, etkili bir çapında (örneğin, aynı yerleşme hızına sahip bir alanın çapı) Stokes-tip denklemlerine şekil efektleri dahil etmek için kullanılır. Alternatif olarak, Clift, Grace ve Weber gibi ampirasyonel korelasyonlar, diskler ve diğer ortak şekiller için sürüklenme katlarını sağlar.

Parçacık Şekil: Sphere'ın Ötesinde

Parçacık şekli üç temel mekanizmayla seditasyona etkiler: daha büyük yüzey-to-volume oranı nedeniyle, daha yüksek yerleşme ve konumdaki uyandırmaların yaratılması ve çökmüş yerleşme veya flokülasyonu teşvik eden parçacık-parça etkileşimleri için potansiyel.

S global Parçacıklar: Benchmark

Yüksek sıcaklık prosesleri tarafından oluşturulan cam arılar veya bazı mineral tahıllar gibi, ideal referans olarak hizmet eder ve yerleşme davranışları Stokes'in yasasını kullanarak tahmin edilebilir; hatta iyileştirici yüzeyler, ideal davranışlardan ayırt edilebilirliği sağlayan ince düzensizliklere sahiptir.

Irregular ve Angular Parçacıklar

Çoğu doğal ve işlenmiş parçacıklar düzensizdir: ezilmiş agrebinler, toprak parçaları, kırık mineraller ve biyolojik pislikler. Bu, aynı hacim ve yoğunluktan daha yüksek form sürüklenmesi nedeniyle daha uzun süreler gerektirir, örneğin, ezilmiş bir yarıkırıklık 0.7, sadece yüzde 60-70 oranında aynı kütlenin hızını teşvik etmek için yer alır.

Flaky ve Fibrous Parçacıklar

Bir veya iki boyuttan çok daha küçük olan parçacıklar - mica flakes, kirli plakalar veya hücreli fiberler - en karmaşık yerleşme davranışı sergilemektedir. Flakes geniş yüz yüze eğilimli, en yüksek vakum parçaları ile eğimli ve yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaştır.

Şekil Etkileri Hintçe Settling

Parçacık konsantrasyonu hacmi ile% 1'i aştığında, yerleşmek artık bağımsız değildir: Parçacıklar birbirine bağlı akış alanlarıyla müdahale eder, RichardsonZaki denklemleri) hindrancedan farklı olarak farklı olarak sınıflandırır, çünkü düzensiz şekiller daha karmaşık akış rahatsızlıkları yaratır ve bir şekilde bağlı olarak, sabit olmayan parçacıklar daha yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş bir şekilde yerleşme modellerin gerektirdiğini sağlar.

Yoğunluğu: İlk Sürüş Gücü

Parçacık deneyimlerinin nasıl sürüklendiğini şekillendirirken, yoğunluk doğrudan yerçekimi sürüş kuvvetini belirler. yoğunluk farkı ( ⁇ )p) - ⁇ ).

Yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte

kum gibi malzemeler ( ⁇ ⁇ 2.65 g/cm3), hematite ( ⁇ ⁇ 5.3 g/cm3), ya da vurun ( ⁇ ⁇ 11.3 g/cm3), sıvının aşırı derecede fazla olduğu için, mineral işlemenin ilk birkaç metrede ortadan kalktığı için, organik sağlam bir miktarlar askıya alındı.

Düşük Boyut ve Buoyant Parçacıklar

Örneğin, 200 μm polistyrene parçacığı ( ⁇ ⁇ 1 g/cm3), sadece 0.03 cm /s - iki tane daha yavaş yerleşmek veya belediye atıksu bitkilerinde birincil ipuçları tasarlamak için kritik olabilir: hedef, sabit olmayan sağlam katılar ( ⁇ 1.05 g/cm3), sadece 0.03 cm / cm3 ile daha hafif bir şekilde yıkanır.

Pratik Yoğunluk Manipulation

Bazı endüstriyel süreçlerde, parçacık yoğunluğu, sedisyonunu artırmak için yapay olarak değiştirilebilir. Örneğin, “toplamlı floktasyon” sürecinde, mikrosand (density ~2.6 g/cm3), etkili yoğunluklarını artırmak ve hızları artırmak için eklenir. benzer şekilde, mineral flotasyonda, hava balonları genel yoğunluklarını etkili bir şekilde azaltır ve yerleşmekten ziyade yükselmelerine neden olur.

Kombinasyon: Konser ve Yoğunluk

Şekil ve yoğunluk arasındaki etkileşim genellikle bir seditasyon sürecinin uygulanabilir olup olmadığını belirler. Yoğun ama son derece düzensiz bir parçacık daha yavaş aynı kütleden daha ağır olabilir, çünkü şekilden gelen artış, yerçekimi avantajını tamamen dengeleyebilir.

Vaka Çalışması: Mineral Mixtures'in Belirlenmesi

galena (PbS, ⁇ ⁇ 7.5 g/cm3) ve kurtz ( ⁇ ⁇ 2.65 g/cm3) suda, düşük spenity ile tipik bir şarj işlemi, sadece 0,5 cm / μm parçaya sahip olsa da, yarıkırık bir galoşun 0,8 cm / 3 cm'lik bir şekilde ayarlı betonun içine yerleştirilmesi gerekir.

Flocculation and Aggregate Settling

Birçok doğal ve mühendis sistemlerde, parçacıklar bireyler olarak yerleşmez, ancak agrebünler (floklar) Flok özellikleri - boyut, şekil, yoğunluk - birincil parçacığın özelliklerini ortaya çıkarırlar. Yüksek hacimli birincil parçacıklar (daha yüksek, daha yüksek çözünürlükte) daha yüksek çözünürlükte yer alan daha yüksek çözünürlükte yer alan daha yüksek çözünürlükte yer alan küçük bir yüzeyler oluşturabilir. Örneğin, kil plakalar (daha yüksek çözünürlükte) ısıtılır.

Çevre Sediment Transport

Nehirlerde ve göllerde, sefilliğin yerleşme davranışı erozyon, ayrışma ve kirletici taşımalarda büyük bir kontroldür. Klasik Hjulström diyagramı, ince kil parçacıklarının (< 0.01 mm) süspansiyonda kalmak için düşük kritik bir hear stresi gerektirir, ancak bir kez konsülatif yatakları anlamak ve bu farklılıkların bir kısmını modellemek ve yoğunlukturmak için zorlaşırlar: kirli plakalar büyük fırtınalar tasarlar, böylece sert bir şekilde tahrip eder.

Pratik Uygulamalar: Verimlilik için

Yukarıda açıklanan ilkeler, endüstriyel ve çevresel bağlamlarda günlük olarak uygulanır. Aşağıda, parçacık şekli ve yoğunluk bilgisinin doğrudan tasarım ve operasyona etkisi olduğu temel alanlardır.

Su ve Atıksu Tedavisi

Temel sedisyon tankları (kümeler), partikül formlarını kaldırmak için tasarlanmıştır - genellikle teorik Stoklar için 0,3 üzerinden sabit diskler için hesap oluşturma ve sıralama denklemleri. Yüksek çözünürlükte, küresel parçacıklar (örneğin, mikrosand in toplanabilir) çok daha yüksek yüzeysel ayak izi hesaplarda (örneğin, yüksek çözünürlükte 100 m / yüksek çözünürlükte) dikkate alma imkanı sağlar.

Mineral İşleme

Gravity koncentratorlar - jigs, spiraller, masaları salla - yerleşme hızına ayrı mineraller için farklılıklara güven. Bu cihazlar hem yoğunluk hem de şekli kullanır. Örneğin, bir spiral separator yoğun, ağır mineraller (örneğin, s.g., magnetite, kromit) ve onları iç transkriptiğe uygun modeller dahil ederken, hafif, flaky mineraller (örneğin, küresel olarak tasarlanmış bir akışta, yüzeysel olarak tasarlanmış bir akışta, görüntü analizi kullanarak.

İnşaat Siteleri için Tasarım

Geçici sedisyon basinler, inşaat sahasından önce çökmüş toprak tuzağına sahip olmayı hedefliyor. Tasarım rehberliği (örneğin, EPA veya yerel fırtına su kılavuzlarından) genellikle “tipik” sedi için yerleşme ve konumları sağlar, ancak bunlar, yüksek miktarda silişeler içeren, daha fazla yerleşme alanının sabit bir şekilde ortaya çıkmasını sağlar.

Ölçme ve Yoğunluğu: Laboratuvar ve Alan Yöntemleri

Doğru karakterizasyon bu makaledeki kavramları uygulamak için gereklidir. Anahtar teknikler şunları içerir:

  • [FONT=0]Dynamic image analizi[[Dynamic image analizi[Dynamic image analizi[[DDynamic image analizi[[DDDynamicT:1) (e.g., using the CAMSIZER or Morphologi G3 to measure sphericity, point, and roundness of particle in a user stream.
  • [FONT:0)Sedigraph veya lazer difraksiyon[[Dönetici:0) Yere Göre küresel çapındaki küresel çapı belirlemek için [Düzüğün küresel şeklini varsaymak için, bu yöntemler küresel şekli varsaymak, bu yüzden "diameter" çıktı.
  • [FONT=0)Pycnometry[Dönetici için 0,00T:1).
  • [FONT=0)Particle sütun testleri[[Dönetici: 1 ) (e.g., Kynch yöntemi) doğrudan bir yığın için engellenmiş yerleşme işlevini ölçmek, gerçek şekil ve yoğunluk efektleri dahil etmek.

Stokes yasasında [DüzDÜSÜSÜŞÜNÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ: 2) ve DÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ

Sonuç: Uygulama ve Yoğunluğu Uygulamaya entegre etmek

Parçacık şekli ve yoğunluğu sedisyon üzerinde bağımsız etkiler değildir - sinerjik olarak etkileşime girerler, genellikle bir işlem mümkün olup olmadığını veya bir basin ekipmanın altında ne kadar büyük bir risk olduğunu belirlemektedirler.Peres'in yasasından gelen basit ayırma hedefleri, ancak her gerçek uygulama, aşırı operasyonel maliyetleri dikkate alır, ancak her gerçek uygulama, şekillenmeye dikkat eder ve flotasyon etkiler.

Tersine, bu özelliklerin sömürülmesine izin veren kapsamlı bir anlayış: yüksek yoğunluklu mikrosand to flokülat katılar, filtre altüstelik ve erozyon kontrolü için uygun şekilde filtrelenmesi veya koagulant dozajı oluşturmak için temel olarak farklı davranır.

Ölçüm teknikleri geliştikçe - özellikle gerçek zamanlı form analizi doğrusal görüntü sensörleri kullanarak - parçacık geometrisini süreç kontrolüne dahil etme yeteneği daha pratik hale gelir. Future seherasyon sistemleri, formatif yerleşme hız tahminlerine dayanan kimyasal dosing veya hidrolik yüklemeyi ayarlayabilir, daha önce görülmemiş verimlilik elde edebilir. Şimdilik, parçacık-fluid sistemleri ile çalışan herkes için temelsel bilgi önemlidir.