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Partikelmesstechnik - Lehrstuhl Mechanische Verfahrenstechnik ...

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OTTO-VON-GUERICKE-UNIVERSITÄT MAGDEBURG<br />

Institut für <strong>Verfahrenstechnik</strong><br />

<strong>Lehrstuhl</strong> für <strong>Mechanische</strong> <strong>Verfahrenstechnik</strong><br />

Praktikum Granulometrie I<br />

Inhalt:<br />

1 Einleitung<br />

2 Aufgabenstellung<br />

3 Versuchsdurchführung<br />

4 Versuchsauswertung und Diskussion der Ergebnisse<br />

5 Hinweise zur Praktikumsvorbereitung<br />

6 Symbolverzeichnis<br />

7 Literatur<br />

Hintz©Praktikum Granulometrie I 2004.doc;<br />

Vorlesung "<strong>Mechanische</strong> <strong>Verfahrenstechnik</strong>"; Prof. Dr.-Ing. habil. Tomas


1<br />

1. Einleitung<br />

Festdisperse Systeme sind außerordentlich häufig Gegenstand oder Produkt stoffwandelnder<br />

Prozesse (Zerkleinerung, Klassierung, Entstaubung u.a.m.). Die Kennzeichnung des Dispersitätszustandes<br />

dieser Stoffsysteme ist von grundlegender Bedeutung, weil Größe und Form die<br />

Eigenschaften der Einzelkörner (z.B. Homogenität, Festigkeit, Löslichkeit) ebenso wie die Eigenschaften<br />

des Körnerkollektives (z.B. Trennbarkeit, Mischbarkeit, Agglomerationsverhalten,<br />

Fließverhalten) beeinflussen.<br />

Mit Hilfe der Siebanalyse und der Sedimentationsanalyse kann ein beliebiges Haufwerk analysiert<br />

werden, wobei im Feinkornbereich kleiner etwa 70 µm die Sedimentationsanalyse angewendet<br />

wird.<br />

Zur integralen Charakterisierung eines Körnerkollektives eignet sich die spezifische Oberfläche.<br />

2. Aufgabenstellung<br />

Mit der Durchführung und Auswertung des Praktikums sollen<br />

- die am häufigsten angewendete Kornanalysemethode, die Siebanalyse,<br />

- die Auswertung der Siebanalyse und die Berechnung der spezifischen Oberfläche sowie<br />

- die Berechnung charakteristischer granulometrischer Kenngrößen<br />

kennengelernt werden.<br />

a) An einem gegebenen Haufwerk ist die Probenteilung mittels Riffel-Probenteiler vorzunehmen.<br />

Anhand der Ergebnisse der durchzuführenden Siebanalyse ist die Genauigkeit der<br />

Probenteilung zu disskutieren.<br />

b) Mit den durch die Probenteilung gewonnenen Probenmengen sind zwei getrennte Siebanalysen<br />

durchzuführen.<br />

Durch graphische Tests (Milimeterpapier, im vollogarithmischen Netz, logarithmisches<br />

Wahrscheinlichkeitspapier, im doppeltlogarithmisch geteilten Netz) ist jeweils zu prüfen,<br />

ob die Korngrößenverteilung Q3( d) einer bekannten Verteilungsfunktion gehorcht.<br />

c) Ausgehend vom Ergebnis der Siebanalysen sind zu bestimmen:<br />

die Verteilungsdichte q 3 (d)<br />

die Halbwertskorngröße d 50<br />

die häufigste Korngröße d h<br />

die mittlere Korngröße d m<br />

der SAUTER-Durchmesser d ST<br />

die spezifische Oberfläche A SV<br />

d) Desweiteren ist die Umrechnung der Massenverteilung Q3( d) einer der beiden Siebanalysen<br />

in die Anzahlverteilung Q0( d) vorzunehmen. Q0( d) ist ebenfalls graphisch darzustellen<br />

(Milimeterpapier, im vollogarithmischen Netz, logarithmisches Wahrscheinlichkeitspapier,<br />

im doppeltlogarithmisch geteilten Netz).<br />

e) Für ein gegebenes Material ist die Oberfläche nach Blaine zu ermitteln. Bestimmen Sie die<br />

Mittelwerte und Standardabweichung der Blaine-Oberfläche (4 Meßreihen zu je 10 Messungen).<br />

Hintz©Praktikum Granulometrie I 2004.doc;<br />

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2<br />

3. Versuchsdurchführung<br />

3.1 Allgemeines<br />

Es sollen zwei identische Proben gesiebt werden. Die beiden Proben werden durch konsequente<br />

Probenteilung hergestellt. Dabei wird ein Haufwerk (ca. 9 kg) gleichmäßig auf einen<br />

Universal-Riffel-Probenteiler (siehe Bild 1) aufgegeben und in zwie gleiche Teile geteilt. Die<br />

eine Teilmasse wird verworfen und die ander wird wieder mit dem Probenteiler geteilt. Dies<br />

ist so oft zu wiederholen, bis zwei Probemengen (ca. 500 g) vorliegen. Diese Proben werden<br />

anschließend getrennt analysiert. Die Probenmassen sind durch Wägung zu überprüfen.<br />

Bild 1: Riffel-Probenteiler<br />

Die Siebung erfolgt in einem Siebsatz der unten mit einem Boden abgeschlossen ist. Oben befindet<br />

sich ein Deckel auf dem Sieb mit der größten Maschenweite (siehe Bild 2). Die Maschenweite<br />

der Siebe wird gleich der Korngröße gesetzt. Durch schwingende Siebbewegungen,<br />

die durch die Siebmaschine erzeugt werden, wird das Siebgut aufgelockert und die Gelegenheit<br />

gegeben je nach Größe eine Siebmasche zu passieren oder zurückgehalten zu werden.<br />

Bild 2: Siebsatz<br />

Hintz©Praktikum Granulometrie I 2004.doc;<br />

Vorlesung "<strong>Mechanische</strong> <strong>Verfahrenstechnik</strong>"; Prof. Dr.-Ing. habil. Tomas


3<br />

Die Siebdauer muß so bemessen werden, daß alle Teilchen auch auf das Sieb gelangen können,<br />

dessen Maschenweite kleiner ist als die Teilchengröße. Als Maß für die Siebdauer wird<br />

die zeitliche Änderung des Massenanteiles (Rückstandes) auf dem Sieb herangezogen. Die<br />

Siebung ist als abgeschlossen zu betrachten, wenn die zeitliche Änderung des Massenanteiles<br />

< 0.001 g/(g Siebgut . min) ist. Dabei ist natürlich die Abriebempfindlichkeit des Siebgutes zu<br />

berücksichtigen. Deshalb ist die Siebzeit auch so bemessen sein, daß Abrieb und gegebenenfalls<br />

Zerkleinerung empfindlicher Güter durch die Siebung, verhindert werden.<br />

3.2 Durchführung der Siebanalyse<br />

Die Siebanalyse beginnt mit der Bestimmung der einzusetzenden Probemasse, dazu wird das<br />

Behältnis mit dem Probegut ausgewogen um durch spätere Rückwiegung eine Überprüfung<br />

der Probemasse vornehmen zu können. Nach dem Zusammensetzen der Siebe zu einem Satz<br />

wird<br />

die Probemasse auf das obere Sieb gegeben und es erfolgt die Siebung. Nach der Beendigung<br />

der Siebung wird das Siebgut auf die vorbereiteten Schalen gegeben (Prüfsiebe mit weichem<br />

Pinsel vorsichtig abreinigen) und ausgewogen (Differenzwägung).<br />

Der Rückstand enthält die Klassenmenge m i mit den Korngrößen zwischen di-1 und di (darüberliegendes<br />

Sieb).<br />

Die Kornklasse auf dem größten Sieb ist durch d nach oben begrenzt, die obere Korngröße d O<br />

die gegebenenfalls abzuschätzen ist.<br />

Die Siebung wird zweimal unter gleichen Bedingungen durchgeführt. Im allgemeinen tritt bei<br />

der Siebanalyse ein geringer Masseverlust (z.B. anhaftendes Feingut) auf. Dieser sollte auf<br />

etwa<br />

μ Verlust<br />

=<br />

m<br />

0<br />

− m<br />

m<br />

0<br />

ges<br />

<<br />

001 . .... 002 . (1)<br />

μ Verlust - Verlustmassenanteil<br />

m ges - Analysenmasse nach der Siebung<br />

m 0 - Analysenmasse vor der Siebung<br />

m i - Menge der i ten Klasse<br />

m<br />

ges<br />

N<br />

= ∑ m 0<br />

i=<br />

1<br />

begrenzt werden und wird der feinsten Korngrößenklasse zugerechnet.<br />

Die Berechnungen der granulometrischen Kennwerte wird im folgenden dargestellt:<br />

Mit dem Massenanteil μ<br />

3,i<br />

der Klasse i<br />

m<br />

μ i<br />

3 ,i<br />

m0<br />

= (2)<br />

kann durch Aufsummieren die Summenverteilung<br />

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4<br />

Q3( d) = q3( d) ⋅ d( d) = μ 3,<br />

(3)<br />

d<br />

d<br />

∫<br />

u<br />

n<br />

∑<br />

i=<br />

1<br />

bestimmt werden. Die Verteilungsdichte bestimmt sich nach Gleichung<br />

i<br />

dQ3( d)<br />

3,<br />

q3( di− 1.. di)<br />

= = μ dd ( ) Δd<br />

i<br />

i<br />

, (4)<br />

wobei Δd i die Klassenbreite ist und sich wie folgt berechnet<br />

q i<br />

Δd = d - d<br />

i i i-1 (5)<br />

3, - Verteilungsdichte<br />

Δd i - Klassenbreite<br />

μ<br />

3,i<br />

- Massenanteil<br />

D = Q 3, - Summenhäufigkeit<br />

i<br />

i<br />

Die Anzahlverteilung Q0( d) läßt sich unter Nutzung eines unvollständigen Anfangsmomentes<br />

(Korngrößenbereich du ....d)<br />

k<br />

M , = ∫ d ⋅qr<br />

( d) ⋅d( d)<br />

(6)<br />

kr<br />

d<br />

d<br />

u<br />

d<br />

d<br />

u<br />

und eines vollständigen Anfangsmomentes (Integration von du..do)<br />

gewinnen<br />

d0 d0<br />

k<br />

Mkr<br />

, = ∫ d ⋅qr<br />

( d) ⋅d( d)<br />

(7)<br />

d d<br />

u<br />

u<br />

d<br />

Q0( d)<br />

=<br />

M −3,3<br />

d u<br />

M −3,3<br />

=<br />

d<br />

−3<br />

∫ d ⋅q3( d) ⋅d( d)<br />

d u<br />

d 0<br />

−3<br />

∫ d ⋅q3( d) ⋅d( d)<br />

d<br />

u<br />

=<br />

n μ3,<br />

i<br />

∑ 3<br />

i=<br />

1d<br />

mi ,<br />

N μ3,<br />

i<br />

∑ 3<br />

i=<br />

1d<br />

mi ,<br />

, (8)<br />

und die Verteilungsdichte durch<br />

Q0( di−1) − Q0( di)<br />

q0( di−1<br />

... di)<br />

=<br />

. (9)<br />

di−1<br />

− di<br />

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5<br />

Die Gleichung für den gewichteten mittleren Durchmesser ist<br />

mit<br />

d0<br />

N<br />

1<br />

dm,3 = M1,3 = ∫ d ⋅q3( d) ⋅ d( d)<br />

= ∑ dmi<br />

. ⋅μ 3,<br />

i<br />

(10)<br />

d<br />

i=<br />

1<br />

u<br />

M 1,3 - 1. Anfangsmoment der Mengenart Masse (r = 3)<br />

⎧0= Anzahl, 1= Länge,<br />

2 = Fläche⎫<br />

r - Mengenart ⎨<br />

⎬<br />

⎩3<br />

= Volumen( Masse)<br />

⎭<br />

mit dem Klassenmittelwert<br />

d mi ,<br />

=<br />

( di−1<br />

+ di)<br />

2<br />

(11)<br />

Schließlich kann aus einer bekannten Mengenart r in eine gesuchte Mengenart t das k-te<br />

vollständige Anfangsmoment umgerechnet werden:<br />

Mkt<br />

,<br />

=<br />

M( k+−<br />

t r),<br />

r<br />

M( t−r),<br />

r<br />

(12)<br />

wie z.B. aus der vorliegenden Massenverteilung (r = 3), das k =1-te vollständige Anfangsmoment<br />

der Flächenverteilung t = 2<br />

M<br />

1,2<br />

=<br />

M<br />

M<br />

0,3<br />

−1,3<br />

. (13)<br />

Unter Beachtung der Normierungsbedingungen<br />

d<br />

0<br />

∫<br />

0<br />

M03<br />

,<br />

= d ⋅ q3( d) d( d) = Q3( d0) − Q3( du)<br />

= 1− 0=<br />

1<br />

d<br />

u<br />

folgt der SAUTER-Durchmesser als eine integrale Kenngröße (äquivalenter Kugeldurchmesser<br />

gleicher spezifischer Oberfläche)<br />

d<br />

ST<br />

=<br />

∫<br />

1 1<br />

=<br />

N μ<br />

−1<br />

d ⋅q3( d) ⋅d( d)<br />

∑<br />

d<br />

i=<br />

1<br />

3,<br />

i<br />

mi ,<br />

(14)<br />

und sowohl die volumenbezogene spezifische Oberfläche<br />

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6<br />

A<br />

AS<br />

6 6 6<br />

= = ⋅ M−1<br />

= = ⋅<br />

V ψ ψA ⋅ dST ψA<br />

SV , ,3<br />

A<br />

N<br />

∑<br />

i=<br />

1<br />

μ<br />

d<br />

3,<br />

i<br />

mi ,<br />

(15)<br />

ψ A<br />

- Kornformfaktor (meist = 1 gesetzt)<br />

als auch die massebezogene spezifische Oberfläche<br />

A<br />

ρ S<br />

Sm ,<br />

AS<br />

ASV<br />

,<br />

= = . (16)<br />

m ρ<br />

S<br />

Feststoffdichte<br />

3. 3 Bestimmung der spezifischen Oberfläche nach Blaine<br />

Wird eine Packung der Porosität ε von einem Fluid mit der mittleren Geschwindigkeit u ε in<br />

den Poren durchströmt, so tritt ein Druckabfall Δp über der Packung auf. Zur Berechnung ersetzt<br />

man das Porensystem durch ein solches, das aus n parallelen zylindrischen Kapillaren<br />

des Durchmessers d h besteht und deren Länge l gleich der Packungshöhe Δh b ist. Ein Maß für<br />

die Porengröße stellt der sogenannte mittlere hydraulische Durchmesser d h (= mittlerer Kapillardurchmesser)<br />

dar.<br />

d h<br />

= 4 ⋅ A durchströmt<br />

Ubenetzt<br />

= 4 ⋅ V Poren<br />

AS,Poren<br />

=<br />

π 2<br />

4⋅n⋅ ⋅dh<br />

⋅l<br />

4<br />

n⋅π<br />

⋅dh<br />

⋅l<br />

(17)<br />

Unter Berücksichtigung des Porenvolumenanteils ε = V Poren /(V Poren + V) folgt unter Annahme<br />

der Gleichheit der spezifischen Oberflächen des idealisierten Porensystems und der realen<br />

Packung (d ST -Sauter-Durchmesser):<br />

d h =<br />

4⋅<br />

ε ⋅ Vs<br />

(1- ) A = 4 ⋅ ε<br />

= 2 ⋅ ε ⋅ d ST<br />

ε ⋅ S (1- ε) AS,V<br />

3(1- ε)<br />

(18)<br />

In Anlehnung an die physikalischen Sachverhalte bei der Partikelumströmung kann davon<br />

ausgegangen werden, daß sich bei der Durchströmung von Teilchenschichten der Druckverlust<br />

(Strömungswiderstand) aus zwei Anteilen zusammensetzt:<br />

a) dem Zähigkeitsanteil ( Δp ∼ η ⋅ u) und<br />

b) dem Trägheitsanteil ( Δp<br />

∼ ρ F ⋅u )<br />

η Fluidviskosität<br />

ρ F Fluiddichte<br />

wobei die Anströmgeschwindigkeit u = ε ⋅ u ε ist.<br />

Daher können für den Druckgradienten<br />

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7<br />

grad p =<br />

dp<br />

dh h<br />

=<br />

Δp<br />

l<br />

= f(d ST , U, ε, η,<br />

ρ F) (19)<br />

auch die Euler-Zahl<br />

Eu<br />

=<br />

Δp<br />

ρ ⋅u<br />

f<br />

2<br />

(20)<br />

und Reynolds-Zahl<br />

Re = U ⋅ d ST<br />

η<br />

⋅ρf<br />

(21)<br />

als dimensionslose Kennzahlen eingeführt werden.Gleichung (19) läßt sich wie folgt formulieren:<br />

Eu ⋅ d l<br />

ST<br />

= f(Re, ε )<br />

(22)<br />

Im Falle laminarer Durchströmung Re< 1 kann mit<br />

V<br />

f(Re, ε) = k Re<br />

k V = 180<br />

k V = 150<br />

2<br />

(1- ε)<br />

⋅ (23)<br />

3<br />

ε<br />

monodisperse Kugelpackung<br />

Mahlprodukt enger Korngrößenverteilung<br />

2<br />

auch die Gleichung von Carman und Kozeny verwendet werden ( Δp ∼ 1/d ST )<br />

Δp<br />

l<br />

η ( 1−<br />

ε)<br />

= k V ⋅ ⋅<br />

2 3<br />

d ε<br />

ST<br />

2<br />

⋅ u<br />

(24a)<br />

bzw.<br />

Δp<br />

l<br />

= k V ⋅ ⋅ 2 ( 1<br />

η A<br />

− ε)<br />

SV , ⋅ 36<br />

3<br />

ε<br />

2<br />

⋅ u<br />

(24b)<br />

Beim Blaine-Gerät wird durch Ansaugen bei geöffnetem Hahn die Manometerflüssigkeit aus<br />

der Ruhelage gehoben und dann der Hahn geschlossen. Hat die Manometerflüssigkeit der<br />

Dichte ρ l, M oberhalb der Ruhelage den gleichmäßigen Querschnitt π 4 d M 2 und die Höhe h M , so<br />

liegt an der Packung ein Druck<br />

Δp = 2 ⋅ ρ ⋅g ⋅ h<br />

(25)<br />

l,M<br />

M<br />

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8<br />

an. Ist der Querschnitt der Packung π 4<br />

2<br />

d b , so folgt für die zeitliche Höhenabnahme<br />

π 2 dhu<br />

π 2<br />

− d M ⋅ = d ⋅u<br />

4 dt 4 b (26)<br />

und damit<br />

2<br />

⎛ d M ⎞<br />

u = - ⎜ ⎟<br />

⎝ d b ⎠<br />

dhM<br />

dt<br />

(27)<br />

Mit Hilfe der Carman-Kozeny-Gleichung (24b) und Gl. (25) findet man nach Trennung der<br />

Veränderlichen<br />

dhM<br />

−<br />

hM<br />

⋅g⋅db<br />

= 72<br />

2<br />

ρ<br />

3<br />

l,M<br />

ε 1<br />

⋅<br />

⋅ ⋅ ⋅<br />

k 2<br />

2 2<br />

V l⋅η⋅dM<br />

(1- ε)<br />

A s,V<br />

dt<br />

(28)<br />

und nach Integration von h M1 bis h M2<br />

2<br />

ASV<br />

,<br />

2<br />

g db<br />

= 72 ρl,M<br />

⋅ ⋅ ε<br />

⋅<br />

⋅<br />

k 2<br />

2<br />

V l⋅η⋅dM<br />

(1- ε)<br />

⋅<br />

t 2 − t1<br />

hM1<br />

ln<br />

hM2<br />

(29)<br />

Alle geräteabhängigen Bedingungen können zu einer Gerätekonstanten K G zusammengefaßt<br />

werden:<br />

A<br />

2<br />

SV ,<br />

3<br />

ε<br />

= K G ⋅<br />

( 1−<br />

ε)<br />

2<br />

t<br />

⋅<br />

− t<br />

η<br />

2 1<br />

(30a)<br />

K<br />

G<br />

lM g db<br />

= 72 ρ , ⋅ ⋅<br />

⋅<br />

k 2<br />

l⋅d<br />

⋅ln h / h<br />

V<br />

M<br />

M1<br />

2<br />

M2<br />

(30b)<br />

wobei die massebezogene spezifische Oberfläche A S,m = A S,V /ρ s ist.<br />

Die Konstante K G wird durch Vergleich mit einer Kapillare oder einem Material bekannter<br />

spezifischer Oberfläche bestimmt. Bei Verwendung von Gasen als strömendes Fluid ist die<br />

Dichteänderung nur bei geringem Δp zu vernachlässigen.<br />

Bei einem Sauter-Durchmesser von etwa d ST < 5 µm (A S,V > 1,2 m²/cm 3 ) werden die Poren<br />

so klein, daß sie nicht mehr groß genug bezüglich der mittleren freien Weglänge λ g bei der<br />

Diffusion der Gasmoleküle sind ( λ g = 0,06 µm für Luft bei Normaldruck, θ = 20 °C,<br />

wobei λ g = 1/ρ g ). Mit steigender Knudsen-Zahl (d = d h ≈ d ST )<br />

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9<br />

Kn<br />

=<br />

λ<br />

d<br />

g<br />

λg<br />

≈ ≈ ASV<br />

, ⋅ λ g / 6 > 01 ,<br />

(31)<br />

d<br />

ST<br />

nimmt der Strömungswiderstand ab:<br />

Δp<br />

l<br />

= k V ⋅ ⋅ 2 ( 1<br />

η A<br />

− ε)<br />

SV ⋅ 36<br />

3<br />

ε<br />

2<br />

⎧ k V ( 1 − ε)<br />

⋅u⋅ ⎨1 + 0,<br />

762 ⋅ ⋅ ⋅A<br />

⎩ 36 ε<br />

, SV ,<br />

⋅λ<br />

g<br />

⎫<br />

⎬<br />

⎭<br />

−1<br />

(32)<br />

Gleichung (32) beschreibt die Durchströmung einer Packung in einem weiten Bereich der<br />

Knudsen-Zahl und setzt sich aus dem laminaren Anteil (Kontinuumsströmung) und dem Bereich<br />

der sog. Molekularströmung zusammen. Das heißt, im letzten Fall gilt auch analog zu<br />

Gl. (30a, b):<br />

A<br />

SV ,<br />

≈<br />

0,762 ⋅<br />

l⋅d<br />

ρ<br />

l,M<br />

2<br />

M<br />

⋅g⋅d<br />

2<br />

b<br />

⋅ln h / h<br />

M1<br />

M2<br />

2<br />

ε t t<br />

⋅<br />

− ⋅ −<br />

1 ε η<br />

2 1<br />

(30c)<br />

1. Leergewicht der Meßzelle mit Siebplatte und 2 Filterpapierscheiben ermitteln (ohne Kolben)<br />

2. Pulver portionsweise über Trichter in die vorbereitete Meßzelle einfüllen und jeweils mit<br />

einem Ersatzstempel, der länger ist als der Originalstempel, vorverdichten. Am Ersatzstempel<br />

vorher markieren, wie tief er in die Meßzelle eindringen darf (mit Hilfe des Originalstempels<br />

Eintauchtiefe am Ersatzstempel markieren), um das vorgeschriebene Festbettvolumen<br />

zu garantieren. Nach dem Einfüllen der letzten Portion Pulver und Auflegen der<br />

zweiten Filterpapierscheibe erfolgt die Verdichtung des Feststoffes mit dem eigentlichen<br />

Kolben in gewohnter Weise.<br />

3. Wägen der nach Pkt. 2 gefüllten Meßzelle. Differenz dieser Masse und der zu Beginn der<br />

Messung ermittelten (Leergewicht) ergibt die Masse des Feststoffes (m).<br />

4. Durchlaufzeit in üblicher Weise am Blaine-Gerät ermitteln.<br />

5. Die Zähigkeit der Luft als Funktion der Temperatur wird durch die Sutherlandsche Gleichung<br />

gegeben:<br />

-6 T<br />

η = 1,503⋅10 in Pa ⋅ s<br />

1+<br />

123,<br />

6<br />

T<br />

T<br />

Temperatur in K<br />

6. Bei einigen Stoffen kommt es vor, daß nach dem Verdichten der Packung eine sehr starke<br />

Rückverdichtung erfolgt, so daß ein Spalt zwischen Anschlagfläche des Kolbens und dem<br />

Rand der Meßzelle entsteht. Dieser Spalt s kann mit einer Fühllehre bestimmt werden.<br />

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10<br />

Bild 4:<br />

Blaine-Gerät<br />

1 Zylinder 7 Gummibalg zum Erzeugen<br />

2 U-Rohr-Manometer mit ge- des erforderlichen Unterschliffenem<br />

Ansatz<br />

druckes<br />

3 Siebplatte zum Verschließen des 8 Thermometer<br />

Zylinders nach unten<br />

A Ansaugmarke des<br />

4 Kolben zum Verschließen des Manometers<br />

Zylinders nach oben B Meßmarke des Manometers<br />

5 2Wege-Hahn C Meßmarke des Manometers<br />

6 3Wege-Hahn<br />

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11<br />

Die korrigierten Werte sind dann<br />

V<br />

ε<br />

K<br />

*<br />

*<br />

G<br />

= V⋅<br />

l+s<br />

l<br />

Δm<br />

= 1-<br />

ρ ⋅ V<br />

= K<br />

G<br />

s<br />

*<br />

l<br />

⋅<br />

l+<br />

s<br />

7. Verwendet man für den Versuch ein Pulver bekannter massebezogener Oberfläche, so läßt<br />

sich K G bestimmen. Für andere Stoffe gemessene Oberflächen ergeben sich damit als Relativwerte<br />

bezüglich der Kalibriersubstanz.<br />

4. Versuchsauswertung und Diskussion der Ergebnisse<br />

4.1 Siebanalyse<br />

Aus den erhaltenen Daten sind die Funktionen Q3 ( d ), q 3 ( d ) und für die ausgewählte Analyse<br />

Q0( d) und q0( d) zu berechnen und graphisch darzustellen sowie die in der Aufgabenstellung<br />

genannten Kenngrößen zu ermitteln.<br />

Die Umrechnung der Massenverteilung in die Anzahlverteilung erfolgt nach Gleichung (8)<br />

und (9).<br />

Für die graphische Auswertung ist zu beachten:<br />

- Darstellung der Funktionen Q3( d), Q0( d),q3( d) und q0( d) auf Milimeterpapier<br />

- Darstellung der Funktionen Q3( d) und Q0( d) als logarithmische Normalverteilung und<br />

Bestimmung der Standardabweichung σ ln, sowie Bestimmung von μ ln,0 und μ ln,3<br />

u 2<br />

1 ⎛ − t ⎞<br />

Q3( d) = ∫ exp<br />

dt<br />

2<br />

⎜<br />

⎝ 2 ⎟<br />

(33)<br />

π<br />

−∞ ⎠<br />

mit<br />

ln d−<br />

ln d50<br />

u =<br />

(34)<br />

σln<br />

und<br />

σ ln<br />

ln = 1 2<br />

d84<br />

d16<br />

(35)<br />

σ ln Standardabweichung der Verteilungsfunktion<br />

d 16 Durchmesser bei 16%<br />

d 84 Durchmesser bei 84%<br />

μ ln,3 = ln d 50,3 Wert zur Bestimmung der oberen Grenze<br />

- Darstellung der Massenverteilung Q3 ( d) im doppeltlog. Netz (RRSB-Verteilung) und<br />

Bestimmung der kennzeichnenden Parameter<br />

Hintz©Praktikum Granulometrie I 2004.doc;<br />

Vorlesung "<strong>Mechanische</strong> <strong>Verfahrenstechnik</strong>"; Prof. Dr.-Ing. habil. Tomas


12<br />

Q<br />

3<br />

⎡ d<br />

( d) = 1−exp<br />

− ⎛ ⎝ ⎜ ⎞<br />

⎢ ⎟<br />

d63<br />

⎠<br />

⎣<br />

⎢<br />

n<br />

⎤<br />

⎥<br />

⎦<br />

⎥<br />

(36)<br />

d 63 Durchmesser bei 63%<br />

n kennzeichnender Parameter<br />

- Darstellung der Massenverteilung Q d 3( ) im vollogarithmischen Netz und Bestimmung<br />

der<br />

kennzeichnenden Parameter (GGS-Verteilung)<br />

k<br />

⎛ d ⎞<br />

Q3( d) = 08 , ⎜ ⎟ (37)<br />

⎝ d80<br />

⎠<br />

k kennzeichnender Parameter<br />

d 80 Durchmesser bei Q 3 (d) = 0,8<br />

4. 2. Oberflächenbestimmung<br />

Es ist entsprechend der Bedienungsanleitung zu verfahren.<br />

4. 3. Diskussion der Ergebnisse<br />

- Läßt sich das Analysenergebnis mit einer bekannten Verteilungsfunktion beschreiben?<br />

- Diskussion der Fehlermöglichkeiten<br />

- Welche Aussagen können über die Genauigkeit der Probenteilung gemacht werden?<br />

- Diskussion möglicher Ursachen für auftretende Unterschiede im Ergebnis der<br />

Analyse der zwei Proben<br />

- Schätzen Sie anhand der erhaltenen Standardabweichungen der Blaine-Oberfläche die<br />

Reproduzierbarkeit der Messungen ein.<br />

5. Hinweis zur Praktikumsdurchführung<br />

Grundwissen sind diese Praktikumsanleitung sowie die Vorlesung Einführung in die <strong>Mechanische</strong><br />

<strong>Verfahrenstechnik</strong>.<br />

Anhand der nachfolgend aufgeführten Stichworte können Sie Ihr Wissen überprüfen bzw.<br />

ergänzen. Gegenstand des Kolloquiums sind die Versuchsdurchführung, Methoden der Korngrößenanalyse<br />

und ihre Anwendungsbereiche sowie die Darstellung von Korngrößenverteilungen.<br />

Stichworte zur Vorbereitung<br />

Korngröße, Korngrößenverteilungsfunktion, Korngrößenverteilungsdichte, Äquvalentdurchmesser,<br />

Mengenart, Moment, Mengenartumrechnung, LNVT, RRSB-Verteilung, Kenngrößen<br />

von Größenverteilungen, spezifische Oberfläche, SAUTER-Durchmesser, Probenteilung,<br />

Zentralwert, Modalwert, gewichtetes Mittel, Streuung, Varianz, GGS-Verteilung, Blaine-Test<br />

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13<br />

6. Symbolverzeichnis<br />

A Sm , massebezogene spezifische Oberfläche<br />

A SV , volumenbezogene spezifische Oberfläche<br />

Di<br />

= Q 3, i Summenhäufigkeit<br />

d h hydraulischer Durchmesser<br />

d mi , Klassenmittelwert<br />

d 16 Durchmesser bei 16%<br />

d 63 Durchmesser bei 63%<br />

d 84 Durchmesser bei 84%<br />

d ST SAUTER-Durchmesser<br />

Δd i Klassenbreite<br />

Eu Euler-Zahl<br />

Kn Knudsen-Zahl<br />

k kennzeichnender Parameter<br />

M1,3 1. Anfangsmoment der Mengenart Masse (r = 3)<br />

M Index für "Manometer....."<br />

m ges Analysenmasse nach der Siebung<br />

m 0<br />

Analysenmasse vor der Siebung<br />

n kennzeichnender Parameter<br />

q 3, i Verteilungsdichte<br />

Re Reynolds-Zahl<br />

r Mengenart<br />

⎧0= Anzahl, 1= Länge,<br />

2 = Fläche⎫<br />

⎨<br />

⎬<br />

⎩3<br />

= Volumen ( Masse)<br />

⎭<br />

T Temperatur<br />

t<br />

Zeit<br />

u laufende obere Grenze<br />

u Anströmgeschwindigkeit<br />

ε Porosität<br />

η Viskosität des Fluids<br />

λ g mittlere freie Weglänge<br />

μ Verlust<br />

Verlustmassenanteil<br />

μ 3,i Massenanteil<br />

μ ln,3 = ln d 50,<br />

3 Zentralwert (Erwartungswert)<br />

ρ S<br />

Feststoffdichte<br />

ρ F Fluiddichte<br />

σ ln<br />

Standardabweichung der Verteilungsfunktion<br />

Kornformfaktor (meist = 1 gesetzt)<br />

ψ A<br />

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14<br />

7. Literatur<br />

Schubert, H.:<br />

Schubert, H.:<br />

Aufbereitung mineralischer Rohstoffe<br />

Band 1, 4. Auflage<br />

S. 21-43<br />

VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1989<br />

<strong>Mechanische</strong> <strong>Verfahrenstechnik</strong><br />

Reihe: <strong>Verfahrenstechnik</strong><br />

3. Auflage<br />

S. 22-45<br />

Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1990<br />

Hintz©Praktikum Granulometrie I 2004.doc;<br />

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