Paakkujen lietto : Sekoituksen tutkiminen

Abstract

Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli tutkia kelluvien kiintoainepaakkujen liettymistä ja liettymisen tehostamista. Työssä perehdyttiin sekoittumiseen ja sen tutkimiseen. Tutustuttiin erilaisiin sekoituselimiin ja niiden valintaan vaikuttaviin tekijöihin.

Teoriaosuudessa käsitellään sekoituksen teoriaa, eri sekoituselimiä sekä niiden mitoitusta. Tässä työssä teoriassa tutustutaan vinolapa-, potkuri-, turbiini- sekä kiekkosekoittimiin. Käytännön osuudessa testattiin kahden eri sekoittimen, turbiini- ja vinolapasekoittimen, toimintaa eri olosuhteissa. Käytännön osuus oli noin puolet koko työn laajuudesta.

Jotta sekoitus saataisiin optimoitua mahdollisimman tehokkaaksi kullekin prosessille, on sekoittumista testattava koeajoin. Sekoituksen suunnittelussa on otettava huomioon sekoitinelimen kierrosnopeus, sekoitettavien aineiden sekä fysikaaliset että kemialliset ominaisuudet, tehontarve, sekoitukseen käytettävissä oleva aika sekä kiintoaineen partikkelijakauma.

Kelluvat kiintoaineet voidaan saada liettymään paremmin esimerkiksi kontrolloidulla vortex-ilmiöllä, joka saadaan aikaan käyttämällä vain osittaisia virtausesteitä perinteisten sijaan. Vortex-ilmiön avulla kelluvat kiintoaineet imetään roottorin läheisyyteen ja dispergoidaan lietteeseen. Toinen vaihtoehto on käyttää kahta eri roottoria: asettamalla aksiaalisen virtauskuvion omaava roottori säiliön yläosaan synnyttämään vortex-ilmiötä kelluville kiintoaineille ja suuren leikkausvoiman omaava roottori säiliön pohjalle dispergoimaan kiintoainetta. Kiintoaineen dispergointi vaatii sekoitinelintä, joka antaa suuret leikkausvoimat sekoitukseen, kuten esimerkiksi turbiinisekoittimet tai kiekkosekoittimet.

Työstä saadut tulokset ovat salaista tietoa.

The aim of this thesis was to investigate the elutriation of floating solid lumps and how to enhance the elutriation with different mixing options. Various mixing impellers and factors that have an influence on the choice of impellers were examined in the study.

Theory of mixing, different impellers and their design were discussed in the theory part of the thesis, alongside with the pitch blade, turbine and dispenser disk propellers. In the practical part two types of impellers, turbine and pitch blade impellers, were tested in different conditions. About half of the whole study consisted of the practical part.

For the mixing to be optimized in terms of efficiency for each process, the mixing had to be tested with series of trial run tests. Different aspects had to be considered for the planning of the mixing process; rotation speed, the physical and chemical properties, power levels, available time and also the size of the solid particles.

Floating solids can be better incorporated into liquids for example by creating a controlled vortex phenomenon, which is achieved by using partial baffles rather than traditional ones. With the vortex, floating solids are sucked close to the impeller and dispersed in the liquid. Another option is to use a mixer with two different impellers; an axial flow turbine on the top to create a vortex and a high shear impeller on the bottom for dispersing solids. Dispersion of solid materials needs to be implemented by impellers that produce a high shear for the mixing, for example turbines and dispenser disks.

The results of the study have been classified.