Luokituksen terävyys ratkaistiin yhtälöllä (15) luokitustehokkuuksien käyristä ratkaistuista x25
ja x75 arvoista. Kuvassa 20 on esitetty luokituksen terävyyden tulokset syöttölietteen kiintoai-nepitoisuuden suhteen ja kuvassa 21 lämpötilan suhteen.
Kuva 20. Syötön kiintoainepitoisuuden vaikutus luokituksen terävyyteen.
Kuvasta 20 ei voida nähdä yhtenäistä vaikutusta syötön kiintoainepitoisuuden vaikutukselle luo-kituksen terävyyteen. Finncarb 6005 -näytteiden luoluo-kituksen terävyys on näytteistä korkeim-malla tasolla ja sakorkeim-malla tasolla kaikilla syöttölietteen kiintoainepitoisuuksilla. Durcal 40
-näyt-0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
0 20 40 60 80 100 120
H(x25/x75)
Syötön kiintoainepitoisuus [kgka/m3] Rikastushiekka Durcal 40 Finncarb 6005
teillä luokituksen terävyys on kaikista pienin laimeimmalla näytteellä, mutta kaksi kiintoainepi-toisempaa näytettä taas ovat kaikista näytteistä korkeimmalla tasolla. Rikastushiekkanäytteiden luokituksen terävyys on keskimääräisesti pienin ja vaihtelee tasolla 0,1-0,2 eri pitoisuuksilla.
Kuva 21. Syöttövirtauksen lämpötilan vaikutus luokituksen terävyyteen.
Kuvasta 21 ei voida tehdä yhtenäisiä johtopäätöksiä lämpötilan vaikutuksesta luokituksen terä-vyyteen näytteiden välillä. Rikastushiekka- ja Durcal 40 -näytteiden luokituksen terävyys laskee lämpötilan noustessa, kun taas Finncarb 6005 -näytteen luokituksen terävyys kasvaa. Tasoltaan rikastushiekan luokituksen terävyys on pienin. Kalkkinäytteiden luokituksen terävyydet ovat samalla tasolla.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
0 10 20 30 40 50 60
H(x25/x75)
T, [°C]
Rikastushiekka Durcal 40 Finncarb 6005
6 JOHTOPÄÄTÖKSET
Tämän työn kirjallisuusosan tarkoituksena oli tutkia mitä eri parametreja hydrosyklonin tehok-kuuden ja toiminnan laadun tarkastelemiseksi on ja miten eri erotustehoktehok-kuuden laskentamene-telmät eroavat toisistaan. Kokeellisessa osassa tutkittiin valittujen parametrien avulla, miten hydrosyklonin syöttölietteen partikkelikoko, lämpötila ja kiintoainepitoisuus vaikuttavat hyd-rosyklonin toiminnan laatuun.
Hydrosyklonin toiminnan laatua kuvaavia parametreja on lukuisia. Erotuksen tehokkuutta ku-vaa se, kuinka hyvin kiintoaine palautuu hydrosyklonissa alitevirtaan. Luokituksen tehokkuutta kuvaa taas luokituksen terävyys. Näiden lisäksi työssä tutkittiin luokitustehokkuutta, sakeutus-suhdetta ja katkaisukokoa sekä näitä vastaavia redusoidut parametreja. Redusoidut parametrit korjaavat hydrosyklonissa tapahtuvaa ns. dead flux -ilmiötä, jossa alitevirtaan päätyy pieniä, ylitevirtaan kuuluvia partikkeleita.
Työssä saatujen tulosten perusteella voidaan todeta, että syöttölietteen partikkelikoon vaikutus erotustehokkuuteen, luokitustehokkuuteen, sakeutussuhteeseen, katkaisukokoon ja vastaaviin redusoituihin parametreihin on kaikista merkittävin. Erotustehokkuus, katkaisukoko ja sakeu-tussuhde kasvavat partikkelikoon kasvaessa. Syöttölietteen keskimääräinen partikkelikoko on myös merkittävin tekijä luokituksen onnistumisen kannalta. Vain sopivalla syöttölietteen par-tikkelikoolla syötön kiintoainepitoisuuden kasvattaminen, sekä lämpötilan nostaminen kasvat-tavat luokitustehokkuutta.
Tuloksista voidaan havaita myös, että sakeutussuhde, katkaisukoko ja erotustehokkuus laskevat syöttölietteen kiintoainepitoisuuden kasvaessa. Syöttölietteen lämpötilan nostaminen kasvattaa taas erotustehokkuutta, sakeutussuhdetta ja pienentää katkaisukokoa. Yhtenäistä syöttölietteen lämpötilan ja kiintoainepitoisuuden vaikutukselle sakeutussuhteeseen, katkaisukokoon ja ero-tustehokkuuteen on se, että partikkelikoko vaikuttaa merkittävästi vaikutuksen suuruuteen.
Syöttölietteen kiintoainepitoisuuden vaikutus oli sitä suurempi, mitä suurempaa partikkelikokoa käsiteltiin, kun taas lämpötilan vaikutus oli sitä suurempi, mitä pienempiä partikkelikokoa kä-siteltiin. Lietteen lämpötilan nostamisen vaikutus perustuu siihen, että lietteen viskositeetti las-kee lämpötilan noustessa. Tällöin partikkeleiden laskeutumisnopeus ja lietteen tangentiaalinen
nopeus kasvavat hydrosyklonissa, sekä ilmasydän ja lietteen pyörimisliike muodostuvat parem-min (Neesse et al. 2015; Tian et al. 2018).
Erotustehokkuuden laskentamenetelmistä yhtälö (1) tuottaa keskimäärin korkeimmat tulokset ja yhtälö (4) matalimmat. Yhtälöllä (3) ratkaistut erotustehokkuudet poikkesivat muista käyte-tyistä menetelmistä. Svarovsky (1984) on myös todennut yhtälön (3) tuottavan suurimmat vir-heet erotustehokkuutta laskettaessa.
Tutkittujen hydrosyklonin hyvyyttä kuvaavien parametrien perusteella voidaan todeta, että syöt-tölietteen partikkelikoon vaikutus on kaikista merkittävin tutkituista käyttöparametreista. Par-tikkelikoko vaikuttaa myös, miten hydrosyklonin toiminnan laatu muuttuu syöttölietteen läm-pötilaa tai kiintoainepitoisuutta muutettaessa. Saatujen tulosten perusteella voidaan sanoa, että optimiolosuhteet, joissa hydrosykloni toimii parhaiten, ovat jokaiselle lietteelle erilaiset.
Jatkotutkimusaiheina tulisi selvittää tarkemmin syötön optimiolosuhteita laajemmilla koesar-joilla, sekä useilla rinnakkaisnäytteillä. Syöttölietteen kiintoainepitoisuuksia tulisi valita kokei-siin laajemmalta alueelta, sekä valita useampia tutkittavia lämpötiloja. Lisäksi kokeita tulisi suo-rittaa eri kokoisilla hydrosykloneilla. Etenkin Finncarb 6005 -näytettä tulisi tutkia pienemmällä hydrosyklonilla, joka voisi sopia paremmin lietteen käsittelemiseen. Kokeissa voitaisiin tutkia myös tarkemmin syytä rikastushiekkanäytteitä käsiteltäessä aiheutuneelle dead flux -ilmiölle.
7 LÄHDELUETTELO
Bernhardt, C. 1994. Particle size analysis: Classification and sedimentation methods. London:
Chapman & Hall. 428 s. ISBN 0-412-55880-7
Coulson, J. M. & Richardson, J. F. 1991. Chemical engineering: Vol. 2, Particle Technology and Separation Processes. 4. ed. Oxford: Pergamon Press. 979 s. ISBN 0-08-037957-5
Coulson, J. M. & Richardson, J. F. 1993. Chemical engineering: Vol. 6, Chemical Engineering Design. 2. ed. Oxford: Butterworth Heinemann. 966 s. ISBN 0-7506-2558-9
Cilliers, J. J. & Harrison, S. T. L. 1997. The application of mini-hydrocyclones in the concen-tration of yeast suspensions. Chemical Engineering Journal. Vol. 65:1. S. 21-26. ISSN 1385-8947
Endres, E., Dueck, J. & Neesse, Th. 2012. Hydrocyclone classification of particles in the micron range. Minerals Engineering. Vol. 31. S. 42-45. ISSN 0892-6875
Holdich, R., G. 2002. Fundamentals of Particle Technology. United Kingdom: Midland Infor-mation Technology and Publishing. 173 s. ISBN 0-9543881-0-0
Hukki, R. T. 1964. Mineraalien hienonnus ja rikastus. Keuruu: Otava. 656 s.
Huusari, L. 2013. Laboratoriokäyttöön soveltuvan syklonin suunnittelu. Kandidaatintyö. Lap-peenrannan teknillinen yliopisto, Kemiantekniikan koulutusohjelma. Lappeenranta. 40 s.
Kwon, K., Kim, H., Kim, W. & Lee, J. 2019. Efficient Nitrogen Removal of Reject Water Gen-erated from Anaerobic Digester Treating Sewage Sludge and Livestock Manure by Combining Anammox and Autotrophic Sulfur Denitrification Processes. Water. Vol. 11:2. S. 204. ISSN 2073-4441
Ko, M., Chen, Y. & Wei, P. 2013. Recycling of municipal solid waste incinerator fly ash by using hydrocyclone separation. Waste Manage. Vol. 33. S. 615-620. ISSN 0262-4079
Malvern Panalytical. Hydro EV. [ONLINE]. Saatavissa: https://www.malvernpanalyti-cal.com/en/products/product-range/mastersizer-range/mastersizer-3000/accessories/hydro-ev [viitattu 29.3.2019]
Malvern Panalytical. Mastersizer 3000. [ONLINE]. Saatavissa: https://www.malvernpanalyti-cal.com/en/products/product-range/mastersizer-range/mastersizer-3000 [viitattu 29.3.2019]
McCabe, W. L., Smith, J. C. & Harriot, P. 2005, Unit Operations of Chemical Engineering, 7th ed. New York, USA: McGraw-Hill. 1140 s. ISBN 007-124710-6
Neesse, Th., Dueck, J., Schwemmer, H. & Farghaly, M. 2015. Using a high pressure hydrocy-clone for solids classification. Minerals Engineering. Vol. 71. S. 85-88. ISSN 0892-6875
Niazi, S., Habibian, M. & Rahimi, M. 2017. Performance evaluation of a uniflow mini-hydro-cyclone for removing fine heavy metal particles from water. Chemical Engineering Research and Design. Vol. 126. S. 89-96. ISSN 0263-8762
Nyman, T. 2016. Jauhatusparametrien vaikutus jauhatustuotteen partikkelikokoon ja suodattu-vuuteen. Diplomityö. Lappeenrannan teknillinen yliopisto, kemiantekniikan koulutusohjelma.
Lappeenranta. 77 s.
Patra, G., Barnwala, R., Beheraa, S. K. & Meikapab, B.C. 2018. Removal of dyes from aqueous solution by sorption with fly ash using a hydrocyclone. Journal of Environmental Chemical En-gineering. Vol. 6:4. S. 5204-5211. ISSN 2213-3437
PubChem. Calsium Carbonate (Compound). [ONLINE]. Saatavissa: https://pub-chem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/10112#section=Top [viitattu 30.3.2019]
Purchas, D. B. 1981, Solid/Liquid Separation Technology, Croydon: Uplands Press. 717 s.
Purchas, D. B. & Wakeman R. J. 1986, Solid/Liquid Separation Equipment Scale-Up, 2. ed.
London: Uplands Press. 749 s.
Päätös nro. 110/09/2. 2009. Itä-Suomen Ympäristövirasto. Ympäristölupapäätöksen nro.
53/02/2, 17.10.2002 muuttaminen rikastushiekkaa koskevien määräysten osalta ja toiminnan aloittamislupa, Lappeenranta. [ONLINE]. Saatavissa: https://www.ymparisto.fi/download/no-name/%7B28B0DF2F-F4FB-4F21-813A-BAC0533872EE%7D/84479 [viitattu 29.4.2019].
Razmi, H., Goharrizi, AS. & Mohebbi, A. 2019. CFD simulation of an industrial hydrocyclone based on multiphase particle in cell (MPPIC) method. Separation and Purification Technology.
Vol. 209. S. 851-862. ISSN 1383-5866
Suokas, P. 2017. Fractionation of tailings. Diplomityö. Lappeenrannan teknillinen yliopisto, kemiantekniikan koulutusohjelma. Lappeenranta. 74 s.
Svarovsky, L. 1984. Hydrocyclones. London: Holt, Rinehart and Winston. 198 s. ISBN 0-03-910562-8
Tian, J., Ni, L., Song, T., Olson, J. & Zhao, J. 2018. An overview of operating parameters and conditions in hydrocyclones for enhanced separations. Separation and Purification Technology.
Vol. 206. S. 268-285. ISSN 1383-5866
Wills, B. A. & Napier-Munn, T. 2006, Wills’ Mineral Processing Technology, 7th ed. Oxford, UK: Butterworth-Heinemann. 438 s. ISBN 978-7506-4450-1
Zhu, G. & Liow J-L. 2014. Experimental study of particle separation and the fishhook effect in a mini-hydrocyclone. Chemical Engineering Science. Vol. 111. S. 94-105. ISSN 0009-2509
8 LIITTEET
LIITE I Mittauspöytäkirjat ja laskennan tulokset
LIITE II Partikkelikokoanalyysien tulokset kumulatiivisina jakaumina LIITE III Partikkelikokoanalyysien tulokset tilavuusjakaumin
LIITE I Mittauspöytäkirjat ja laskennan tulokset 1(6) Näytteiden alku- ja loppulämpötilat, sekä tilavuusvirtauksien näytteen ottoon kuluneet ajat ja
lasketut tilavuusvirtaukset.
LIITE I Mittauspöytäkirjat ja laskennan tulokset 2(6)
LIITE I Mittauspöytäkirjat ja laskennan tulokset 3(6) Näytteiden kiintoainepitoisuudet.
Näyte nro. Näyte mkuppi, g mkuppi+näyte, g mkuiva näyte + kuppi, g c, kgka/m3
9 Syöttö 1/2 6,65 221,23 10,72 19,16
Syöttö 2/2 6,66 235,34 11,05 19,39
Ylite 1/2 6,75 138,26 8,3 11,85
Ylite 2/2 6,67 220,35 8,99 10,91
Alite 1/2 6,74 180,88 22,52 95,91
Alite 2/2 6,67 140,25 18,11 90,35
10 Syöttö 1/2 6,67 238,91 20,06 59,71
Syöttö 2/2 6,79 234,35 19,94 59,85
Ylite 1/2 6,77 182,03 12,88 35,57
Ylite 2/2 6,80 297,88 16,83 35,15
Alite 1/2 6,78 133,34 37,43 285,36
Alite 2/2 6,69 149,9 40,22 274,23
11 Syöttö 1/2 6,75 240,27 29,07 101,55
Syöttö 2/2 6,75 203,99 25,54 101,19
Ylite 1/2 6,75 180,03 17,36 63,58
Ylite 2/2 6,67 148,28 15,28 63,12
Alite 1/2 6,69 165,11 62,15 448,84
Alite 2/2 6,81 177,48 64,57 429,84
12 Syöttö 1/2 6,75 242,85 20,3 58,98
Syöttö 2/2 6,67 270,67 21,9 59,30
Ylite 1/2 6,69 117,92 9,9 29,11
Ylite 2/2 6,66 200,11 12,21 28,94
Alite 1/2 6,62 138,9 51,09 423,33
Alite 2/2 6,71 178,08 61,5 397,31
LIITE I Mittauspöytäkirjat ja laskennan tulokset 4(6) Kiintoaineiden tiheyden määrityksen tulokset.
T, Luokitustehokkuuden kuvaajista luetut x25, x50, x75 ja x’50 arvot.
Näytenumero x25, 𝜇m x50, 𝜇m x75, 𝜇m x50, 𝜇m
LIITE I Mittauspöytäkirjat ja laskennan tulokset 5(6) Erotustehokkuudet laskettuina yhtälöillä (1), (3) ja (4).
Näytenumero ET (1), % ET (3), % ET (4), %
Redusoidut erotustehokkuudet ratkaistuina yhtälöillä (1), (3) ja (4).
Näytenumero E’T (1), % E’T (3), % E’T (4), %
LIITE I Mittauspöytäkirjat ja laskennan tulokset 6(6) Lasketut sakeutussuhteet ja luokituksen terävyydet.
Näytenumero 𝜻 H(x25/x75)
1 12,2 0,13
2 10,2 0,23
3 8,6 0,13
4 11,8 0,13
5 7,7 0,068
6 7,6 0,47
7 7,2 0,52
8 8,6 0,40
9 4,8 0,45
10 4,7 0,43
11 4,3 0,45
12 6,9 0,56
LIITE II Partikkelikokoanalyysien tulokset kumulatiivisina jakaumina 1(6)
1,00 10,00 100,00 1000,00
x, [𝜇m]
1,00 10,00 100,00 1000,00
x, [𝜇m]
2 alite 1/2 2 alite 2/2 2 syotto 1/2 2 syotto 2/2 2 ylite 1/2 2 ylite 2/2
LIITE II Partikkelikokoanalyysien tulokset kumulatiivisina jakaumina 2(6)
1,00 10,00 100,00 1000,00
x, [𝜇m]
1,00 10,00 100,00 1000,00
x, [𝜇m]
4 alite 1/2 4 alite 2/2 4 syöttö 1/2 4 syöttö 2/2 4 ylite 1/2 4 ylite 2/2
LIITE II Partikkelikokoanalyysien tulokset kumulatiivisina jakaumina 3(6)
LIITE II Partikkelikokoanalyysien tulokset kumulatiivisina jakaumina 4(6)
LIITE II Partikkelikokoanalyysien tulokset kumulatiivisina jakaumina 5(6)
LIITE II Partikkelikokoanalyysien tulokset kumulatiivisina jakaumina 6(6)
LIITE III Partikkelikokoanalyysien tulokset tilavuusjakaumina 1(6)
0,20 2,00 20,00 200,00
x, [𝜇m]
0,20 2,00 20,00 200,00
x, [𝜇m]
2 alite 1/2 2 alite 2/2 2 syotto 1/2 2 syotto 2/2 2 ylite 1/2 2 ylite 2/2
LIITE III Partikkelikokoanalyysien tulokset tilavuusjakaumina 2(6)
0,20 2,00 20,00 200,00
x, [𝜇m]
0,20 2,00 20,00 200,00
x, [𝜇m]
4 alite 1/2 4 alite 2/2 4 syöttö 1/2 4 syötö 2/2 4 ylite 1/2 4 ylite 2/2
LIITE III Partikkelikokoanalyysien tulokset tilavuusjakaumina 3(6)
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00
0,01 0,10 1,00 10,00 100,00
x, [𝜇m]
5 syöttö 1/2 5 syöttö 2/2 5 ylite 1/2 5 ylite 2/2 5 alite 2/2 5 alite 1/2
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00
0,01 0,10 1,00 10,00 100,00
x, [𝜇m]
6 alite 2/2 6 syöttö 1/2 6 syöttö 2/2 6 ylite 1/2 6 ylite 2/2 6 alite 1/2
LIITE III Partikkelikokoanalyysien tulokset tilavuusjakaumina 4(6)
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00
0,01 0,10 1,00 10,00 100,00
x, [𝜇m]
8 alite 1/2 8 alite 2/2 8 syöttö 1/2 8 syöttö 2/2 8 ylite 1/2 8 ylite 2/2
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00
0,01 0,10 1,00 10,00 100,00
x, [𝜇m]
7 alite 1/2 7 alite 2/2 7 syöttö 1/2 7 syöttö 2/2 7 ylite 1/2 7 ylite 2/2
LIITE III Partikkelikokoanalyysien tulokset tilavuusjakaumina 5(6)
LIITE III Partikkelikokoanalyysien tulokset tilavuusjakaumina 6(6)