mekaaniset yksikköprosessit - oulu.fi i 2014 teema 2.pdf · partikkelitekniikan laboratorio 5 ....

Mekaaniset yksikköprosessit

477011P Prosessitekniikan perusta 5 op.

Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

Dosentti Ari Ämmälä

477011P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

1

Mekaaniset prosessit teollisuudessa

• kaivos- ja mineraaliteollisuus

• massan ja paperinvalmistus

• kierrätysteollisuus

• elintarviketeollisuus

• lääketeollisuus

• ympäristötekniikka

• …

477011P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja

partikkelitekniikan laboratorio

2

Mekaaniset pääyksikköprosessit

• Materiaalien hienonnus:

– murskaus ja jauhatus

– partikkelipintojen muokkaus

• Materiaalien luokittelu:

– seulonta ja luokitus

• Rikastus

– Arvomineraalien erottaminen toisistaan tai sivukivestä

• Rakeistus

– Pelletointi, granulointi, tabletointi, briketointi



3

Mekaaniset pääyksikköprosessit

• Tehtävänä mm.

– Partikkelikoon (-kokojakauman) säätö optimaaliseksi

prosessin toiminnan kannalta

• Murskaus, jauhatus ja luokitus

– Haluttujen arvojakeiden erotus sivuaineesta

• Mineraalien rikastus, metallin erotus esim.

elektroniikkaromusta

– Jalosteen/lopputuotteen prosessointi helpommin

käsiteltävään muotoon

• Rakeistus

• Tavoitteena materiaalin jalostamisen

mahdollistaminen ja jalostusarvon nostaminen

477011P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu-

ja partikkelitekniikan laboratorio

4

Mekaaniset apuyksikköprosessit

• Erotusprosessit suspensioille/dispersioille – vedenpoisto/nesteen puhdistus (sakeutus/selkeytys)

• vapaa ja pakotettu laskeutus

• suodatus

– kaasun puhdistus (pölynpoisto)

• vapaa ja pakotettu laskeutus

• suodatus

• inertiaerotus

• sähköerotus

• Materiaalin siirto/kuljetus

• Sekoitus

• Leijutus



5

Mekaaniset apuyksikköprosessit

• Tarkoituksena mm.

– materiaalin siirto paikasta toiseen

– materiaalin käsiteltävyyden tehostaminen

• volyymien pienentäminen

• energiatehokkuuden parantaminen

• laitekokojen pienentäminen

– materiaalitehokkuuden parantaminen

– ympäristön ja ihmisten suojelu

• Eivät varsinaisesti muokkaa tai jalosta

materiaalin ominaisuuksia



6

Mekaaninen prosessointi

• Mekaaninen prosessointi kohdistuu seokselle joka on

tyypillisesti:

– kiintoaine – neste (partikkelit suspentoituneena nesteeseen; esim.

mineraaliliete, kuitususpensio, jätevesi)

– kiintoaine – kaasu (partikkelit kaasussa; esim. savukaasut, pöly)

– kiintoaine – kiintoaine (partikkeliseos; esim. malmijauhe)

• Joskus myös:

– neste – neste (nestepisarat suspentoituneena nesteeseen esim.

vesi-öljy -emulsiot)

– neste – kaasu (nestepisarat kaasussa; esim. sumu)

– kaasu-neste (kaasukuplat sekoittuneena nesteeseen/lietteeseen)

7 477011P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja


7

Suspensiot


8

Suspension ja dispersion

määritelmä

Suspensio

• keskenään huonosti liukenevien aineiden seos, jossa

kiintoaine on sekoittunut jatkuvaan faasiin eli

väliaineeseen.

• Laskeutuvat ja laskeutumattomat suspensiot

Dispersio

• keskenään huonosti liukenevien aineiden seos, jossa

dispergoitu aine on hienojakoisesti jakautunut

jatkuvaan faasiin eli väliaineeseen.

• Laskeutumattomat suspensiot

9 477011P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan

laboratorio

9

Nimi Jatkuva faasi Dispergoitu aine Esimerkki

aerosoli kaasu kiinteä

neste

savu

sumu, usva

emulsio neste neste maito, majoneesi

sooli neste kiinteä muste, maali

vaahto neste kaasu palonsammutusvaahto

kiinteä suspensio kiinteä kiinteä pigmentoitu muovi,

rubiinilasi

kiinteä vaahto kiinteä kaasu styroxmuovi

Erilaisia dispersioita

10 477011P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan

laboratorio

10

Partikkelit


11

Partikkelit

• Partikkeli: diskreetti materiaalin palanen

• Rakeinen materiaali koostuu yksittäisistä partikkeleista (kiintoainerakeista)

• Merriam-Webster OnLine (http://www.m-w.com)

– Particle

• ’a minute quantity or fragment’

• ’a relatively small or the smallest discrete portion or amount of

something’

Oja, M. Mak-46.140 Partikkelitekniikan perusteet 477011P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 /


12

• Partikkelikoko on tärkeä muuttuja monissa

prosesseissa

• Partikkelikoko on tärkeä monien

tuotteiden laadun ja ominaisuuksien

määräytymisessä

• Irtotavarana käsiteltävä kiintoaine voidaan

jakaa koon perusteella:

– jauhemainen: alle 100 m

– rakeinen: 0,1 mm ….3 mm

– kappalemainen: yli 3 mm

Partikkelikoko

477011P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 /


13

http://www.erimenu.fi/media/uploads/image/kk_perunajauhot_3.jpg

Partikkelikokojakauma

• Rakeisessa materiaalissa (esim. murskeissa ja jauheissa) eivät

yksittäiset partikkelit yleensä ole keskenään samankokoisia,

vaan partikkelit muodostavat kokojakauman

• Mitataan esim. seulomalla jauhenäyte erikokoisilla seuloilla

(seulasarja) ja punnitsemalla seuloille jääneet massat

14



Jauhettu turve

14

477011P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan

laboratorio

Rakeinen

materiaali,

aerodispersiot

Lietteet,

suspensiot

Pastamaiset/

tahnamaiset

aineet

Kappale-

tavara

murskaus x x

jauhatus x x (x)

luokitus x x

rikastus x x

rakeistus (x) x x

MEKAANISET PÄÄPROSESSIT

PARTIKKELITEKNIIKASSA

15

Materiaalien hienonnus


16

Hienonnuksen määritelmä

Hienonnus tarkoittaa

partikkelikoon pienentämistä

ilman, että aineen olotila muuttuu



17

Hienonnuksen tavoitteet

• Mineraalitekniikassa vapauttaa arvokas mineraali arvottomasta

• Kemiantekniikassa esimerkiksi reaktiivisen pinta-alan lisäys

• Massa- ja paperitekniikassa puukuitujen irrotus ja niiden

muokkaaminen paperinvalmistukseen sopiviksi

• Lääketekniikassa lääkeaineiden hienontaminen esimerkiksi

jauheseoksia ja suspensioita varten

• Kierrätysteollisuudessa erottaa eri materiaalit toisistaan (SER)

tai saada materiaali sopivaan muotoon jatkokäsittelyä varten

(esim. muovien kierrätys)

• Elintarviketeollisuudessa …



18

Hienonnus – Eri vaiheiden partikkelikoot

Hienonnusvaihe Partikkelikoko

Louhinta räjäyttämällä Ääretön … alle 1m

Karkeamurskaus 1 m …100 mm

Hienomurskaus 100 mm … 10 mm

Karkeajauhatus 10 mm … 1 mm

Hienojauhatus 1 mm … 100 m

Hyvin hieno jauhatus 100 m … 10 m

Erittäin hieno jauhatus 10 m … 1 m

Pihkala, J. 1998. Prosessitekniikan yksikköprosessit, 7)



19

Murskauksen yksikköprosesseja

• Murskausmenetelmiä on kahta perustyyppiä: iskevää ja

puristavaa murskausta

• Murskaimet jaetaan näin ollen kahteen perustyyppiin:

– Puristavat murskaimet, joiden murskaus perustuu suhteellisen

hitaaseen puristukseen

– Iskumurskaimet, joiden murskaus perustuu äkilliseen iskuun



20

Murskaimet – Ryhmittely

1. Leukamurskaimet (Jaw crushers)

– Varsinaiset leukamurskaimet

– Kierto- eli kitamurskaimet

2. Kartiomurskaimet (Cone crushers, gyratory crushers)

– Gates-kartiomurskain eli karamurskain

– Hydrocone-murskain

– Symons-kartiomurskain

3. Valssimurskaimet (Roll crushers)

4. Iskumurskaimet (Impact crushers)



21

Jauhatus

• Jauhatus tapahtuu yleensä rumpumaisissa, vaakatasossa

pyörivissä myllyissä, mutta myös sekoitukseen ja

tärinään perustuvia laitteita voidaan käyttää.

Metso Minerals. Basics in mineral processing, 3:13



22

Seulonta ja luokitus

23



23

Seulonta

• Seulonnan tehtävänä on säännöstellä irtomateriaalin

raekokoa

• Seulontaa käytetään lähes kaikilla teollisuuden aloilla.

Tyypillisin seulonnan käyttökohde on murskauksen

yhteydessä sekä kaivosteollisuudessa että

rakennusteollisuudessa

• Seulonnan alueet:

– Karkeaseulonta (d > 100 mm)

– Välialueen seulonta (10 mm < d < 100 mm)

– Hienoseulonta (1 mm < d < 10 mm)

– Ultrahienoseulonta (d < 1 mm)




24

Seulonta – syöte, ylite ja alite

• Ylite on karkea jae (joka

ei läpise seulaa)

• Alite on hieno jae (joka

läpäisee seulan)


Alite, C

Ylite, T

Syöte, F

http://www.edu.fi/oppimateriaalit/prosessitekniikka/

477011P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1

/ Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

25

Luokitus

• Luokituksella tarkoitetaan hienojakoisen materiaalin lajittelua

sopivassa väliaineessa kahdeksi (yleensä) tai useammaksi

tuotteeksi osasten vajoamisnopeuksien perusteella.

• Luokittimet: jaottelu väliaineen mukaan:

– Hydraulinen luokitus

– Pneumaattinen luokitus

• Luokittimet: jaottelu ajavan voiman mukaan:

– painovoimaiset luokittimet

– keskipakoluokittimet

477011P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1

/ Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

26

Luokitus

• On huomattava, että luokitus on hyvin läheistä sukua

kiintoaineen erottamiselle nesteestä tai kaasusta

painovoiman tai keskipakovoiman avulla

• Luokituksessa erotetaan näiden voimien avulla tiettyä

raekokoa oleva kiintoaines erilleen, kun taas

erotuksessa pyritään erottamaan kaikki kiintoaines

nesteestä tai kaasusta.



27

Rikastuspiiri ja rikastusmenetelmät


28

Rikastuspiiri


29

Vaahdotus - periaate

• Vaahdotus on rikastusmenetelmä, jossa tietyn mineraalin

rakeet saatetaan kiinnittymään lietteessä synnytettyihin

ilmakupliin muiden rakeiden jäädessä lietteeseen

• Rakeet, jotka tarttuvat ilmakupliin, nousevat kuplien

mukana ylöspäin keräytyen rikastevaahdoksi lietteen

pinnalle

• Rakeet, jotka eivät tartu ilmakupliin, jäävät puolestaan

lietteeseen ja poistuvat vaahdotuslaitteistosta jätteenä



30

Vaahdotus - käyttökohteet

• Vaahdotusta käytetään pääasiassa mineraalikuntaan

kuuluvien kiteisten epäorgaanisten aineiden rikastamiseen.

Vaahdotus on erityisen tärkeä sulfidimalmien

rikastamismenetelmä

• Mineraalitekniikan lisäksi vaahdotusta käytetään useissa

muissakin prosesseissa kuten

– Jätevesien käsittelyssä

– Painomusteen poistossa paperista (siistaamot)



31

Vaahdotus - kuvia

Metso Minerals. CBT



32

Ominaispainoerotus

• Mineraalien ominaispainoeroon perustuvat

rikastusmenetelmät ovat periaatteeltaan yksinkertaisia

– Sink-float

– Hytkytys

– Tärypöytärikastus

– Kierukkarikastus

– Reichert-kartiot

– Huuhdontarännit



33

Raskasväliaine-erotus: raskaat nesteet

(HMS/DMS)

• Eräitä raskaita nesteitä käytetään laboratorioissa puhtaiden

mineraalien erottamiseksi toisistaan.

• Jos tiheydeltään erialisia mineraalirakeita pannaan nesteeseen, jonka

tiheys on mineraalirakeiden tiheyksien välillä, nestettä kevyemmät

rakeet kelluvat pinnalla, mutta raskaat vajoavat.

• Käytetyt nesteet ovat yleensä kalliita ja hyvin myrkyllisiä!

Lukkarinen, T. Mineraalitekniikka II, 186

• Teollisuusmittaisessa raskas neste-erotuksessa, sink-float-erotuksessa,

käytetään väliaineena raskaan nesteen asemasta mineraali-

vesisuspensiota, jonka tiheys säädetään mineraalilisäyksellä arvo- ja

jätemineraalien tiheyksien välille.



34

Huuhdontarännit (Pinched sluices)

• Erilaiset huuhdontarännit ovat tosi vanhoja rikastuslaitteita, jo

antiikin aikana käytettyjä.

• Kun lietettä johdetaan kaltevaan ränniin, tai ränniin nostetun soran tai

hiekan sekaan johdetaan vettä, kulkee raskas materiaali lähellä pohjaa,

mutta kevyt aines virtaa ylempänä.

• Jos liete virtaa lyhyehkössä, kaltevassa ja alaspäin suppenevassa

rännissä, virtauskerros paksunee alaspäin tultaessa ja rakeet

kerrostuvat niin, että raskaat rakeet virtaavat pohjan tuntumassa, mutta

kevyt aines pinnalla. Vaakasuoralla leikkurilla voidaan jakeet erottaa

toisistaan.

• Kullanhuuhdontarännit! (Kuvassa kiilaränni)



35

Magneettinen erotus

• Rautamalmien rikastus (magneettinen rikastus,

magneettinen aines on tuote)

• Magneettisten epäpuhtauksien poistaminen muiden

mineraalien joukosta (puhdistaminen, ei-magneettinen

aines on tuote)

• Erotusprosessit (magneettinen suodatus, puhdistetaan vesi

kiintoaineesta)

• Magneettisten aineiden erotus kierrätystekniikassa



36

Magneettisten erottimien toiminta

• Magneettisten erottimien perustoimintatavat ovat:

– Poikkeutus a)

– Nosto b)

– Pidätys c)



37

Sähköstaattinen rikastus

• Sähköstaattinen rikastus perustu materiaalien erilaiseen

sähkönjohtavuuteen, joskin sen onnistumiseen vaikuttavat myös

partikkelin muut ominaisuudet

• Materiaalit voidaan jakaa sähköisten ominaisuuksien perusteella

– johteisiin

– puolijohteisiin

– eristeisiin

• Toiminta ei tosin tapahdu partikkelien kesken vaan elektrodien ja

partikkelien välillä

• Jos partikkeli joutuu kosketuksiin sähköisesti varatun elektrodin

kanssa:

– Johde menettää varauksensa ja irtoaa elektrodista

– Eriste tarttuu elektrodin pintaan

• Esimerkkinä: kontaktierottimet



38

Sähköstaattisen rikastimen toiminta -

esimerkki

Lukkarinen, T. Mineraalitekniikka II, 265



39

Rakeistus


40

Rakeistus

• Rakeistuksella tarkoitetaan prosessia, jossa materiaali

saatetaan haluttuun, kiinteässä muodossa olevaan

useampien kiintoainehiukkasten muodostamaan

raekokoon.

• Syy rakeistuksen käyttöön on monesti se, että

hienorakeinen ja pölymäinen materiaali on tavallisesti

hankalasti käsiteltävää

• Rakeistuksella suurennetaan materiaalin raekokoa ja

saadaan siitä näin ollen helpommin käsiteltävää.

• Samalla saadaan materiaali myös tasarakeisempaan

muotoon.



41

Rakeistuksella saavutettavat edut

• Hienojakoisen materiaalin rakeistamisella saavutetaan mm.

seuraavia etuja

– Materiaalin pölyäminen vähenee

– Materiaalin korkeampi irtotiheys (vie vähemmän tilaa kuljetuksessa)

– Materiaalin annostelu tarkempaa ja helpompaa

– Materiaalin paakkuuntumistaipumus vähenee

– Materiaalin juoksevuus parempi siiloissa ja syöttölaitteissa

– Materiaali liukenee tasaisemmin

– Materiaalikerrokselle saadaan parempi ja tasaisempi nesteen ja

kaasun läpivirtausominaisuus (esim. raudan valmistus masuunissa)



42

Rakeistuksen käyttäjiä

• Rauta- ja terästeollisuus

• Sementtiteollisuus

• Lannoiteteollisuus

• Lääketeollisuus

• Elintarviketeollisuus

• Kemianteollisuus (hienokemikaalit)

• Kierrätys ja ympäristönsuojelu

• Energiateollisuus

http://www.outotec.com/19068.epibrw

http://www.pharmaceutical-technology.com/projects/kondirolli/images/5-aspirin.jpg

http://www.kuipe.fi/sahkotp%20002.jpg



43

http://www.pharmaceutical-technology.com/projects/kondirolli/index.html

Rakeistusmenetelmät

• Rakeistusmenetelmät voidaan jakaa seuraaviin pääryhmiin:

– Kerrostava rakeistus

• Rakeistusrumpu

• Lautasrakeistin

– Puristava rakeistus

• valssipuristin

• suulakepuristin (ekstruuderit)

– Nestemäisen faasin rakeistus

• Pisararakeistus



44

MEKAANISET APUPROSESSIT

PARTIKKELITEKNIIKASSA

Rakeinen

materiaali,

aerodispersiot

Lietteet,

suspensiot

Pastamaiset/

tahnamaiset

aineet

Kappale-

tavara

Sekoitus Pneumaattinen,

mekaaninen

Mekaaninen

(dyn./staat.),

pneumaattinen

Mekaaninen

(vaivaus)

Kuljetus Pneumaattinen

(kompressori),

mekaaninen (ruuvi,

hihna)

Hydraulinen

(keskipakopumppu)

Hydraulinen

(syrj.pumput),

mekaaninen

(ruuvi)

Mekaaninen

(hihna)

Erotus Laskeutus

(vapaa/pakotettu),

suodatus, sähkö-

saostus, märkäerotus

Laskeutus

(vapaa/pakotettu),

suodatus

(vapaa/pakotettu)



45

Siirto ja kuljetus

Pumppaus ja hydraulinen kuljetus


46

Pumppaus ja hydraulinen

kuljetus

• Nesteen siirtoon matalammasta paineesta korkeampaan paineeseen käytettäviä laitteita kutsutaan pumpuiksi

• Pumppuja käytetään sekä puhtaiden nesteiden että suspensioiden kuljetukseen

• Hydraulinen kuljetus on rakeisen materiaalin liettämistä nesteeseen ja tämän lietteen eli suspension siirtämistä pumpuilla putkistoja pitkin määränpäähän – Kuljetusmatka kymmenistä satoihin kilometreihin

• Hydraulinen kuljetus sopii sekä hieno- että karkeajakeiselle materiaalille

• Suspensioiden kuljetuksessa väliaineena yleensä vesi



47

Pumpputyypit

• Dynaamiset keskipakopumput – Lisäävät siirrettävään nesteeseen liike-energiaa

nopeasti pyörivien siipien (juoksupyörät) avulla

– Keskipakopumput, radiaaliset ja aksiaaliset

• Syrjäytyspumput – Syrjäytyselin syrjäyttää pesässä olevan nesteen

paineenalaiseen poistoputkeen

– Mäntäpumput

– Kalvopumput

– Siipipumput

– Ruuvipumput

– Letkupumput

– Hammaspyöräpumput



48

Keskipakopumppu (radiaalinen)


laboratorio

49

Syrjäytyspumput

• Mäntä- ja kalvopumput – Männän (tai kalvon) liike sylinterissä

siirtää nesteen jaksottaisesti imuputkesta pumppukammion läpi paineputkeen

– Pystyy siirtämään vakionestemäärän vaihtelevasta vastapaineesta huolimatta

– Vaihteleva tuotto, käytetään esim. annostelupumppuina

– Kalvopumpussa edestakaisin liikkuvana elimenä on joustava kalvo, jolloin tiivisteitä ei tarvitse altistaa pumpattavalle nesteelle



50

Pyörivät syrjäytyspumput

• Toimivat ilman venttiileitä

• Voi siirtää viskooseja nesteitä tasaisesti korkeaan

paineeseen

• Jatkuva, lähes tasainen tuotto

• Hammasratas- ja kiertomäntäpumput

• Ruuvipumput

• Letkupumput



51

Pyöriviä syrjäytyspumppuja

Kiertomäntäpumppu Hammasrataspumppu

Letkupumppu Ruuvipumppu


laboratorio

52

Siirto ja kuljetus

Kaasujen siirto ja pneumaattinen kuljetus


53

Kaasujen siirto ja pneumaattinen

kuljetus

• Sopii sekä hieno- että karkeajakeiselle

materiaalille

• Väliaineena kaasu, yleensä ilma

• Kuljetusmatka max. 3 km

• Kapasiteetti, max. 500 t/h

• Soveltuu periaatteessa mille tahansa

jauhemaiselle tai rakeiselle materiaalille



54

Puhaltimet ja kompressorit

• Tarkoituksena tuottaa riittävä ilmamassa, jolla haluttu

materiaali saadaan siirtymään

• Jaetaan tuotetun paineen mukaan tuulettimiin,

puhaltimiin ja kompressoreihin.

• Kompressorit jaetaan

– Dynaamisiin kompressoreihin

– Syrjäytysperiaatteella toimivat kompressorit


laboratorio

55

Puhaltimet

• Paine tuotetaan pyörivän

juoksupyörän avulla

• Korkea tuotto, matala paine

• Radiaalipuhallin

– Virtaus poistuu tangentiaalisesti

• Aksiaalipuhallin

– Pumpun läpi menevä virtaus on

akselin suuntaista


laboratorio

56

Syrjäytysperiaatteella toimivat

kompressorit

• Paine tuotetaan joko roottoreilla tai männillä

• Matala tuotto, korkea paine

Mäntäkompressori


laboratorio

57

Pyörivät syrjäytyskompressorit

– Pyörivät

syrjäytyskompressorit

• Siipikompressori

• Nesterengaspumppu

• Root-kompressori

• Ruuvikompressori



58

Siirto ja kuljetus

Mekaaninen kuljetus


59

MEKAANISET KULJETTTIMET

HIHNAKULJETIN RUUVIKULJETIN KETJUKULJETTIMET ELEVAATTORIT INERTIASIIRTIMET RULLARADAT JA

RULLASTOT

LUISUT,

KOURUT

JA PUDOTUS-

PORTAAT

KOURU- ELI

RAAPPAKULJETTIMET

LAMELLI- ELI

(NIVEL)LAATTAKULJETIN

REDLER-KULJETIN KETJUKULJETIN


laboratorio

60

Mekaaninen erotus

Kiintoaine- tai nestepartikkelien erottaminen

nesteestä tai kaasusta


61

Mekaaniset erotusprosessit

dispersioille/suspensioille

• Sakeutus/selkeytys – Laskeutus

– Pyörrepuhdistus

– Linkous

– Suodatus

• Kaasun pesu ja pölynerotus – Laskeutus

– Syklonointi

– Märkäpesu

– Suodatus

– Elektrostaattinen erotus



62

Partikkelierotus nesteestä

• Erottaminen suspensiosta ja emulsiosta (kiinteän

tai nestemäisen aineen erottaminen nesteestä)

1) laskeutus eli sedimentaatio (voi olla myös pakotettua)

• Partikkelien koko ja tiheys (ominaispinta-ala)

2) suodatus (ja puristus)

• Partikkelien koko ja muoto



63

Partikkelierotus kaasusta

• Erottaminen aerosuspensiosta tai dispersiosta

(kiinteän tai nestemäisen aineen erottaminen

kaasusta)

1) Laskeutus (voi olla myös pakotettua)

• Partikkelien koko ja tiheys

2) Märkäerotus

• Inertia – partikkelien koko ja tiheys

3) Suodatus

• Partikkelin koko, muoto, inertia

4) Sähköerotus

• Partikkelin dielektrisyys, koko



64

Sovellukset

• Ympäristötekniikka

– Kiintoaineen erotus yhdyskunta- ja

teollisuusjätevesistä (orgaaninen ja epäorgaaninen

kiintoaine)

– Savukaasujen puhdistus (lentotuhkan erotus)

– Pölynpoisto (jauhatus- ja murskauspöly, hiontapöly

ym.)

– Käyttöilman puhdistus (ilmastointi)

• Prosessitekniikka

– Massavirtojen sakeutus

– Kiintoaineen talteenotto/kiertovesien puhdistus

– (Luokitus)



65

Sakeutus/selkeytys


66

Sakeutin/selkeytin

• Sylinterimäinen terässäiliö tai

betoninen rakennelma

• Kiintoaines laskeutuu altaan

pohjalle

• Sedimentin jatkuvatoiminen poisto

altaan pohjalta ja pinnalta

samanaikainen selkeytyneen veden

ylikaato

• Sedimentaationopeus riippuvainen

partikkelikoosta ja flokkulointi-

kemikaalien annostelusta


laboratorio

67

Hydrosykloni

Sakeutettava liete syötetään sykloniin

tangentiaalisesti syöttöputken kautta (4).

Liete joutuu kiertoliikkeeseen pitkin

sylinterinosan (1) seinää.

Kiintoaine painuu keskipakovoiman

vaikutuksesta seinälle ja jatkavat matkaansa

kierteellä kartio-osaan (2) ja sitä pitkin

aliteaukkoon (5) asti.

Vesi kulkeutuu keskiosan kautta ylitteeseen (3).


laboratorio

68

Linkoaminen/sentrifugointi

• Sedimentoiva

– Täysvaippalinko

– Kiintoaine ajautuu keskipakovoiman ajamana seinälle, josta se

poistetaan

Ruuvipoistolinko


laboratorio

69

Suodatus

• Suodatus tarkoittaa yksikköprosessia, jossa kiintoaine

erotetaan fluidista väliaineen avulla.

• Tämä ”väliaine” on yleensä verkkomainen ”sihtiosa” .

• Väliaine läpäisee fluidin, mutta pidättää kiintoaineen.

• Tavoitteena on kiintoaineen talteenotto tai nesteen

puhdistaminen.

• Suodatus on tavallisesti sakeutusta seuraava

nesteenpoiston osaprosessi.

• Suodatuksen tavoitteena on kuivempi kiintoaine ja

puhtaampi neste.

• Suodatuksessa kiintoaine saadaan kuivempana kuin

laskeuttamalla ja neste puhtaampana.



70

Pinta- vs. syväsuodatus • Suodatus on syväsuodatusta eli kerrossuodatusta, jos väliaineessa on

kiintoaineen raekokoon verrattavia huokosia ja erottuminen tapahtuu

väliaineen sisällä, joko seulavaikutuksen tai pintavoimien avulla.

• Käytetään kun syötteen kiintoainepitoisuus on alhainen (< 0,1 % ) ja

suodoksen puhtausvaatimus suuri.

Syväsuodatus soveltuu esimerkiksi saniteetti- ja jäähdytysvesien käsittelyyn

sekä kaikenlaisten juomien, nestemäisten polttoaineiden ja lääkkeiden

puhdistukseen

• Suodatus on pintasuodatusta, jos väliaine eli suodatinkerros kerää

kiintoaineen pinnalleen laskemalla fluidin lävitseen.

• Suodatinkerroksena toimii tämän jälkeen suodatuskakku.

Suodatukseen liittyy usein kakun puristus lopuksi

• Pintasuodatusta käytetään, jos kiintoainepitoisuus on suuri (yl. > 1 %)

Suspensioiden sakeutus


laboratorio

71

Suodatusperiaatteet

Pintasuodatuksen periaate Syväsuodatuksen periaate


laboratorio

72

Suodattava linkoaminen

– Suodatuksen tehostaminen

keskipakovoiman avulla

– Lingon vaippa rei’itetty ja sen

päällä suodatinkangas

– Kiintoaine kertyy kakuksi

suodinkankaalle nesteen

läpäistessä sen

– Kakku kaavataan pois aika-

ajoin


laboratorio

73

Pölynpoisto


74

Lasketuskammio

Erottuminen gravitaatiovoiman vaikutuksesta


laboratorio

75

Törmäyserotin

1 syöte

2 törmäys- tai ohjauslevyt

3 puhdas kaasu

4 pölynpoisto

Erottuminen ja inertian gravitaatiovoiman vaikutuksesta


laboratorio

76

Syklonointi

• Erottuminen keskipakovoiman ja inertian vaikutuksesta

• Raskas materiaali erottuu ulkokehälle, jota pitkin siirtyy alas

• Syklonin tehokkuuteen vaikuttavat tekijät

– Syklonin ja sen syöttö- ja poistosuuttimien halkaisijat

– Syklonin syötön ja poiston välillä oleva paine-ero

– Syötteen fysikaaliset ominaisuudet


laboratorio

77

Märkäerotuslaiteen periaate


laboratorio

78

Venturipesuri


laboratorio

79

Sähköstaattinen erotus

• Useimmilla partikkeleilla on sähköstaattinen varaus, mutta se

on yleensä liian heikko sähköerotukseen

• Tämän takia kaasussa olevat partikkelit saatetaan

sähkökentässä kosketukseen koronapurkauksessa

aikaansaatujen kaasuionien kanssa, jolloin partikkelit

varautuvat ja kulkeutuvat kentän vaikutuksesta

vastakkaismerkkiselle erotuselektrodille

• Sähköerotus eli sähkösaostus on jaettavissa seuraaviin

vaiheisiin:

– varausten muodostuminen

– partikkeleiden varautuminen

– partikkeleiden kuljettaminen saostuselektrodeille

– partikkeleiden poistaminen saostuselektrodilta


80

Sähköerotuksen periaate


laboratorio

81

Kaasun suodatus

• Kaasujen suodatus on periaatteeltaan samanlainen kuin

nesteiden suodatus

• Myös pölysuodattimet voidaan jakaa syvä- ja pintasuodattimiin

• Syväsuodattimissa suodatusväliaine voi olla joko synteettinen

kuitukerros tai rakeinen suodatinkerros

• Pintasuodattimet toimivat pääasiassa seulaperiaatteella

• Suodatin on valmistettu satunnaisesti asettuneista lasi-,

polymeeri- tai luonnonkuiduista

• Myös kudottuja, yleensä lasikuiduista ja metallilangoista

valmistettuja suodattimia käytetään



82

Kaasun suodatus



83

Pussisuotimet

1 kaasun sisääntulo

2 vastavirtailma

3 kaasun ulostulo

4 pussien ravistelulaite

5 pussien kannatinkehikko

6 pölypussit

7 pölynpoistokartio

Puhdistus



84

Sekoitus


85

Sekoitus

• Sekoittaminen on yksittäisten partikkelien

kuljettamista tiettyyn positioon muihin partikkeleihin

nähden ja erottumisen välttämistä jo sekoitetussa

materiaalissa.

• Tarkoituksena saada seos, joka on koostumukseltaan täysin

satunnaisesti jakautunut, jolloin mistä tahansa seoksesta

otetuilla äärettömän pienillä tilavuusosuuksilla on sama aine-

ja energiakoostumus



86

Sekoitus

• Sekoitus voi olla:

– kaasujen ja aerodispersioiden sekoitusta

sekoituskammioissa tai suuttimissa

– nesteiden ja lietteiden sekoitusta

– pastojen ja taikinamaisten aineiden sekoitusta

– rakeisen materiaalin sekoitusta

• lämmön- ja aineensiirron nopeuttaminen

sekä emulsioiden ja suspensioiden

aikaansaaminen ja ylläpitäminen



87

Dispersioiden ja suspensioiden

sekoitus

• Tärkeimpänä tavoitteena on vuorovaikutuspintojen

suurentaminen, esim. reagoivat aineet pyritään

saattamaan tehokkaasti kosketuksiin toistensa kanssa

• Lisäksi sekoituksen tarkoituksena voi olla esim.:

– Homogenointi ts. lämpötila- ja pitoisuuserojen tasaaminen

– Emulsioiden valmistaminen

– Emulsioiden ja suspensioiden stabiilisuuden tai hienojakoisuuden

kasvattaminen

– Kiintoaineen dispergointi tai liuottaminen

– Laskeutumisen estäminen

– Kaasun dispergointi nesteeseen


laboratorio

88

• Staattiset sekoittimet: – Fluidin virtausenergiaa

muutetaan sekoitustyöksi

paikallaan pysyvillä sisäosilla

sekoitusputkissa,

suihkusekoittimissa tai

sekoitussäiliöissä

Staattiset sekoittimet



89

Dynaamiset sekoittimet

• Sekoitus saadaan aikaan pyörivillä elementeillä

sekoitussäiliöissä, -kolonneissa tai suoraan

putkivirtauksessa



90

Rakeisen materiaalin sekoitus

• Tavoitteena on rakeisten kiintoainekomponenttien sekoittaminen ja mahdollisesti vähäisen nestemäärän yhdistäminen mahdollisimman tasa-aineiseksi seokseksi – pudottamalla

– kääntelemällä

– pneumaattisesti puhaltamalla

• Pudotussekoittimet

• Lapasekoittimet

• Ruuvisekoittimet

• Leijupetisekoittimet



91

Rakeisen materiaalin sekoitus

• Pyörivä rumpusekoitin

– Yksinkertaisin

– Mekanismi: Materiaali

nousee pyörimisliikkeen

takia rummun seinämälle,

josta se putoaa alas

• V-sekoitin

• Y-sekoitin


laboratorio

92

Leijupetisekoitin

• Huokoisen levyn tai suuttimien

läpi puhallettava ilma fluidisoi

rakeisen materiaalin

• Sekoitus ilman virtauksen

vaikutuksesta

• Fluidisoituminen mahdollistaa

sekoituksen tehostamisen

mekaanisella sekoittimella


laboratorio

93

Staattinen sekoitus


laboratorio

94

Pastamaisten ja tahnamaisten aineiden sekoitus

• Vaivauksessa nestemäinen, plastinen tai kiinteä aine yhdistetään (sekoitetaan) voimakkaiden leikkausjännitysten avulla sitkeäksi, plastiseksi tai jäykäksi massaksi

• Aineen pakotettu liike itseään ja kiinteitä pintoja vasten aiheuttaa voimakasta kokoonpuristumista, jakautumista ja laminaarista liikettä

• Kartiosuulakepuristin

• Onteloruuvivaivain

• Kaksoisruuvivaivain

• Siipivaivain

• Ruuvivaivain


laboratorio

95

Pastamaisten ja tahnamaisten

aineiden sekoitus

Siipivaivain



96

Ruuvivaivain

l. ekstruuderi

Leijutus


97

Leijutus

• Kiintoainepartikkelit saatetaan nestettä

muistuttavaan tilaan pakottamalla kaasua

tai nestettä partikkelikerroksen läpi

riittävällä nopeudella



98

Käyttö



• Lämmönsiirto

• Granulointi

• Metallin päällystys

• Kiintoaineiden kuivaus

• Rakeenkasvatus

• Adsorptio

• Sekoitusreaktorit

• Poltto

• Pneumaattisen kuljetuksen syöttö

99

Esimerkkejä mekaanisista

yksikköprosessista eri teollisuuden

alueilla

eli kuitu- ja partikkelitekniikkaa


laboratorio

100



Puun ja hakkeen käsittely massan valmistusta

varten

101



102

Kemihierteen (CTMP) valmistus

Muovin uusiokäyttö


laboratorio

103



Malmin nosto – Pyhäsalmi

104

INMET MINING, Pyhäsalmen kaivos, esite



Rikastamon virtauskaavio – Pyhäsalmi

105

INMET MINING, Pyhäsalmen kaivos, esite

Tehtävä

• Mitä mekaanisia toimenpiteitä sisältäviä prosessi-

vaiheita/yksikköprosesseja esiintyy tarkastelun kohteena

olevassa tuotantoprosessissa. Kuvaile ko. vaiheita ja

niiden toimintaa sekä tavoitteita lyhyesti, myös käytettyä

laitetekniikkaa

– mitä yksikköprosessissa tapahtuu/miten prosessointi

tapahtuu

– miksi ko. prosessivaihe tarvitaan

– millaiset ovat tyypilliset prosessiolosuhteet

• Miten raportoidaan

– esitä tuotantoprosessin kuva/kaavio ja numeroi esiintyvät

yksikköprosessit ja kirjoita kuvaus numeroittain

– Palautus: [email protected] pdf tai doc



106

mailto:[email protected]

mekaaniset yksikköprosessit - oulu.fi i 2014 teema 2.pdf · partikkelitekniikan laboratorio 5 ....

Documents