T.C.
SELÇUK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
KİMYA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUARI ELEK ANALİZİ DENEYİ RAPORU
7.GRUP
NO 131216014 131216037 131216038 131216045 131216046 131216058 131216061 131216069 141216043
ADI SOYADI
İMZASI
PINAR AKDOĞAN MAİDE EDANUR ÇELİK D ENİZ ÇAKIR ÖZLEM ÖZEL GÜLŞAH BALDAN RUHİŞEN KÖROĞLU KÜBRANUR AĞTOPRAK AYSU ÖNELGE YAREN ÖZEN
DENEY SORUMLUSU: ARŞ. GÖR. DR. SÜHEYLA KOCAMAN
Mart -2018 KONYA
ÖZET Sanayide parçacık boyutlarının küçültülmesi ve aynı zamanda katıların tepkimeye girme yatkınlığının artması boyut küçültme işlemi olarak tanımlanır. Boyut küçültme çok önemli bir temel işlemdir. Endüstride, katılara işlenme olanağı sağlar. Eleme ise tanelerin belirli büyüklükteki delik veya açıklıklardan geçebilme veya geçememe özelliğine dayanarak yapılan , boyuta göre sınıflandırma işlemidir. Bu deney kapsamında elekler, en altta en küçükten başlanarak en üstte en büyük delikli el ek gelecek şekilde dizilmiştir. Bunun ama cı ise en küçük katı maddelerin elek altında toplanmasıdır. Toplam analiz yöntemi, ayrımsal analize göre daha duyarlı sonuç verdiği için toplam analiz yöntemi tercih edilmiştir. Toplam analiz yöntemiyle toplam özgül yüzey alanı 117.1912 cm 2/g ve toplam tan ecik sayısı 268628.6238 ayrımsal analiz yöntemiyle ise toplam özgül yüzey alanı 61.7447 cm 2/g ve toplam tanecik sayısı 70605.94688 olarak hesaplanmıştır. Anahtar Kelimeler: boyut
yüzey alanı
küçültme, diferansiyel analiz, elek analiz, toplamlı analiz, tanecik
ii
İÇİNDEKİLER ................................................................... ............................................ ............................................ ...................................... ................ ii ÖZET ............................................. .................................................................. ............................................ ............................................ ...................... iii İÇİNDEKİLER ............................................ ............................................................... ..................................... ............... iv SİMGELER VE KISALTMALAR ......................................... ................................................................... ............................................ ............................................ .................................. ............ 1 1. GİRİŞ ............................................. ................................................................ ............................................ ........................ 2 2. KAYNAK ARAŞTIRMASI ..........................................
2.1.Boyut Küçültme .......................................... ................................................................ ............................................ ...................................... ................ 2 2.1.1. Boyut Küçültme Aygıtları ............................................ ................................................................... .................................. ........... 3 2.1.2. Elekler ........................................................ ............................................................................... .............................................. ............................ ..... 16 2.2. Karışık Taneciklerin Büyüklükleri ve Elek Analizi .......................................... ............................................ .. 22 2.3. Elek Analiz Yöntemi ............................................ .................................................................. ............................................ ......................... ... 23 2.3.1.Deney elekleri yöntemi ........................................... ................................................................. ....................................... ................. 24 2.3.2. Ayrımsal (Diferansiyel) analiz. .................................................... ..................................................................... ................. 25 2.3.3. Toplamlı (Kümülatif) analiz ............................................. .................................................................... ............................ ..... 25 1.3.4. Elek analiziyle ilgili terimler .......................................................... ........................................................................ .............. 25 ................................................................... ....................................... ................. 27 3. MATERYAL VE YÖNTEM.............................................
3.1. Deney Düzeneği ......................................... ............................................................... ............................................ .................................... .............. 27 3.2. Deneyin Yapılışı ............................................ .................................................................. ............................................ ................................ .......... 27 ..................................................... ...... 28 4. ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA ................................................
4.1. Deneysel Hesaplamalar .......................... ................................................. ............................................. ....................................... ................. 28 4.1.1. Hesaplamalara ait formül ve veriler ............................................. .............................................................. ................. 28 .......................................... 29 4.1.2.Ayrımsal (diferansiyel) analiz için hesaplamalar .......................................... 4.1.3.Toplamlı (kümülatif ) analiz için hesaplamalar ............................................. ............................................. 30 ................................................................ ....................................... ................. 35 5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER ..........................................
5.1 Sonuçlar ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................ ......................... ... 35 .................................................................. ............................................ ............................................ ......................... ... 35 5.2 Öneriler ............................................ KAYNAKLAR ............................................. ................................................................... ............................................ ........................................... ..................... 36
iii
SİMGELER VE KISALTMALAR
Δфn : n eleği tarafından tutulan toplam örneğe göre kütle kesri : İki eleğin delik açıklıklarının ortalaması Dpn :
n eleğinin delik açıklığı
Dp : Tanecik çapı
Ф
: Örnekte Dp’ den daha büyük taneciklerin kütle kesri
p
: Tanecik yoğunluğu
: Şekil etmeni
Aw : Özgül
yüzey
Nw : Örneğin birim kütlesindeki tanecik sayısı
B, k : Sabit R
: Dpn-1 ile Dpn arasındaki sabit oran
iv
1
1. GİRİŞ
Endüstride küçük tanecikli parçacıklar yüzey alanlarının büyük olmasından dolayı ve tepkimeye girme isteklerinin fazla olması nedeniyle birçok alanda tercih edilmektedirler. Boyut küçültme, katı maddelerin kesilerek ya da kırılarak daha küçük parçalar haline gelmesidir. Maddeleri tane boyutlarına göre sınıflandırmak amacıyla uygulanan en kolay ve en yayg ın yöntem “ Elek Analizi Yöntemi”dir.
Elek analizinden önce taneciklerin boyutları küçültülerek farklı boyutlardaki taneciklerin boyutlarının dağılımı belirlenir. Boyut dağılımı, bir numunede bulunan tanelerin boyutları ile miktarları arasındaki ilişkidir ve hangi boyutta ne kadar madde bulunduğunu bulunduğunu gösterir (Pehlivan, 2012). Boyut küçültme ve elek analizi deneyindeki amacımız, laboratuvardaki titreşimli elekle farklı tanecik boyutuna sahip karışımı, elekler yardımıyla tanecik boyutlarına göre ayırmak ve taneciklerin elek analizini yapmaktır.
2
2. KAYNAK ARAŞTIRMASI 2.1.Boyut Küçültme
Boyut küçültme terimi, katı maddelerin kesilerek ya da kırılarak daha küçük parçalara bölünmesi için kullanılır. Endüstride katı maddeler çeşitli amaçlar için ufaltılır. Ham cevher parçaları kırılarak işlenebilir boyuta getirilir. Yapay kimyasal maddeler toz halinde öğütülür. Plastik levhalar küçük küpler ya da baklava dilimleri şeklinde kesilirler. Ticari ürünler çoğunlukla içerdiği parçacıkların büyüklüğü v e bazen de şekli bakımından önemli özellikler gerektirirler. Parçacık boyutlarının küçültülmesi,
Maddenin tepki gösterme(kimyasal tepkime) yeteneğini arttırır.
İstenmeyen katıların mekanik yöntemler mekanik yöntemler ile yapıdan ayrılmasını kolaylaştırır .
Kurutma, ısıtma veya soğutma, ekstraksiyon hızları ve etkileri artar, çünkü yüzey alan değeri hacmine oranla artmıştır.
Herhangi bir ürün için istenilen işlevsel ve işleme özelliğine sahip önceden belirlenmiş bir parçacık parçacık boyutunun dağılımı sağlanır. sağlanır.
Benzer boyutt aki
bir parçacık dağılımı ve bileşenlerin daha iyi karıştırılması
sağlanır (Avcı, 2012). Katı tanecikler esas olarak dört yolla daha küçük parçalara ayrılabilirler: a)Baskı: Sert katıların kaba bir şekilde bölünmesi işlemidir. b)Vurma:
Kaba parçaların ya da daha yumuşak katıların orta veya daha küçük
parçalara bölünmesi işlemidir. c)Aşındırma: Yumuşak ve aşındırıcı olmayan malzemeden çok ince ürünlerin elde edilmesidir. d) Kesme: Belirli bir şekil ve büyüklüğe getirilmesidir.
3
Şekil 2.1. K atılarda atılarda boyut küçültme yöntemleri
Her birinin kullanıldığı yerler ayrı olup donanımlar da amaca u ygun olarak yapılmıştır. Kırıcı ve öğütücü olarak kullanılacak donanımlarda aranılan temel özellikler şöyle sıralanabilir:
Kapasite büyük olmalı,
Birim miktar ürün için gerekli güç miktarı az olmalı,
İstenilen boyut dağılımında ürün vermeli.
Kırıcı ve öğütücülerin temel amacı büyük taneli katılardan, küçük taneli katılar elde etmektir. Küçük taneli parçacıklar yüzey alanları büyük olacağı için veya şekil, büyüklük ve sayılarından dolayı isteniyor olabilirler. Burada ufaltma işleminin enerji açısından verimliliği boyuttaki ufaltmaya karşılık elde edilen yeni yüzey miktarıyla ölçülür. Gerçek kırıcı ve öğütücüler tek düze büyüklükte ürün vermezler. Belli boyut aralığında ürün elde etmek ancak mümkün olabilmektedir (Avcı, 2012). 2.1.1. Boyut Küçültme Aygıtları
Boyut küçültme aygıtları; kırıcılar, öğütücüler, aşırı ince öğütücüler ve kesme makineleri olarak gruplara ayrılır.
4 2.1.1.1. Kırıcılar
Kırma işlemi, ufalamanın ilk basamağını teşkil etmektedir. Malzemenin tek kademede ince boyutlara ufalanması teknik olarak mümkün değildir. Yeraltından (veya yerüstünden) yan taşıyla birlikte üretilen cevher çok iri boyutlarda taneler içermektedirler. Bu nedenle cevherin is tenen tane boyutuna küçültülmesi birkaç kademede kırma ve öğütmeyle mümkün olmaktadır. Genellikle kırma işleminden önce ufalama boyutundan küçük taneler bir elekle ayrılır ve yalnız iri taneler kırıcıya beslenir. Daha sonra her iki ürün birleştirilerek aynı işlemler diğer bir kırma bir kırma devresinde tekrarlanır. Ufalama işleminde amaç;
Cevher içindeki mineralleri serbest haline getirmek,
Cevher hazırlama yöntem ya da yöntemlerine uygun boyutta malzeme hazırlamak,
Toplam yüzey alanını arttırmak (kimyasal zenginleştirme uygulanacak ise),
Tüketime sunulacak ise istenen boyuta uygun malzeme hazırlamak (kum -çakıl vb)
Kırma işleminde kullanılan kırıcılar, birincil, ikincil ve üçüncül ve hatta dördüncül kırıcılar şeklinde sınıflandırılabilir. Birincil kırıcılar olarak genellikle çeneli kırıcı, jiratör kırıcılar ve şoklu kırıcılar kullanılmaktadırlar. İkincil kırıcılara örnek olarak ise, konik kırıcılar ve merdaneli kırıcılar verilebilir. Kırma işleminde, kırılacak malzeme boyutunun, kırılmış malzeme boyutuna oranı, boyut küçültme oranı olarak adlandırılmaktadır ve bu oran değişik tipteki kırıcılar için farklı değerlerde olmaktadır. Kırıcı seçiminde göz önüne alınması gereken en önemli faktörlerden olan boyut küçültme oranı, ufalanan malzemenin tane iriliğine ve kırıcı özelliklerine bağlı olarak değişmektedir. Kırma işleminin yapıldığı cihazlara kırıcı denir. Kademeli olarak yapılan bu işlemde elde edilen edil en cevherin boyutu 150 mm’nin altında alt ında ise iri kırma, (150 -10) mm arasında orta kırma ve 10 mm’nin altında ise ince kırm a olarak ifade edilmektedir.
5
Kırıcı çeşitleri; Kırıcılar kullanım amaçları ve tane büyüklüklerine göre Çeneli kırıcılar, Primer Darbeli kırıcılar, Sekonder darbeli kırıcılar ve Tersiyer darbeli kırıcılar şeklinde sınıflandırılabilir (Megep, 2012). a)
Çeneli kırıcılar
Çeneli kırıcılar, ocak, granit ve benzeri sert karakterli ve kalker tipi daha yumuşak karakterli ocak malzemesi ile dere malzemesi, muhtelif cins ve karakterdeki cevherin kırılması için kullanılabilmektedir. Primer çeneli kırıcılar, bilhassa ocak malzemesinden mıcır elde etme ve muhtelif cevher kırma işlerinde ilk kırma işleri için kullanılır .
Şekil 2.2. Çeneli kırıcı
Sertliği ve aşındırıcılığı ne olursa olsun, her çeşit taşı ton başına en düşük kırma maliyeti
ile kırmak üzere tasarlanmış ağır hizmet tipi kırıcılardır. Hidrolik sistem
yardımıyla yapılan ayarları, merkezi yağlama sistemleri, yüksek performansları, verimlilikleri ve kapasiteleri ile en gelişmiş çeneli kırıcılardır. Halen kapasite ve ebat cetvelinde
gösterilen muhtelif ölçü ve kapasitelerde seri
halde çeneli kırıcılar imal edilmektedir. Çok kullanılan bir çene kırıcının şematik diyagramı görülmektedir. Bu makinede, iki mafsallı kola bağlı olan bir kısım, eksantrik (merkezden sapan) mille hareket
ettirilir. Mafsallı kollardan biri hareketli (açılır -kapanır) çeneye, diğeri makine
kasasına bağlıdır. Mil, hareketli çenenin üst kısmındadır. Ürünün büyük kısmı, V’ nin tabanından boşaltılır. Bazı makinelerde besleme açıklığı 72-96 inç dolayındadır. 6 ft çapında kaya parçalarını kırabilir. Ürün en fazla 10 inç büyüklüktedir ve makinenin
6
kapasitesi 1000 ton/saat’tir. Daha küçük olan ikincil kırıcılarla tane büyüklüğü 1/4 -2 inç’ e kadar indirilebilirler ancak kapasite daha düşüktür (Megep, 2012). b) Primer darbeli kırıcılar
Primer darbeli kırıcılar, malzeme kapasitesi yüksek kırıcılardır. Orta ve düşük sertlikteki malzemeleri çift kırma esasına dayanan sistemle kırmaktadır. Bu nedenle uygulamada primer ve sekonder kademelerin her ikisinde de kullanılabilmekle b irlikte, primer kademede çeneli kırıcılara kıyasla daha yüksek oranda ince malzeme çıkışı sağlayabilmektedir. Böylece sekonder kırcının yükünü hafifletebilmekte, bazı uygulamalarda ise sekonder kırıcı ihtiyacına gerek kalmaksızın istenen tane iriliğinde malzeme
çıkışını sağlayabilmektedir. Rotor çelik döküm ve çelik konstrüksiyondan
mamul olup, paletler ise yüksek manganlı çelikten üretilmiştir. Kırıcı gövdesi iki parça halinde olup, hidrolik sistemle açılabilmektedir. Bu sayede, aşınan parçalar rahatlıkla ulaşılabilmektedir. Palet aşınma plakalarının değişimi kolayca yapılabilmeliktedir. Primer darbeli kırıcılar yüksek performansları, kolay tamir ve bakım özelliklerinin yanında düşük işletme maliyeti avantajı sunmaktadır.
Şekil 2.3.Primer darbeli k ırıcıl ırıcılar c)
Sekonder darbeli kırıcılar
Kırıcı gövdesi çelik saçtan kaynak konstrüksiyon olarak imal edilmiştir. Gövde üzerinde çubuklar ve yan duvarlar yüksek manganlı dökümden imal edilmiş olup değiştirilmesi kolaylıkla sağlanabilmektedir. Ayrıca, malzeme iriliğini ayarlamak için konulan ayar çubuğu, rotor bakımı ve tıkanmaları gidermek amacıyla geniş ve menteşeli m enteşeli kapak mevcuttur. Çekiçler rotora değiştirilebilir ve ayarlı tespit elemanları ile
7 imli, ekonomi bağlanmıştır. Palet sayısı ve kırma yüzeyinin büyük olması; Yüksek ver imli,
ve kolay işletilmesiyle sekonder kırıcı olarak büyük avantajlar sağlamaktadır. Düşük, orta ve yüksek sertlikteki malzemeler için ideal kırma yapabilme özelliğine sahiptir (Megep, 2012).
Şekil 2.4. Sekonder darbeli kırıcı d)
Tersiyer darbeli kırıcılar
Tersiyer Darbeli Kırıcılar (Kum Kırıcı); çift yönlü darbeli kırıcılar sınıfından olup, her türlü taş malzemesi ve doğal minerallerin kırma işlerinde kullanılmaktadır. Rotor çelik döküm ve yüksek mukavemetli saç konstrüksiyon olarak imal edilmiş ol up gerekli ısıl işlemler yapılmıştır. Aşınma plakaları aşınmaya karşı yüksek dayanımlı saçtan mamuldür. Kırma çeneleri ve çekiçler manganlı ve kromlu çelik dökümden mamul olup, çekiçlerin değişimi ve bakımı kolaylıkla sağlanabilmektedir. Gövde çift açılır kapaklı olup, kapak açma işlemi kriko ile rahatlıkla yapılabilmektedir. Kırma çeneleri, istenen malzeme iriliğine göre kolaylıkla ayarlanabilmektedir. Tersiyer Darbeli Kırıcılar yüksek performansı, kolay tamir bakım özellikleri yanında düşük ma liyet avantajı sağlamaktadır. Döner (gyratory) kırıcılarda işlem, aralarındaki bazı noktalarda malzemenin sürekli olarak kırıldığı dairesel çenelerle yapılır. Huni biçiminde ve üstü açık bir kasa içinde konik bir döner kırıcı kafa vardır. Şekil de görüldüğü gibi kırıcı kafa, makinenin üst kısmındaki ağır bir şafta bağlıdır. Şaftın alt ucu bir eksantrikle hareket ettirilir. Kırma kafasının altı sabit duvara doğru yaklaşır ve uzaklaşır. Katı parçalar V -şeklindeki
8
boşluktan geçerken kafa ve kasa arasında kırılır. Kırıcı kafa şaft üzerinde serbestçe dönebilecek konumda olduğundan, kırılan malzemenin verdiği sürtünme kuvvetiyle yavaşça döner. Kırıcı kafanın hızı 125 -425 dönme/dakika’dır. Kırıcı silindirlerde yatay eksene paralel olarak dönen iki silindir bulunur. Silindirler
arasına giren katı taneler sıkıştırmayla kırılır. Silindirler birbirine doğru
dönerler ve hızları aynıdır; tipik boyutlar 24 inç çap ve 12 inç yüzeyden, 78 inç çap ve 36 inç yüzeye kadar değişir. Silindirlerin dönme hızı 50 -300 rpm arasında değişir. Bu tip
kırıcılar ikincil kırıcılardır; beslenen katı tanelerin boyutları 1/2 -3 inç, elde edilen
ürün 1/2 inç -20 mesh aralığındadır.
Şekil 2.5. Tersiyer darbeli kırıcı
2.1.1.2. Öğütücüler
Küçük tane boyutlarında yapılan boyut küçültme işlemine öğütme denir . Kuru ve yaş olarak yapılabilen öğütme, kırma gibi bir boyut küçültme işlemi olup, boyut 9 küçültme işlemlerinin son basamağıdır ve başarılı bir cevher zenginleştirme işleminin anahtarı durumundadır. Öğütme işlemi 25 mm’den küçük tane boyutlarına uygulanm aktadır. verilir.
Öğütme işleminin yapıldığı cihazlara “öğütücü” veya “değirmen” adı
9
Boyutu düşürülmek istenen parçacıkların en büyük boyutunun yaklaşık 5 mm’den daha az olduğu durumlardaki yüzey büyütme işlemi, her ne kadar teknik uygulamada her durum için geçerli olan kabullere varılmamışsa da ilk yaklaşım olarak, öğütme aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir.
Kaba öğütme 5-0,5 mm arası
İnce öğütme 500 -50 mikron arası
Çok ince öğütme 50 -5 mikron arası
Kolloit Öğütme <5 mikron
Mekanik metotlarla küçük taneciklerin üretimi, büyük olanların mekanik kuvvetler yardımıyla üretilmesini içerir. Ezme, öğütme ve ufalama seramik tozlarının üretiminde kullanılır. Bununla birlikte bazı metal ve metal alaşımlarının üretilmesi için de kullanılabilir. Geleneksel seramik tozları, doğal olarak bulunan hammaddelerden mekanik metotları kullanılarak hazırlanır. Öğütme teknik olarak çok değişik şekillerde yapılabilir. Değirmenin yapımında kullanılan malzemeler ve atmosferik gazlar nedeniyle tanecik yüzeyinde kirlenme gibi öğütmenin bazı problemleri vardır. Ufalamayla üretilen en küçük tanecikler, öğütülen ürünün yeniden toplanması nedeniyle dezavantaj oluşturur. Mekanik boyut azaltma teknikleriyle üretilen taneciklerin boyut, şekil, tane dağılımı ve öğütme sınırı kullanılan değirmenin tipi ve öğütme şartlarına direkt bağlıdır. 2.1.1.3. Aktarılan Ortamla Çalışan
Değirmenler
Öğütücü ortam, bilye, çubuk, çakıl, silpeps veya cevherin içindeki iri parçalar olabilir. Bunlar arasında ortak yön, ortamı oluşturan parçaların birbirlerind en serbest halde bulunmalarıdır. Uygun şekil ve yapıda bir gövde içerisine konan öğütücü ortam parçaları, bu gövdenin ekseni etrafında dönmesi ile devamlı olarak aktarılmış olur. Öğütücü ortam parçalarının şekillerine bağlı olarak aralarında boşluk kalır. Bu ara boşluklara cevher parçaları girer aktarılan ortamla çalışan değirmenler sadece aktarılan ortama veya bununla birlikte yapı özelliklerinden olan gövde ve taşma şekillerine göre adlandırılır:
10
Ortam bilya ise bilyalı değirmen, çakıl ise çakıllı değirmen, çubuk ise çubuklu değirmen ve iri cevher parçaları ise otojen değirmen olarak adlandırılır. Gövde şekline göre silindir gövdeli, silindiro -konik gövdeli ve konik gövdeli olarak adlandırılırlar. Değirmen içerisindeki malzemenin taşma şekli düz ise düz taşmalı, ızgaralı ise ızgaralı taşma ve spiralli ise spiralli taşma vb. olarak adlandırılırlar. Değirmenlerin tanımlanmasında en uygun olanı, yukarıda sayılan özelliklerin üçünü birden belirtmektir. Örneğin; silindir gövdeli, ızgaralı taşmalı bilyalı değ irmen gibi.
Söz konusu edilen yapı özelliklerine giriş, gövde boyutları (çap, boy) astar şekli, boyutları ve düzeni gibi oldukça değişken yapı unsurları unsurları katıldığında, değirmenlerin çok değişik örneklerinin ortaya çıkabileceği açıktır. Değirmen tiplerini inceleyecek olursak; a)
Bilyalı, Çakıllı veya Çubuklu Değirmenler:
Bu tip değirmenlerde ortak olan, öğütücü ortamın cevherden ayrı olarak değirmen içerisine konulmuş olmasıdır. Ayrı olan yanları ise ortamın şekli ve yapıldığı malzemedir
Şekil 2.6. Silindir gövdeli, düz taşmalı bilyeli değirmen
11
Silindir gövdeli, düz taşmalı bilyeli değirmenlerin ana unsurları;
Gövde
Yan kapaklar
Yataklar
Giriş
Çıkış
Astarlar
Aktarılan ortam
Tahrik düzeneği‟ dir
b)
Silindirli öğütücüler
Yığın, yatay ve düz bir öğütme tablası üzerinde, merdanelerle tabla yüzeyi arasında sıkıştırılır.
Şekil 2.7. Silindirli öğütücü
12 c)
Bilyeli öğütücüler
Metal bir silindir ile içerisinde serbestçe hareket eden silis veya metal bilyelerden oluşmuştur. Silindir dönerken, silindir ile birlikte dönen ve silindirin yan yüzeyleri doğrultusunda tespit edilmiş olan küreklerle bilyeler yukarı doğru kaldırır. Küreklerin düşey duruma gelmesiyle bilyeler aşağı düşer. Silindir içine konan madde de bu harekete katılarak, bilyeler ile madde arasında olan sürtünme ve çarpmalar sonucu öğütülür. Silindirin devir hızı belli bir düzeyde olmalıdır. Aksi halde merkezkaç kuvvet sonucu bilyeler ve madde silindir yüzeyine yapışık olarak kalır, düşme olmaz. Değirmen kesiksiz çalışır. Madde silindir ekseninin ortasındaki kanaldan içeri girer. Silindirin yan yüzeyi madeni olup elek şeklindedir. Elek, iç çarpmalara dayanabilmesi için delikli metal saclarla takviye edilmiştir. Bilyeli değirmenlerde kuru ve yaş öğütme yapabilir (Megep, 2012).
Şekil 2.8. Bilyeli öğütücü
d)
Multicon Titreşimli Öğütme Sistemi
Multicon, yeni geliştirilmiş kuru öğütme sistemi olup, kompak bir yapıda ve enerji verimliliği yüksek bir teknolojiye sahiptir. Bu sistem temel olarak çimento son öğütme aşamasında ön öğütücü olarak kullanılması ve sera mik hammaddelerinin kuru olarak öğütülmesi amacıyla geliştirilmiştir.
13
Şekil 2.9.Multicon titreşimli öğütme sistemi Multicon
öğütme sistemi ince toz malzeme üretimini gerektiren; mineral,
endüstriyel hammaddeler, cam endüstrisi gibi değişik endüstrilerde verimli olarak kullanılması mümkündür. Çimento endüstrisinde; Multicon uygun bir separatör ile kapalı devre olarak klinker ve katkı maddelerinin ön öğütmesi yapılmakta ve bilyalı değirmen ile birlikte kullanılmaktadır. Multicon ön öğütme ilavesi ile kapalı sistem 35 enerji tasarrufu ve %30 – 45 45 çalışan bir çimento değirmen öğütme grubunda %30– 35
kapasite artışı sağlanmaktadır. Multicon düşük yatırım ve işletim maliyetleri, düşük aşınma, kolay ve stabil işletilme özellikleriyle muadili roller preslere göre önemli üstünlükler sunmaktadır. Multicon öğütme sistemi ayrıca seramik hammaddelerinin kuru öğütülmesinde düşük yatırım ve işletme maliyetleriyle; yaş sistem bilyalı değirmenlere, karıştırmalı değirmenlere ve pendular değirmenlere göre önemli avantajlar sunmaktadır. Multicon dik titreşimli değirmen olup, ayrıca dik titreşimli roller pres olarak da tanımlanabilir. Öğütme; “çarpma, ezme ve aşındırma” kuvvetlerinin ortak etkisi ile oluşmaktadır. Öğütme kuvvetleri; karşılıklı hareket eden iç koni ve dış gövde konisi arasında malzemenin öğütülmesini sağlamaktadır. Vibrasyon hareketi iç koniyi hareket ettiren bir motor tarafından üretilmekte, dış koni ve gövde de bu kuvveti dengeleyen dengel eyen dinamik bir vibrasyon hareketi yapmaktadır. Sistemin üst tarafından beslenen malzeme gravite ile titreşim salınımı yapan bu iki koni arasına girmekte ve öğütülmektedir.
14
Multicon sisteminin değişik boyutta tasarımları mevcut olup, aynı sistemde ürün inceliği ve kapasite ayarı ise; koniler arasındaki açıklık, iç koni altına bağlı ağırlıkların miktarı ve dağılımı ve titreşim frekansını sağlayan motor devri ile ayarlanmaktadır. Multicon sistemi ince boyutlarda ürün eldesi için temel olarak bir separatörle kapalı devre işletilmesini gerektirmektedir. Bu şekilde kalın taneler separatör tarafından ayrılarak tekrar öğütme sistemine gönderilmekte ve istenilen ürün inceliğine ulaşılmaktadır. 1-Düşük yatırım ve işletim maliyeti
Roller prese göre daha düşük yatırım
Düşük enerji tüketimi
Düşük aşınma oranı ve yüksek kaliteli malzeme ile yapılan uzun ömürlü öğütme zonu
2-Düşük altyapı maliyeti
Roller presle kıyaslandığında %30 -40 daha düşük altyapı ve inşaat maliyeti
3-Kolay ve güvenilir işletme
Otomatik kontrol ve uzaktan kumanda
Basit ve kolay işletim
Yüksek basınç olmaması, düşük arıza oranı nedeniyle yüksek kullanım oranı
4-Kolay ve düşük maliyetli bakım
Roller prese göre çok kolay, düşük maliyetli ve kısa sürede bakım yapılabilmesi
5-Stabil ürün kalitesi ve stabil işletme 6-Düşük çevresel etki (Megep, 2012).
15 2.1.1.4. Aşırı ince öğütücüle r
Sanayide kullanılan toz halindeki katı maddelerin büyüklükleri 1 -20 mikron arasındadır ve tümü standart 325 mesh (44 mikron açıklık) elekten geçer. Bu derece ince tanecikler yapan değirmenlere ultra-ince öğütücüler denilmektedir. İç veya dış sınıflamalı çekiçli değirmenler ve akışkan enerjili veya jet değirmenler, ultra-ince kuru toz taneciklerinin elde edilmesinde kullanılan cihazlardır. Mikro-atomizer,
iç sınıflamalı (ayırmalı) bir çekiçli değirmendir. İki rotor disk
arasına bir dizi hareketli çekiç yerleştirilmiştir. Rotor şaftında ayrıca, iki fan bulunur; bunlar havayı, şekilde görülen yönlerde çekip boşaltarak ürünün toplayıcıya gitmesini sağlarlar. İstenilen incelikten daha büyük olan tanecikler rotor diski üzerindeki radyal supaplarla ayrılır. Öğütme odacığında katı taneciklere büyük bir dönme hızı kazandırılır. Kaba taneler, santrifüj kuvvet etkisiyle oda duvarı üzerinde toplanırlar. Hava akımı ince tanecikleri öğütme bölgesinden alarak AB yönünde şaft boyunca taşır. Ayırıcı vanalar tanecikleri BA yönünde fırlatır. Bir taneciğin ayırıcı vanalardan geçip geçmemesi, hangi kuvvetin (havanın yarattığı çekme kuvveti ve vanaların yarattığı santrifüj kuvvet) etkin olduğuna bağlıdır. İstenilen incelikteki tanecikler boşaltma kanalına taşınırken, iriler öğütme odasına geri dönerler. Tanecik büyüklüğü rotor hızı veya büyüklüğüyle ve ayırıcı vanaların sayısıyla ayarlanır. Bunlar saatte 1 -2 ton 1-20 μ arasında toz üretim yapabilir; enerji gereksinimi 50 hp.sa/ton dolayındadır.
Şekil 2.10.Aşırı ince öğütücüler
16 2.1.1.5. Kesme makineleri
Bazı
malzemeler
sıkıştırma,
darbe
veya
aşındırma
yöntemleriyle
küçültülemezler; yapışkan veya elastiktirler veya taneciklerin belirli boyutlarda olması istenilebilir. Bu gibi durumlarda malzemenin kesme yöntemiyle küçültülm esi gerekir. Bu amaçla kullanılan makinelerden biri, Şekil-5 de görülen döner bıçaklı kesicidir. Cihaz, silindirik bir odacıkta, 200 -900 rpm hızla dönen yatay bir rotordan oluşur. Rotor üzerinde 1-7 sabit bıçak ve bunlara çok yakın mesafede 2 -12 adet harek etli etli bıçaklar bulunur. Kesilecek parçalar odacığın üst kısmından verilir, dakikada bir -kaç yüz kez kesilir ve dipte bulunan 3/16- 5/16
inç açıklıklı bir elekten geçerek dışarı çıkar. Bazen
hareketli (uçuşan) bıçaklar, sabit yatak bıçaklarıyla paralel konumdadırlar; beslenen katının özelliklerine bağlı olarak, bazen da açılı konum -da yerleştirilirler.
Şekil 2.11.Kesme makinesi 2.1.2. Elekler
Tanelerin belirli büyüklükteki delik veya açıklıklardan geçebilme veya geçememe özelliğine dayanarak yapılan boyuta göre ayırma işlemine eleme denir. Eleme, bir boyuta göre sınıflandırma işlemidir. Bir eleğin delikler (açıklıklar) bulunan kısmına “elek yüzeyi” denir. Elek yüzeyinin üzerindeki deliklere (açıklıklara) “elek açıklığı” denir. Elek açıklıkları; daire, kare veya dikdörtgen şeklinde olabilir. Eleme işlemi laboratuvar elemesi ve endüstriyel eleme olmak üzere iki ana gruba ayrılır. Eleme işlemine en büyük delik açıklıklı elekten başlanır ve gittikçe küçülen delik açıklıklı eleklerle devam edilir. Ancak bu eleme işlemi, elemenin şekline
17
ve ortamına göre farklı şekillerde (elle eleme, otomatik eleme, sulu eleme ve kuru eleme gibi) yapılabilir. Endüstriyel ölçekte kullanılan elekler mevcuttur. Elekler her türlü metalden yapılabildiği gibi çoğunlukla bakır, pirinç ve demirden yapılır. Çok küçük taneciklerin ayrılmasında ise ipekten yapılmış elek bezi kullanılır. Tel veya ipek elek yerine bazen de delikli metalik levhalardan yararlanılır. Eleklerin delik büyüklükleri ise numaralarla gösterilir. Elek numarası [meç (mesh: Eleklerde 1 inç² veya 2,54x2,54 cm² ‘deki delik sayısıdır.)] belli olan bir eleğin farklı çaplarda tellerden yapılmasıyla delik açıklıkları da değişir.
Şekil 2.12.Elekler
Cevher hazırlamada elemenin ana amaçları
İri malzemeyi ayırarak kırmak,
İnce malzemeyi ayırarak gereksiz yere ufalanmayı ve enerji sarfiyatını önlemek,
Malzemeyi tüketim yerinin teknolojik ihtiyacı olan boyut gruplarına ayırarak tüketimi kolaylaştırmak veya mümkün kılmak,
Ayırma işlemlerinde bir kademe oluşturarak ayırmayı mümkün kılmak olarak sayılabilir.
Eleme işleminin başarılabilmesi için
Tanelerin birbirlerinden serbest halde olmaları,
18
Sarsıntı,
sallantı
veya
dönme
gibi
hareketler
sonucu
birleşerek
topaklanmamaları,
Her bir tanenin deliklerle temas etmesi ve burada bir ba kıma
bir kontrole tabi
tutularak elek altına geçmesi veya elek üzerinde kalması, Elek analizi ya da elek çözümlemesi, farklı büyüklüklerdeki tanelerden oluşan kırılmış veya öğütülmüş malzemenin “tane boyut dağılımını” belirlemek için yapılır. Malzemenin boyut
dağılımının bilinmesinin çok çeşitli yararları vardır. Bu
yararların birkaçı aşağıda sıralanmıştır.
Boyut küçültme işlemlerinin denetimini sağlamak.
Bir cevherin çeşitli tane boyutlarında mineral serbestleşme derecelerini saptamak.
Boyut küçültme cihazlarını, verdikleri sonuçlar yönünden birbiriyle karşılaştırmak.
Cevherlerin kırılganlık ve ufalanabilirlik derecelerini saptamak.
Kırılmış veya öğütülmüş malzemenin ortalama tane boyutunu bulmak.
Belli bir malzemeye ait boyut dağılımı özelliğinden yararlanarak, bu malzemenin herhangi bir boyut küçültme işleminden sonraki tane boyutu dağılımını tahmin etmek. Elemede duyarlı bir ayrım, eleme randımanının (veriminin) yüksek olmasıyla
sağlanabilir. Ancak eleme randımanına etki eden birçok faktör vardır.
Elenen
malzemedeki tane boyutu dağılımı (elenen malzemedeki elek altı oranı
önemli)
Elenen malzemedeki tane şekilleri
Elenen malzemedeki kritik boyutlu tane oranı (kritik boyutlu tane, elek açıklığının 1,25 ile 0,75 katı arasındaki tanelerdir).
Elenen malzeme miktarı
19
Elenen malzemenin nem oranı, kil miktarı, yoğunluğu, kırılganlığı vb özellikleri
Eleme yöntemi (elle, otomatik, kuru, yaş)
Elek açıklıklarının şekli ve büyüklüğü
Elek yüzeyinin geometrik özellikleri (elek yüzeyi, şekli, elek açıklık oranı gibi)
Eleme
sırasındaki numune kaybı (numune kaybı elenen malzemenin %0,5’ini
geçmemeli)
Eleme süresi (İnönü Üni, 2013)
Şekil 2.13. Standart test eleği ve elek sarsma makinesi
Elek altına geçenlerin bir ürün, elek üstünde kalanların ayrı bir ürün olarak alınabilmesi gerekir (Megep,2012) 2.1.2.2. Elek çeşitleri
Eleklerin hareket sistemleri seçilirken eleğin kullanım amacı en önemli belirleyicidir. Eleklerin boyutlandırılmasında verimlilik, kapasite, hareket sistemi ve montaj birlikte düşünülmelidir. Elekler yaygın olarak kullanım yerleri ve hareket şekillerine göre sınıflandırılır. Endüstriyel elekler, elemenin yapıldığı yüzeyin sabit veya hareketli oluşuna göre;
20
Sabit elekler
Hareketli elekler diye iki ana bölüme ayrılır.
Ayrıca, hareketli elekler, yapı ve har eket eket özelliklerine göre;
Hareketli ızgaralar
Dönen elekler (Tromel elekler)
Sarsıntılı elekler
Vibrör (titreşimli) elekler şeklinde sınıflandırılır. a)
Titreşimli elekler
Titreşimli eleklerde ise taneciklerin hareketini sağlamak amacıyla elek titreşimlidir. Elek bezi veya teli elek gövdesi içine monte edilmiştir. Titreşim, elek bağlama çivilerine devamlı olarak vurulan çekiçlerle gerçekleştirilir. Elek perdesinin eğimi ve titreşiminin etkisi ile malzeme perde yüzeyinde hareket eder. Yüksek kapasite gerektiğinde, geniş boyut dağılımlı malzemelerin elenmesinde kullanılır.
Titreşimli elekler birçok yönleri ile günümüzde, tromel ve sarsıntılı eleklere tercih edilmekte ve onların yerini almaktadır. Yüksek kapasiteleri ve toplam olarak daha az masraflı oluşları tercih edilmelerinin en önemli nedenleridir. Uygulamada, 250 mm den 150 mikron boyutuna kadar kuru ve yaş eleme yapılabilmektedir. Bazı endüstriyel uygulamalarda, yaş olarak 74 mikron ve kuru olarak da 44 mikron elek boyutuna kadar kullanıldıkları görülmekle birlikte, özellikle 44 mikron boyutu için havalı ayırıcılar daha uygun ve daha üstündür. İri boyutlu elemede sabit eleklerden daha verimlidir. Yük değişmelerinde daha efektiftir. Özel yapılarla şokların ve sarsıntının temellere ulaşmasını engellemek mümkündür. Çeşitli üreticiler tarafından çok değişik tiplerde yapılmaktadırlar. Bu nedenle, hepsi için geçerli bir örnek vermek zordur.
21
Şekil 2.14. Titreşimli elek
Titreşimli eleklerin yapısında ortak olan ana yapı unsurları
Elek şasesi veya kasası
Titreşim düzeneği
Taşıyıcı düzenek
Elek yüzeyi ve bağlantı şekilleri
Tahrik düzeneği
Ürün toplama olukları (Megep, 2012) b) Sarsak elekler
Sarsmalı elekler yatay veya biraz eğilimli olup ileri -geri hareket ettirilerek eleme yapılır. Titreşim genlikleri 2,5-10 cm, devirleri 30-200 devir/dakika olan eleklerdir. Elek perdesine çok az bir eğim verilebilir. Elek şasesi askıya alınabileceği gibi, düz yaylar ile zemine de bağlanabilir. Düşük kapasiteli olup, fazla bakım gerektirirler. Sabit elekler hariç her eleme işleminde elek yüzeyinin hareketi söz konusudur. Bu bir sallantı, sarsıntı veya dönme hareketidir. Birbirlerinden serbest halde bulunan taneler, bazı şartlar altında birleşik toplanarak tek başlarına sahip oldukları boyuttan daha büyük bir boyuta ulaşırlar ve böylece elek deliklerinden geçemeyebilirler.
22
Elenecek malzemenin bu özelliği iyice incelendikten sonra elemede kullanılacak eleğin hareket şekli seçilmezse istenilen sonuçların elde edilmesi mümkün olmayabilir. Aşırı miktarda ince tane, rutubet ve kil
varlığı; topaklanmaya neden olan en önemli
unsurlardır.
Şekil 2.15. Sarsak elek
Sarsıntılı eleği ana yapı unsurları
Elek şasesi (veya kasası)
Elek yüzeyi
Taşıma düzeneği
Tahrik düzeneği
Ürün toplama olukları (Megep,2012)
2.2. Karışık Taneciklerin Büyüklükleri ve Elek Analizi
Elek analizi
ya da elek çözümlemesi, farklı büyüklükteki tanelerden oluşan
kırılmış veya öğütülmüş malzemenin tane boyut dağılımını saptamak için yapılmaktadır. Boyut dağılımı, bir numunede tanelerin boyutları ile miktarları arasındaki ilişkidir. Bir numunenin boyut dağılımı, bu numunede hangi boyutta boyutta ne kadar
23
miktar malzeme bulunduğunu gösterir. Malzemenin boyut dağılımının bilinmesinin çok çeşitli yararları vardır. Bu yararların birkaçı aşağıda sıralanmıştır. 1) Boyut küçültme işlemlerinin denetimini sağlamak 2) Bir cevherin çeşitli tane boylarında mineral serbestleşme derecelerini saptamak 3) Boyut küçültme cihazlarını, verdikleri sonuçlar yönünden birbiriyle karşılaştırmak 4) Cevherlerin kırılganlık ve ufalanabilirlik derecelerini saptamak 5) Bir malzemede boyuta göre tenör dağılımlarını saptamak
6) Kırılmış veya öğütülmüş malzemenin ortalama tane boyutunu bulmak 7)
Belli bir malzemeye ait boyut dağılımı özelliğinden yararlanarak, bu malzemenin
herhangi bir boyut küçültme işleminden sonraki tane boyutu dağılımını tahmin etmek Malzemelerin tane boyut dağılımlarını saptamaya yarayan çeşitli yöntemler ve teknikler vardır. 2.3. Elek Analiz Yöntemi
Malzemelerin tane boyut dağılımlarını saptamaya yarayan çeşitli yöntemler ve teknikler vardır.
Bunlar arasında en kolay olanı ve en yaygın olarak kullanılanı, laboratuar elekleriyle
yapılan “Elek Analiz Yöntemi” dir. Bu yöntemde, elek analizi için yeteri
miktara azaltılmış numune elek açıklıkları birbirinden faklı olan bir dizi elekten geçirilir. Eleme işlemine en büyük delik açıklıklı elekten başlanır ve gittikçe küçülen delik açıklıklı eleklerle devam edilir. Eleme işleminde kullanılan elekler büyüklüklerine göre sınıflandırılırken “meç (mesh) numarası” kavramı kullanılır. Meç numarası bir elekte birim alan (inç² veya mm²) başına düşen delik sayısını göstermektedir. Bununla ilgili olarak farklı standartlarda verilen elek numaraları Tablo da gösterilmiştir Eleme işlemi, elle veya otomatik olarak yapılabilir. Elle elemede, elekler teker teker kullanılır. Otomatik elemede ise bir elek sarsma makinesinden yararlanılır. Eleklerin, elek açıklıkları üstten alta doğru gittikçe küçülecek şekilde üst üste yerleştirilmesiyle
24
hazırlanan elek seti, eleme makinesine sıkıca yerleştirilir. Makine, eleklere sürekli titreşim+eliptikdönüş+darbe şeklinde hareket verir. Eleme işlemi sonunda elekler çıkarılıp, her bir eleğin üstünde kalan miktar tartılır ve o tane boyuna ait ağırlık yüzdesi toplam malzeme miktarına oranla hesaplanır. Elde edilen sonuçlar grafiksel olarak değerlendirilir. (Anonim) 2.3.1.Deney elekleri yöntemi
Karışımları yalnızca boyutlarına göre ayırtmak için en kolay ve en çok yaygın yöntem, deney elekleri ile elemektir. Yöntem aynı yoğunluk ve şekilde olan 7,6 cm – 0,0038 cm arasındaki büyüklüklerdeki taneciklere uygulanabilir. En çok kullanılan eleklerin boyut aralığı 2,5 -0,0125 cm’ dir.
2.3.1.1. Tyler elek dizisi
Tyler elek dizisinde delik açıklığı 0,00074 cm olan 200 mesh elek temel alınır. Serideki her hangi bir eleğin delik açıklığının alanı, bir sonraki daha küçük eleğininkinin tam iki katıdır. O halde her hangi bir eleğin gerçek delik boyutunun, kendinden hemen sonraki daha küçük eleğinkine oranı
=1,41’dir. Daha sık
boyutlandırma için ara elekler vardır. Bunlardan her biri, her biri, bir sonraki daha küçük standart eleğininkinin
=1,189 katı delik boyutuna sahiptir. Genellikle ara elekler
kullanılmaz. 2.3.1.2. DIN elek serisi
Bu seride 1 cm’ deki delik sayısı mesh sayısı olarak tanımlanmıştır. Uygulamalarda standart eleklerin bir dizisi,
en küçük delikli en altta, en büyük
delikli en üstte olmak üzere seri olarak üst üste yerleştirilir. Analiz, örneği en üstteki eleğe koyarak ve diziyi belirli bir süre mekanik olarak titreştirerek yapılır. Her bir elekte kalan parçalar alınır, toplam örneğin kütle yüzdelerine çevrilir. E n ince elekten geçen parçacıklar dizinin dibindeki bir tablada toplanırlar. Buna “elek altı” denir.
25 2.3.2. Ayrımsal (Diferansiyel) analiz
Elek analiz sonuçları, her bir elekte kalan sonuçları, her bir elekte kalan maddenin kütle kesrini delik boyutunun bir fonksiyonu olarak göstermek için çizelge haline getirilir. Herhangi bir eleğin üstündeki parçacıklar bir üstteki elekten geçtiğinden dolayı, bir elek artığının boyut aralığını tanımlamak için iki sayı gerekir. Bunlardan biri elenen kesimin içerisinden geçtiği elek, diğeri üstünde kaldığı elek içindir. Böylece 14/20 gösterimi “14 mesh’lik elekten geçer ve 20 mesh’lik eleğin üstünde kalır” anlamındadır. Bu şekilde çizelge haline getirilen analize ayrımsal (diferansiyel) analiz denir. 2.3.3. Toplamlı (Kümülatif) analiz
Elek analizinin ikinci türü toplamlı (kümülatif) analizdir. Toplamlı analiz ayrımsal analizden toplama ile elde edilir. Bu işlem en büyük delikli açıklıklı elekten başlanarak gittikçe artacak şekilde ayrı ayrı eleklerde kalanları toplamak ve bu toplamları en son eklenen eleğin delik boyutuna karşı çizelge ya da grafiğe geçirmekle yapılır . Ayrımsal ya da toplamlı analizin her ikisi de, bir karışımın yüzey alanı ve tanecik sayısını toplamada kullanılır. Ayrımsal analiz kullanılırsa bir kesimdeki tüm taneciklerin büyüklüğünün eşit olduğu varsayımı yapılır ve bu büyüklüğü tanımlayan iki eleğin delik boyutlarının aritmetik ortalamasıdır. Toplamlı analize dayalı yöntem, ayrımsal analize dayalı olandan daha duyarlıdır. Çünkü toplamlı analiz kullanıldığında bir kesimdeki taneciklerin büyüklükçe eşit olduğu varsayımı yapılmayabilir.(Özbay, 2014). 1.3.4. Elek analiziyle ilgili terimler Tam elek dizisi:
Elek tellerinin hepsi belirli sınıf, tip ve türlere ait standart özellikleri
taşıyan eleklerin bütünüdür. Elek gözü veya elek deliği: Elek telindeki elek levhasındaki açıklıklardan her biri bir
elek gözüdür.
26
Delik açıklığı: Bir elek gözünün genişliğidir. (kare deliklilerde delik kenarı uzunluğu, yuvarlak deliklilerde delik çapı )
Tel çapı: Elek telinin imalinde kullanılan tellerin çapıdır. Delik adımı: Komşu iki elek gözünün merkezleri arasındaki mesafedir. Elek altı(-): Eleme işlemi sonunda, elenen malzemenin elek gözlerinden alta geçen
kısmıdır. Elek
üstü(+): Eleme işlemi sonunda, elenen malzemeden, elek gözlerinden geçmeyip,
elek üstünde kalan kısımdır. Kritik Tane:
Elek gözü açıklığına hemen hemen eşit büyüklükteki malzeme
parçacığıdır.(Anonim)
27 3. MATERYAL VE YÖNTEM 3.1. Deney Düzeneği
Şekil3.1. Deney düzeneği
3.2. Deneyin Yapılışı
Çeşitli mesh sayılarına sahip elekler en alta en küçük ve en üste en büyük delikli (en küçük mesh sayılı) elek gelecek şekilde yerleştirilmiştir. Bunlar sırasıyla 45 µ m, 63 µm, 125 µm, 500 µm, 1 mm, 2 mm, 4 mm’ dir. Yerleştirilen elekler titreşim makinasının merkez noktasında mı bakılarak kontrol edilmiştir. En üst eleğin içine daha önceden hazırlanmış farklı boyutlardaki katı madde dökülmüştür. Sonra elekler titreşim makinesine yerleşimi kontrol edildikten sonra üzerinde ki kapak kapatılmıştır. Vidalar aynı anda sıkılarak sabitlenmiştir. Daha sonra titreşim makinesinin gerekli kontrolleri yapılınca çalıştırılmıştır. Bu makinede elekler titreşim vasıtasıyla elenerek çeşitli boyutlara ayrılmıştır. Bu işlem 15 dakikada 70 rpm hızla elemek istediğimiz miktar bitene kadar devam edilmiştir. Titreşim sayesinde farklı eleklerde farklı boyutlara ayrılan katı maddelerin gerekli hesaplamaları yapılarak elek analizi tamamlanmıştır.
28
4. ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA 4.1. Deneysel Hesaplamalar Tablo4.1. Elek analizi deneyine ait veriler.
Elekteki delik
Ortalama tanecik
Elek
Her bir
Elek üstü
üzerinde
elekte
açıklığı
büyüklüğü
kalan
tututan
taneciklerin kütle kesri
Dpn (cm)
Dn (cm)
kütle miktarı
tanecik
ᶲ
ağırlık kesri
∆ᶲn (gr) 95.607
0.4
0
0.414642
0.414642
0.2
0.3
42.786
0.185561
0.600203
0.1
0.15
33.806
0.146615
0.746817
0.05
0.075
29.138
0.126369
0.873187
0.0125
0.03125
15.335
0.066507
0.939695
0.0063
0.0094
8.224
0.035667
0.975362
0.0045
0.0054
3.007
0.013041
0.988403
Elek altı
-
2.674
0.011597
1
Toplam
-
230.577
-
-
Tablo4.2. Elek analizi deneyine ait veriler
1/Dn
1/Dn
∆ᶲn /Dn
∆ᶲn /Dn
1/Dp
1/Dp
log∆ᶲn
logDpn
˗
˗
˗
˗
3.333 6.666 13.333 32.000 106.383 185.185
37.037 296.296 2370.370 32768 1203972.145 6350657.928
0.618474 0.977335 1.684878 2.128224 3.794362 2.414997
6.872623 43.441438 299.541286 2179.301376 42942.0745 82818.93004 82818.93004
2.5 5 10 20 80 158.7302 222.2222 222.2222
15.625 125 1000 8000 512000 3999248 10973937
˗ ˗
˗ ˗
˗
˗
11.61827
128290.1613
˗ ˗
˗ ˗
˗0.382326 ˗0.731513 ˗0.833822 ˗0.898359 ˗1.177133 ˗1.447733 ˗1.884689 ˗1.935654 ˗
˗0.397940 ˗0.698970 ˗1 ˗1.301029 ˗1.903089 ˗2.200659 ˗2.346787 ˗ ˗
Ölçtüğümüz ve var o lan bilgileri kullanarak Tablo 4.1. ve 4 .2.'yi oluşturduk. Oluşturduğumuz Oluşturduğumuz tablodaki verileri kullanarak gerekli hesaplamaları gerçekleştirildi. 4.1.1. Hesaplamalara ait formül ve veriler
(4.1)
29 Denklem (4.1) d eki
λ, şekil etmeni olarak adlandırılır. Şekil etmeni parçacığın
büyüklüğüne büyüklüğüne bağlı değildir. Sadece şeklin bir fonksiyonudur. fonksiyonudur. Elimizde bulunan kuvars taşı için: b =3.28
a =1.81
ρ = 2.57
değerlerine sahiptir.
4.1.2.Ayrımsal (diferansiyel) analiz için hesaplamalar hesaplamalar
Elimizde bulunan kuvars örneğinin birim kütlesinin toplam yüzeyi yani özgül yüzeyi (Aw)’yi aşağıdaki formülü kullanarak elde ediyoruz.
(4.2)
)= 49.1535 cm 2
Bulunan Aw değeri tüm karışım için ortalama tanecik boyutu ile ilgilidir. Bu ortalama boyuta hacim yüzey ortalama çapı denir ve ile ifade i fade edilir. (4.3)
Tanecik sayısı ( Nw) ise aşağıdaki
formül yardımı ile hesaplanır. (4.4)
30
4.1.3.Toplamlı (kümülatif ) analiz için hesaplamalar
Toplamlı analizde özgül yüzey alanını hesaplamak için hesaplamak için aşağıda bulunan denklem (4.5)kullanılır. Denklem (4.5)’de bulunan integralin çözümü için grafiksel integrasyona geçilir ve y' e karşı grafik çizilerek eğrinin altında kalan alanın hesabıyla toplamlı analiz için özgül yüzey alanı bul unur.
(4.5)
Grafik4.1. ᶲ ‘ ye karşı 1/Dp grafiği
Simpsons kuralı yardımı ile grafiğin altındaki alanı hesaplarız. Simpsons kuralı şu şekildedir: (4.6)
31 Grafik 4.1. İçin Simpsons kuralı uygulanması:
Toplamlı analiz için hacim yüzey ortalama çapı hesabı:
Tanecik sayısı (Nw) yi toplamlı analizde hesaplarken aşağıdaki formülü kullanırız.
Tanecik sayısını hesaplayabilmek için grafiksel integrasyonda ф’ye karşılık 1/Dp3
sonuç;
grafiği çizilerek eğri altındaki alan simpsons kuralı yardımıyla hesaplanır ve
32
Grafik4.2.
ᶲ
ye karşı 1/Dp3 grafiği
Grafik 4.2. için Simpsons kuralı uygulaması:
Elek altının çapının hesabı: Dpn-1 = rD
33
(4.8)
logD
’e karşı logDpn grafiği çizilecek. Grafiğin eğimi bize (k+1) değerini verecektir.
Grafik4.3. log Dpn e karşı grafiği
Grafiğimizin eğimi 0.6269 çıkmaktadır. k +1=0.6269’ +1=0.6269’dir. k = -0.3731
Herhangi bir noktanın koordinatları için log B' hesaplanır. Seçtiğimiz koordinatları (0,0125, 0,321) denklem 8 de yerine yazarız.
log B'= -0.299733 B'= 0.501
34
B= 1.2955
Elek altı çapı hesaplamak için aşağıdaki formülü uygularız. (4.9)
(4.10)
(4.11)
35
5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER 5.1 Sonuçlar
Yapılan deneyde kullanılan malzemenin özgül yüzey alanı (Aw), tanecik sayısı (Nw) ve hacim yüzey ortalama çapını (Dws) bulmak için verilen ve deney esnasında bulunan veriler ile belirli hesaplamalar
yapılmıştır. Yapılan hesaplamalar elek altı ve
elek üstü değerler ayrı ayrı bulunmuştur. Elek altı değerin hesaplanması sonucunda yüzey alan: 125912 cm 2 ve tanecik sayısı 43026.74788 tanecik olarak verilen formüllerden hesaplanmıştır. Elek üstü hesaplamaları ise iki farklı yöntemle hesaplanmıştı. Bu yöntemler de toplamlı (kümülatif) analiz, ayrımsal (diferansiyel) analize göre daha duyarlı olarak bilinmektedir. Yapılan deneydeki sonuçlar toplamlı analiz için; toplam özgül yüzey alanı: 104.6 cm 2 ve tanecik sayısı 225601.8759 tanecik olarak hesaplanırken, ayrımsal analiz için; özgül yüzey alanı: 49.1535 cm 2 ve tanecik sayısı 27579.199
tanecik
olarak
hesaplanmıştır.
Hesaplamadaki
sonuçlarda
değerlendirildiğinde teorik olarak bilindiği üzere toplamlı analizde, ayrımsal analize göre da hassas sonuçlar elde edilmiştir. 5.2 Öneriler
Yapılan deneyin sonuçlarında bazı aksaklıklar ve kabullenmelerden dolayı sapmalar olduğu düşünülmektedir. Bunlar elek delik boyutunu kendinden bir sonraki küçük elek delik boyutuna oranının √2 olduğu kabullenilmiştir ve sonuçlar bu kabullenme yapılarak hesaplanmıştır, diğer bir hatada malzemeleri tartarken çok hassas sonuçların alınmadığı düşünülmektedir. Sonuç olarak bu gibi hatalar deney sonuçlarımızı etkilemiştir. Yapılan deneylerde sonuçların daha doğru hesaplanması için daha hassas çalışılmalıdır.
36 KAYNAKLAR
Anonim, 2015, Elek Analizi, mf.omu.edu.tr>uploads>sites
Avcı , H., Hitit Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Kimya Mühendisliği, 2012, Boyut Küçültme ve Elek Analizi, Çorum Özbay, E., 2014, Kimya Mühendisliği Laboratuvarı 1, emreozbay.net Megep, 2012, Kırıcı ve Öğütücüler, Ankara, megep.meb.gov.tr>modüller_pdf> kırıcı ve öğütücü Megep, 2012, Elekler, Ankara, megep.meb.gov.tr>modüller_pdf>elekler Pehlivan, G., 2012, Boyut Küçültme ve Elek Analizi,
www.academia.edu
Selçuk Üniversitesi Kimya Mühendisliği Laboratuvarı Boyut Küçültme ve Elek Analizi Deney Föyü İnönü Üniversitesi Maden Mühendisliği Cevher Hazırlama Laboratuvarı Elek Analizi Deney Föyü
37
