Изучение кинетики уплотнения осадка суспензии каолина

Цель работы: изучить закономерности формирования осадков из флокул и уплотнения осадка суспензии каолина полиэлектролитами различной природы.

Реактивы и оборудование.

Реактивы: Полимер из ряда: поли-1,2-ДМ-5-ВПМС, поли-ДМАЭМА*ДМС, поли-ДМАЭМА*БХ, по заданию преподавателя, каолин марки КСД, дистиллированная вода.

Оборудование: технические и аналитические весы (точность 0,0001 г), набор разновесов, узкий градуированный цилиндр на 100 см³ – 6 шт, стеклянная градуированная пипетка на 1 мл – 1 шт, химический стакан на 50 мл – 1 шт, колба мерная на 50 мл – 1 шт, магнитная мешалка с магнитным элементом.

Порядок выполнения работы

В ходе выполнения работы необходимо выполнить следующие операции:

Ø приготовить суспензию каолина;

Ø приготовить раствор полимера;

Ø изучить кинетику уплотнения осадка.

Приготовление исходной суспензии каолина. В качестве модельной дисперсной системы готовят 0,8%-ную суспензию каолина (r_{каолина}= 2200 ^кг/_м^з). Для этого в цилиндр вносят 0,8 г каолина, взвешенного на технических весах, и дистиллированной водой доводят до 100 см³.

Приготовление раствора полимера. Взвешенную на аналитических весах с точностью 0,0001 г. навеску полимера в количестве 0,0250 г вносят в стеклянный стакан, и растворяют в 50 см³ дистиллированной воды в количестве. Получается 0,05%-ный раствор полимера.

Далее в стакан помещают магнитный элемент, для предотвращения испарения воды стакан накрывают полиэтиленовой пленкой с резиновым кольцом. Стакан ставят на магнитную мешалку, перемешивание производят в течение 1,5-2 ч при 200 – 300 ^об/_мин.

Порядок проведения эксперимента. Суспензию в цилиндре объемом 100 см³ перемешивают десятикратным переворачиванием цилиндра для равномерного распределения частиц каолина. После этого вводят необходимое количество раствора полимера и аналогично осторожно перемешивают.

Кинетику уплотнения осадка изучают по изменению границы раздела между осветленной и неосветленной частями суспензии. Для этого через определенные промежутки времени в течение 20-30 мин фиксируют значения объема осадка. Обработку результатов проводят следующим образом. Сначала строят зависимость изменения объема осадка от времени для разных концентраций флокулянта и по графику определяют время, соответствующее выпадению 1/3 общего объема осадка (Q=0,3 Q_мах)

Скорость осаждения для фиксированной степени осаждения определяют по уравнению:

, (4.8)

Константы уплотнения осадка g при каждой концентрации полимера определяют по уравнению:

, (4.9),

где V_ос - объем осадка, см³.

По уравнению (4.9) строят зависимости ln(V_ос-V_ос^max)=f(t) и по тангенсу угла наклона определяют константы уплотнения осадка γ.

Определяют количество воды в осадке из отношения:

, (4.10)

Полученные и обработанные с учетом формул (4.3), (4.5) (4.7-4.10) результаты записывают в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Результаты кинетики уплотнения осадка суспензии каолина в присутствии полиэлектролитов

Задание:написать формулу полимера, рассчитать характеристики суспензии каолина, определить зависимость изменения объема осадка во времени и влияние концентрации флокулянта на характеристики дисперсии.

Отчет должен содержать таблицу с полученными и рассчитанными данными, графики зависимостей V_S=f(t), D=f(С_ф), ρ_S=f(С_ф), вывод о флокулирующем действии полимера, скорости формирования осадка и его плотности.

Лабораторная работа № 7

Изучение гранулометрического состава суспензии методом оптической микроскопии

Цель работы: выявить особенности процессов образования флокул в присутствии полиэлектролитов различной природы; оценить размеры и форму частиц суспензии, а также неоднородность дисперсной системы.

Реактивы и оборудование

Реактивы: Полимер из ряда: поли-1,2-ДМ-5-ВПМС, поли-ДМАЭМА*ДМС, поли-ДМАЭМА*БХ, по заданию преподавателя, каолин марки КСД (или охра “золотистая”), дистилированная вода.

Оборудование: технические и аналитические весы, набор разновесов, узкий градуированный цилиндр на 100 см³ – 6 шт, стеклянная градуированная пипетка на 1 мл – 1 шт, химический стакан на 50 мл – 1 шт, колба мерная на 50 мл – 1 шт, магнитная мешалка с магнитным элементом, микроскоп МБС-10.

Порядок выполнения работы.

В ходе выполнения работы необходимо выполнить следующие операции:

Ø приготовить суспензию каолина (приготовление осуществляется анологично, описанному в работе 6);

Ø приготовить раствор полимера (приготовление осуществляется анологично, описанному в работе 6);

Ø исследовать гранулометрический состав суспензии.

Порядок проведения эксперимента. В цилиндр с суспензией объемом 100 см³ вводят необходимое количество раствора полимера и в течение 2-х мин с умеренной скоростью осторожно перемешивают систему дисковой мешалкой, не допуская попадания воздуха. После перемешивания из середины объема суспензии пипеткой с широким носиком аккуратно берется несколько капель и наносится на предметное стекло. Визуально при помощи микроскопа определяются размеры и форма частиц, подсчитывается их количество по фракциям (параллельно в 5-10 изолированных полях, от 20 до 40 частиц в каждом поле). Для каждой фракции рассчитывается средний радиус частиц:

, (4.11)

где x - цена деления микрометрической сетки микроскопа,

m - целое число делений для данной фракции.

Цена деления микрометрической сетки микроскопа выбирается в зависимости от округленных значений увеличений, нанесенных на рукоятках барабана.

Для каждого опыта (для каждой концентрации) заполняется таблица вида:

После этого по уравнениям (4.12 - 4.15) рассчитываются средние радиусы частиц и коэффициент полидисперсности системы. Способы усреднения могут быть различными, в зависимости от того, какие параметры полидисперсной системы и заменяющей ее монодисперсной системы предполагаются одинаковыми (число частиц, поверхность, масса или объем). Наиболее часто используют следующие виды усреднения:

Ø среднечисленный радиус R_n (одинаковое число частиц)

, (4.12)

Ø среднеповерхностный R_s (одинаковая суммарная поверхность)

, (4.13)

Ø среднемассовый R_m (одинаковая общая масса или объем частиц)

, (4.14)

где n_i - число частиц данной фракции с радиусом R_i;

ån_i - суммарное число частиц в системе.

Отношение:

(4.15)

называется коэффициентом полидисперсности. Чем больше разброс частиц по размерам, тем меньше k_п.

Затем рассчитываются и строятся интегральные и дифференциальные кривые распределения частиц по числу, поверхности и массе.

Для нахождения функций распределения по размерам определяется процентное содержание числа частиц каждой фракции по отношению:

Ø к общему количеству частиц:

, (4.16)

Ø к их общей поверхности:

, (4.17)

Ø к их общему объму (массе):

(4.18)

Зависимости Q_n = f(r), Q_s = f(r), Q_m = f(r) являются интегральными кривыми численного, поверхностного и массового распределения частиц по размерам. Каждая точка интегральной кривой характеризует процентное содержание (поверхность, объем) частиц, обладающих размерами данного и больших радиусов. Дифференциальные кривые численного, поверхностного и массового распределения представляют собой зависимости плотности распределения частиц по размерам: dQ_n / dr = f(r), dQ_s / dr = f(r), dQ_m / dr = f(r). Для получения этих зависимостей графически дифференцируют интегральные кривые распределения.

Степень агрегации частиц α_n определяется по формуле (4.1). Также рассчитываются коэффициент формы флокул y по формуле (4.6).

Полученные данные вносят в таблицу 4.2.

Таблица 4.2

Результаты гранулометрического анализа суспензии

каолина полимерными флокулянтами

Задание:написать формулу полимера, рассчитать гранулометрические характеристики суспензии, определить их зависимость от концентрации флокулянта.

Отчет должен содержать таблицу с полученными и рассчитанными данными, графики зависимостей R_n=f(С_ф), К_п=f(С_ф), а также рассчитанные интегральные и дифференциальные кривые численного распределения, сделать вывод о флокулирующем действии полимера.

Лабораторная работа № 8