Mekaaniset yksikköprosessit

Transkriptio

1 1 Mekaaniset yksikköprosessit P Prosessitekniikan perusta 5 op. Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio Dosentti Ari Ämmälä P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

2 2 Mekaaniset prosessit teollisuudessa kaivos- ja mineraaliteollisuus massan ja paperinvalmistus kierrätysteollisuus elintarviketeollisuus lääketeollisuus ympäristötekniikka P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

3 3 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

4 4 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuituja partikkelitekniikan laboratorio

5 5 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

6 6 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

7 7 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) P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio 7

8 8 Suspensiot P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

9 9 Suspension ja dispersion määritelmä Suspensio keskenään huonosti liukenevien aineiden seos, jossa kiintoaine on sekoittunut jatkuvaan faasiin eli väliaineeseen. Dispersio Laskeutuvat ja laskeutumattomat suspensiot keskenään huonosti liukenevien aineiden seos, jossa dispergoitu aine on hienojakoisesti jakautunut jatkuvaan faasiin eli väliaineeseen. Laskeutumattomat suspensiot P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio 9

10 10 Erilaisia dispersioita 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio 10

11 11 Partikkelit P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

12 12 Partikkelit Partikkeli: diskreetti materiaalin palanen Rakeinen materiaali koostuu yksittäisistä partikkeleista (kiintoainerakeista) Merriam-Webster OnLine ( Particle a minute quantity or fragment a relatively small or the smallest discrete portion or amount of something P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio Oja, M. Mak Partikkelitekniikan perusteet

13 13 Partikkelikoko 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

14 14 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio Jauhettu turve

15 15 MEKAANISET PÄÄPROSESSIT PARTIKKELITEKNIIKASSA Rakeinen materiaali, aerodispersiot Lietteet, suspensiot Pastamaiset/ tahnamaiset aineet Kappaletavara murskaus x x jauhatus x x (x) luokitus x x rikastus x x rakeistus (x) x x P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

16 16 Materiaalien hienonnus P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

17 17 Hienonnuksen määritelmä Hienonnus tarkoittaa partikkelikoon pienentämistä ilman, että aineen olotila muuttuu P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

18 18 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

19 19 Hienonnus Eri vaiheiden partikkelikoot Hienonnusvaihe Louhinta räjäyttämällä Karkeamurskaus Hienomurskaus Karkeajauhatus Hienojauhatus Hyvin hieno jauhatus Erittäin hieno jauhatus Partikkelikoko Ääretön alle 1m 1 m 100 mm 100 mm 10 mm 10 mm 1 mm 1 mm 100 m 100 m 10 m 10 m 1 m Pihkala, J Prosessitekniikan yksikköprosessit, 7) P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

20 20 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

21 21 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) P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

22 22 Jauhatus Jauhatus tapahtuu yleensä rumpumaisissa, vaakatasossa pyörivissä myllyissä, mutta myös sekoitukseen ja tärinään perustuvia laitteita voidaan käyttää P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio Metso Minerals. Basics in mineral processing, 3:13

23 23 Seulonta ja luokitus P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

24 24 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) P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio Metso Minerals. Basics in mineral processing, 3:13

25 25 Seulonta syöte, ylite ja alite Ylite on karkea jae (joka ei läpise seulaa) Alite on hieno jae (joka läpäisee seulan) Syöte, F Ylite, T Alite, C P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio Metso Minerals. Basics in mineral processing, 3:13

26 26 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

27 27 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

28 28 Rikastuspiiri ja rikastusmenetelmät P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

29 29 Rikastuspiiri P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

30 30 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

31 31 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) P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

32 32 Vaahdotus - kuvia Metso Minerals. CBT P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

33 33 Ominaispainoerotus Mineraalien ominaispainoeroon perustuvat rikastusmenetelmät ovat periaatteeltaan yksinkertaisia Sink-float Hytkytys Tärypöytärikastus Kierukkarikastus Reichert-kartiot Huuhdontarännit P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

34 34 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! Teollisuusmittaisessa raskas neste-erotuksessa, sink-float-erotuksessa, käytetään väliaineena raskaan nesteen asemasta mineraalivesisuspensiota, jonka tiheys säädetään mineraalilisäyksellä arvo- ja jätemineraalien tiheyksien välille P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio Lukkarinen, T. Mineraalitekniikka II, 186

35 35 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) P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

36 36 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

37 37 Magneettisten erottimien toiminta Magneettisten erottimien perustoimintatavat ovat: Poikkeutus a) Nosto b) Pidätys c) P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

38 38 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

39 Sähköstaattisen rikastimen toiminta - esimerkki P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio Lukkarinen, T. Mineraalitekniikka II, 265

40 40 Rakeistus P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

41 41 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

42 42 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) P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

43 43 Rakeistuksen käyttäjiä Rauta- ja terästeollisuus Sementtiteollisuus Lannoiteteollisuus Lääketeollisuus Elintarviketeollisuus Kemianteollisuus (hienokemikaalit) Kierrätys ja ympäristönsuojelu Energiateollisuus lli/images/5-aspirin.jpg P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

44 44 Rakeistusmenetelmät Rakeistusmenetelmät voidaan jakaa seuraaviin pääryhmiin: Kerrostava rakeistus Rakeistusrumpu Lautasrakeistin Puristava rakeistus valssipuristin suulakepuristin (ekstruuderit) Nestemäisen faasin rakeistus Pisararakeistus P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

45 45 MEKAANISET APUPROSESSIT PARTIKKELITEKNIIKASSA Rakeinen materiaali, aerodispersiot Lietteet, suspensiot Pastamaiset/ tahnamaiset aineet Kappaletavara 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, sähkösaostus, märkäerotus Laskeutus (vapaa/pakotettu), suodatus (vapaa/pakotettu) P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

46 46 Siirto ja kuljetus Pumppaus ja hydraulinen kuljetus P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

47 47 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

48 48 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

49 49 Keskipakopumppu (radiaalinen) P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

50 50 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

51 51 Pyörivät syrjäytyspumput Toimivat ilman venttiileitä Voi siirtää viskooseja nesteitä tasaisesti korkeaan paineeseen Jatkuva, lähes tasainen tuotto Hammasratas- ja kiertomäntäpumput Ruuvipumput Letkupumput P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

52 52 Pyöriviä syrjäytyspumppuja Kiertomäntäpumppu Hammasrataspumppu Letkupumppu Ruuvipumppu P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

53 53 Siirto ja kuljetus Kaasujen siirto ja pneumaattinen kuljetus P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

54 54 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

55 55 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

56 56 Puhaltimet Paine tuotetaan pyörivän juoksupyörän avulla Korkea tuotto, matala paine Radiaalipuhallin Virtaus poistuu tangentiaalisesti Aksiaalipuhallin Pumpun läpi menevä virtaus on akselin suuntaista P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

57 57 Syrjäytysperiaatteella toimivat kompressorit Paine tuotetaan joko roottoreilla tai männillä Matala tuotto, korkea paine Mäntäkompressori P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

58 58 Pyörivät syrjäytyskompressorit Pyörivät syrjäytyskompressorit Siipikompressori Nesterengaspumppu Root-kompressori Ruuvikompressori P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

59 59 Siirto ja kuljetus Mekaaninen kuljetus P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

60 60 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

61 61 Mekaaninen erotus Kiintoaine- tai nestepartikkelien erottaminen nesteestä tai kaasusta P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

62 62 Mekaaniset erotusprosessit dispersioille/suspensioille Sakeutus/selkeytys Laskeutus Pyörrepuhdistus Linkous Suodatus Kaasun pesu ja pölynerotus Laskeutus Syklonointi Märkäpesu Suodatus Elektrostaattinen erotus P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

63 63 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

64 64 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

65 65 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) P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

66 66 Sakeutus/selkeytys P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

67 67 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 flokkulointikemikaalien annostelusta P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

68 68 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) P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

69 69 Linkoaminen/sentrifugointi Sedimentoiva Täysvaippalinko Kiintoaine ajautuu keskipakovoiman ajamana seinälle, josta se poistetaan Ruuvipoistolinko P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

70 70 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

71 71 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

72 72 Suodatusperiaatteet Pintasuodatuksen periaate Syväsuodatuksen periaate P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

73 73 Suodattava linkoaminen Suodatuksen tehostaminen keskipakovoiman avulla Lingon vaippa rei itetty ja sen päällä suodatinkangas Kiintoaine kertyy kakuksi suodinkankaalle nesteen läpäistessä sen Kakku kaavataan pois aikaajoin P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

74 74 Pölynpoisto P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

75 75 Lasketuskammio Erottuminen gravitaatiovoiman vaikutuksesta P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

76 76 Törmäyserotin Erottuminen ja inertian gravitaatiovoiman vaikutuksesta 1 syöte 2 törmäys- tai ohjauslevyt 3 puhdas kaasu 4 pölynpoisto P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

77 77 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

78 78 Märkäerotuslaiteen periaate P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

79 79 Venturipesuri P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

80 80 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

81 81 Sähköerotuksen periaate P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

82 82 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

83 83 Kaasun suodatus P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

84 84 Pussisuotimet 1 kaasun sisääntulo 2 vastavirtailma 3 kaasun ulostulo 4 pussien ravistelulaite 5 pussien kannatinkehikko 6 pölypussit 7 pölynpoistokartio Puhdistus P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

85 85 Sekoitus P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

86 86 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 aineja energiakoostumus P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

87 87 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

88 88 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

89 89 Staattiset sekoittimet Staattiset sekoittimet: Fluidin virtausenergiaa muutetaan sekoitustyöksi paikallaan pysyvillä sisäosilla sekoitusputkissa, suihkusekoittimissa tai sekoitussäiliöissä P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

90 90 Dynaamiset sekoittimet Sekoitus saadaan aikaan pyörivillä elementeillä sekoitussäiliöissä, -kolonneissa tai suoraan putkivirtauksessa P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

91 91 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

92 92 Rakeisen materiaalin sekoitus Pyörivä rumpusekoitin Yksinkertaisin Mekanismi: Materiaali nousee pyörimisliikkeen takia rummun seinämälle, josta se putoaa alas V-sekoitin Y-sekoitin P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

93 93 Leijupetisekoitin Huokoisen levyn tai suuttimien läpi puhallettava ilma fluidisoi rakeisen materiaalin Sekoitus ilman virtauksen vaikutuksesta Fluidisoituminen mahdollistaa sekoituksen tehostamisen mekaanisella sekoittimella P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

94 94 Staattinen sekoitus P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

95 95 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 P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

96 96 Pastamaisten ja tahnamaisten aineiden sekoitus Siipivaivain Ruuvivaivain l. ekstruuderi P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

97 97 Leijutus P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

98 98 Leijutus Kiintoainepartikkelit saatetaan nestettä muistuttavaan tilaan pakottamalla kaasua tai nestettä partikkelikerroksen läpi riittävällä nopeudella P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

99 99 Käyttö Lämmönsiirto Granulointi Metallin päällystys Kiintoaineiden kuivaus Rakeenkasvatus Adsorptio Sekoitusreaktorit Poltto Pneumaattisen kuljetuksen syöttö P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

100 100 Esimerkkejä mekaanisista yksikköprosessista eri teollisuuden alueilla eli kuitu- ja partikkelitekniikkaa P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

101 101 Puun ja hakkeen käsittely massan valmistusta varten P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

102 102 Kemihierteen (CTMP) valmistus P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

103 103 Muovin uusiokäyttö P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio

104 104 Malmin nosto Pyhäsalmi P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio INMET MINING, Pyhäsalmen kaivos, esite

105 105 Rikastamon virtauskaavio Pyhäsalmi P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio INMET MINING, Pyhäsalmen kaivos, esite

106 106 Tehtävä Mitä mekaanisia toimenpiteitä sisältäviä prosessivaiheita/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: pdf tai doc P Prosessi- ja ympäristötekniikan perusta 1 / Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio