Przejdź do treści

Banery wysuwane

fragment czarno-białego obrazu fraktali
Fractal and classical approach to sedimentation process

Kategoria produktu
Nauki techniczne
Nauki techniczne » Inżynieria mechaniczna i robotyka
Specjalne kategorie
Archiwum
ISBN
978-83-66727-61-8
e-ISBN
978-83-66727-62-5
Typ publikacji
monografia
Format
B5
Oprawa
miękka
Liczba stron
114
Rok wydania
2022
Opis

Publikacja przedstawia zagadnienie procesu sedymentacyjnej separacji faz zawiesin niegranulowanych. Jest to problem z punktu widzenia naukowego i praktycznego aktualny i powszechny, ponieważ przetwarzanie takich zawiesin jest bardzo często wykorzystywane w różnych procesach przemysłowych (m.in. w zagęszczaniu osadów ściekowych lub oczyszczaniu ścieków przemysłowych, w inżynierii sanitarnej – np. w oczyszczaniu ścieków i uzdatnianiu wody pitnej, w procesach inżynierii chemicznej w ochronie środowiska oraz w przeróbce surowców mineralnych). W procesach tych zawiesiny zazwyczaj nie charakteryzują się budową zwartą (ziarnistą), co oznacza, że trzeba je kwalifikować jako zawiesiny nieziarniste. Do opisu procesu ich sedymentacji nie są wystarczające modele stosowane w przypadku zawiesin ziarnistych, ponieważ wyniki otrzymane z ich wykorzystaniem są obarczone sporymi błędami, i dlatego konieczne było opracowanie innego sposobu modelowania. Dzięki zastosowaniu geometrii fraktalnej można uwzględnić specyficzne właściwości cząstek stałych, takie jak kształt, porowatość i przepuszczalność aglomeratów nieziarnistych, a także dokładniej opisać złożony proces opadania cząstki o skomplikowanej strukturze w płynie z uwzględnieniem rzeczywistych oporów opadania. Klasyczne modele nie zakładają przepływu cieczy przez cząstkę (tylko opływ), natomiast geometria fraktalna taki przepływ uwzględnia. 
Metody analizy fraktalnej i multifraktalnej, strukturę i właściwości zawiesin niegranularnych oraz opis procesu sedymentacji cząstek zawieszonych zaprezentowano na podstawie badań laboratoryjnych dla wybranej zawiesiny niegranulowanej –  zawiesiny bentonitowej.  
Przedstawione wyniki badań dowodzą, że wykorzystanie geometrii fraktalnej w modelowaniu efektywności sedymentacji zawiesin nieziarnistych (do obliczania prędkości opadania cząstek) daje lepszą zgodność wyników eksperymentów niż zastosowanie modelu klasycznego. 
Wyniki z przeprowadzonych badań pozwoliły również na sformułowanie wytycznych do projektowania urządzeń sedymentacyjnych (np. odstojników czy instalacji do uzdatniania wody) z uwzględnieniem wymiaru fraktalnego.
Praca adresowana jest do studentów na studiach drugiego stopnia technicznych szkół wyższych, a także do inżynierów projektantów (zwłaszcza biur konstrukcyjnych) zajmujących się sedymentacją zawiesin, osadnikami oraz oczyszczaniem i uzdatnianiem wody, a także przeróbką surowców mineralnych.

Publikacja w języku angielskim.
 

Spis treści

Abstract 5
List of most used terms, abbreviations and symbols 7

1. Introduction 11

2. Fractal and multifractal analysis 14
2.1. Basics of fractal description 14
2.1.1. Box-counting dimension 16
2.1.2. Information dimension 17
2.1.3. Correlation dimension 18
2.2. Basics of multifractal analysis 18
2.2.1. Box-counting method .21
2.2.2. Cumulative mass method 23
2.2.3. MDFA method 24
2.2.4. WTMM method 26
2.3. Summary 27

3. Non-grainy suspensions .28
3.1. Origination of particles in non-grainy suspensions 28
3.2. Structure of colloidal particles 30
3.3. DLVO theory 32
3.4. Aggregation of colloidal particles 33
3.5. Structure of non-grainy particles 36
3.6. Dependences between characteristic radii in aggregates 38
3.7. Porosity of fractal aggregates 40
3.8. Permeability of non-grainy particles 42
3.9. Summary 47

4. Sedimentation process of particles 49
4.1. Process of sedimentation 49
4.2. Free falling 50
4.3. Constrained sedimentation 54
4.4. Sedimentation process of non-grainy particles – classical approach 55
4.5. Sedimentation process of non-grained particles – fractal approach 58
4.6. Summary 62

5. Quality of products of sedimentation process 64
5.1. Concentration of suspension – quality parameter 64
5.2. Turbidity – indicator of suspension quality 65
5.3. Efficiency of sedimentation as indicator of quality of operation of sedimentation devices 74
5.4. Summary 75

6. Laboratory tests of sedimentation process of non-grainy suspensions 76
6.1. Characteristics of tested material 77
6.1.1. Mineralogical identification of bentonite samples 78
6.1.2. SEM imaging of bentonite samples 78
6.1.3. Chemical composition 79
6.1.4. Phase composition 79
6.1.5. Zeta potential of bentonite samples 82
6.2. Granulometric composition 83
6.2.1. Particle size distribution – sedimentation balance 83
6.2.2. Particle size distribution – measurement by laser diffraction 86
6.2.3. Results of measurements of particle size distribution of bentonite suspensions 87
6.3. Determination of bentonite density 89
6.4. Structure of particles in suspension-fractal dimensions 89
6.4.1. Determination of fractal dimensions of particles in suspension – LALLS method 89
6.4.2. Fractal dimensions of bentonites 92
6.5. Studies of sedimentation process of non-grainy suspensions 94
6.5.1. Laboratory stand – model of sedimentation tank equipped with multiflux lamella packet 95
6.5.2. Sedimentation rate – sedimentation test 97
6.6. Summary 99

7. Model of sedimentation process of bentonite suspension 100

8. Guidelines for design process of sedimentation devices 104

9. Summary and conclusions 106

References 107
 

Cena
0,00 zł