DIN 66118-2016 Particle size analysis - Size analysis by air classification - Fundamentals《粒度分析 用空气分级法进行粒度分析 原理》.pdf

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1、Oktober 2016DEUTSCHE NORM Preisgruppe 11DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 19.120!%Z/“2555912www.din.deDIN 66118Partikelgrenanalyse Sichtanalyse GrundlagenPart

2、icle size analysis Size analysis by air classification FundamentalsGranulomtrie Analyse granulomtrique par lutriation PrincipesAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 66118:1984-08www.beuth.deGesamtumfang 18 SeitenDDIN-Normenausschuss Bauwesen (NABau)DIN-Normenauss

3、chuss Materialprfung (NMP)DIN 66118:2016-10 2 Inhalt Seite Vorwort 3 1 Anwendungsbereich . 4 2 Normative Verweisungen . 4 3 Symbole und Abkrzungen 4 4 Allgemeines . 5 5 Sichtprinzipien . 6 5.1 Schwerkraft-Gegenstromsichter 6 5.2 Fliehkraft-Gegenstromsichter 8 5.3 Schwerkraft-Querstromsichter 10 5.4

4、Fliehkraft-Querstromsichter . 10 6 Anforderungen an Analysenwindsichter 11 7 Dispergieren 12 8 Kennzeichnung des Trennergebnisses einer Sichtanalyse 12 9 Bestimmung der Trenngrenze aus dem Feingut-Massenanteil 13 10 Mikroskopische Bestimmung der Trenngrenze. 15 11 Probenvorbereitung . 15 12 Analysen

5、bericht . 16 Literaturhinweise . 17 DIN 66118:2016-10 3 Vorwort Diese Norm wurde vom Arbeitsausschuss NA 005-11-42 AA Partikelmesstechnik, SpA zu ISO/TC 24/SC 4“ im DIN-Normenausschuss Bauwesen (NABau) erarbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentre

6、chte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 66118:1984-08 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Normative Verweisungen aktualisiert; b) Norm redaktionell berarbeitet. Frhere Au

7、sgaben DIN 66118: 1984-08, 1977-08 DIN 66118:2016-10 4 1 Anwendungsbereich Diese Norm behandelt die Grundlagen der Messung von Verteilungskurven im Partikelgrenbereich von etwa 1 m bis 100 m1)durch die Verfahren der Sichtanalyse. Analysenwindsichter knnen auerdem fr die Herstellung von Partikelklass

8、en verwendet werden. Diese Norm gilt nicht fr Trennverfahren der Aerosolmesstechnik, sie kann jedoch zum Teil darauf angewandt werden. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlic

9、h. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 66160, Messen disperser Systeme; Begriffe DIN ISO 9276-4, Darstellung der Ergebnisse von Partikelgrenanal

10、ysen Teil 4: Charakterisierung eines Trennprozesses VDI 2058 Blatt 2, Beurteilung von Lrm hinsichtlich Gehrgefhrdung2)3 Symbole und Abkrzungen Es gelten die Begriffe nach DIN 66160 und DIN ISO 9276-4. Tabelle 1 Symbole Symbol Bedeutung SI-Einheit aa Beschleunigung m s-2A Rohrquerschnitt m2D Durchgan

11、g 1 DsDurchmesser des Sichtrohres m f Feingut-Massenanteil 1 g Grobgut-Massenanteil 1 Massenanteil eines beliebigen Austragsgutes 1 H axiale Hhe des Sichtraumes beim Fliehkraft-Gegenstromsichter m m Masse kg q Verteilungsdichte 1 Q Verteilungssumme 1 r Radius des Sichtraumes m R Rckstand 1 Re Reynol

12、dszahl = g 1 v Strmungsgeschwindigkeit der Luft m/s vpPartikelgeschwindigkeit m/s vprPartikelgeschwindigkeit in radialer Richtung m/s 1)Der angegebene Partikelgrenbereich bezieht sich auf eine Feststoffdichte von 2,5 g/cm3. 2) Zu beziehen bei: Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin. DIN 66118:2016-10 5 Sym

13、bol Bedeutung SI-Einheit avpPartikelgeschwindigkeit in Umfangsrichtung m/s vrStrmungsgeschwindigkeit des Gases in radialer Richtung m/s vStrmungsgeschwindigkeit des Gases in Umfangsrichtung m/s Luftvolumenstrom m3/s waSinkgeschwindigkeit unter Fliehkrafteinfluss m/s watSinkgeschwindigkeit des Trennk

14、orns unter Fliehkrafteinfluss m/s wgSinkgeschwindigkeit im Schwerefeld m/s wgtSinkgeschwindigkeit des Trennkorns im Schwerefeld m/s x Sinkgeschwindigkeits- quivalentdurchmesser m xAAnalytische Trenngrenze m xMberschneidungs-Trenngrenze m xtTrenngrenze allgemein, Sinkgeschwindigkeits-quivalent-durchm

15、esser des Trennkorns m xTPrparalive Trenngrenze m gGasdichte kg/m3sFeststoffdichte kg/m3 Dynamische Viskositt mPas Trennschrfema 1 aDie 1 steht fr das Verhltnis zweier gleicher SI-Einheiten oder fr das logarithmierte Verhltnis zweier in der gleichen SI-Einheit angegebener Gren. Tabelle 2 Abkrzungen

16、Index aBedeutung A Aufgabegut F Feingut G Grobgut aIn Verbindung mit Masse, Verteilungsdichte und -summe 4 Allgemeines Bei der Sichtanalyse wird die Feinheit eines Einzelpartikels durch seine Sinkgeschwindigkeit in einem Gas, meist Luft, gekennzeichnet. Die Sinkgeschwindigkeit ist deshalb das gemein

17、same Feinheitsmerkmal aller Verfahren der Sichtanalyse. Analysenwindsichter (im Folgenden kurz Sichter genannt) trennen ein disperses Aufgabegut in wenigstens zwei Sinkgeschwindigkeitsklassen, von denen eine bevorzugt Partikel unterhalb, die andere bevorzugt Partikel oberhalb einer bestimmten Sinkge

18、schwindigkeit enthlt. Diese Trennung wird dadurch hervorgerufen, dass an den in die Trennzone eines Sichters eingebrachten Partikel Krfte angreifen, die in unterschiedlichem Mae von der Partikelgre abhngen und die die Partikel auf sinkgeschwindigkeits- bzw. grenabhngigen Bahnen in der Trennzone bewe

19、gen. DIN 66118:2016-10 6 Die voneinander getrennten Partikelklassen werden im Allgemeinen an unterschiedliche Stellen aus der Trennzone ausgetragen, zum Teil quantitativ aufgefangen und ihre Massenanteile ermittelt. Die Bewegungsbahnen der Partikel werden im Wesentlichen von drei Arten von Krften be

20、stimmt 4: a) vom Strmungsmittel auf die Partikeloberflche wirkende Krfte: Widerstandskrfte oder statische Auftriebskrfte; ANMERKUNG Statische Auftriebskrfte werden durch Druckgradienten im Strmungsmittel hervorgerufen, die von Kraftfeldern oder einer beschleunigten Bewegung des Strmungsfeldes herrhr

21、en. Bei Trennungen in der Luft, d. h. in Sichtern, wird der statische Auftrieb im Allgemeinen vernachlssigt. b) Feldkrfte, wie beispielsweise die Schwerkraft; c) Trgheitskrfte bei beschleunigter Partikelbewegung, und zwar sowohl in Bahnrichtung als auch senkrecht dazu. Bahnkurven einzelner Partikel

22、lassen sich fr ein bekanntes Strmungsfeld aus dem Gleichgewicht der an den Partikeln angreifenden Krfte errechnen 5 bis 9. Fr die angestrebte Trennung in Partikelklassen werden im Wesentlichen die Prinzipien der Gegenstrom- und Querstrommischung benutzt, die man einzeln oder in Kombination unter Wir

23、kung von Schwer- oder Fliehkraft anwendet. Die Begriffe Gegenstrom und Querstrom leiten sich von der Bewegung des Grobgutes ab, das sich in der Trennzone eines Sichters im Wesentlichen entgegen oder quer zur Hauptstrmungsrichtung bewegt. Jeder Sichter besteht aus einer oder mehreren Trennzonen, in d

24、enen eines der in 5.1 bis 5.4 beschriebenen Sichtprinzipien allein oder gemeinsam mit anderen die Trennung bewirkt. Auerdem sind Einrichtungen zum Transport und zur Desagglomeration des Aufgabegutes sowie zur Erzeugung und Einstellung der Strmung erforderlich. 5 Sichtprinzipien 5.1 Schwerkraft-Gegen

25、stromsichter Der Trenngrenzenbereich liegt etwa zwischen 5 m und 40 m. Beide Zahlenwerte knnen schwanken, sie hngen von der verwendeten konstruktiven Ausbildung der Trennzone ab. Im Allgemeinen ist die untere Grenze durch die Strmungsgeschwindigkeit, die das Aufgabegut noch im Luftstrom dispergiert,

26、 und die obere Grenze durch Einhaltung der auf die Trenngrenze bezogenen Reynolds-Zahl Re 0,25 gegeben. Die Trennzone eines Schwerkraft-Gegenstromsichters besteht aus einem zylindrischen, lotrechten Rohr, das von einem zeitlich konstanten Luftstrom von unten nach oben durchstrmt wird (siehe Bild 1)

27、10 bis 13, 21, 22. In die Strmung eingebrachte Feststoffpartikel mit Sinkgeschwindigkeiten wg, die kleiner sind als die rtliche Strmungsgeschwindigkeit der Luft v, folgen der Strmung und verlassen die Trennzone mit der Geschwindigkeit vp= v - wg. Partikel mit wg= v (Trenngrenze) schweben in der Tren

28、nzone, whrend Partikel mit wg v aus der Trennzone mit vp= wg- v der Strmung entgegen nach unten aussedimentieren (siehe Bild 2). DIN 66118:2016-10 7 Legende 1 Luft Bild 1 Trennzone eines Schwerkraft-Gegenstromsichters Die rtliche Strmungsgeschwindigkeit der Luft v bestimmt die Trennung. Der der Tren

29、ngrenze zugeordnete Sinkgeschwindigkeits-quivalentdurchmesser xtlsst sich nach Gleichung (1) errechnen. t2=18 s (1) Voraussetzung: Re 0,25. Da ssehr viel grer als gist, wurde die Gasdichte gin Gleichung (1) vernachlssigt. Die rtliche Strmungsgeschwindigkeit der Luft v wird meist durch die ber den Ro

30、hrquerschnitt A gemittelte, aus dem Luftvolumenstrom errechnete Strmungsgeschwindigkeit v = /A ersetzt. Der fr die Einstellung des Sichters aus einer vorgegebenen Trenngrenze erforderliche Luftvolumenstrom errechnet sich demnach aus: =s 18 t2(2) Um eine hohe Trennschrfe und eine kurze Sichtdauer zu

31、erreichen, sollten alle der Trennzone zugefhrten Partikel derselben Trennbedingung unterworfen werden 10. Dies ist beispielsweise sichergestellt, wenn in der Trennzone eine Gleichverteilung der Strmungsgeschwindigkeit vorliegt 11. DIN 66118:2016-10 8 Fr den Bereich Re 0,25 stattfindet. DIN 66118:201

32、6-10 10 Gleichung (6) gibt jedoch die prinzipiellen Mglichkeiten zur nderung der Trenngrenze eines Spiralwindsichters an. Danach ist bei vorgegebener Geometrie des Sichters eine nderung der Trenngrenze durch ndern von vpbzw. , das heit von vrmglich. 5.3 Schwerkraft-Querstromsichter Der Trenngrenzenb

33、ereich reicht von etwa 10 m bis zu einigen mm. Bei nahezu allen Schwerkraft-Querstromsichtern 4, 15 wird das Aufgabegut senkrecht zur Strmungsrichtung in die Trennzone aufgegeben. Eine mgliche Anordnung zeigt Bild 4. Bei punkt- bzw. linienfrmiger Gutaufgabe in die Trennzone bewegen sich die Partikel

34、 auf sinkgeschwindigkeitsabhngigen Bahnen und werden in der Trennzone aufgefchert. Sie knnen deshalb an der der Aufgabestelle gegenberliegenden Wand der Trennzone nach Sinkgeschwindigkeitsklassen geordnet aufgefangen und abgeschieden werden. Im Gegensatz zum Prinzip der Gegenstromsichtung kann das A

35、ufgabegut bei einem Trennvorgang in mehr als zwei Fraktionen getrennt werden. Die Modelltheorie eines Schwerkraft-Querstromsichters lsst sich bei bestimmten Modellstrmungen fr kugelfrmige Einzelpartikel in Form von Partikelbahnen aus dem Gleichgewicht der an den Partikeln angreifenden Krfte angeben.

36、 Die Vektor-Differentialgleichung der Partikelbewegung 5, 8 lsst sich fr vorgegebene Randbedingungen, die das Sichtprinzip kennzeichnen, im Allgemeinen numerisch lsen. Lediglich fr Re 0,25 sind analytische Lsungen in einem Strmungsfeld konstanter Geschwindigkeit mglich 16. Legende 1 Luft 2 Aufgabegu

37、t 3 Bahnkurven Bild 4 Trennzone eines Schwerkraft-Querstromsichters 5.4 Fliehkraft-Querstromsichter Der Trenngrenzenbereich liegt etwa zwischen 2 m und 30 m. Das Prinzip ist in Bild 5 dargestellt. Der Sichter besteht aus einem kreiszylindrischen, lotrechten Rohr, das um seine Achse rotiert. Die Luft

38、 durchstrmt das Rohr von oben nach unten. Beim Eintritt in die Trennzone wird der Strmung eine Rotationskomponente aufgeprgt, die infolge Wandhaftung ber die Rohrlnge beibehalten wird. Die verwendete Strmungsform ist die einer Wirbelkernstrmung mit berlagerter Axialstrmung. Das Aufgabegut wird in de

39、r Nhe der Rohrachse am oberen Ende der Trennzone aufgegeben und dispergiert. Die Feststoffpartikel werden lngs der Rohrachse in Klassen abnehmender Sinkgeschwindigkeit aufgefchert und auf der Innenwand des Trennrohres aufgefangen und abgeschieden. Auch bei diesem Sichtprinzip wird das Aufgabegut bei

40、 einem Trennvorgang in mehr als zwei Fraktionen getrennt. Die Bewegung kugelfrmiger Einzelpartikel in einer Modellstrmung lsst sich aus dem Gleichgewicht der an ihnen angreifenden Krfte berechnen 9. DIN 66118:2016-10 11 Legende 1 Luft 2 Aufgabegut Bild 5 Trennzone eines Fliehkraft-Querstromsichters

41、6 Anforderungen an Analysenwindsichter Die Brauchbarkeit von Analysenwindsichtern lsst sich anhand folgender Kriterien beurteilen: a) Die tatschliche Trenngrenze der Trennung sollte entweder vorausberechenbar sein oder aus einer Eichung ermittelt werden knnen. Die Trennung sollte auerdem eine mglich

42、st hohe Trennschrfe aufweisen. Zur Kennzeichnung eines Sichters sollten dessen Trenngrenzen und Trennschrfen im gesamten Einstellbereich fr ein charakteristisches Material (z. B. Kalkstein) angegeben sein. Dabei ist zu beachten, dass die jeweiligen Trenngrenzen und Trennschrfen auer von den Einstell

43、- und Betriebsbedingungen z. B. auch von der Lage und der Breite der zu analysierenden Partikelgrenverteilung abhngig sind 20. b) Die Analysenzeit fr eine Trennung sollte mglichst kurz sein. c) Die in der Trennzone eingestellten Betriebsbedingungen sollten sich im Verlauf einer Sichtung nicht ndern.

44、 d) Wenigstens eine Fraktion ist quantitativ wiederzugewinnen. Das Feingut ist mglichst vollstndig aus dem Luftstrom abzuscheiden. e) Bei Einrichtungen und Betrieb des Sichters sind die jeweils gltigen behrdlichen Bestimmungen hinsichtlich des Immissionsschutzes und die Arbeitsschutzvorschriften zu

45、beachten. f) Handhabung und Bedienung sollen mglichst einfach sein. g) Die Lrmentwicklung sollte den einschlgigen Bestimmungen entsprechen3)und einen Schalldruckpegel von 70dB(A) am Arbeitsplatz mglichst nicht berschreiten. 3)Siehe VDI-Richtlinie VDI 2058 Blatt 2. DIN 66118:2016-10 12 7 Dispergieren

46、 Um das Aufgabegut in der Trennzone in Sinkgeschwindigkeitsklassen aufteilen zu knnen, sind der Trennzone des Sichters keine Agglomerate sondern Einzelpartikel unter mglichst definierten Bedingungen zuzufhren. Auch sind sich etwa in der Trennzone neu bildende Agglomerate und Wandanstze laufend zu ze

47、rstren. Das Aufgabegut ist deshalb vor und in der Trennzone in der Strmung zu dispergieren. Das Dispergieren des Aufgabegutes in Einzelpartikel wird umso schwieriger, je grer die Haftkrfte zwischen den Partikeln, d. h. je kleiner die Partikel sind. Die Dispergierung ist diesem Partikelverhalten anzu

48、passen. Dazu kann eine Reihe von verfahrenstechnischen Manahmen benutzt werden, meist werden mehrere kombiniert angewendet: a) Dispergierung durch hohe Relativgeschwindigkeit zwischen Gas und Feststoff und eine starke Turbulenz in einer vorgeschalteten Dispergierzone. b) Mechanische Dispergierhilfen, z. B. bei absatzweise arbeitenden Sichtern durch Zugabe einer kleinen Menge grober Partikel, durch Sto und Reibung der Partikel an Wnden oder zwischen den Partikeln. c) Zugabe oberflchenaktiver Dispergiermittel in Gas- oder Dampfform, als Flssigkeit oder al