|
(21), (22) Заявка: 2006142671/28, 24.11.2006
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
24.11.2006
(43) Дата публикации заявки: 27.05.2008
(46) Опубликовано: 10.01.2009
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске:
SU 1242757 A1, 07.07.1986. RU 2256164 C2, 10.07.2005. SU 518693 A1, 25.06.1976. US 4879897, 14.11.1989.
Адрес для переписки:
199106, Санкт-Петербург, Средний пр., 86, ОАО “РУСАЛ ВАМИ”
|
(72) Автор(ы):
Шмигидин Юрий Исаевич (RU)
(73) Патентообладатель(и):
Открытое акционерное общество “РУСАЛ Всероссийский Алюминиево-магниевый Институт” (RU)
|
(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ СУСПЕНЗИЙ
(57) Реферат:
Изобретение может быть использовано в глиноземном производстве, гидрометаллургических производствах, горнодобывающей промышленности и др. Способ заключается в том, что измеряют вязкость жидкой фазы ж и суспензии c при различных скоростях сдвига Si и соблюдении термостатирования не менее чем на трех суспензиях различного содержания твердого (1- ). Производят графическое построение функциональных зависимостей жi=ft и ci=fSi, (1- ), определение коэффициентов , значения содержания твердого (1- ), а также значений вязкости сi по установленному уравнению. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений. 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к способам определения вязкости и реологических характеристик ньютоновских и неньютоновских жидких сред – суспензий и может быть использовано в глиноземном производстве, гидрометаллургических производствах, горнодобывающей промышленности и др.
Известен способ измерения вязкости жидкой среды по авторскому свидетельству СССР № 371478, заключающийся в последовательном прохождении жидкости через две капиллярные трубки одинакового диаметра, но разной длины, замере перепада давления и расхода жидкости, по которым рассчитывают величину вязкости. Данным способом можно определить лишь вязкость перемещаемой среды без замера скорости сдвига, оказывающей влияние на величину вязкости.
Более совершенным по отношению к рассмотренному выше является способ определения реологических характеристик вязкопластичных сред по авторскому свидетельству СССР № 520537 на 3-канальном капиллярном вискозиметре путем прокачивания исследуемой среды через три разные системы капилляров, оснащенных капиллярными трубками разной длины и диаметра, с измерением перепада давлений по длине капилляра одного диаметра и расхода жидкости.
Этот способ позволяет по трем параллельным замерам рассчитать потери напора на трение в капиллярных трубках разной длины и диаметра и по этим данным определить значения вязкости исследуемой среды и напряжение сдвига.
Недостатки способа: громоздкость устройства, необходимость оснастки вискозиметра дополнительной системой подачи исследуемой среды, неизбежны погрешности в измерениях, связанные с потерей давления на входе в каждый капилляр. В случае проведения исследований на разбавленных водных суспензиях с быстрорасслаивающейся твердой фазой при ламинарном течении возможно отложение осадка на горизонтальных капиллярных трубках, что приведет к дополнительным погрешностям при измерениях.
Известен более простой способ определения вязкости суспензий [А.Н.Плановский, В.Н.Рамм, С.З.Каган. Процессы и аппараты химической технологии. Госхимиздат, М., 1962, с. 294], включающий измерение вязкости жидкой фазы, соответствующей температуре суспензии, и содержания твердого в суспензии, в котором вязкость суспензии определяют по эмпирическому уравнению:
с= ж[1+4,5(1- )],
где ж – коэффициент вязкости жидкой фазы, сП,
– доля жидкой фазы в единице объема суспензии, д.е.,
4,5 – коэффициент приведения.
Основной недостаток способа состоит в том, что в нем не учитывается влияние скорости перемещения суспензии. Для ньютоновских жидких сред по мере увеличения скорости перемещения значение коэффициента с повышается, а на неньютоновских, наоборот, – понижается. Поэтому приведенное уравнение не пригодно для определения коэффициента вязкости суспензий, в которых при их перемещении – перемешивании или перекачивании – проявляется тиксотропность, присущая неньютоновским средам.
Последний из рассмотренных способов, как наиболее близкий по существу к заявляемому, принят за прототип.
Задачей изобретения является учет скорости сдвига суспензии при определении ее вязкости с использованием стандартного вискозиметра, на котором возможен замер скорости сдвига и термостатирование перемешиваемой суспензии, что позволит повысить точность определения вязкости суспензии.
Технический результат достигается тем, что способ определения вязкости суспензии включает измерение вязкости жидкой фазы ж и суспензии с при различных скоростях сдвига Si и соблюдении термостатирования не менее чем на трех суспензиях различного содержания твердого (1- ), графическое построение функциональных зависимостей жi=ft и ci=fSi, (1- ), определение коэффициентов значения содержания твердого (1- ) и значений вязкости ci по уравнению:

где t – температура суспензии, °С,
– коэффициент, учитывающий влияние относительной скорости сдвига и содержания твердого на изменение структуры суспензии и (1- ),
Kt – температурный коэффициент (Kt=1 при t 60°С, Kt=1,07 при t=61-90°С),
KОС – коэффициент приведения (КОС 1, 10).
Исследования реологических характеристик суспензий проводились на ротационном вискозиметре системы Брукфилд (Brookfield 2005 Catalog. Viscometers, Rheometers; Texture Analyzers for Laboratory and Process Applications). На данном приборе вязкость определяется через измерение крутящего момента, который возникает на валу шпинделя, погруженного в исследуемую среду – суспензию. Во время измерений можно менять частоту вращения шпинделя (nшп) посредством переключения тумблера, а также подбирать диаметр шпинделя (dшп). Суспензия помещается в термостатированный стакан несколько большего диаметра (Dст) и при необходимости перемешивается в стакане магнитной мешалкой. Частота вращения шпинделя пересчитывается в скорость сдвига (S) по формуле:

где rшп, Rст – радиусы шпинделя и стакана соответственно.
Для определения коэффициентов, входящих в уравнение определения вязкости, замеры выполняются при изменении параметров суспензии: содержания твердого Т/Ж или (1- ), ж и температуры t, а также S (не менее 3-х замеров на каждом параметре).
На примере суспензий красного шлама с Т/Ж=1,2; 1,0; 0,5 и 0,33 (1- =0,257; 0,224; 0,126 и 0,087 соответственно), и концентрацией раствора по Na2O=2,5 г/л и Al2О3=2 г/л, термостатированных при t=25-60°С и 90°С ( ж=0,7 и 0,4 соответственно) были измерены на ротационном вискозиметре коэффициенты динамической вязкости ci при скоростях сдвига S=0,8-1,61-4 с-1 (режим соответствует перемещению суспензии в сгустителе), S=8,05-16,6-34,7 с-1 (при перемешивании в цепных мешалках) и S=80,8-159 с-1 (при гидротранспорте в трубе).
Результаты измерений ci представлены на фиг.1 в виде функциональной зависимости ci=fT/Ж для приведенных выше значений Si, t и ж:
S=0,8-4 с-1, кривая 1 (t 60°С), кривая 2 (t=90°C),
S=8,05-34,7 с-1, кривая 3 (t 60°С), кривая 4 (t=90°C),
S=80,8-159 с-1, кривая 5 (t 60°С), кривая 6 (t=90°C).
Таблица |
Расчетные значения коэффициентов, входящих в уравнение |
Наименование параметра |
Значение коэффициентов, д.е. |
Т/Ж (1- ) |
1,2 (0,257) |
1,0 (0,224) |
0,5 (0,126) |
0,33 (0,087) |
KS1 |
t, °C |
ж |
S=0,8-4,0 с-1 (при сгущении) |
60 |
0,7 |
4,3 |
4,24 |
4,18 |
4,12 |
90 |
0,4 |
KS2 |
60 |
0,7 |
S=8,05-34,7 с-1 (при перемешивании) |
4,04 |
3,93 |
3,77 |
3,56 |
90 |
0,4 |
KS3 |
60 |
0,7 |
S=80,8-159 с-1 (при гидротранспорте) |
3,96 |
3,71 |
3,23 |
3,01 |
90 |
0,4 |
Кос=14 кругом, Kt=1 при t 60°С, Kt=1,07 при t=61-90°C кругом |
Для нахождения промежуточных значений коэффициентов KS построен по данным таблицы график на фиг.2 зависимости KS=fS для:
1. Т/Ж=1,2 или (1- )=0,257,
2. 1,0 (0,224),
3. 0,5 (0,126),
4. 0,33 (0,087).
Пригодность уравнения с использованием коэффициентов таблицы проверялась на примере нижеприведенного расчета.
Пример. В суспензии красного шлама была измерена на ротационном вискозиметре вязкость С=3000 сП при скорости сдвига S=1,61 с-1, определены содержание твердого Т/Ж=0,33 или (1- )=0,087 и концентрация раствора (жидкой фазы), для которой значение ж=0,7 при температуре 25°С. Подставляя значения коэффициентов из таблицы, соответствующие условиям измерения, определим расчетную величину вязкости данной суспензии по предложенному выше уравнению:
ci=0,7·(1+0,087·144,12·1)=0,7+0,061·144,12;
lg( ci-0,7)=lg0,061+4,12·lg14=-1,215+4,12·1,146=-1,215+4,72=3,505;
ci=0,7+3200=3200,7 сП.
По вискозиметру с=3000 сП. Следовательно, относительная погрешность измерения составит:
max=(3200,7-3000)·100/3000=6,69%.
На более густой суспензии с Т/Ж=1,2 измеренная величина вязкости при прочих равных условиях составила 12000 сП, а расчетное значение – 12284 сП, для которых min=2,37%.
Таким образом, погрешность расчета по уравнению была в пределах 2,4-6,7%, что вполне допустимо при замерах ротационным вискозиметром такого вида суспензий.
Формула изобретения
Способ определения вязкости суспензии, включающий измерение вязкости жидкой фазы ж и суспензии c при различных скоростях сдвига Si и соблюдении термостатирования не менее чем на трех суспензиях различного содержания твердого (1- ), графическое построение функциональных зависимостей жi=ft и ci=fSi, (1- ), определение коэффициентов , значения содержания твердого (1- ) и значений вязкости ci по уравнению
,
где t – температура суспензии;
– коэффициент, учитывающий влияние относительной скорости сдвига и содержания твердого на изменение структуры суспензии и (1- );
Kt – температурный коэффициент (Kt=1 при t 60°C, Kt=1,07 при t=61-90°С),
KОС – коэффициент приведения (KОС 1, 10).
РИСУНКИ
|
|