СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДВИЖНОСТИ ПОРОШКООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2000 года по МПК G01N11/06 

Техническое решение относится к технике испытаний физико-механических свойств различных порошкообразных материалов, в том числе склонных к агломерации, адгезии и чувствительных к трению, и может быть использовано в химической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Известен способ (1) определения подвижности сыпучих материалов по времени истечения последних из мерного сосуда сквозь калиброванное отверстие различного поперечного сечения. Недостатком такого способа является низкая точность измерений вследствие сводообразования материала и влияния стенок сосуда на скорость истечения материала.

Известен способ (2) измерения подвижности сыпучих материалов путем предварительного уплотнения анализируемой среды в мерном сосуде с калиброванным отверстием и измерения времени истечения материала через калиброванные отверстия при вертикальной вибрации последнего с частотой не менее 50 Гц и ускорением не менее 2,5 g. Недостатками такого способа являются опасность применения его для исследования веществ, чувствительных к трению, недостаточная точность измерения из-за влияния массы высоты слоя материала в сосуде в процессе измерений, значительная энергоемкость установки из-за приложения вибрации к мерному сосуду с материалом, а не к сыпучему материалу, наличие движущихся механических устройств.

Предлагаемое техническое решение повышает безопасность и точность измерений.

Это достигается тем, что определение подвижности порошкообразных материалов производят при вертикальной вибрации испытуемого материала, осуществляемой пульсирующей подачей газа, при этом частота пульсаций газового потока составляет 3-6 Гц, скважность потока 0,4-0,6, скорость газа в поперечном сечении мерного сосуда в 1,1-2,5 раза выше скорости начала псевдоожижения порошкообразного материала.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом и другими техническими решениями в данной области техники не выявил в них идентичные существенные признаки, таким образом предлагаемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Применение пульсирующей подачи газа способствует разрушению агломератов в слое, исключает сводообразование сыпучего материала над калиброванным отверстием, позволяет создать требуемую газовую среду в зоне истечения материала. Кроме того, исключается влияние массы высоты слоя материала, находящегося в мерном сосуде, и воздействие внутренней поверхности стенок корпуса на величину скорости истечения.

Использование газового потока с частотой менее 3 Гц приводит к появлению застойных зон и крупных газовых пузырей в слое, что вносит погрешность в определение скорости истечения материала. Увеличение частоты выше 6 Гц способствует переходу импульсного псевдоожижения в обычный режим псевдоожижения, что исключает вибрацию в слое, предварительное уплотнение материала и равномерное псевдоожижение материала. Отношение времени подачи газа в слой материала к периоду подачи импульсов называется скважностью. Скважность потока газа должна составлять от 0,4 до 0,6, т.е. время подачи импульса составляет приблизительно половину периода. Скорость подаваемого газа в 1,1-2,5 раза выше скорости начала псевдоожижения материала, таким образом, за весь период подачи газа скорость газа в слое материала примерно в два раза меньше. В результате относительно высокой частоты пульсаций газового потока интервалы между импульсами составляют десятые доли секунды, влияние псевдоожижения порошкообразного материала на скорость истечения незначительное, и в интервале от 3 до 6 Гц погрешность оценки скорости истечения минимальна и не превышает 5%. Подача газового потока с определенной скоростью позволяет учесть влияние свойств материала (дисперсный состав, плотность) и газа (плотность, вязкость) и перемешать материалы в слое, что особенно важно для полидисперсных веществ. При скорости газа в поперечном сечении сосуда менее 1,1 W, где W - скорость начала псевдоожижения материала, наблюдаются застойные зоны в слое. Увеличение скорости газового потока более 2,5 W приводит к уменьшению скорости истечения из калиброванного отверстия, вследствие воздействия газового потока на поступающий в калиброванное отверстие сыпучий материал.

Способ определения подвижности порошкообразных материалов состоит в следующем. На чертеже показан вариант устройства для осуществления способа. Испытуемый материал засыпают в мерный сосуд 1, выполненный в виде цилиндра, в нижней части которого установлена газораспределительная решетка 2 с калиброванным отверстием 3 и газоподводящая камера 4 с патрубком 5. Калиброванное отверстие закрывается сверху пробкой 6 со штоком 7, укрепленным на крышке 8 сосуда. В крышке 8 расположен патрубок 9 для отвода отработанного газа.

Измерение осуществляется следующим образом. В сосуд 1 на решетку 2 загружается навеска исследуемого сыпучего материала и через патрубок 5 подается ожижающий газ с частотой 3-6 Гц, скважностью 0,4-0,6 и скоростью в 1,1- 2,5 раза выше скорости начала псевдоожижения сыпучего материала. По достижении необходимого уплотнения, о величине которого судят по изменению объема материала, открывают калиброванное отверстие 3 и измеряют время истечения порошкообразного сыпучего материала сквозь калиброванное отверстие, что позволяет оценить подвижность материала.

Пример 1. В сосуд загружают 300 г сыпучего материала, например хлористого калия, средний размер частиц которого составляет 250 мк. Через газораспределительную решетку подают ожижающий агент, например воздух, при температуре 20^oC с частотой 6 Гц и скважностью 0,4. Скорость V ожижающего агента, отнесенная к поперечному сечению сосуда, составляет 0,15 м/с. Скорость истечения материала 0,0089 кг/с. В качестве ожижающего агента может использоваться инертный газ (азот, углекислый газ).

Примеры 2-4 проводят аналогично примеру 1, но при других значениях указанных параметров частоты, скважности, скорости воздуха. Значения параметров и характеристика способа представлены в таблице.

Использование предлагаемого способа определения подвижности порошкообразных материалов обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: повышение точности измерений за счет разрушения агломератов материала, исключения сводообразования, создания газовой среды, соответствующей реальному аппарату, бункеру, дозатору, отсутствия влияния поверхности стенок сосуда и высоты слоя (массы) материала в мерном сосуде; повышение безопасности измерений взрывчатых и пожароопасных веществ за счет отсутствия трения материала о стенки сосуда и малой величины напряженности электростатического поля; снижение затрат электроэнергии, т.к. вибрация прикладывается непосредственно к сыпучему материалу, а не к мерному сосуду.

Источники информации:
1. Патент США N 3665768, кл. 73-432, 1972.

2. Авт. свид. СССР N 665250, G 01 N 11/00, 1979 - прототип.

Способ относится к технике испытаний физико-механических свойств различных сыпучих материалов и может быть использован в химической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности. В предлагаемом способе определения подвижности порошкообразных материалов вертикальную вибрацию испытуемого материала осуществляют пульсирующей подачей газа, при этом частота пульсаций газового потока составляет 3-6 Гц, скважность потока 0,4-0,6. Скорость газа в поперечном сечении мерного сосуда в 1,1-2,5 раза выше скорости начала псевдоожижения порошкообразного материала. Обеспечено повышение безопасности и точности измерений. 1 табл., 1 ил.

Способ определения подвижности порошкообразных материалов путем измерения времени истечения анализируемой среды из мерного сосуда через калиброванное отверстие при вертикальной вибрации испытуемого материала, отличающийся тем, что вибрацию осуществляют пульсирующей подачей газа, при этом частота пульсаций газового потока составляет 3 - 6 Гц, скважность потока 0,4 - 0,6, скорость газа в поперечном сечении мерного сосуда в 1,1 - 2,5 раза выше скорости начала псевдоожижения порошкообразного материала.