СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ СУСПЕНЗИЙ Российский патент 2009 года по МПК G01N11/14 

Описание патента на изобретение RU2343452C2

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:

μсж[1+4,5(1-ε)],

где μж - коэффициент вязкости жидкой фазы, сП,

ε - 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 μс 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 μж и суспензии μс при различных скоростях сдвига Si и соблюдении термостатирования не менее чем на трех суспензиях различного содержания твердого (1-ε), графическое построение функциональных зависимостей μжi=ft и μci=fSi, (1-ε), определение коэффициентов значения содержания твердого (1-ε) и значений вязкости μci по уравнению:

где t - температура суспензии, °С,

- коэффициент, учитывающий влияние относительной скорости сдвига и содержания твердого на изменение структуры суспензии и (1-ε),

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-ε), μж 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-ε=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 (μж=0,7 и 0,4 соответственно) были измерены на ротационном вискозиметре коэффициенты динамической вязкости μci 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 μci представлены на фиг.1 в виде функциональной зависимости μci=fT/Ж для приведенных выше значений Si, t и μж:

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).

ТаблицаРасчетные значения коэффициентов, входящих в уравнениеНаименование параметраЗначение коэффициентов, д.е.Т/Ж (1-ε)1,2 (0,257)1,0 (0,224)0,5 (0,126)0,33 (0,087)KS1t, °CμжS=0,8-4,0 с-1 (при сгущении)600,74,34,244,184,12900,4KS2600,7S=8,05-34,7 с-1 (при перемешивании)4,043,933,773,56900,4KS3600,7S=80,8-159 с-1 (при гидротранспорте)3,963,713,233,01900,4Кос=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-ε)=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 μС=3000 сП при скорости сдвига S=1,61 с-1, определены содержание твердого Т/Ж=0,33 или (1-ε)=0,087 и концентрация раствора (жидкой фазы), для которой значение μж=0,7 при температуре 25°С. Подставляя значения коэффициентов из таблицы, соответствующие условиям измерения, определим расчетную величину вязкости данной суспензии по предложенному выше уравнению:

μci=0,7·(1+0,087·144,12·1)=0,7+0,061·144,12;

lg(μci-0,7)=lg0,061+4,12·lg14=-1,215+4,12·1,146=-1,215+4,72=3,505;

μci=0,7+3200=3200,7 сП.

По вискозиметру μс=3000 сП. Следовательно, относительная погрешность измерения составит:

Δmax=(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 Δmin=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.

Похожие патенты RU2343452C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЩЕЛОЧНО-АЛЮМИНАТНЫХ РАСТВОРОВ 2006
  • Шмигидин Юрий Исаевич
RU2337346C2
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ, ЗАКАЧИВАЕМЫХ В НЕФТЯНЫЕ И ГАЗОВЫЕ ПЛАСТЫ 2014
  • Демьяновский Владимир Борисович
  • Каушанский Давид Аронович
RU2572074C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ КРОВИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАПИЛЛЯРНЫХ ТРУБОК 2012
  • Маков Юрий Николаевич
  • Гурбатов Сергей Николаевич
  • Руденко Олег Владимирович
RU2517784C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ 1994
  • Коекин В.К.
RU2069345C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕНЬЮТОНОВСКОЙ ВЯЗКОСТИ 2010
  • Юсупов Ильгис Вагизович
  • Енейкина Татьяна Александровна
  • Шарафутдинов Валерий Фахруллович
  • Михайлов Юрий Михайлович
  • Гатина Роза Фатыховна
  • Хацринов Алексей Ильич
  • Арутюнян Андрей Саркисович
RU2428675C1
Способ определения концентрации жизнеспособных клеток микробной биомассы 1981
  • Тутова Эвелина Григорьевна
  • Ивашкевич Эммилия Всеволодовна
  • Тимонькин Юрий Николаевич
  • Сабрекова Римма Сергеевна
  • Вишникина Марья Прокофьевна
  • Григорьянц Олег Евгеньевич
  • Фруман Татьяна Эльевна
SU1004469A1
Чувствительный элемент капиллярного вискозиметра 1981
  • Пистун Евгений Павлович
  • Кулик Михаил Павлович
SU1013825A1
СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО СТРУКТУРОПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЖИДКИХ СРЕД 2005
RU2289125C1
ЭЛЕКТРОРЕОЛОГИЧЕСКАЯ ЖИДКОСТЬ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ 1989
  • Воробьев Д.Н.
  • Макатун В.Н.
  • Гулякевич Л.В.
RU2077546C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПАРАФИНОВ В НЕФТИ 2012
  • Михалев Андрей Юрьевич
  • Михалев Юрий Павлович
  • Агиней Руслан Викторович
  • Волков Андрей Николаевич
  • Онацкий Вадим Леонидович
RU2495408C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 343 452 C2

Реферат патента 2009 года СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ СУСПЕНЗИЙ

Изобретение может быть использовано в глиноземном производстве, гидрометаллургических производствах, горнодобывающей промышленности и др. Способ заключается в том, что измеряют вязкость жидкой фазы μж и суспензии μc при различных скоростях сдвига Si и соблюдении термостатирования не менее чем на трех суспензиях различного содержания твердого (1-ε). Производят графическое построение функциональных зависимостей μжi=ft и μci=fSi, (1-ε), определение коэффициентов , значения содержания твердого (1-ε), а также значений вязкости μсi по установленному уравнению. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений. 2 ил., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 343 452 C2

Способ определения вязкости суспензии, включающий измерение вязкости жидкой фазы μж и суспензии μc при различных скоростях сдвига Si и соблюдении термостатирования не менее чем на трех суспензиях различного содержания твердого (1-ε), графическое построение функциональных зависимостей μжi=ft и μci=fSi, (1-ε), определение коэффициентов , значения содержания твердого (1-ε) и значений вязкости μci по уравнению

,

где t - температура суспензии;

- коэффициент, учитывающий влияние относительной скорости сдвига и содержания твердого на изменение структуры суспензии и (1-ε);

Kt - температурный коэффициент (Kt=1 при t≤60°C, Kt=1,07 при t=61-90°С),

KОС - коэффициент приведения (KОС≠1, 10).

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2343452C2

Способ измерения вязкости легкорасслаивающихся суспензий 1985
  • Фрисман Марк Леонидович
SU1242757A1
ВИСКОЗИМЕТР С ДВУМЯ ВОСХОДЯЩИМИ ТРУБКАМИ И ОДНИМ КАПИЛЛЯРОМ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТЕЙ (ВАРИАНТЫ) 2000
  • Кенсей Кеннет
  • Хогенауер Вильям Н.
  • Чо Юнг
  • Ким Сангхо
RU2256164C2
Способ определения вязкости и пластического напряжения сдвига дисперсных систем 1974
  • Гундин Иван Николаевич
SU518693A1
US 4879897, 14.11.1989.

RU 2 343 452 C2

Авторы

Шмигидин Юрий Исаевич

Даты

2009-01-10Публикация

2006-11-24Подача