СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ РЕАКЦИОННОЙ МАССЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2018 года по МПК G01L11/04 

Изобретение предназначено для непрерывного измерения вязкости жидкости в различных технологических процессах, в частности в процессе контроля производства олифы, пентафталевых и глифталевых лаков и смол.

Вязкость является важнейшей качественной характеристикой жидких сред, так как она напрямую зависит от структуры вещества и показывает физико-химическое состояние материала и изменения, происходящие в технологии. Поэтому известно много способов для измерения вязкости жидкости.

В лакокрасочной промышленности наиболее часто применяют периодический способ измерения вязкости с помощью вискозиметра, который представляет собой коническую емкость объемом 100 мл, вершиной вниз, в нижней части емкости имеется калиброванное отверстие, через которое под действием силы тяжести истекает жидкость. Вязкость определяют в секундах, по времени истечения жидкости из емкости. Недостатком этого способа является то, что требуется длительное время для измерения, особенно при высокой вязкости жидкости. Кроме этого, необходимо все измерения проводить при определенной температуре, для достижения сопоставимости результатов.

Известно измерение вязкости жидкости способом падающих шариков, согласно которому о вязкости жидкости судят по равномерной скорости погружения в ней шарового зонда известного радиуса и с известной плотностью материала. Недостатком такого способа является то, что необходимо обеспечить условия ламинарного обтекания движущегося шарика исследуемой жидкостью.

Известен способ определения вязкости, заключающийся в том, что чувствительный элемент в виде шарика, соединенного перекинутой через блок гибкой нитью с противовесом, помещают в измеряемую вязкую среду и регистрируют перемещение шарика, шарик и противовес уравновешивают между собой в воздухе путем выполнения их одинаковой массы, шарик погружают в жидкость на определенную глубину и разгоняют вверх в измеряемой вязкой среде под действием силы Архимеда. Таким образом, у поверхности жидкости шарик будет обладать кинетической энергией, которая при дальнейшем движении шарика в воздухе расходуется на работу по преодолению силы трения в блоке до его полной остановки, в результате чего в воздухе шарик подпрыгивает на определенную высоту над поверхностью жидкости. После этого измеряют высоту подпрыгивания шарика над поверхностью жидкости, по величине которой судят о вязкости, используя для этого проградуированную в единицах вязкости шкалу перемещений противовеса при подъеме шарика над поверхностью жидкости (пат. РФ №2295718).

К недостаткам данного вискозиметра следует отнести низкую производительность, невозможность осуществления автоматического измерения вязкости, так как необходимо выполнять ряд операций вручную, а также производить перезаполнение его новой порцией исследуемой жидкости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является изобретение, в котором для измерения вязкости жидкости используется капилляр, закрепленный в нижней части заборной емкости, содержащей поршень со штоком, два конечных выключателя, реверсивный электродвигатель постоянного тока, заборная емкость выполнена в виде цилиндра, дополнительно содержит подвижную платформу, прикрепленную к штоку поршня и посредством направляющих соединенную с неподвижной платформой, с закрепленными на ней датчиком усилия и шторкой, замыкающей контакты конечных выключателей, выполненных в виде герконов, при этом к неподвижной платформе прикреплен винт с пазом, удерживаемый от вращения с помощью втулок с направляющим шипом и связанный с реверсивным электродвигателем постоянного тока, управляемый блоком регулировки и стабилизации оборотов через гайку и систему зубчатых колес, при этом гайка расположена между коническими подшипниками скольжения, а на одном из зубчатых колес установлена оптопара, соединенная так же, как и два конечных выключателя, датчик усилия с универсальным блоком управления и обработки информации, который содержит блок регулировки и стабилизации оборотов, электронное табло индикации вязкости и источник питания (пат. РФ №2370751, G01N 11/04), принятый нами за прототип.

Измеряемым параметром в данном изобретении является усилие, которое возникает при проталкивании исследуемой жидкости через капилляр.

Недостатками данного изобретения являются низкая производительность, сложность конструкции устройства для измерения вязкости, невозможность осуществления непрерывного автоматического измерения вязкости, так как необходимо производить очистку измерительного прибора и перезаполнение его новой порцией исследуемой жидкости.

Большие затруднения представляет измерение вязкости жидкости, находящейся при высокой температуре, в связи с тем, что практически все жидкости становятся маловязкими и трудно заметить ее изменение по ходу технологического процесса.

Конкретным примером может служить «Технологический регламент производства алкидных полуфабрикатных лаков марок ПФ-060, ПФ-053, ГФ-046», ТУ 2311-018-73230535-2013, при производстве которых температура реакционной массы достигает 245-250°С, первую пробу берут через час, последующие пробы через каждые 0,5 часа от начала выдержки после достижения реакционной массой температуры 245-250°С. Затем пробы охлаждают до 20°С и анализируют по растворимости пробы в этиловом спирте. Отбор проб реакционной массы с такой температурой представляет собой опасность ожога, кроме этого, на охлаждение проб требуется довольно много времени, за которое может получиться брак.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании нового способа непрерывного измерения вязкости реакционной массы и устройства для его осуществления.

Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство обеспечивает непрерывный отбор проб реакционной массы и подготовку ее к измерению вязкости перед подачей в измерительную камеру.

Технический результат достигается за счет того, что поток отобранной реакционной массы охлаждается в теплообменнике до температуры, при которой вязкость становится ощутимой, для нашего процесса это 100°С. Для других рабочих масс могут быть другие температуры, их значение подбирается опытным путем.

Техническая задача решается с помощью устройства, содержащего реактор, теплообменник, датчик температуры, насос, измерительную камеру, в которую встроены: диафрагма с калиброванным отверстием, датчик давления и обратный клапан, блок управления и обработки информации, включающий в себя: блок управления частотно-регулируемым приводом насоса, блок регулировки температуры в теплообменнике, блок преобразования сигнала от датчика давления и вычисления вязкости, электронное табло.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа непрерывного измерения вязкости, где 1 - реактор, 2 - теплообменник, 3 - датчик температуры, 4 - блок управления и информации, 5 - насос, 6 - измерительная камера, 7 - диафрагма с калиброванным отверстием, 8 - датчик давления, 9 - обратный клапан, 10 - электронное табло, 11 - манометр.

Устройство для реализации способа непрерывного измерения вязкости реакционной массы работает следующим образом: рабочая жидкость, находящаяся в реакторе 1 при повышенной температуре (в нашем случае - 245-250°С), поступает из реактора 1 в теплообменник 2 в небольшом количестве (меньше 1% объема реактора), где ее температура стабилизируется до значений, задаваемых блоком регулировки температуры в теплообменнике (в нашем случае это 100°С), входящим составной частью в блок управления и информации 4. Значение температуры контролируется датчиком 3. Далее реакционная масса поступает в насос 5, который прокачивает ее через измерительную камеру 6. Стабильность потока реакционной массы через измерительную камеру 6 поддерживается за счет стабильного числа оборотов ротора насоса, задаваемого частотно-регулируемым приводом насоса 5, входящим составной частью в блок управления и информации 4. В измерительной камере 6 установлена диафрагма 7 с калиброванным отверстием, от величины диаметра которого зависит величина давления реакционной массы (для разных реакционных масс диаметр подбирается опытным путем), датчик давления 8 и обратный клапан 9. Реакционная масса тормозится перед диафрагмой 7 с калиброванным отверстием, за счет чего создается избыточное давление, фиксирующееся датчиком давления 8, затем проходит через калиброванное отверстие диафрагмы и возвращается в реактор 1. Сигнал от датчика давления 8 поступает в блок преобразования сигнала в величину, измеряемую в реальных единицах давления, входящий составной частью в блок управления и информации 4, затем производится вычисление вязкости исследуемой реакционной массы по полученным данным и вывод информации на электронное табло 10: текущая вязкость, температура реакционной массы после холодильника, число оборотов ротора насоса. Обратный клапан 9 препятствует вытеканию рабочей массы из измерительной камеры 6. Давление после диафрагмы 7 измерительной камеры 6 контролируется манометром 11.

На фиг. 2 представлена функциональная схема блока управления и обработки информации устройства.

Управление работой устройства для непрерывного измерения вязкости и обработка информации, полученной от измерительных элементов устройства - датчика давления 9, датчика температуры 3, осуществляется блоком управления и обработки информации 4, включающим в себя блок управления частотно-регулируемым приводом насоса 5, который задает число оборотов ротора насоса, блок регулировки температуры в теплообменнике 2, блок преобразования сигнала от датчика давления 8 в величину, измеряемую в реальных единицах давления, вычисление вязкости исследуемой реакционной массы по полученным данным и вывод всей поступающей информации на электронное табло 10: текущие значения вязкости, температуры рабочей массы после теплообменника, число оборотов ротора насоса. Питание блока управления и обработки информации 4 и установки осуществляется переменным током.

Устройство для непрерывного измерения вязкости реакционной массы необходимо настраивать для работы с конкретными массами: необходимо опытным путем подбирать размеры измерительной камеры, диаметр калиброванного отверстия диафрагмы, число оборотов ротора насоса. Достигаемый в результате применения способа измерения вязкости и устройства для его достижения положительный эффект заключается в следующем:

1. Обеспечивается возможность измерения вязкости непрерывным способом, что обеспечивает надежный контроль за ходом технологического процесса.

2. Для проведения измерений требуется отбор минимального количества исследуемой реакционной массы (меньше 1% объема реактора), что не вносит помех в работу технологической установки.

3. Устройство - достаточно простое по конструкции, удобное в эксплуатации, легко перенастраиваемое на различные типы реакционных масс.

4. При эксплуатации устройства температура исследуемой реакционной массы регулируется и доводится до оптимальной для данного типа массы, что позволяет измерять вязкость с высокой точностью и надежностью.

Таким образом, задача, поставленная перед изобретением, решена.

Изобретение предназначено для непрерывного измерения вязкости жидкости в различных технологических процессах, в частности в процессе контроля производства олифы, пентафталевых и глифталевых лаков и смол. Заявленная группа изобретений включает способ непрерывного измерения вязкости реакционной массы и устройство для его реализации. При этом в способе непрерывного измерения вязкости реакционной массы, имеющей высокую рабочую температуру (например, 245-250°C), реакционная масса непрерывно отбирается из реактора, охлаждается до оптимальной (например, 100°C), прокачивается через измерительную камеру со встроенной диафрагмой, при этом непрерывно производится измерение величины давления реакционной массы перед диафрагмой и по величине давления судят о вязкости рабочей массы. Технический результат заключается в обеспечении возможности измерения вязкости реакционной массы, имеющей высокую температуру в реакторе, непрерывным способом, минимальным количеством исследуемой жидкости, не внося помех в работу технологической установки, причем температура исследуемой рабочей массы непосредственно перед измерением доводится до оптимальной, что позволяет измерять вязкость с высокой точностью, обеспечивая надежный контроль за ходом технологического процесса. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ непрерывного измерения вязкости реакционной массы, имеющей высокую рабочую температуру (например, 245-250°C), отличающийся тем, что реакционная масса непрерывно отбирается из реактора, охлаждается до оптимальной (например, 100°C), прокачивается через измерительную камеру со встроенной диафрагмой, при этом непрерывно производится измерение величины давления реакционной массы перед диафрагмой и по величине давления судят о вязкости рабочей массы.

2. Устройство для реализации способа по п. 1, включающее последовательно установленные реактор, теплообменник, датчик температуры, насос, измерительную камеру, отличающееся тем, что в измерительной камере установлена диафрагма с калиброванным отверстием, датчик давления и обратный клапан, а управление устройством осуществляется блоком управления и обработки информации, включающим в себя блок регулировки температуры в теплообменнике, блок управления частотно-регулируемым приводом насоса, блок преобразования сигнала от датчика давления и вычисления вязкости по полученным данным, электронное табло.