Способ определения реологических характеристик волокнистых суспензий Советский патент 1985 года по МПК G01N11/14 

f1 Изобретение относится к способам определения физико-механического со стояния волокнистых суспензий и может быть использовано как .при конструировании и модернизации оборудо вания целлюлозно-бумажного производства, так и в научных целях. Известен способ определения полн реологических характеристик полидис персных систем, основанный на измер НИИ механической реакции испытуемой средь с использованием двух тел, ме ду которьгми помещена испытуемая сре да, при этом одно из тел, связанное с приводом вращения, приводят во вращение при фиксированной скорости общего деформирования дисперсной системы и измеряют напряжение сдвига испьпуемой среды (касательное напряжение) с поСйедуКяцим определе-:нием скорости относительного переме щения, слоев в различных;точках коаксиального зазора, а екорЬсть деформирования дисперсной системы задают такую, при которой наступает предельное разрушение тиксотропной структуры Ш Однако зтим способом невозможно точно определить реологическую харакТеристику волокнистой суспензии ввиду того, что твердые частицы волокнистой суспензии значительно пре вьЕаают; р азмеры частнц диспе р ен ой системы (размеры твердых частиц волокнистой Суспензии 3-15 мм, размер полидйспереньгх систем 0,05-0,5 мм), и при скорости предельного разрзшения тиксотропксйеФ руктуры волокнистой суспензии не наблюдается подобия кривых распределения угловой скорости вращения {U) и касательно го напряжения сдвига- испытуемой cipe ды Со ), яБляющехося необходимъм условием снятия реологических характеристик. Следовательно, обеспечивается точность определения реоло гических характеристик волокнистой суспензии. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и дЬстигаемому результату является способ исследования реологических характеристик волокнистой суспензии 2J , осуществляемый с помощью ротационно го вискозиметра и заключающийся в измерении моментов сопротивления вращающейся суспензии, которая Находится в коаксиальном зазоре между 5 двумя цилиндрическими, телами, одному из которых, связанному с приводом вращения, задают различные угловые частоты, и последующем расчете касательного напряжения и градиента . скорости. Для каждой заданной угловой частоты вращения цилиндра замеряют момент сопротивления вращающей-, ся суспензии, который снимают с наружного цилиндра, после чего рассчнтьшают величину касательного напряжения f и градиент скорости Y по которым строят реологическую кривую. Расчет величин касательного напряжения и градиента скорости осуществляют по-формулам ITW-RH eiTLR p / н внизмеряемый момент, Йм; где М 1-0,6 высота внутреннего Цилиндра, м; угловая частота наружного цилиндра, 1/с{ - RH внутренний радиус наружного цилиндра, и, наружньй радиус внутреннего щдаиндра, м .. tM ер 2 Однако известнь м способом не обеспечивается точирсть определения реологических характеристик воло.книстой суспензии, так как расчет пара- метров реологического уравнения касательного напряжения (2 ) и градиента скорости ( У ) - ведут -с использрвани ем всей ве/тичйны коаксиально1го равного (), в кот-ором вращается суспензия, и не учитывают наличия в волокнистой сус- пензии етруктурирсгвай-ного слоя (стержня), где взаимное перемещение слоев волокнистой суспензии равно нулю Цель изобретения - повышение точности определения реологических характеристик волокнистой суспензии. Ноставленная цель достигается тем, что согласно :способу определения |1еологически5{ характеристик волокниетьк суспензий, включающему Измерение моментов сопротивления вращающейся суспензии, находящейся в Коаксиальном зазоре между двумя цилшшрическимй телами, одному из которых, связанному с приводом вращения, задают различные угловые частоты, и последующий расчет касатель-, него напряжения и градиента скорости, предварительно определяют с помощью определителя скорости величин коаксиального зазора, в котором про исходит взаимное перемещение слоев волокнистой суспензии, а расчет касательного напряжения и градиента скорости осуществляют по формулам М . 21iu)BpRep - V f (Не„.|) 1 касательное напряжение между соседними слоями суспензии при заданной угловой частоте одного из цилиндрических тел, nai К - градиент скорости, М - измеряемый момент сопро тивления, HMj L - высота внутреннего цилиндрического тела, м, Ррц - радиус внутреннего vfiлиндрического тела, м , Иjn - угловая частота вращающ гося цилиндрического те радиус вращающегося цилиндрического тела, М , Н - величина коаксиального зазора, в котором проис ходит взаимное перемеще ние слоев волокнистой суспензии, м. Определение величины коаксиально го зазора, в котором происходит взаимное перемещение слоев волокнис той суспензии, позволяет исключить из последующего расчёта величину структурированного слоя, в котором взаимное перемещение вращающихся слоев волокнистой суспензии отсутствует, что обуславливает повьщ1еиие точности определения реологической характеристики волокнистой суспензи , за счет более точного расчета параметров реологического уравнения, в частности, касательного напряже ния и градиента скорости. На фиг.1 показана принципиальная схема устройства для осуществления способа на фиг.2 - обозначения пар метров, используемых при определении величины касательного напряжения и градиента скорости и коак; сиального зазора, в котором происхо Iдит взаимное перемещение слоев; I на фиг.З - экспериментальная реолог ческая характеристика и реологическая характеристика, построенная на аналитической модели по предлагаемому способу; на фиг.4 - экспериментальная реологическая, характеристика и реологическая характеристика, построенная на аналитической модели по известному способу flj ; на фиг.Зрасчетная эпюра скоростей, ползгченная экспериментальным путем по предлагаемому способу, и эпюра скоростей, полученная по известному способу 2 . Устройство представляет собой ротационньй вискозиметр, содержащий два коаксиаль 1ьгх цилиндра 1 и 2, в рйбочий зазор,которого помещена ис- следуемая жидкость. Один из цилиндров (внутренний) 2 приводится во вращение от электродвигателя 4 постоянного тока через сельсины 5 и 6. Частота вращения электродвигателя 4 задается с помощью автотрансформатора 7, С сельсином 5 связан тахогенератор 8 и измеритель 9 момента сопротивления испытуемой среды. На оси цилиндра 2 закреплен определитель скорости жидкости в виде вертушки 10, имеющей градуированную шкалу на горизонтальной штанге для определения и замера величины коаксиального зазора, в котором происходит взаимное перемещение слоев волокнистой суспензии. Через вьшрямиTejib 11 к внутреннему гдилиндру 2 подается напряжение постоянного тока. Устройство работает следующим образом. В рабочий зазор 3 вискозиметра заливают исследуемую суспензию, включают электродвигатель 4, который через сельсины 5 и 6 приводит во вращение внутренний цилиндр. Частота вращения электродвигателя 4 и соответственно внутреннего цилиндра 2 задается автотрансформатором 7. При этом исследуемая суспензия в коаксиальном зазоре испытывает механиескую реакцию, а именно слои жидости начинают взаимно перемещаться. Затем для каждой угловой частоты вращения внутреннего цилиндра 2 с поощью вертушки 10 определяют коаксиальный зазор, в котором происходит заимное перемещение слоев волокнистой суспензии, т.е. фиксируют на радуированной шкале вертушки 10 участок, b котором вертушка 10 враща ется, от V, , Од овремгнно для каждой угловой частоты вращения внутреннего цилиндра 2 фнксирзпот момент сопротивления вращающейся суспензии с помощью измерителя 9 момента сопротивления испытуемой среды. На основании замеренных величин осуществляют построение реологической характеристики (Y) по формулам (1) и (2). Пример осугдествления способа. В коаксиальньш зазор ротационного вискозиметра запивается испытуемая среда, представляющая собой суспензию древесной массы со степенью помо ла 5(fmV и концентрацией 0,8%. Затем приводится во вращение внутренний цилиндр 2 вискозиметра, при этом задаются угловые частоты его вращения в инт.ервале 4-550 об/мин и для каждой угловой частоты вращения цилиндра 2 снимаются моменты сопротивления вращающейся суспензии, которые соответственно составляют 12, 8,7-Ю НМ. Одновременно определяется с помощью вертушки 10 часть коаксиального зазора Н, в котором происходит взаимное перемещение слоев волокнистой суспензии. Эта величина зазора замеряется по градуировочной шкале вертушки 10 для каждой заданной угловой частоты вращения внутрен него цилиндра 2 и находится в пределах 3-50 N1M. На основании замеренньк величин момента сопротивления и зазора при различной угловой частот производят расчет величин касательного напряжения и и градиента ско рости V . По полученным параметрам строят экспериментальную реологич.ескую характеристику исследуемой суспензии (фиг.З, кривая 12). По полученным экспериментальным точкам на кривой подбирают аналитическую модель согласно методике получения аналитической зависимости для экспериментальной кривой волокнистой суспензии, по которой строят расчетную реологическую характеристику (фиг.З, кривая 13), Подобранная аналитическая модель имеет вид . /,, Г 1,45.,45.,0125у . Параллельно проводится определение экспериментальной (кривая 14) и расчетной (кривая 15) реологической характеристики (фиг.4) волокнистой суспензии древесной массы со степенью помола 50 ШР, концентрацией 0,8% по известному способу 2J . По экспериментальным точкам подобрана следующая аналитическая , -1,5 е°°.0,0125 Точность определения реологической характеристики определяют совпадением расчетной эпюры с эпюрой скоростей, полученной экспериментапьн.ым путем. Из анализа эпюры на фиг.5 видно, что экспериментальная реологическая характеристика (кривая 16), построенная по данному способу,совпадает с расчетной (кривая 17) с точностью в два раза превьш1ающей точность совпадения экспериментальной реологической характеристики (кривая 18),построенной по известному способу 2j, Повьпдение точности определения реологической характеристики позволяет правильно рассчитать критический градиент скорости , необходимьй для обеспечения эффективной диспергации потока волокнистой суспензии, и использовать его в практических целях в целлюлозно-бумажном оборудовании, так как если в проточном; канале рабочий градиент скорости у |,р , то поток будет проявлять склонность к флокуляции, если у pas) р , то поток находится в диспергированном состоянии.

Фиг.1

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕОЛОГЙ ЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛОКНИСТЬК СУСПЕНЗИЙ, включающий измерение моментов сопротивления вращающейся суспензии, находящейся в коаксиальном зазоре между двумя цилиндрическими телами, одному из которых, связанному с приводом вращения, задают различные угловые частоты, и последующий расчет касательного мапряжения и градиента скорости, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности определения реологической характеристики,, предварительно определяют с помощью опрёдехштеля скорости величину ко- . аксиального зазора, в котором происходит взаимное перемещение слоев волокнистой суспензии, а расчет касательного напряжения и градиента скорости осур ествляют по формулам . ( QifWep Bp Г ) где - касательное напряжение между соседними слоями суспензии при заданной угловой частоте одного из цилиндрических тел, Па У - градиент скорости, с , (/) М - измеряемый момент сопротивления, Н«м, И - величина коаксиального зазора, в котором прсжсходит взаимное перемещение слоев волокнистой суспензии, MV N 4:: L - высота внутреннего цилиндрического тела, м; о Вр угловая частота вращающеГС гося цилиндрического тесд ла j, радиус вращающегося цилиндрического тела, м; ЯБЧ - радиус внутреннего цилиндрического тела, м.

%па 2,8

2,0 2 0,

га ffo

wo т 200 ,c-f

Физ.з

(О