Способ определения площади контакта жидкости со струей газа Советский патент 1986 года по МПК G01N33/00 

Изобретение относится к области on редёления физических свойств двухфазных систем, а именно к определению площади контакта жидкости со струей газа, которое, в частности, .необходимо при математическом моделировании динамики сталеплавительных процессов, основанных на продувке жидкого металла струей газа. Цель изобретения - повьпяение точности способа и расширение его применения. Поскольку испарение - гетерогенный процесс, идущий на поверхности раздела жидкости с газом, то скороСть изменения температуры жидкост W, пропорциональная скорости испарения жидкости, непосредственно свя зана с площадью S контакта жидкости с газом. Поскольку изменение температуры жидкости во время продувки обусловлено только испарением жидкости, то по изменению температуры и теплоемкости системы, можно вычислить количество тепла, израсходованного на испарение жидкости. Зная теплоту ис парения ДН, можно определить и коли чество испарившейся жидкости и дале с учетом времени продувки - скорост иcпapeния которая при прочих равных условиях однозначно связана с Площадью контакта фаз. С учетом эти взаимосвязей получена формула с - я -aHi. (q - KW,) где S - площадь деформированной струей газа поверхности жи кости, м ; SQ - площадь недеформированной свободной поверхности жидкости, м , объемная скорость несущего газа при продувке с деформироранием поверхности MVc; скорость изменения темпера туры жидкости к/с; скорость изменения темпера туры жидкости при фиксированных значениях площади 5 и объемной скорости газа q. К/с; К ---- - коэффициент: РЛН R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль К); Т - температура жидкости. К; Ср - теплоемкость системы, Дж/К; Р - давление насыщенного пара жидкости, ДН - теплота испарения жидкости, Дж/моль. На расчет площади контакта фаз величина и количество сопел продувочного устройства, а также другие параметры никакого влияние не оказывают. Если при постоянной объемной скорости несущего газа при различных диаметрах сопла (или других параметрах) площадь контакта фаз будет значительно колебаться, то это вызовет соответствующие значительные колебания убыли, температуры зкидкости (за счет колебания суммарной скорости испарения) , что, в свою очередь, при расчете даст соответствующие деист вительности значительные колебания величин площади контакта фаз, при этом скорость изменения температуры акидкости и площадь контакта фаз для. выбранной системы связаны однозначно. Поэтому, если с изменением какого-либо параметра будет меняться площадь контакта фаз, то это вызовет соответствующее изменение скорости охлаждения жидкости. Эта связь и позволяет по скорости охлаждения жидкости определять площадь контакта. фаз и вьфазить ее в дальнейщем как функцию различных параметт ров (например объемной скорости газа, числа и диаметра сопел, высоты фурмы, физических свойств жидкости и газа и т.д.). Способ осуществляется следующим образом. В калориметр помещается сосуд с жидкостью с известной суммарной теплоемкостью. Затем проводится испарение жидкости путем продувки несущим газом. При этом сначала несущий газ подается на поверхность жидкости с объемной скоростью qo, при которой свободная поверхность жидкости практически не деформируется и имеет фиксированную площадь So, затем несущий газ подается с достаточно больщой объемной скоростью q, при которой жидкость разбрызгивается, на поверхности образуется лунка, струя газа .внедряется в объем жидкости, разбиваясь на пузырьки, т.е. поверхность сильно деформируется и имеет площад S, которую непосредственно измерить не удается. В обоих случаях изменение температуры жидкости во времени измеряется с помощью термометра Бек мана, затем определяется скорость охлаждения жидкости - соответственно W и W . Рассчитывается величина коэффициента К по справочным данным о Р и лН данной жидкости, по Т и Ср системы. Изменение температуры жидкости в данном способе малочувствительно к брызгоуносу, в то время, как убыль массы жидкости в основном обусловлена уносом капель жидкости, а не испарением. Так, при начальной массе жидкости m 1 кг убилы массы за счет испарения Дп 0,001 кг, за счет брызгоуноса дгодр 0,002 кг, ошибка в определении S по убыли массы лга Дт„сп ff составит 100 300%, а по изменению Л Шисп температуры в результате изменения теплоемкости жидкости У ---100 0,3%. Пример. В калориметр помещают сосуд с жидкой водой с суммарной теплоемкостью Ср 1170 Дж/К. При площади невозмущенной поверхнос ти So 3,85-10-3м2 и объемной скорости несущего газа-воздуха q 1,33-10 м/с температура воды аТ, 1 -Г 300 с меняется на лТо Т° - Т° 0,16 К, что соответствует W° 5,25.10- К/с. Затем веду продувку при объемной скорости q i ,33-lO v /с в режиме разбрызгивания жидкости со значительным увели чением поверхности контакта фаз S. За л - .TI 150 с температура жидкости изменяется на ЛТ Т - Т 1,68 К, что соответствует W 1,12-10-2 К/с. Расчет по формуле (1) при 4 Н 44 - 44000 ДЖ/моль, Р 2,40х моль JO К 2,703-10 2и S 0,095 м, т.е. поверхность водавоздух возрастает примерно-в 25 раз Изменение температуры определяет с помощью термометра Бекмана графически. Метод определения прост и до таточно надежен.Величины Р и АН находим .по табличным тepмoдинaмичf ckим данным, Ср - экспериментально, используя эталонные жидкости, например дистиллированную воду. Для повьш1ения точности определения и :поддержания величины К в уравнении (1) постоянной продувку при q и q (или So и S) следует проводить в одинаковых пределах изменения температур: дТо ДТ; Т° Т,, и Т Tj,. Предлагаемый способ можно использовать для определения зависимости площади контакта жидкого чугуна со струей кислорода в конвертерной ванне от таких параметров продувки (управляющих воздействий), как объемная скорость истечения кислорода и высота продувочной формы над уровнем свободной поверхности жидкого чугуна. Эта зависимость введена в математическую модель процесса рафинирования чугуна в кислородном конвертере и применена для оптимизации режима продувки в 350-тонных конвертерах. Целенаправленное изменение величины поверхности контакта фаз через управляющие воздействия позволяет менять скорости массообменных процессов между металлом, шлаком и газом по заданной рациональной программе. Внедрение этих рациональных дутьевых режимов в производство приведет к снижению потерь железа с технологическими выбросами и угаром. ормула изобретения Способ определения площади конакта жидкости со струей газа, вклюающий продувку жидкости струей неущего газа, отличающийся ем, что, с целью повышения точности пособа и расширения области его приенения, в процессе продувки измеяют температуру жидкости и опредеяют площадь контакта фаз по соотошениюQ (2°. - KW (q KW,) где S - площадь деформированной струей газа поверхности жидкости, м ; Зд - площадь недеформированной свободной поверхности жид. кости, q - объемная скорость несущего газа при продувке с деформированием поверхности, W° - скорость изменения темпера- 5 туры жй,цкости при фиксированных значениях площади So и объемной скорости газа Чо -. .RTCp ,. - коэффициенту 1272235 R - универсальная газовая постоянна:я, Лж/(моль-К); Т - температура жидкости. К; р теплоемкость системы, Дж/Kj Р - давление насыщенного пара жидкости, Н/м ; .Й. теплота испарения жидкости. Дж/моль; WT скорость изменения температуры жидкости. К/с.

Изобретение относится к области моделирования динамики сталеплавильных процессов, основанных на продувке жидкого металла струей газа. С целью повышения точности определения площади контакта жидкости со струей газа, а также расширения области применения способа, предложено в процессе продувки измерять температуру жидкости. Используя этот показатель, определяют площадь контакта по соотношению S S (q )x( KW°)/(q-KWT.), где S - площадь деформированной струей газа поверхности жидкости, SQ - площадь недеформированной свободной поверхности жидкости, q - объемная скорость несущего газа . W° - скорость изменения температуры жидкости при фиксированных значениях SQ и «5 q, К/с; К /РдН - коэффициент; R - универсальная газовая постоянная, (Л Дж/(мольК); Т - температура жидкости, К,- Ср - теплоемкость системы, Дж/К; Р - давление насыщенного пара жидкости, ДН - теплота испарения жидкости, Дж/моль; WT - скорость изменения температуры жидкосю ти. К/с. 1C ю 100 ел