Способ определения дисперсности тонкоизмельченных материалов Советский патент 1981 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к методам измерения физических параметров тонкоизмельченных материалов и может быть использовано для измерения дисперсности углеграфитовых материалов, например для определения степени измельчения углеграфитовой шихты после дробления в электродном производстве. Известен способ непрерывного опре Деления тонины тонкозернистого материала, согласно которому поток материала равномерно дозируют заданным постоянным газовым потоком, обра зованную смесь пропускают мимо источника света, измеряют изменение интенсивности света и по изменению интенсивности света судят о дисперсности материёша 1 . Этот способ несложен, обеспечивает непрерывный автоматический контроль, однако ненадежен в условия запыленности, например в электродном производстве, из-за зарастания оптических поверхностей осаждакяцейся пылью. Известен также способ оценки дисперсности емкостным методом, который заключается в измерении диэлектрической проницаемости смеси в измерительной ячейке, причем вязкость и плотность дисперсной среды известны, а диэлектрическая проницаемость резко отличается от диэлектрической проницаемости контролируемого порошка. Контролируеквлй материгш равномерно распределяют по объему (суспензируют), затем взвешенному в жидкости материалу дают возможность оседать под действием силы тяжести. В зависимости от скорости осаждения частиц, пропорциональной их размеру, изменяется концентрация материала между электродами, а следовательно, диэлектрическая проницаемость смеси. По скорости изменения диэлектрической проницаемости судят о дисперсности материала. Этот метод по сути является дискретным, причем период между измерениями в зависимости от степени дисперсности контролируемого материала может составлять несколько часов. Повышение же качества и выпуска продукции многих производств в значительной степени зависит от оперативного и объективного контроля степени дисперсности продуктов измельчения 2. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, по которому измеряют диэлект рическую проницаемость дисперсной смеси, причем исходную пробу дисперсного материала разбавляют дисперсной средой до такой концентрации |При которой между обкладками конденсатора пролетает каждая частицы отдельноС Л. Недостатком этого способа являетс невозможность экспрессного определения среднего размера частиц в дисперсной смеси. Чтобы решить эту задачу нужно пропустить через датчик определенное количество частиц, получить функцию распределения и по ней вычислить средний размер частиц. Реализовать известный способ можно только для материала, размеры частиц которого ненамного отличаются друг от друга, так как для обеспечения чувствительности датчика размеры контролируемых частиц должны находиться в пределах 20-40% от объема межэлектродного пространства. Поэтому в случае контроля материала со значительной полидисперснрстью большие частицы могут забивать межэлектродное пространство, а на частицы слишком малых размеров датчик не будет реагировать Все это не позволяет быстро и надеж но измерять дисперсность частиц в потоке.при широком диапазоне размеров частиц. Цель изобретения - расширение диапазона измерений с одновременным сокращением времени определения. Поставленная цель достигается тем, что диэлектрическую проницаемость измеряют дважды, причем перед одним измерением исходную пробу раз бавляют регистрируемым количеством среда до концентрации, в пределах которой диэлектрическая проницаемост зависит от дисперсности, а перед другим измерением - до концентрации в пределах которой диэлектрическая проницаемость не зависит от дисперс ности, и по соотношению количеств диэлектрической среды, идущей на разбавление, и измеренным значениям диэлектрических проницаемостей опре деляют дисперсность материала. Способ заключается в следующем. , Диэлектрическая проницаемость см си при объемной концентрации матер апа не менее 0,02 связана со степенью его дисперсности следующей зависимостью vh-i ife ljWg) ( где €. - диэлектрическая проницае мость смеси на измерител ном участке; - диэлектрическая проницаемость диэлектрической среды;g - диэлектрическая проницаемость диспергированной фазы; , - концентрация материала в смеси на измерительной участке; ч - число частиц материала в единичном объеме. В области малых концентраций диэлектрическая проницаемость зависит только от концентрации материала и связана с ней формулой ( где диэлектрическая проницаемость смеси на втором измерительном участке; (11 - концентрация материала в смеси на втором измерительном участке. Для каждого конкретного материала с определенным, диапазоном размеров частиц граница малых концентраций (при которых отсутствует зависимость диэлектрической проницаемости от дисперсности материала) имеет определенную величину. На фиг. 1 представлены графики зависимости диэлектрической проницаемости 6 смеси измельченных углеграфитовых материалов с диэлектрической средой (воздухом) от объемной концентрации с материала в смеси при разричных размерах а частиц; на фиг. 2 и 3 - CKeNffii устройств для реализации способа, варианты. Чем меньше минимальный размер частиц в смеси, тем меньше значение объемной концентрации, при которой диэлектрическая проницаемость смеси уже не зависит от дисперсности. Например, если наименьший размер частиц в смеси 60 мк, то эта концентрация составляет 0,0142, если 20 мк - 0,0075, а если 10 мк 0,004. Следовательно, для контролируемого материала с размерами частиц от 10 до 80 мк объемная концентрация его в смеси, при которой диэлектрическая проницаемость смеси не зависит от размера частиц, должна быть меньше О,004.Для получения существенной зависимости диэлектрической проницаемости смеси от размеров всех частиц, находящихся в ней, объемная концентрация материала должна быть не менее 0,02. Зная зависимости (1) и (2) коэффициент изменения концентраций на измерительных участках К , находят степень дисперсности материала. В общем случае коэффициент к определяется по отношению количеств дисперсионной среды, идущей на разбавление перед первым и вторым измерением. Вид зависимости определяется технологической схемой реализации способа. Например, для схемы, представ ленной на фиг. 2 К и- а где q - отношение объемов подаваем диэлектрической среды (воз духа) на измерительные участки. Пусть (Зо , а иЗз -расход диэлект рической среды на начальном/ первом и втором измерительных участках. Oif - расход частиц. На начальном участке в данном случае материал по дается без диэлектрической среды (т.е. ) . На первом участке на втором участке т. а 4-а . Sr Зг. ; Q(-n-a) , лг- ar-G(i-KH) aTSiH-) Si Таким образом, измерив диэлектри ческую проницаемость смеси в област малых концентраций, зная коэффициен изменения концентраций на измерител ных участках Л; и пользуясь форму лой (2), находят концентрацию на пе вом измерительном участке ,, Зная сЛ-, и измерив диэлектрическую проницаемость на первом измерительн участке, из формулы (1) находят степень дисперсности материала (сре ний размер частиц а) . « | Предлагаемый способ может быть реализован устройствами разных вари антов. Схема устройства, реашизующего предлагаемый способ (фиг. 2) состои из аэропитателя 1, стабилизатора расхода воздуха 2, первого измерительного участка 3, емкостного датч ка 4 с измерительной схемой 5, устр ства уменьшения концентрации (дополнительной подачи воздуха) 6, ста билизатора расхода воздуха 7, второ измерительного участка 8, емкостног датчика 9 с измерительной схемой 10 вычислительного устройства 11 и устройства возврата 12 материала на технологическую линию. Устройство работает следующим образом. Углеграфитовый измельченный материал тонкого помола с размерами частиц (20-100 мк) поступает из мельниц сухого помола, работающих на слив, в аэропитатель 1. Здесь при помощи воздуха, поступающего из стабилизатора расхода 2, материгш переводится в аэрозольное состояние, а образованная пылевоздушная смесь попадает на первый измерительный участок 3. Конструктивными параметрами производит-ельность аэропитателя по твердому материалу устанавливается 100 20 кг/ч, а часовой расход воздуха 0,95 м. Удельный вес контролируемого материала равен 2000 кг/м. Таким образом, после аэропитателя 1 получаем пылевоздушную смесь с объемной концентрацией материала 0,05±0,01, значение которой находится в той области значений концентраций, при которых для данного материала наблюдается существенная зависимость диэлектрической проницаемости смеси от дисперсности материала. Полученная пылевоздушная смесь проходит через первый измерительный участок 3 с емкостным датчиком 4 и (попадает в устройство б, в котором вследствие дополнительной подачи воздуха при помощи стабилизатора расхода 7 с часовым расходом 9,5 м происходит уменьшение концентрации материала в пылевоздушной смеси в 11 раз (расчет приведен выше), т.е. объемная концентрация материала в пьшевоздушной смеси равна 0,0045± ±0,0009. Значение объемной концентрации материала находится в той области значений концентраций, при которых диэлектрическая проницаемость смеси эависит только от концентрации в нем материала. Эта пылевоздушная смесь поступает на второй измерительный участок 8 с емкостным датчиком 9. Измерительные схемы 5 и 10 измеряют значения емкости емкостных датчиков 4 и 9. Сигналы с измерительных схем поступают на вычислительное устройство 11 которое вычисляет величину относительной диэлектрической проницаемости среды в зоне каждого датчика по формуле гдеСич,- измеренное значение емкости;Со - емкость датчика, незаполненного смесью. Затем- по значению диэлектрической проницаемости смеси в зоне емкостного датчика 9 и згщанному отношению концентраций (в данном случае равному 11) определяют объемную концентрацию материала в зоне емкс стного датчика 4 по формуле -ЧД - V (так как известна только область значения этой концентрации 0,05±0,01, но не известно точно ее значение).

Затем по концентрации о в зоне емкостного датчика 4 и диэлектрической проницаемости смеси €.. в зоне этого датчика определяют степень измельчения.

Контролируемый материал поступает в устройство возврата 12 материала на технологическую линию, в котором происходит вьщеление контролируемого материала из воздушного потока.

Способ может быть реализован и устройством, изображенным на фиг. 3. Схема устройства состоит из пробоотборной трубки 13, первого измерительного участка 14 с e acocтным датчиком 15, соединенным с измерительной схемой 16, устройства повышения концентрации 17, второго измерительного участка 18 с емкостным датчиком 19, соединенным с измерительной схемой 20, вычислительного устройства 21, устройства возврата 22 материала на технологическую линию.

Устройство работает следующим образом.

Из трубопровода пневмотранспорта пррбоотбориой трубкой 1 забирается часть пылевоздушного потока углеграфитового материала тонкого помола с размерами частиц от 1 до 70 мк (около 2,5% от всего потока), направляется на первый измерительный участок 2 (объемная концентрация о измел,ченного углеграфитового материала в пневмотранспорте на электродных заводах находится в пределах 0,001), проходит через обкладки емкостного датчика 3 и поступает на вход устройства повышения концентрации 5. Устройство 5 конструктивно выполнено таким образом, что отделяет из пылевоздушного потока основную часть воздуха, равную 96%, и выбрасывает его в атмосферу. Оставшаяся часть воздуха, равная 4%, обогащенная материалом, поступает на второй измерительный .участок 6. Объемная концентрация материала в пылевоздушной смеси в данном случае в 25 раз больше, чем первом, т.е. 0,025.

Измерительные схемы 4 и 8 измеряют значения емкости емкостных датчиков 3 и 7. Сигналы с измерительных схем поступают на вычислительное устройство 9, которое производит вычисления, аналогичные описанным в 1 первом вариа нте устройства. Устройство возврата 10 возвращает контролируемый материал на технологическую линию.

Предлагаемый способ позволяет непрерывно определять дисперсность тонкоизмельченных материалов и предназначен для непрерывного контроля степени измельчения углеграфитовой шихты после дробления в электродном .производстве. Способ может быть применен также для контроля дисперсности ферритовых, алюминиевых, титановых и других порошкообразных материалов.

Формула изобретения

Способ определения дисперсности тонкоизмельченных материалов, заключающийся в измерении диэлектрической проницаемости дисперсной смеси, о тличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, диэлектрическую проницаемость изме0ряют дважды, причем перед одним измерением исходную пробу разбавляют регистрируемым количеством среды до концентрации, в пределах которой диэлектрическая проницаемость зависит от дисперсности, а перед другим измерением - до концентрации, в пределах которой диэлектрическая проницаемость не зависит от дисперсности, и по соотношению количеств диэлектрической среды, идущей на разбавление, и измеренным значениям диэлектрических проницаемостей определяют дисперсность материала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ 2427908, кл. G 01 N 15/02, опублик. 1974.

2.Эме Ф. Диэлектрические измерения. М., Химия, 1967, с. 155-159.

3.Авторское свидетельство СССР № 192492, кл. G 01 N 15/02, 1965 (прототип).

/f ijcmooucmBiJ omoopaxref t/Jf имформоуии

фиг.I

9 fttfifffff/iefttvfCHuio

фиг.З /rufte/ c