Способ седиментационного анализа дисперсных систем Советский патент 1982 года по МПК G01N15/04 

Изобретение относится к технике контроля за физическими параметрами веществ и может быть использовано для определения дисперсного состава суспензий и эмульсий в раэтГичных от;раслях промышленности, в частности горнодобывающей, химической, нефтехимической .

Известен способ определения радиуса частиц, основанный на регистрации количества осажденного материала в центробежном .

Недостатком такого метода является сложность измерительного оборудования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является простой по конструктивному исполнению способ 2} се,цимеитационного анализа дисперсных систем, заключающийся в регистрации массы осадка, выпадающего на чашечку ,. погруженную в систему. ЦИЛИНДР, в котором находится чашечка, заполняетря до определенного уровня тщательно перемешанной суспензией или эмульсией. Через определенные, заранее установ тенные интервалы времени производят измерения массы выпавшегр в чашечку осадка с помощью весов. По полученным

точкам строят седиментационную кривую, с помощью которой можно определить фракционный состав суспензии или эмульсии по известной формуле

-V

91 и

Xt(p,-Pi)gr

10

где Н - высота столба жидкости, см ,

У - вязкость жидкости, сПз; о о - плотность осаждаемых тиц и жидкости соответственно, г/см;

15 . t. - время осаждения данной фракции в жидкости, с, - ускорение силы тяжести, см/с.

Недостатком способа является дли20тельность анализа.

Цель изобретения - сокращение времени проведения анализа.

Поставленная цель достигается тем, что способ седиментационного

25 анализа дисперсных систем, заключающийся в, регистрации массы-осадка, выпадающего на чашечку весов, погруженную в систему, осуществляют при непрерывнее, равномерном уменьшении

30 высоты столба жидкости над чашечкой

со скоростью, равной или меньше скорости осажления частиц наименьюого размера.

Величину эквивалентного радиуса частиц рассчитывают по формуле

V--V (H-ct) ЛЩ,где с - скорость уменьшения высоты

столба жидкости над чашечкой см/с.

В результате равномерного утченьшения осаждаемого столба жидкости со скоростью, равной или меньше скорости вьтадания частиц наименьшего размера, происходит существенное сокращение времени анализа. Например, если для анализа взят столбик жидкости в 10 см (величина столбика жикости над чашечкой определяется исходя из концентрации дисперсной фазы, точности и диапазона измерения С5едиментационных весов, и заданной точности анализа) и самая мелкая фракция сферических частиц кварца в воде имеет средний диаметр 1 мкм, то время анализа при известном способе составляет 51,7 мин, в то время как в предлагаемом - 25,8 мин, так как частицам мелкой фракции приходится пройти в два раза мень,111Ий путь.

На чертеже изображено устройство реализующее предлагаемый способ.

Устройство состоит из цилиндра 1, в котором расположена чгииечка 2, подвешенная к коромыслу торсионных весов 3. Цилиндр 1 установлен на столе 4. Ходовой винт 5 стола 4 своей конусной шестерней-гайкой 6 механически связан с конусной шестерней 7 электродвигателя 8, питание которого осуществляется через реостат 9. Исследуемая суспензия заливается в цилиндр 1 до определенной высоты столба жидкости над чашечкой 2. При помощи реостата 9 устанавливается определенная скорость вращения электродвигателя. Момент вращения электродвигателя 8 через конусную шестерню 7 передается на конусную шестерню-гайку б, .вызывая, перемещение ходового винта 5 и опускание столика 4 с заданной скоростью. Рекомендуемая, скорость опускания стола 4 равна скорости осаждения частиц наиболее мелкой фракции при анализе по.лидисперсиых систем или же выбирается заведомо меньше скорости осаждения исследуемой монодисперсной фракции. Превышение указанных значений скорости приводит к нарушению процесса осаждения. Снятие показаний величины массы накопившегося осадка производят на торсионных весах 3.

Движение столика, вследствие его малой скорости, не оказывает влияния на процесс осаждения частиц Например, при опускании столика со скоростью осаждения сферичных части кварца в воде радиуса 1 мкм столик проходит путь в 1 см за 4,17 мин, а конусная шестерня-гайка б при шаге резьбы ходового винта в 1 мм делает один оборот примерно за 30 с. Это не вносит никакой динамической составляющей в процесс осаждения частиц. Применение предлагаемого способа основано также на том, что время нарастания скорости осаждения до постоянного значения очень мало. Например, время достижения постоянной скорости осаждения частиц кварца с радиусом 50 мкм в воде равно 3,410с, а для частиц с радиусом 1 мкм оно равно всего 1,71(.

Способ осуществляют следующим образом.

Первоначальная высота столба жидкости над чашечкой равна 10 см, вязкость дисперсионной среды 1 сПз и скорость опускания столика 4 равна 1 см с. Время осаждения фракции определяют в момент, когда масса осадка Р, накопившегося в чашечке, станет равной массе, которая оседает из столба жидкости над чашечкой

,,

где D - диаметр чашечки, см;

К - объемная концентрация исслдуемой фракции твердой фазы суспензии, %. Пример. Время осаждения частиц данной фракции из столба жидкости высотой 10 см равно 1000 с, это и является временем анализа по известному методу, плотность оседаемых частиц равна 2 г/см , плотность жидкости - 1 г/см.

В этом случае для расчета эквивалентного радиуса применяют известную формулу Стокса

. , 2(р,) .

где и - скорость осаждения частиц. Высота равна 10 см 1000с « 0,01 см/с.

-

Согласно предлагаемому способу в процессе анализа столик опускается со скоростью осаждения частиц мекой фракции или же меньшей. Выбрана

.скорость,равная 1 см за 100 с, при этом время анализа сократится до 100 с, так как цилиндр за это время

опустится на 5 см и столб жидкости