Вискозиметр Советский патент 1982 года по МПК G01N11/14 

(54) ВИСКОЗИМЕТР

1

Изобретение относится к приборам для измерения вязкости жидкости и может быть использовано в химической, лакокрасочной, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен вискозиметр типа RV М-70, пред назначенный дпя контроля сопротивления вращения путем измерения величины крутящего момента и числа оборотов вила и позволяющего проводить исследования и оптимизацию реакций, эффективность которых свя- jg зана с вязкостью продукта. Устройство состоит из привода с регулируемым числом оборотов, датчиков числа оборотов и крутящего момента {1 .

Недостатком данного устройства является j невозможность использования его дпя тех процессов, где вязкость реакционной массы или исследуемой жидкости меняется в довольно широком диапазоне. Кроме того, требуется постоянная корректировка величины крутя- 20 щего момента в зависимости от скорости вращения мешалки.

Известно устройство для измерения вязкости в химических процессах, включающее

корпус с размещенным в нем рабочим органом (мешалкой), вал которого соединен с регулируемым приводом, измерительную систему, включающую датчики уровня, датчики температуры и регистрирующий прибор 2.

Однако данное устройство не обеспечивает достаточной точности и надежности измерений, поскольку на процесс измерения вязкости влияет также меняющаяся плотность анализируемой среды. Кроме того, при весьма широком диапазоне изменения значения вязкости в особенности в области высоковязких значений жидкости) показания параметра оказываются недостаточно точными.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является вискозиметр, содержащий корпус, мешалку с регулируемым злектроприводом, рубашку для обогрева с клапаном подачи теплоносителя, клапан загрузки и выгрузки исспедуемой жидкости и измерительную систему, включающую датчики уровня, датчик температуры, датчик скорости вра щения рабочего органа, датчик плотности, 397 блок вычитания, функциональный преобразователь, регистратор, при этом выходы датчиков уровня подключены к входам блока вычитания, вьЬсод которого соединен с одним из входов функционального преобразователя, к второму входу которого подключен выход датчика скорости .вращения вала, к третьему входу функционального преобразователя подключен датчик плотности, а выход функционального преобразователя соединен с вхрдом регистратора 3, Недостатком известного вискозиметра является ненадежность его работы при измере-, НИИ больших значений вязкости, так как при этом не образуется воронки вокруг нала мешалки, следовательно, не возникает перепада уровней, или же он весьма незначителен, н поэтому трудно по его величине судить об истинном значении вязкости перемешиваемой жидкости. Такой вискозиметр пригоден лишь для контроля низковязких продуктов. ,На стадиях процесса, реализуемого в реак торе периодического (РПД) или полунепрерывного действия (РПНД), где происходят реакции химического взаимодействия (дозировка, вьщержка) допо7:иительным параметром контроля следует использовать такой, который наиболее полно отражал бы качественные изменения, происходящие в самом процессе. Одним из таких параметров в качестве источника информации является вязкость реакционной среды, поскольку между вязкостью и другими физическими и химиче кими свойствами реакционной массы сзтцест вует определенная связь. Вязкость является функцией температуры концентрации, молеку лярного веса, структуры молекулы образующегося вещества, степени полимеризации и наличия примесей, благодаря чему ее постоянный контроль позволяет наиболее объектив но следить за ходом технологического процесса, Целью изобретения является повышение на дежности измерения вязкости при контроле высоковязких жидкостей. Поставленная цель достигается тем, что вискозиметр, содержащий корпус, мешалку с регулируемым электроприводом, рубашку для обогрева с клапаном подачи теплоносите ля, клапан загрузки и выгрузки исследуемой жидкости, датчик температуры, регулятор те пературы, соединенный с клапаном подачи те лоносителя, блок коррекции скЬрости враще ния мешалки, соединенный со вторичнь1м пр бором, дополнительно снабжен вторым датчи ком температуры, расположенным у стенки корпуса, и прибором для измерения величин температу|яюго перепада, причем f второй да чюс температуры соединен с первым входом прибора для измерения величины температурного перепада, выход которого соединен с блоком коррекции скорости вращения мешалки, а второй вход подключен к первому датчику температуры, расположенному у вала мешалки и соединенному- с регулятором температуры. Из анализа размерностей и из экспериментальных работ известно, что для определения коэффициентов теплоотдачи при перемешивании в сосудах с наружным кожухом справедливо следующее соотношение .N, S(N.e)MN,jV.(J.()«,,, где N|sjci критерий Нуссельта ( -D-lKrJi h - коэффициент теплоотдачи; , К теплопроводность; D - диаметр мешалки; критерий Прандтля Np Cp-/x.|K| Ср - теплоемкость; вязкость реакционной массы; /х)(/ - вязкость при температуре стенки; Т - температура реакционной массы. Для открытых быстроходных перемешивающих устройств это соотнощение сохраняется вплоть до вязкости в ЮОООлПа-с при следующих значениях параметров: х 0,67; у 0,37; н 0,14; W 0,1. Используя эти значения, получим из вышеуказанного соотношения D р°« , что иллюстрирует, какое значительное влияние на коэффициент теплоотдачи оказывают свойства жидкости, в особенности вязкость. Это влияние обусловлено прежде всего, изменением толщины пленки у стенки аппарата. Аналогичная ситуация имеет место и для закрытых (тихоходных) перемешивающих устройств р той лишь разницей, что толщина пленки определяется величиной механического зазора возле стенки. В этом случае физические свойства ясидкости все еще будут оказьшать влияние на величину коэффиилента теплоотдачи. При постоянстве плотности жидкости и скорости вращения мешалки перепад температур: у стенки аппарата и по оси вала мешалки будет однозначно зависеть от вязкости перемешиваемой жидкости. Поскольку вязкость оказьюает влияние на значение коэффициента теплоотдачи от стенки реактора к реакционной массе и на значение коэффициента теплопроводности самой реакционной массы (1), то появляется температурный перепад между значением температуры среды у стенки аппарата и по оси вала мешалки. Величина этого перепада будет определяться в основном значением вязкости среды и ин тенсивностью перемешивания. Поэтому при определении вязкости перемешиваемой жидкости в реакторах с мешалками целесообраз но использовать величину температурного пе пада. На фиг. 1 и 2 представлены зависимости величин температурного перепада от вязкости перемешиваемой среды; на фиг. 3 - функц ональная схема вискозиметра. Вискозиметр содержит корпус 1 с рубашкой 2, мешалку 3 с электродвигателем 4, и следуемую жидкость 5, клапан загрузки 6, клапан выгрузки 7, клапан подачи хладагента (теплоносителя) 8. Внутри корпуса 1 установлены два датчика температуры: один 9 у стенки аппарата, другой - 10 у вала мешалки. Прнбор И служит для измерения величины температурного перепада. Температуру жидкости стабилизируют датчиком 10 с регулятором температуры 12, воздействием на расход хладагента через рубашку. Регулируемый электропривод двигателя мешалк с использованием статического преобразователя частоты 13 и реостатного задатчика 14 служит для расширения диапазона измерения вязкости. Сигнал значения скорости врашенн мешалки через измеритель частоты 15 подается на блок коррекций скорости врашения мешалки 16, ,с которого скорректированный сигнал поступает на вторичный прибор 17, отградуированный в единицах вязкости. Вискозиметр работает следуюшим образом. После заполнения аппарата исследуемой жидкостью определенного обьема устанавливают необходимую скорость врашения мешалки, соответствующую предполагаемому ди пазону изменения возможных значений вязкости этой среды. Врашенне мешалки с выбранным значением скорости ведет к установлению определенного температурного перепада между стенкой аппарата и валом мешалки. Сигнал, пропорциональный температурному перепаду у стенки аппарата и у оси вала мешалки, поступает на блок коррекции скорости врашения мешалки 16, откуда скорректированный сигнал подается на вторичный прибор 17, отградуированный в единицах вязкости. Данный вискозиметр в особенности целесообразно использовать для измерения вязкости реакционной массы в РИД, и РПНД где ее значение, вследствие широко го диапазона изменения концентраций веществ к состава, меняется в весьма больших пределах. Представлен график (фиг. 1) зависимости изменения величины температуртого перепада ( Д Т) от вязкости перемешиваемой среды f и скорости врашения мешалки (h), пслуче1шой экспериментально на реакторе объемом 1,5 л. В качестве перемешиваемой жидкости с различными значе1тями вязкости использовался глицерин разной концентрации (100% глицерин - кривая с( ; 70% водный раствор Глицерина - кривая fc; чистая вода - кривая С). При другом эксперименте в качестве перемешиваемой жидкости использовались ацетон (d) ; вода (с) , этиленгликоль (f) пропиленгликоль (д), лицерин (h) при фиксироваиной скорости врашения мешалки (фиг. 2). На основании полученных графиков (фиг. 1 и 2) можно сделать вывод, что между вязкостью перемешиваемой жидкости и величиной температурного перепада, замеряемого у стенки аппарата и по оси вала мешалки, сушествует определенная зависимость, которая и используется в предлагаемой констрзтсции вискозиметра. К концу процесса, когда вязкость реакционной массы также увеличится, что характерно для процессов, реализуемых в РПД и РПНД, величина температурного перепада может указать на момент останова процесса и начало следуюшей стадии процесса (вьщержки и выгрузки). Использование предлагаемого вискозиметра позволяет отказаться от применения дорогостояших, сложных в изготовлении и ненадежных в работе вискозиметров а использование для этой цели приборов контроля температуры, являющихся более простыми, точными и надежными приборами, дает воз можность унифицировать использование одних и тех же датчиков для разных целей измерения, а также увеличить надежность его работы при измерении вязкости высоковязких жидкостей непосредственно в производственных условиях и pacnfiipifTb диапазон измерения. Формула изобретения Вискозиметр, содержащий корпус, мешалку с регулируемым электроприводом, рубашку для обогрева с клапаном подачи теплоносителя, клапан загрузки и выгрузки исследуемой жидкости, датчик температуры, регулятор температуры, соединенный с клапаном подачи теплоносителя, блок коррекции скорости вращения мешалки, соединенный с вторичным прибором, отличающийся тем, что, с целью повьпцения надежности измерения вязкости при контроле высоковязких жидкостей, он снабжен вторым датчиком температуры, расположенным у стенки корпуса, и прибором для измерения величины температурного перепада, причем второй датчик температуры соединен с первым входом пртбора для измерения величины температурюго перепада, выход которого соединен с блоком коррекции скорости вращения мешалки, а второй вход подключен к первому ддтчику температуры, расположенному у вала мешалки и соединенному с регулятором температуры. Источники информации, примятые во внимание при экспертизе 97 8 1.Kunst Н. F. ViskosimetUtsmessung am Fliftsingseiten. - Inel AuZ, 1973, В., 95. N« 106, 252. 2.Малкин A. Я. и др. Методы измерения механических свойств полимеров, М., Химия, 1978, с. 71-83. 3.Авторское свидетельство СССР N 697881, кл. G 01 N 11/14, 1979 .(прототип).

f

x