Способ определения реологических характеристик волокнистых суспензий

 

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.

2 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

I (19) (! () 4(5(1G 01 И 11/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к лвто сксму свидГг пьСтау аксиального зазора, в котором происходит взаимное перемещение слоев волокнистой суспензии, а расчет касательного напряжения и градиента скорости осуществляют по формулам

М

К 2

e eL "вн

2и ()вр )(вр

Н где

"ер—

Ав

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ЙО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3654074/18-25 (22) 20.10.83 (46) 07.03.85. Бюл. У 9 . (72) А.К.Агеев, А.И.Бабин, А.Р.Кузнецов и О.А.Терентьев. (71) Уральский ордена Трудового

Красного Знамени лесотехнический институт им. Ленинского комсомола (S3) З31.137(088Л) (56) 1. Авторское свидетельство СССР (Р 864061, кл. С 01 М 1/14, 1979.

2. Терентьев О.А.. Гидродинамика волокнистых суспензий в целлюлознобумажном производстве. М., "Лесная промьвленность", 1980,, с.123131 (прототип) . (54).(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛОКНИСТБИ

СУСПЕНЗИЙ, включающий измерение. .моментов сопротивления вращающейся суспензни, находящейся в коаксиальном зазоре между двумя цилиндричес-. кими телами, одному из которых, связанному с приводом вращения, задают различные угловые частоты, и последующий расчет касательного напряжения и градиента скорости, о т л:и ч а ю шийся тем, что,, с целью повышения точности определения реологической характеристики,. предварительно определяют с помощью . определителя скорости величину кокасательное напряжение между соседними слоями суспензии при заданной угловой частоте одного из цилиндрических тел, Па градиент скорости, с

-(у измеряемый момент сопротивления, Н и, величина коаксиального зазора, в котором происходит взаимное перемещение слоев волокнистой суспензии, м; высота внутреннего цилиндрического тела, м угловая частота вращающегося цилиндрического тела„ радиус вращающегося цилиндрического тела, м; радиус внутреннего цилиндрического тела, м.

Ф 1144025

Изобретение относится к способам определения физико-механического состояния волокнистых суспензий и может быть использовано как .при конструировании и.модерниэации оборудо.вания целлюлозно-бумажного производства, так и в научных целях.

Известен способ определения полных реологических характеристик полидисперсных систем, основанный на.измере- 10 нии механической реакции испытуемой среды с испольэованием двух тел, между которыми помещена испытуемая среда, при этом одно из тел, связанное с приводом вращениями приводят Во !5 вращение при фиксированной скорости, общего деформирования дисперсной системы и измеряют напряжение сдвиI га испытуемой среды (касательное г напряжение) с последующим определе-. щ пнем скорости относительного перемещения слоев в различных точках коаксиального зазора, а скорость деформирования дисперсной системы задают такую,. при которой наступа- 25 ет предельное разрушение тиксотропной структуры (11 .

Однако этим способом .невозможно точно определить реологическую ха рактеристику волокнистой суспензии ввицу того, что твердые частицы волокнистой суепенэии значительно превышают. размеры частиц дисперсной системы (размеры твердых частиц волокнистой: суспензии- 3-15 мм, размеры полидисперсных.систем 0,05-0,5 мм), 35 к и при скорости. предельного разрушения тиксотропной структуры волокнистой суспензии не наблюдается ок добин кривых распределения угловой

40 скорости вращения (Я } и касательного напряжения сдвига испытуемой среды (), являющегося необходимым условием снятия реологических хас рактеристик. Следовательно, обеспен чивается точность определения реолон гических характеристик волокнистой суспензии.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достига- gl .емому результату является способ исследования реологических характеристик волокнистой суспензии )2), осуществляемый с помощью ротационного вискозиметра и заключающийся в 55 измерении моментов сопротивления вращающейся суспензия, которая находится B. коаксиальном зазоре.между двумя цилиндрическими телами, одному иэ которых, связанному с приводом вращения, задают различные угловые

I 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 рассчитывают величину касательного на-.

/ пряжения ь и градиент скорости )

0 по которым строят реологическую кривую. Расчет величин касательного напряжения и градиента скорости осуществляют по формулам л ., н > н

2 L "н в де И вЂ” измеряемый момент, H м;

4=0,6 - высота внутреннего цилинд1 ра, м;

Q — - угловая частота наружного цилиндра, 1/c"

"н — внутренний радиус наружно" го цилиндра, м, вн — наружный радиус внутреннего цилиндра, м

« н» зн —,м . ер . > *

Однако известным способом не беспечивается точность определения еологических характеристик волокнистой суспензии, так как расчет параетров реологического уравненияасательного напряжения () и гра» иента скорости (у ) — ведут с исолъзованием -всей веричйны коаксильного зазора, равного (Р1-Р ), в

8н отором вращается суспензия, и не учитывают наличия в волокнистой сус ензии структурированного слоя стержня), где взаимное перемещение лоев волокнистой суспенэии равно улю.

Цель изобретения — повышение точости определения реологических хаактеристик волокнистой суспеизии.

Наставленная цель достигается тем, что согласно способу определения реологическн е характеристик волокнметьи еуспенэий, включающему йэмереийе моментов. сопротивления вращающейся суспензия, находящейся

s коаксиальиом зазоре между двумя цилиндрическими телами, одному из которых, связанному с приводом враще" ния, задают различные угловые частоты, и последующий расчет касатель«, 3 1144 ного напряжения и градиента скорости, предварительно определяют с по-, мощью определителя скорости величину коаксиального зазора, в котором про исходит взаимное перемещение слоев

1 волокнистой суспензии, а расчет касательного напряжения и градиента . скорости осуществляют по формулам 114 Вр ер

Hery H 1o

A9í+7 где касательное напряжение между соседними слоями суспензии при заданной угловой частоте одного из цилиндрических тел, Па, — градиент скорости, с 1;

М " измеряемый момент сопротивления, Н м, 20 — высота внутреннего цилиндрического тела, м, „ - радиус внутреннего ци- линдрического тела, м, я „ †. угловая частота вращающе- 25 гося цилиндрического тела", 1 „ - радиус вращающегося цилиндрического тела, м;

Н вЂ” величина коаксиального зазора, в котором проис- ЗО ходит взаимное перемещение слоев волокнистой суспензии, м.

Определение величины коаксиального зазора, в котором происходит 35 взаимное перемещение слоев волокнистой суспенэии, позволяет исключить нэ последующего расчета величину структурированного слоя, в котором взаимное перемещение вращающихся 40 слоев волокнистой суспензии отсутствует, что обуславливает повышение точности определения реологической характеристики волокнистой суспензии, sa счет более точного расчета пара- 45 ..метров реологического уравнения, в частности, касательного напряжения и градиента скорости.

На фиг.1 показана принципиальная схема устройства для осуществления 50 способа, на фиг.2 — обозначения пара,метров, используемых при определении величины касательного напряжения и градиента скорости и коак.:сиального зазора, в котором происхо- 55

;дит взаимное перемещение слоев", на фиг.З вЂ” экспериментальная реологическая характеристика и реологичес025 кая характеристика, построенная на аналитической модели по предлагаемому способу на фиг.4 — экспериментальная реологическая,характеристика и реологическая характеристика, построенная на аналитической модели по известному способу f1j на фиг.5расчетная эпюра скоростей, полученная экспериментальным путем по предлагаемому способу, и эпюра скоростей, полученная по известному способу (2) .

Устройство представляет собой ротационний вискозиметр, содержащий два коаксиальных цилиндра 1 и 2, в рабочий зазор, которого помещена исследуемая жидкость. Один из цилинд- ров (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 выпрямитель 11 к внутреннему цилиндру 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 механическую реакцию, а именно слои жидкости начинают взаимно перемещаться.

Затем для каждой угловой часТоты вращения внутреннего цилиндра 2 с по" мощью вертушки 10 определяют коакснальный зазор, в котором происходит взаимное перемещение слоев волокнистой суспензни, т.е. фиксируют на градуированной шкале вертушки 10

Повышение точности определения реологической характеристики позволяет правильно рассчитать критический градиент скорости, необходимый для обеспечения эффективной диспергации потока волокнистой сус40 пензии, и использовать его в практических целях в целлюлозно-бумажном оборудовании, так как если в проточном канале рабочий градиент скорости 11г (, то поток будет проявлять склонность к флокуляции, если )" 1га ъ $ р, то поток находится в диспергированном состоянии. у 114402 участок, в котором вертушка 10 вращается от V =Ч до Чо =О, % < макс

Одновременно для каждой угловой частоты вращения внутреннего цилиндра 2 фиксируют момент сопротивления вращающейся суспензии с помощью измерителя 9 момента сопротивления испытуемой среды. На основании замеренных величин осуществляют построение реологической характеристики 10 c = Х (3 по формулам (1) и (2).

1!ример осуществления способа.

В коаксиальный зазор ротационного вискозиметра заливается испытуемая среда, представляющая собой суспен- IS зню древесной массы со степенью помола 50 ИР и концентрацией 0,8Х. Затем IpvFsopHTcsI во вращение внутренний цилиндр 2 вискозиметра, при этом задаются угловые частоты его враще- 20 ния в интервале 4-550 об/мин и для каждой угловой частоты вращения цилиндра 2 снимаются моменты сопротивления вращающейся суспензии, которые

-4 соответственно составляют 12,5»10 — 25

8,7 ° 10 Н м. Одновременно определяется с помощью вертушки 10 часть коаксиального зазора Н, в котором происходит взаимное перемещение слоев волокнистой суспензии. Эта величина щ зазора замеряется по градуировочной шкале вертушки 10 для каждой заданной угловой частоты вращения внутреннего цилиндра 2 и находится в пределах 3-50 мм. На основании замеренных величин момента сопротивления и зазора при различной угловой частоте производят расчет величин касательного напряжения 9 и градиента ско1 рости (. По полученным параметрам строят экспериментальную реологическую характеристику исследуемой суспензии (фиг.3, 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.3, кривая 13).

Подобранная аналитическая модель имеет вид 7. =1,45 Е 1-1,45 8 +0,0125

Параллельно проводится определение экспериментальной (кривая 14) и расчетной (кривая 15) реологической характеристики (фиг.4) волокнистой суспензии древесной массы со степенью помола 50 ШР, концентрацией

0,87 по известному способу (2) .

По экспериментальным точкам подобрана следующая аналитическая моОО21 У

4=1,5е -1,5 Е +0,0125/

Точность определения реологической характеристики определяют совпадением расчетной эпюры с эпюрой

1 скоростей, полученной экспериментальным путем. .Из анализа эпюры на фиг,5 видно, что экспериментальная реологическая характеристика (кривая 16), построенная по данному сгтособу,совпадает с расчетной (кривая 17) с точностью в два раза превьшгающей точность совпадения экспериментальной реологической характеристики (кривая 18), построенной по известному способу (2

1144025

1144025

134402. 1 са

I ч

ЗНИИИИ Закаэ 897/36 Тирам 897 Подписное

Филиал ППИ "Пвтеит", г.Ужгород, ул.Проектнал, 4