Способ непрерывного измерения плотности жидкостей и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может найти применение в автоматических линиях контроля плотности жидкостей , склонных к разделению эмульсий и суспензий. Цель изобретения - сокращение времени и увеличение точности измерения. ТКидкость вводят в проточный измерительный сосуд, выполиенный в виде тела вращения и закручивают с образованием плоского вихря вдоль оси симметрии сосуда. При таком течении жидкость последовательно вытесняется из сосуда, не смешиваясь во всем объеме. При отводе жидкости из зоны разрежения вихря ее взвешивают . Устройство содержит проточный измерительный сосуд, выполненный в виде тела вращения, соединенного с весоизмерительной системой. Время запаздывания в измерительном сосуде уменьшается и уменьшается время измерения . Сосуд имеет тангенциальный патрубок ввода, соединенный с подводящим патрубком, и аксиальный патрубок отвода, соединенный с отводящим патрубком. Сосуд вьтолнен с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, а вдоль оси поворота проточного измерительно-го сосуда установлены гибкие элементы. 2 с.п.ф-лы, 3 ил., 1 та бл. V)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 01 N 9/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3772714/24-25 (22) 13.07.84 (46) 30.09.86. Бюл. У 36 (71) Казанский химико-технологический институт (72) Ф.М. Самигуллин, З.Ш.Идиятуллин, Г.М. Ахмадиев, В.П. Архипов, Н.К. Гайсин, В.И. Лощенов и Х.Х. Сайфутдинова (53) 532.14(088.8) (56) Кивилис С.С. Плотномеры. — М.:

Энергия, 1980, с. 191-192.

Патент ФРГ и 2816495, кл. G 01 N 9/02, опублик. 198I. (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ

ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может найти применение в автоматических линиях контроля плотности жидкостей, склонных к разделению эмульсий и суспензий. Цель изобретения — сокращение времени и увеличение точности измерения. Жидкость вводят в проточный измерительный сосуд, выполнен", ный в виде тела вращения и закручивают с образованием плоского вихря вдоль оси симметрии сосуда. При таком течении жидкость последовательно вытесняется из сосуда, не смешиваясь во всем объеме. При отводе жидкости иэ зоны разрежения вихря ее взвешивают. Устройство содержит проточный измерительный сосуд, выполненный в виде тела вращения, соединенного с весоиэмерительной системой. Время запаздывания в измерительном сосуде уменьшается и уменьшается время изме- Е рения. Сосуд имеет тангенциапьный патрубок ввода, соединенный с подводящим патрубком, и аксиальный патрубок отвода, соединенный с отводящим патрубком. Сосуд выполнен с возмож- ф ностью поворота вокруг горизонтальной оси, а вдоль оси поворота проточного измерительното сосуда установлены гибкие элементы. 2 с.п. Ф-лы

3 ил., 1 табл.

1260738 и плотности собираются в зоне разрежения вихря вдоль ее оси и, находясь во взвешенном состоянии, отводятся иэ сосуда.

Способ осуществляется с помощью устройства (см. фиг. 1), содержащего проточный измерительный сосуд 1, выполненный в виде двух конусов, соединенных основаниями, вершины кото1О рых направлены в противоположные стороны, подводящий патрубок тангенци2 — ального ввода 2 жидкости, установа ленный касательно к поверхности тела е- вращения в плоскости, перпендикуляр!

5 ной к его вертикальной оси симметрии, патрубки аксиального отвода 3, установленные, на вершине конусов, неподвижные подвоцящие и отводящие (А и 5) патрубки, горизонтальную ось поворо2О та 6 на шарикоподшипниковых опорах 7, трубчатые гибкие элементы 8, ус( тановленные вдоль оси поворота, весоизмерительную систему 9.

Способ поясняет я кривыми зависи25 мости показаний прибора от времени (фиг. 2), где 10 — экспериментальная кривая (осциллограмма), теоретические зависимости, 11 — при условии отсутствия перемешивания, 12 — при условии полного перемешивания жидкос— ти в измерительном сосуде.

5О

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в автоматических линиях опреде ления и контроля плотности жидкости а также склонных к разделению эмульсий и суспензий.

Цель изобретения — сокращение вре мени и увеличение точности измерения плотности жидкостей, На фиг. 1 данапринципиальная схе ма устройства для непрерывного изме,рения плотности жидкостей; на фиг. кривые зависимости показаний прибор от времени при скачкообразном измен нии IJIQTHocTH измеряемой жидкости, характеризующие транспортное запаз— дывание; на фиг. 3 — график зависимости показаний прибора от плотнос ти (объемной концентрации) водонефтяной эмульсии.

При реализации предлагаемого спо соба в проточном измерительном сосу де, выполненном в виде тела враще ния, создается упорядоченное течени

I .динамически вращающейся жидкости— течение с одним плоским вихрем.

При таком течении жидкость после довательно вытесняется иэ сосуда от подводящего патрубка к отводящим, н смешиваясь во всем объеме с вновь поступающей жидкостью. Частичное сме шивание происходит лишь в зоне ввода жидкости.

Благодаря этому, в случае измерения плотности жидкости изменяющегося состава, уменьшается время транспортного запаздывания жидкости в измерительном сосуде, следовательно, соответственно сокращается время измерения и увеличивается точность из- 4О мерения вследствие уменьшения динамической погрешности.

При IIpOteKGHHH Ko T e e CO суд переменного сечения с образованием плоского вихря не возникают зоны застоя жидкости, что также приводит к уменьшению динамической погрешности и увеличению точности измерения.

В динамически вращающейся жидкости благодаря подсасывающему действию вихря не происходит осаждение разделяющихся компонентов гетерогенной жидкости на дно и стенки сосуда. Компоненты жидкости, имеющие фазовую границу раздела (газовые пузырьки, капли не смешивающейся жидкости, твердые частицы), независимо от их

Устройство работает следующим образом.

Измеряемая жидкость подается через патрубок тангенциального ввода 2 в измерительный сосуд 1 до полного заполнения. Для этого необходимо создание напора жидкости у открытого коица этого патрубка не менее Р > pgH npu условии с1 > 2Й,, где Н вЂ” высота сосуда; р — плотность жидкости; g— ускорение силы тяжести; d — диаметр патрубка ввода; и,z — диаметр патрубка отвода 3. При скорости подачи жидкости V 15 -10 м /c и ее вязкости

-6 менее 150 сСт жидкость в сосуде изэа тангенциального ввода закручивается с образованием плоского вихря вдоль оси симметрии сосуда. При приближении к оси вихря угловые скорости вращения жидкости увеличиваются и давление уменьшается (подсасывающее действие вихря), поэтому разделяющиеся компоненты жидкости независимо от их плотности собираются в зоне пониженного давления вдоль оси вихря, находясь во взвешенном состоянии, и! 260738 отводятся потоком динамически вращающейся жидкости к патрубкам 3.

Благодаря этому предотвращается осаждение компонентов жидкости на дно и стенки сосуда. 5

Динамическое вращение жидкости в измерительном сосуде, уменьшая смешивание, обеспечивает также ее после,довательное удаление из сосуда. 3а счет этого уменьшается время тран- t0 спортного запаздывания жидкости в сосуде.

При изменении плотности контролируемой жидкости нарушается равновесие между силой тяжести и уравновешиваю- 15 щей силой и измерительный сосуд, благодаря гибким элементам 8, поворачивается вокруг горизонтальной оси 6 °

Весоизмерительная система 9 восстанавливает нарушенное равновесие и выда- 20 ет информацию в виде унифицированного электрического сигнала.

Преимущества данного способа и устройства иллюстрируются приведенными ниже конкретными примерами осуще- 25 ствления устройства и способа.

Был изготовлен лабораторный вариант устройства. Измерительный сосуд

1 объемом 75 ° 10 м выполнен из листовой нержавеющей стали толщиной сте- 30 нок 0,27 " 10 м, высотой 55 -10 м и максимальным диаметром 72 10 м. Подводящий 2 и отводящие патрубки 3 выполнены из тонкостенной (толщина стенок 0,3. 10 м) стальной трубки с внешними диаметрами соответственно

35 8 10 м и ф 4 10 м. В качестве гибких элементов 8 использованы сиз ликоновые трубки длиной 20 10 м с — Ъ внешним диаметром «» 9 ° 10 м и толщиз 40 ной стенок 1,5 10 м.

Горизонтальная ось поворота 6, изготовленная из стальной проволоки

-э диаметром «1 10 м, опирается на

;шарикоподшипниковую опору 7 диаметром ф 4 10 . Длина подвижной части от оси поворота 6 до центра тяжести измерительного сосуда составляет 100 "

«10 м.

H p и м е р 1. Проводилось срав- 50 нение экспериментального времени транспортного запаздывания с теоретически возможными. Оценку экспериментального времени транспортного запаздывания производили следующим об- р разом.

Через измерительный сосуд плотномера, предварительно полностью заполненный насыщенным раствором поваренной соли ИаСК, начинали прокачивать дистиллированную воду. Температура раствора и воды составляла о (20 «+ 0,1 С, скорость прокачки V

15 ° 10 и /с, начальное содержание соли в сосуде было А = 23,7918 r

<10 кг.

Содержание соли в сосуде с течением времени определяли по показаниям плотномера, записанным на экране низкочастотного запоминающего осциллографа С8-1. Погрешность плотномера, предварительно отградуированного в единицах плотности с помощью стеклянного пикнометра объемом

50 10 м, не превышала + 0,1X диапазона измерений 800-1200 кг/м .

Время транспортного запаздывания оценивали как время релаксации, за которое начальное количество соли убывало в f=2,72 раза.

Из приведенных графиков и осцилло" грамм на фиг. 2 видно, что экспери- . ментальное время запаздывания с=5 с, что близко к теоретически возможному, равному t = 4,4 с, и отличается от теоретически возможного, равного и

= 6,7 с.

Полученный результат позволяет сделать заключение, что в спи анном способе время транспортного запаздывания жидкости в измерительном сосу" де уменьшается за счет неполного смешивания жидкости в потбке динамически вращающейся жидкости. Следовательно, соответственно сокращается и время измерения плотности жидкости.

Пример 2. Условия проведения опыта такие же, как и в примере

1. В качестве измеряемой жидкости

° ° рали водонефтяную эмульсию, пригоовленную из нефти плотностью p =

= 8900 кг/м с добавлением дистиллированной воды. Эмульсия нужной концентрации готовилась с помощью лабораторной мешалки перемешиванием шес-. теренчатым насосом ФА. 5.883.013 при .

3000 об./мин в течение 3 мин.

Вода и нефть для приготовления эмульсии различной концентрации отбирались медицинским шприцем на 30» й10 м с точностью + 0,1Ж. Для уменьшения вязкости эмульсии, начиная с 30Х, добавляется деэмульгатор "Диссольван-4411" (65X-ный раствор в ме-f тиловом спирте) из расчета 2 ° 10 кг на 200 10 м эмульсии.

16 20 24 30 34

10, м /с

-1

10, кг/м

998,2 998, 1 998, 1 998,1 998,1 998,3 998,3

5 12607

Изучалась зависимость показаний плотномера от концентрации водонефтяной эмульсии.

Линейность графика зависимос.и (фиг. 3) плотности от концентрации водонефтяной эмульсии во всей области концентрации доказывает отсутствие осаждения ее компонентов на дно и стенки сосуда.

Hp и м е р 3. Условия проведения 1п опыта такие же, как и в примере 1. В

Как видно из таблицы, воспроизводимость- результатов измерения плотности при изменении скорости прокачки от 0 до 30.10 м /с находится в пре( делах + 2 10 кг/м, что свидетельствует о пренебрежимо малом моменте сил деформаций гибких элементов предлагае. мого устройства относительно оси поворота измерительного сосуда.

Ф 1

Малая погрешность «+ 2 10 кг/м, вносимая моментом сил деформаций гибких элементов, обеспечивает точность ЗО измерения плотности данным устройством до + О, 1Х.

Формула изобретения

1. Способ непрерывного измерения плотности жидкостей, включающий ввод жидкости в проточный измерительный сосуд, взвешивание ее и отвод, о тл и н а ю шийся тем, что, с це- 40 ью сокращения времени и увеличения очности измерения, жидкость подают в сосуд, выполненный в виде тела

38 Ф качестве измеряемой жидкости брали цистиллированную воду.

Изучалось влияние сил деформаций гибких элементов на показания плотномера при различных скоростях прокачки жидкости через измерительный сосуд.

Необходимая скорость прокачки устанавливалась изменением числа оборотов электродвигателя насоса. Полученные результаты сведены в таблицу. вращения и закручивают с образованием плоского вихря вдоль оси симметрии сосуда, а процесс взвешивания производят при отводе жидкости иэ зоны разрежения вихря.

2. Устройство для непрерывного измерения плотности жидкостей, содержащее проточный измерительный сосуд, выполненный в виде тела вращения и соединенный с весоизмерительной системой, подводящий и отводящий патрубки и гибкие элементы, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью сокращения времени и увеличения точности измерения, проточный измерительный сосуд снабжен тангенциальным патрубком ввода, соединенным с подводящим патрубком, и аксиальными патрубками отвода, соединенными с отводящим патрубком, причем проточный измерительный сосуд выполнен с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, а гибкие элементы установлены вдоль оси поворота проточного измерительного сосуда.

1260738

zD N

Фиг. Я

1260738

9ВО

980

900

Составитель В. Алексеев

Техред Л,Олейник

Редактор М. Товтин

Корректор Е. Сирохман

Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-)5, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5218/39

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4