Способ определения скорости массопереноса

 

Союз Советскни

Социапксткческкк

Республик

ОП ИСAН И Е „„»»»

ИЗО6РЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 29.06.78 (21) 2641533/18-25 (51) М. Кл с присоединением заявки №вЂ”

G 01 N 13/00

Гоаудерктвевный комитет

СССР (23) Приоритет— ае дмвм изобретений н еткритнй

Опубликовано 15.03.80. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 25.03.80 (53) УДХ 543.542 (088.8) Л. А. Максютин, А. Н. Сундуков, В. А. Сурков, П. А. Иванов, А. И. Анохина,В. К. Калистов и С. А. Донской (72) Авторы изобретения

Горьковский исследовательский физико-технический институт (71) Заявитель при Горьковском государственном университете им. Н. И. Лобачевского (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ

МАССОПЕРЕДАЧИ

Изобретение относится к физико-химическому анализу веществ и может найти применение в черной и цветной металлургии, химической и других отраслях промышленности для повышения точности, надежности и оперативности контроля количества растворенного вещества твердой фазы в жидкой с целью интенсификации быстропротекающих технологических процессов (например, конверторное производство стали), стабилизации и повышения качества получаемой продукции.

Скорость растворения вещества (скорость массопередачи) определяется количеством (массой) вещества, переходящего из одной фазы в другую через единицу поверхности контакта фаз в единицу времени, т. е.

U = m $- Т, (i) где U — скорость массопередачи, кг.м с ;

m — масса вещества, переходящая из одной фазы в другую, кг;

S — площадь контакта фаз, м2;

Т вЂ” время перехода, с.

Для определения скорости массопередачи (массовой скорости потока) по уравнению 1 общепринята методика вращающегося образца с равнцдоступной в диффузионном отношении поверхностью, согласно которой приготовленный образец твердой фазы в виде таблетки (или стержня), диаметр и высота которой одинаковы, помещают в жидкость и вращают от электродвигателя (1).

Через определенные интервалы времени отбирают пробы шлака, взвешивают и исследуют с помощью рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализов. Веса растворенных компонентов в шлаке суммируют и определяют скорость массопередачи.

1о Рассмотренный метод весьма точный в определении веса растворенных веществ твердой фазы приближенно учитывает поверхность раздела фаз и длителен в определении скорости массопередачи, что неприемлемо для контроля быстро протекающих технологических процессов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ определения скорости массопередачи

20 твердого вещества в жидкое, согласно которому образец помещают в сосуд с жидкостью, приводят его во вращение и фиксируют продолжительность его растворения, причем о скорости растворения судят по

721705 уменьшению веса образца в течение опыта, что контролируется на демпферных весах (2), Этот способ обладает малой точностью измерений ввиду трудностей непрерывного контроля изменения веса образца в,шлакоВоМ расплаве, осложненных термодинамическими условиями н перемешиванием жидкой среды (например продув кислородом). Кроме того, надежность измерений снижается из-за практической трудности определения изменяюшихся размеров (поверхности) образца, усложняющих возможность их непре- 46 рывного контроля.

Целью изобретения является повышение точности и оперативности измерений.

Для этого по предлагаемому способу фиксируют изменение момента вращения образца и продолжительность его изменения, а искомую величину находят по формуле (К,М) i/ç (2) где U — скорость массопередачи, кг м -с

Т = Т вЂ” T — время перехода, с; ле

М = М,„— М,„— изменение момента за время перехода, Н м;

К вЂ” постоянный коэффици— ент, кг м .

На чертеже представлена схема реали2 зации предлагаемого способа.

Образец твердой фазы 1 (теоретически наиболее подходящей формой служит шар или цилиндр, диаметр и высота которого одинаковы), связанный с электродвигателем 2, подключенным к измерителю момента 3 и >е отсчетному устройству 4 (автопотенциометр), помещен в сосуд 5, внутри которого находится жидкость. Сосуд 5 размещен в печи б для создания определенных температурных условий, контроль которых производится термопарой. Фиксируя время изменения момента на определенную величину, по формуле 2 определяем скорость массопередачи.

При вращении образца 1 от электродвигателя 2 с постоянной скоростью !,!, вследствие физико-химических свойств (вязкост- 46 ных и диффузионных) жидкости на внешней поверхности образца возникает момент, равный

M=K,q ° (!, (3) где М вЂ” момент сопротивления, Н м;

q — вязкость жидкости, Па с;

45 о> — угловая скорость вращения образца, с ;

К вЂ” постоянный коэффициент, !!Гз.

Момент М регистрируется измерителем момента 3, а динамика его изменения записывается на автопотенциометр 4, одной из координат которого является время.

В качестве примера был взят силикатный флюс состава, %: SiO 2 47, Р О з 24, Mg0 17, А1 0з 7 размещен до определенной массы по всему объему (плотность = и

= const) .

Из указанного состава приготавливали образцы цилиндрической формы, диаметр и высота которых одинаковы и равны 5-1(Рм.

Образцы отжигали при t =1600 Ñ и определяли их плотность f =2,34 10з кг !!Гз.

Брали тигель со шлаком, температура в котором поддерживалась при 1510 С и определяли динамическую вязкость плака (=0,072 Па-с при диаметре тигля Д)Яобразца.

Для скорости вращения образца о! =

=10,5 с рассчитывали постоянный коэффициент р (rg зч !ОЗ)

Отожженный образец размещали на шпинделе, приводимом во вращение от электродвигателя, и погружали в тигель со шлаком. При этом фиксировали момент и запускали секундомер. В нашем случае М ==2960,107 Н м при Т =О.

В процессе измерения момент сопротивления вращению образца в шкале непрерывно уменьшался.

Фиксировали время, за которое момент заметно изменялся, т. е.

Мг = 1480,10 Н м при Т =41, с, По формуле 2 расчитывали скорость массорзтВ,«v с

41

Для отсчета пользовались автопотенциометром, перемещение диаграмной ленты которого связано со временем, а перемещение стрелки-указателя пропорционально моменту. По тангенсу угла наклона непрерывно контролировали скорости массопередачи.

Повышение точности измерений скорости массопередачи (погрешность 8%) достигнуто за счет малой погрешности момента (2%) и малой погрешности в отсчете времени (1%).

Высокая надежность измерений достигнута за счет исключения из формулы 2 геометрических размеров образца и определения коэффициента до опыта.

Высокая оперативность измерений достигнута за счет непрерывного контроля скорости массопередачи в процессе опыта.

Формула изобретения

Способ определения скорости массопередачи вещества твердой фазы в жидкую путем фиксирования продолжительности массопередачи вращаемого в жидкости образца вешества твердой фазы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, надежности и оперативности измерений, фиксируют изменение момента вращения образца и продолжительность его изменения, а искомую величину находят по формуле

U=T (К М) !!з, где U — скорость массопередачи кг м-2 с

Т = Т вЂ” Т вЂ” время перехода, с;

721705

Составитель С Беловодченко

Техред К. Шуфрнч Корректор Г. Назарова

Тираж 1010 Подписное

ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4)5

Филиал П П П с Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор И. Шубина

Заказ 121/34

М = М вЂ” М вЂ” изменение момента за — т, т, время перехода, Н.м;

К вЂ” постоянный коэффициент, кг м .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Левич В. Г. Физико-химическая гидродинамика, М., «Физмат», 1959, с. 83.

2. Ершов Г. С., Умрихин П. В., Арзамасцев Е. И. Ассилиляция извести шлаковым расплавом. Известия Вузов, «Черная металлургия», К9 1, 1966, с. 72 (прототип).