Вискозиметр

 

Оll ИСАНИЕ <,979961

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советсннк

Социапнстнчесммн

Реснубпнн

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 27.05.8! (21) 3293242/18-25 с присоединением заявки J%— (5()М. Кл.

G 01 и 11/14

9вуаерстеенный кемнтет

СССР ке делан кзееретеннй н еткрыткк (23) П рморитет у

Опубликовано 07.12.82. Бюллетень М 45 (53) УДК 53213 (088.8) Дата опубликования описания 07.12.82, В. Н. Краоеов, В. Г. Зарембо-Ðàöåâè÷,,А. Я. Чувуров, уГ. С."Зчубачрер,".

В. И. Сахненко и А. Н. Алешин

1- = --мв е (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ВИСКОЗ ИМЕТР

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

Известен вискоэиметр типа RV М вЂ” 70, предназначенный для контроля сопротивления

5 вращения путем измерения величины крутя щего момента и числа оборотов вала и позволяющего проводить исследования и оптимизацию реакций, эффективность которых связана с вязкостью продукта. Устройство состоит из привода с регулируемым числом оборотов, датчиков числа оборотов и крутящего момента (1).

Недостатком д нного у р йства является f5 невозможность использования его для 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

2 корпус с размещенным в нем рабочим oprа ном (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 электроприводом, рубеппсу для обогрева с клапаном подачи теплоносителя, клапан загрузки н выгрузки исследуемой жидкости и измерительную систему, включающую датчики уровня, датчик .температуры, датчик скорости вра щения рабочего органа, датчик плотности, 1 4 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

1 1Мы з("Re) 1р„) + (<) где Ng — критерий Нуссельта (НМы=Ь В. 1К "); — коэффициент теплоотдачи;

К вЂ”. теплопроводность;

D — диаметр мешалки;

Np„— критерий Прандтля рн Ъ Р

С р — теплоемкость; — вязкость реакционной массы; ,О., — вязкость при температуре стенки;

Т . — температура реакционной массы.

Для открытых быстроходных перемешивающих устройств это соотношение сохраняется вплоть до вязкости в 10000РПа с при следующих значениях параметров: х = 0,67; у = 0,37;

z = 0,14; N = 0,1, Используя эти значения, получим из вышеуказанного соотношения

+-0,3 1,44 О Ь7 О,З7 О,ЬЬ ОЯ

I I (2), 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 с той лишь разницей, что толщина пленки определяется величиной механического зазора возле стенки. В этом случае физические свойства жидкости все еще будут оказывать влияние на величину коэффициента теплоотдачи. При постоянстве плотности жццкости и скорости вращения мешалки перепад температур; у стенки аппарата и по оси вала MQIIISJIKH будет однозначно зависеть от вязкости перемешиваемой жидкости. Поскольку вязкость оказывает влияние на значение коэффициента теплоотдачи от стенки реактора к реакционной массе и на значение коэффициента теплопроводности самой реакционной массы (1), то появляется температурный пере пад между значением температуры среды у стенки аппарата и по оси вала мешалки.

Величина этого перепада будет определяться

3 97996 блок вычитания, функциональный преобразо- ватель, регистратор, при этом выходы датчиков уровня подключены к входам блока вычитания, выход 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 соеди- 1у нен с входом регистратора (3).

Недостатком известного вискозиметра является ненадежность его работы при измере-, нии больших значений вязкости, так как при этом не образуется воронки вокруг вала мешалки, следовательно, не возникает перепада уровней, или же он весьма незначителен, и 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 реакторе периодического (РПД) или полунепрерывного действия (РПНД), где происходят реакции химического взаимодействия (дозировка, выдержка) дополнительным параметром контроля следует использовать такой, который наиболее полно отражал бы качественные изменения, происходящие в самом процессе. Одним иэ таких параметров в качестве источника информации является вязкость реакцнонной среды, поскольку между вязкостью и другими физическими и химическими свойствами реакционной массы существует определенная связь. Вязкость является функцией температуры концентрации, молекулярного веса, структуры молекулы образующегося вещества, степени полимеризации и наличия примесей, благодаря чему ее посто. янный контроль позволяет наиболее объектив40 но следить за ходом технологического процесса. I

Целью изобретения является повышение на дежности измерения вязкости при контроле высоковязких жидкостей.

4з

Поставленная цель достигается тем, что вискоэиметр, содержащий корпус, мешалку с регулируемым электроприводом, рубашку для обогрева с клапаном подачи теплоносителя, клапан загрузки и выгрузки исследуемойжидкости, датчик температуры, регулятор тем- 5 1 пературы, соединенный с клапаном подачи теплоносителя, блок коррекции скЬрости враще- ния мешалки, соединенный со вторичным при бором, дополнительно снабжен вторым датчиком температуры, расположенным у стенки корпуса, и прибором для измерения величинь температурного перепада, причем второй дат ! чж температуры соединен с первым входом

979961

5 в основном значением вяэкости среды и интенсивностью перемешивания. Поэтому при определении вязкости перемешиваемой жидкости в реакторах с мешалками целесообразно использовать величину температурного пере- ч лада.

На фиг. 1 и 2 представлены зависимости величин температурного перепада от вязкости перемешиваемой среды; на фиг. 3 — функци ональная схема вискозиметра. tO

Вискозиметр содержит корпус 1 с рубашкой 2, мешалку 3 с электродвигателем 4, исследуемую жидкость 5, клапан загрузки 6, клапан выгрузки 7, клапан подачи хладаген та (теплоносителя) 8. Внутри корпуса 1 1 установлены два датчика температуры: один9 у стенки аппарата, другой — 10 у вала мешалки. Прибор 11 служит для измерения величины температурного перепада. Температуру жидкости стабилизируют датчиком 10 с регулятором температуры 12, воздействием на расход хладагента через рубашку. Регулируемый электропривод двигателя мешалки с использованием статического преобразователя частоты 13 и реостатного эадатчика 14 эч служит для расширения диапазона измерения вязкости. Сигнал значения скорости вращения мешалки через измеритель частоты 15 подается на блок коррекций скорости вращения мешалки 16,,с которого скорректированный сигнал поступает на вторичный прибор 17, отградуированный в единицах вязкости. !

Вискозиметр работает следующим образом.

Э

После заполнения аппарата исследуемой жидкостью определенного объема устанавливают необходимую скорость вращения мешалки, соответствующую предполагаемому диапазону изменения возможных значений вязкости этой среды. Вращение 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 вращения 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

РПД, и РПНД где ее значение, вследствие широко-. го диапазона изменения концентраций веществ и состава, меняется в весьма больших пределах.

S5

Представлен график (фиг. 1) зависимости изменения величины температурного перепада (д Т) от вязкости перемешиваемой среды j и скорости вращения мешалки

6 (h), полученной экспериментально на реакто ре объемом 1,5 л, В качестве перемешиваемой жидкости с различными значениями вязкости использовался глицерин разной концентрации (100% глицерин — кривая с1;

70% водный раствор глицерина — кривая Ь; чистая вода — кривая С). При другом эксперименте в качестве перемешиваемой жицкости использовались ацетон (d); вода (е), этиленгликоль (f) .. пропиленгликоль (g), глицерин (Ь) при фиксированной скорости вращения мешалки (фиг. 2). На основании полученных графиков (фиг. 1 и 2) можно сделать вывод, что между вязкостью перемешиваемой жидкости и величиной температурного перепада, эамеряемого у стенкиаппарата и по оси вала мешалки, существует определенная зависимость, которая и используется в предлагаемой конструкции вискоэиметра. 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 следующей стадии процесса (выдержки и выгрузки).

Использование предлагаемого вискозиметра позволяет отказаться от применения дорогостоящих, сложных в изготовлении и ненадежных в работе вискозиметров а использование для этой цели приборов контроля температуры, являющихся более простыми, точными и надежными приборами, дает воэ-. 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 расШирить 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, о. т л и чу ю шийся 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 темпера2. Малкин А. Я. и др. Методы измерения механических свойств полимеров, М., "Хи мия", 1978, с. 71-83.

3. Авторское свидетельство СССР М 697881, кл. G 01 и ll/14, 1979 (прототип), 7 . 979961 . туры соединен с первым входом прибора для иэмерения 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.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе °

1. Kunst Н. F. ViskosimetUtsmessung ат

Flihsingseiten. — "Ье! AuZ", 1973, В., 95.

У 106, 252. °

Р

1д

/, nl 1 (в-1300; 8-N> с-1) яРа с

Фж

979961

Г Ф

En A юЛгг

@я 8 фа» 7

ВНИИПИ Заказ 9348/32 Тираж 887 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4