Файл: Циперович, М. В. Обогащение углей в тяжелых суспензиях.pdf

Капиллярный вискозиметр с вакуумом (рис. 17) состоит из стек­ лянного градуированного сосуда 1 с капилляром. Нижний конец капилляра погружен в цилиндр 2 с исследуемой суспензией, которая непрерывно перекачивается со скоростью 0,3—0,4 см/сек насосом 7 из приемника 3 в цилиндр 2. Сосуд 1 посредством трубки с краном 8

сообщается с резервуаром 4 и во­

Реологические параметры тяжелой суспензии определяются из графика зависимости касательного напряжения от градиента ско­ рости

Касательное напряжение определяют по выражению

где т — касательное напряжение сдвига, дин/см2; г — радиус капил­ ляра, см; Р — давление или вакуум, см рт. ст.; Z— длина капилляра;

^ — градиент скорости, сек-1; V — объем суспензии, проходящей

через капилляр, см3; t — время истечения, сек.

46

Для вискозиметра с давлением среднее эффективное давление Р определяется как сумма гидростатического давления Р 0, возника­ ющего от разности уровней столба суспензии в вискозиметре, и при­ ложенного давления Р х.

Титовой суспензии плотностью 2,4 г /см3

Объемное содержание твердой фазы

37,5% (т) = 22,8 спз, т — 100 дин/см2)

Среднее гидростатическое давление при истечении жидкости через капилляр определяется по формуле Мейсснера [33]

где Р 0 — среднее гидростатическое давление, дин/см2; х г и х 2 — на­ чальная и конечная высота столба жидкости в вискозиметре, см; б — плотность среды, г/см3; g — ускорение силы тяжести, см/сек2.

Если по оси абсцисс откладывать градиент скорости, а по оси ординат касательное напряжение сдвига, то при линейной зависи-

прямой к оси абсцисс, а предельное напряжение сдвига — на пере­ сечении прямой с осью ординат (рис. 18).

Ротационный вискозиметр Стормера [159] состоит (рис. 19) из емкости 1, в которую заливается испытываемая суспензия, ротора-

47

датчика 2 и измерительной системы, которая включает груз 3, под­ вешенный на нити 4, соединенной с ротором через шестеренчатую передачу 5. Частота вращения ротора фиксируется счетчиком 6. Время, в течение которого ротор делает 100 оборотов, отсчитывается секундомером. Для предотвращения осаждения твердых частиц суспензии и ее расслоения по высоте в измерительном сосуде смонти­ рована мешалка, вращающаяся в направлении, противоположном направлению вращения ротора. Заданная температура суспензии поддерживается подачей воды необходимой температуры в рубашку.

Однако эта конструкция вискозиметра имеет ряд недостатков. Учитывая недостатки вискозиметра Стормера, в ВУХИНе [2] была разработана новая конструкция ротационного вискозиметра

(рис. 20).

Ротационный вискозиметр состоит из двух сообщающихся ем­ костей 1 и 6, соединенных переточными патрубками 5 и 10. В первой емкости установлен ротор-датчик 3, а во второй — мешалка 8, приводимая во вращение двигателем 9. Суспензия подается в изме­ рительную емкость 1 с помощью вращающегося потока по танген­ циально расположенному к емкости 6 патрубку 10. В измерительной емкости при этом создается непрерывный восходящий поток и пол­ ностью устраняется вращательное движение суспензии. Для исклю­ чения кругового движения суспензии от вращения ротора-датчика 3 в измерительном сосуде установлен неподвижный цилиндр с вер­ тикальными отбойниками — ребрами 2. Для снижения трения в пе­ редаче нижняя часть ротора со вставкой из агата опирается на иголь­ чатый подшипник 4, а верхняя часть ротора вращается в подшипнике

48

из капрона. Игольчатый подшипник изолирован от опытной среды воздушной подушкой.

Уменьшает погрешности и повышает стабильность измерения фотоэлектрическая система отсчета времени вращения ротора. Она состоит из двух фотоэлементов 13, осветителей 14 и электросекундо­ мера 15, управляемого фотореле 16.

Ротор вращается благодаря падению груза 12, соединенного с верхней частью ротора нитью, перекинутой через блок 11. Ем­ кость 6 имеет рубашку 7, с помощью которой можно изменять тем­ пературу опытной среды в широких пределах благодаря циркуляции в ней жидкости с заданной температурой или размещению нагреватель­ ного элемента-спирали. В крышке этой емкости имеется отверстие для термометра. Измеряемая среда удаляется через патрубок 17 с кра­ ном, который находится в днище. Скорость потока циркулирующей суспензии можно регулировать изменением числа оборотов мешалки 8.

Приборы, составляющие вискозиметр, смонтированы на панели, которая крепится к станине по отвесу. Расстояние между фотоэле­ ментами определяется исходя из необходимости получения частоты вращения ротора 100 об/мин. Постоянная скорость падения груза между фотоэлементами устанавливается в период его движения от блока до первого фотоэлемента.

Порядок замера реологических параметров среды по скорости падения груза следующий: включается в сеть фотореле (ФРС-16), сблокированное с электросекундомером, стрелка которого предва­ рительно устанавливается на нуль. Затем включается электродвига­ тель мешалки и в емкость 6 заливается опытная среда, после чего регулируется число оборотов мешалки для достижения спокойного и постоянного перелива среды через патрубок 5 емкости 1. Регули­ ровкой температуры среды в рубашке или напряжения спирали уста­ навливается требуемая температура измеряемой среды. На вал ро­ тора наматывается в один слой нить до момента, когда чашечка 12 соприкоснется с блоком 11. Придерживая чашечку, в нее помещают минимальный груз, при котором начинается вращение ротора. Затем чашечка с грузом опускается для свободного падения и авто­ матически фиксируется время ее прохождения от первого до второго фотоэлемента. Измерения с этим грузом повторяют три раза и берут среднее значение, представляющее одну точку будущей реологиче­ ской кривой. Затем постепенным наращиванием массы груза таким же образом производят еще 5—10 замеров. По полученным значениям строят реологическую кривую, выражающую зависимость градиента

скорости (время прохождения груза - ) от напряжения сдвига (массы

груза Р). Угол наклона кривой к оси абсцисс и ее форма характери­ зуют реологическую характеристику среды. Угол наклона кривых

зависимости -----Р характеризует вязкость среды, а точка пересе­

чения с осью абсцисс Р — начальное сопротивление сдвигу плюс сила трения в подшипниках.

Для исключения ошибок в определении вязкости предварительно на ротационном вискозиметре определяются углы наклона кривых, полученных для различных жидкостей (рис. 21). В качестве такой эталонной жидкости обычно принимают растворы глицерина в воде различной плотности. Их вязкость определяется в стандартном вис­ козиметре Оствальда — Пинкевича. Чем меньше угол наклона пря­ мой к оси абсцисс, тем больше вязкость. После определения углов

определенная на ротационном вискозиметре при температуре

20 ± 0,5° С

наклона строится кривая зависимости вязкости, определенной по­ средством вискозиметра Оствальда — Пинкевича, от угла наклона

кривых ------Р, полученных на ротационном вискозиметре для тех

же значений плотности глицерина и его температуры. Эта кривая является калибровочной (рис. 22). Значения угла наклона кривой

----- Р, определенные для любой новой среды, затем наносятся на

калибровочную кривую и по ней определяется вязкость. Упрощенным способом определения вязкости может быть следу­

ющий. Например, при массе груза 10 г определяется время прохо­ ждения его между фотоэлементами для растворов глицерина различ­

50

ной плотности с известной вязкостью. По полученным данным стро­ ится кривая зависимости t — ц . Определив время падения груза массой Юг для исследуемой среды (при той же температуре), по кри­ вой находят значение вязкости.

Точка пересечения кривой -1 — Р с осью абсцисс (рис. 21) опре­

деляет величину начального сопротивления сдвигу Р х плюс сила трения в подшипниках АР. Вычитая из полученного значения Р массу груза, необходимую для преодоления силы трения, АР, по­ лучаем значение массы груза Р 1; которое необходимо для преодоле­ ния начального сопротивления сдвигу. Все эти значения выражены в граммах.

Величину начального сопротивления сдвигу (дин/см2) определяют по формуле

где Р х — масса груза для преодоления начального сопротивления сдвигу, г; g — ускорение силы тяжести, см/сек2; S — поверхность ротора, погруженная в испытуемую среду, см2.

Для испытанного нами прибора S = 67 см2, АР = 0,3 г.

Характерные кривые зависимости -----Р для суспензий раз­

личного состава, полученные на описанном ротационном вискози­ метре, показаны на рис. 23.