Способ определения скорости массопереноса

(72) Авторы изобретения Горьковский исследовательский физико-технический институт(71) Заявитель при Горьковском государственном университете им. Н, И. Лобачевского(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ МАССОПЕРЕДАЧИИзобретение 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 количестварастворенного вещества твердой фазы вжидкой с целью интенсификации быстропротекающих технологических процессов(например, конверторное производство стали), стабилизации и повышения качестваполучаемой продукции,Скорость растворения вещества (скорость массопередачи) определяется количеством (массой) вещества, переходящего изодной фазы в другую через единицу поверхности контакта фаз в единицу времени, т. е.= гп 5-Т, Мгде- скорость массопередачи, кг.м с ;гп - масса вещества, переходящая из одной фазы в другую, кг;5 - площадь контакта фаз, м 2;Т - 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 злектродвигателя 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.1 о Рассмотренный метод весьма точный вопределении 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 поМ = К( а, (3- момент сопротивления, Н м;- вязкость жидкости, Па с;- угловая скорость вращения образца, с;К - постоянный коэффициент, ьГз,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, %: ЯОг 47, ГгОз 24, МдО 17, А 1 гОэ 7 размещен до определенной массы по всему объему (плотность= сопзт).Из указанного состава приготавливали образцы цилиндрической формы, диаметр и высота которых одинаковы и равны 5.1 огм. где М уменьшению веса образца в течение опыта,что контролируется на демпферных весах 12,Этот способ обладает малой точностьюизмерений ввиду трудностей непрерывногоконтроля изменения веса образца в,шлаковом расплаве, осложненных термодинамическими условиями и перемешиванием жидкойсреды (например продув кислородом). Кроме того, надежность измерений снижаетсяиз-за практической трудности определенияизменяюшихся размеров (поверхности) образца, усложняющих возможность их непрерывного контроля.Целью изобретения является повышениеточности и оперативности измерений.Для этого по предлагаемому способу фиксируют изменение момента вращения образца и продолжительность его изменения, аискомую величину находят по формуле1.) =Т,(К,М) l (2)где Ц - скорость массопередачи, кгмс;Т = Т- Т - время перехода, с; леМ = М, - М, - изменение момента завремя перехода, Н м;К - постоянный коэффици -кг-г, м На чертеже представлена схема реали 2зации предлагаемого способа.Образец твердой фазы 1 (теоретическинаиболее подходящей формой служит шарили цилиндр, диаметр и высота которого одинаковы), связанный с электродвигателем 2,подключенным к измерителю момента 3 и зеотсчетному устройству 4 (автопотенциометр),помещен в сосуд 5, внутри которого находится жидкость. Сосуд 5 размещен в печи бдля создания определенных температурныхусловий, контроль которых производится термопарой, Фиксируя время изменения момента на определенную величину, по формуле 2определяем скорость массопередачи,При вращении образца 1 от электродвигателя 2 с постоянной скоростью а, вследствие физико-химических свойств (вязкостных и диффузионных) жидкости на внешнейповерхности образца возникает момент, равныймя, за которое момен 78,кг мДля отсчета пользоометром, перемещение дторого связано со времестрелки-указателя пропту. По тангенсу углаконтролировали скорост автопотенциой ленты коперемещение льно момен- непрерывно передачи. ались аграмннем, а рционааклонаи массо Повышение то ти массопередачи нуто за счет мал (2%) и малой по мени (1%). чности измерении скорос(погрешность 8%) достигой погрешности момента грешности в отсчете вреВысокаята за счетметрически ния коэфф Высокая игнута за ости массо надежность измерении исключения из формуль х размеров образца и о ициента до опыта.оперативность измерен чет непрерывного контро передачи в процессе опы остиг ге- предеяска,ормдла изобретени 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 формулеУ=Тг (К М) г,где У - скорость массопередачикг м-г сТ= Т- Т- время перехода, с; Образцы отжигали при г=1600 С и определяли их плотность =2,34 10 З кг Ф.Брали тигель со шлаком, температура в котором поддерживалась при 1510 С и определяли динамическую вязкость шлака 1 =0,072 Па.с при диаметре тигля Д)Яобразца.Для скорости вращения образца а = =10,5 с рассчитывали постоянный коэффициент.Р (г,зч. 0 з)Щ 2 ЧЛ - Ет,", , МОтожженный 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=- =29 б 0,107 Н м при Т=О.В процессе измерения момент сопротивления вращению образца в шкале непрерывно уменьшался. Фиксировали врет заметно изменялся, т. е,Мг = 1480,10 Н м при Т=41, с, По формуле 2 расчитывали скорость массо- передачи 12,510 Н 80 о )с721705 Составитель С, БеловодченкоТехред К. Шуфрнч Корректор Г. НазароваТираж 1010 ПодписноеЦН И И ПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений н открытий113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП сПатентъ, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Редактор И. ШубинаЗаказ 121/34 М = М - М - изменение момента за-- т,время перехода, Н м; К - постоянный коэффици. ент, кгм. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Левич В. Г. Физико-химическая гидро- динамика, М., Физмат, 1959, с, 83.2. Ершов Г. С., Умрихин П. В., Арзамасцев Е. И. Ассилиляция извести шлаковым расплавом. Известия Вузов, Черная металлургия, Хо 1, 1966, с. 72 (прототип).