Способ определения седиментационной устойчивости однородных суспензий

)Йр. СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 182294 01 й 150 МЮЮВНАЯ "С- Жф в," .фя Л)гф;,г О ЕНИЯ ЕДИМЕНИ ОДНОной ментем, -оп- ости ацим на стидиси, я ОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт коллоидной химии и химииводы им. А.В,Думанского(56) Портная И.Б. и др. Исследование концентрированных суспенэий Коллоид. журнал - 1987. М 3. т, 49, с. 593-596,Кока Ч. ес а). ЯтаЫту о 1 соа з)цгг)езргерагед Ьу ччет цг)пйпц )и йе згецо гп, -Оерагтааепт о сЬегпса Епц)пеег)пц апдАрр)ес СЬетзажгу ОпЬегзту о 1 Тогопсо,Тогопто, Оптаго, 1983, р. 939-949.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАЦИОННОЙ УСТОЙЧИВОСТРОДНЫХ СУСПЕНЗИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к определению седиментационной устойчивости дисперсныхсистем. Для дисперсных систем с неизменяющимся профилем концентрации твердой Изобретение относится к измеритель технике, в частности к определению седи тационной устойчивости дисперсных сис и может быть использовано для экспресс ределения седиментационной устойчив суспензий с повышенной стабильностьюИзвестен способ оценки седимент анной устойчивости дисперсных с)4 сте основе фосфогипса по начальной скоро оседания границы раздела суспензияперсионная среда. фазы по высоте берут ряд суспензии с убывающей концентрацией твердого по отношению анализируемой суспензии (С,), Определяют зависимость времени появления границы раздела суспензия - дисперсионная среда в указанных суспензиях(т) от их концентрации (С). Находят концентрацию твердой фазы суспензии (Скр.) и время (бакр), соответствующие критической точке на кривой зависимости т = т(С) и седиментационную устойчивость анализируемой суспензии (А) определяют из выражения А =3/ 4 3/4В( аСа кр ) -1)+ Птическая точка - это точка, образованная пересечением нормали к зависимости та = т(Са) из точки пересечения линейной аппроксимации части этой зависимости, соответствующей наименьшим значениям Са и экспоненциальной аппроксимации части этой зависимости, наименее коррелирующей с первой аппроксимацией, В, а - величины, определяемые из выражения при подстановке любых СаСкр. и решения системы четырех уравнений. 3 табл. 1 ил. Способ включает приготовление суспензий различных концентраций, помещение их в градуированные цилиндры, выдерживание их в течение 1 часа до появления границы раздела дисперсионная среда-суспензия, фиксирование высоты границы раздела суспензия-дисперсионная среда через каждые 15 с, построение графика зависимости высоты границы раздела (Ь) от времени (1) для каждой концентраци вычисление начальной скорости оседани5 10 15 20 пример, в случае транспортирования по тру- Нбам на большие расстояния. Поэтому визвестный способ оценки седиментацион- лной устойчивости суспенэий с получением трезультатов испытаний через 19 суток неимеет практической ценности. УНаиболее близким по технической сущ- сности и достигаемому эффекту к предлагае- рмому изобретению является способ оценки сседиментационной устойчивости водо иугольных и маслоугольных суспензий с не- цизменяющимся профилем концентрации этвердой фазы по высоте, кСпособ включает приготовление масло- сугольных и водоугольных суспензий раэлич тных концентраций (28-56) , помещение ихв седиментационные колонки с пробоотбор- тниками по высоте, измерение высоты грани- ицы раздела суспензия-дисперсионная ссреда через каждые 4 часа в течение 25 40 2суток, построение графика зависимости вы- исоты осадка от времени, определение сред- снесуточной скорости оседания за время иинтенсивной седиментации, определение цконцентрации твердой фазы осадка после 45 нокончания процесса оседания и вычисле- вние отношения объема осадка после окончания процесса оседания к обьемуисходной системы. По совокупности этихвеличин судят о седиментационной устойчивости изучаемых суспенэий по отношениюдруг к другу,При этом, чем больше средняя скоростьоседания (Чс) и меньше отношение объемаосадка после окончания процесса оседания 55к объему исходной системы (К), тем эта система менее седиментационно устойчива,Так, водоугольная суспензия с концентрацией твердой фазы 38 , сЧС = 6,1 смlсут,и К = 77,2менее седиментэционно устойпо которой судят о седиментационной устойчивости изучаемых дисперсий,При этом, чем больше начальная скорость седиментации, тем менее устойчива система. Таким образом известный способ позволяет оценить седиментационную устойчивость дисперсионных систем только после начала процесса седиментации в них. Для стабилизированных систем, например, высококонцентрированной водоугольной суспензии с массовой долей твердого 56 , начало процесса седиментации наступает через 19 суток с момента ее приготовления (табл. 1, пример 1), Следовательно, седиментационная устойчивость такой системы может быть оценена через 19 суток. Влияние многочисленных и случайных факторов на седиментационную устойчивость технологических суспензий требует систематической и оперативной проверки их стабильности, начива, чем водоугольная суспензия с концентрацией твердого 56 , имеющая Чс - 0,6см/сут. и К=- 89,5 (тэбл, 1, пример 3, 4)Пример по прототипу:Водоугольную суспензию (ВУС) готовили иэ каменного угля Кузбасса (ш, Инская),имеющего влажность 10,2 мас, о и зольность 12,7 мас. ,На основе укаэанного угля готовилиВУС путем мокрого помола по двухстадийной технологии,Размол угля вели до получения частицследующего гранулометрического состава-10 мкм 29,7В качестве химической добавки вводилиФУ (ТУ- 14 - 625 - 80 с изменениями 1 и 2)количестве 1от массы твердого. Получаи суспенэии содержащие 56 и 38 мас.вердой фазы,Седиментэционную устойчивость полченных ВУС определяли по известномупособу (по времени появления границыаэдела), Для этого суспензии помещали ведиментационные колонки высотой 400 ммвели наблюдение. После появления граниы раздела дисперсионная среда - суспения измеряли высоту границы раздела черезаждые 4 часа, Измерения заканчивали поле окончания процесса оседания, резульаты в табл, 1 (примеры 1, 2),Иэ данных табл, 1 видно, что седименационная устойчивость ВУС, оцениваемаяо времени появления границы раздела сотавляет 19 суток (пример 1) и 6 мин (пример), а продолжительность определения этогоараметра по известному способу соответтвенно равна 30 сут, и 1,5 сут. Поэтомуэвестный способ не имеет практическойенности при определении седиментационой устойчивости высоконцентрированныходоугольных суспенэий. Цель изобретения - интенсификация процесса определения седиментационной устойчивости однородных суспенэий,Поставленная цель достигается описываемым способом, состоящем в том, что определяют время появления границы разделасуспензия - дисперсионная среда в ряду суспензий с убывающей концентрацией твердой фазы по отношению к концентрации анализируемой суспенэии (С), по полученной зависимости га = КСа) находят критическую точку и по соответствующим ей значениям концент 1822941рации (С,р) и времени (гр) находят седиментационную устоичивость суспенэий иэ выражения3/4 - 1:, (" ") .,)+ (,)где критическая точка - точка, образованная пересечением нормали к зависимости г = 1(С) из точки пересечения линейной аппроксимации части этой зависимости, соответствующей наименьшим значениям Са и экспоненциальной аппроксимациии части этой зависимости, наименее, коррелирующей с первой аппроксимацией, В, а - величины определяемые из выражения (1) при подстановке любых С,Ср и решения четырех уравнений,Отличительными признаками предложенного способа является то, что определяют время появления границы раздела (т суспензия-дисперсионная среда в ряду суспензий с убывающей концентраций твердой фазы по отношению к концентрации анализируемой суспенэии(С), по полученной зависимости т = т(Са) находят критическую точку и по соответствующим ей значениям концентрации (Ср) и времени (тр) находят седиментацион ную устойчивость суспенэий из выражения (1),Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области измерительной техники, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа.Предложенный способ основан на установленной зависимости между временами появления границы раздела у высококонцентрированных и полученных иэ них разбавленных суспензий. Это позволяет интенсифицировать процесс определения седиментационной устойчивости концентрированных систем путем использования разбавленных суспенэий, у которых время появления границы раздела наступает на 1 - 2 порядка быстрее,Предложенное аналитическое выражение связывает седиментационные устойчивости анализируемой и разбавленных суспензий с их концентрациями, что позволяет достаточно быстро и достоверно определить седиментационную устойчивость высококонцентрированных суспензий.Иэ сущности способа и выражения (1) следует, что анализируемым объектом может быть любая суспензия иэ ряда, имеющая концентрацию твердой фазы больше Ср, т. е. СаСр. Это позволяет вычислить величиныВ и а, пОльзуяСь Эксперимен 1 лп 2.25 пи522 2 й и выражением (1).На чертеже представлена экспернм 2;тальная зависимость времени появлеми 55 5 границы раздела водоугольных суспензийот их концентраций та = (Са), построенная по данным табл. 3. На участке концентраций (39 - 41) мас.зависимость аппроксимируется линейной функцией г, = КСВ, а на уча стке концентраций (41,5-42,0) мас,зависимость аппроксимируется экспоненциальной функцией та = ехр Са. Точка пересечения этих функций является отправной для проведения нормали Й к эксперимен тальной зависимости тв = 1(С), Пересечениенормали с экспериментальной зависимостью дает критическую точку К, по которой определяют значения Ср = 41,4 мас.(0,414 мас. ч.) и тр = 0,13 сут, Величины В 20 и а могут быть вычислены при значениях концентраций С =0,418 мас. дол. (41,8 мас, ) и С = 0,42 мас. дол. (42 мас. ), для которых седиментационные устойчивости, определенные из фиг соответственно равны А - 0,39 сутА = 0,54 сут, В этом случае система уравнений для вычисления величин В и а будет иметь вид: 048374 0,39: В е о,414 30откуда В =7,04. а = 5,25,Подставляя найденные значения В 52 ав выражение (1) находят ее седиментацион-.40 ную устойчивость анализируемой суспензии, например, концентрацию твердой фазы 0,602 мас, дол, (60,2 мас, ) О во 23/4 5 5,25 - 1 А 7 04. е 0,414,13 31,7 сут. В табл, 2 представлены значения Ср, тр, В и а для систем с различной природой дисперсной фазы и химической добавки; ВУС с добавкой ЛСУ или НФУ, угольные шламы магниевого лигносульфоната. суспензия на основе каолинита с добавкои аммониевого лигносульфоната. Видно, что каждой системе соответствуют свои значения В и а. постоянные в пределах одной системы (табл. 2, примеры 1 - 3, 5-7, 9, 10 и 01822941 са - 1(СЭ) из точки пересечения линейной аппроксимации части этой зависимости, соответствующей наименьшим значениям Са, и экспоненциальной аппроксимации части этой зависимости, наименее коррелирующей с первой аппроксимацией,В, а - величины, определяемые из выра- жениЯ (1) пРи поДстановке любых СбСцр и решения системы четырех уравнений,находят критическую точку и по соответствующим ей значениям концентрации (сдР) и времени ( тцР) находят седиментационную устойчивость суспензий из выражения5 где критическая точка - точка, образованная пересечением нормали к зависимости Таблициспытание сеэиьеентацнамай устойчмаасти суспензий по прототипу Прадовкительность оп раде лене седннентацн. анной устайчн.астм сутОтноаемне абьэнэ осадка после окончание процесса Оседэнна к абьЫУ НСМОДНай системы Лродолммтельность процес.сэ оседэ мнесут,Среднем сморю стъ оседаниеграницы раздела Лез смусут.рема лааеле.мна границыеЬазделз, сут. Содерманметеердагасус.лензмн,ылс,ЗЭ сус. пензий Заключение о седныентэциам. най устойчиаасти суспензнйленнзл наин фу Обьект испыт зннй - п нгото Суспанзиа более устойчмеа, чеысуспензна 2,Суспемыеа 2 ьеенее устойчива.чеке памзик 1. 10,00 19.00 1,40 Объект испытаний - с спал зма по п тоти Суспензна 3 Оплел устойчива.чен суспензене 4.Сусмензмл 4 менее устойчива.чете лемана 3. 6 сутаачт 89,5 0.80 не определа юг 77.2 Э сутак+т 61, ЭОО не апределлюг Тблице тэта оринероефид суспанзин Параметры системы Э лечение седиыен тэцмоннай устад. чнэастн суспензеей. сут, Продолымтельность опделенна седемеентацман.май устайчнаастмпензий.измеренные по еремеекзе маалеееа гренецзырэззеел э деесееерсеюеенел среда.стспензеел по предло.мгемнюееуспособу ВУС с добзекой ЛСУ 0,4250,425042 5.17%.4 16.1 г,г 31,7 17,6 э,о 0,4 фм 0,54 ИУС с аабаакой НФУ Кон ен 6,4 0,4 0.414 0,414 014 О 130 О 130 7,04 5.25 Т,04 5.25 704 25 Кон ее ма меакэ к0,440 0.16 Т 9, Го 3.43 Суспензна на основе угольмога нглаыа с дабззкай ЛСТМО Тз О.Т1 10 07 о,фо12,01,Ь1,0 45,0 38,0 380 10 11 12 Стспензил нз основе Глукоаецкога клалинитм с до балкой ЛСТ0 440 0 167 9.10 3 43 3 Сан ен на наема04 0.201 0.146 1,51 5.37 42,0 Ь.О 2.6 104 39.1 6,5 2,6 ф.ьо о,ьо 57,0 15.0,5 2,О 1 Э 14 15 ЭО.О 25.0 180 0.201 0.146 0.201 0.148 1,51 11 5,37 5 ЗТ Концентрациа низка срмпеееской 1 2 э 46 7 8 9 з/4 з/41822941 Таблица 3 Масса ВВУС Масса добавляе(С,2 мас.5), г моЯ воды,г Концентрация твердого в раэ- бавленноЯ суспенэии (С), мас. М суспензии4,17 10 час 1,39 10 час 2,89 102 час 5,00 10 2 час 8,33 102 час 1,67 10 час 583 10 час 10,0 1,08 час 2,17 час 3.42 час 13,08 час 3,0 сут8,7 сут17,6 сут31,7 с 50 2,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 32,981 33,632 32,781 33,053 32,120 33,112 33,054 32,157 32,700 32,531 32,611 33,232 31,153 32,500.32,084 165,565 101,344 65,890 46,539 32,334 23,841 17,968 16,239 15,313 14,659 14,131 11,225 6,355 3,073 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 39,0 40,0 41,0 41,5 42,0 45,0 50,0 55,0 60,2 Время появления границы раздела (т)