Способ определения реологических характеристик волокнистых суспензий

(11) 4 рц С 01 И 1114 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ КОМУ СВИДЕтельСТВУ аксиального зазора, в котором происходит взаимное перемещение слоевволокнистой суспензии, а расчет касательного напряжения и градиентаскорости осуществляют по Аормулам гК 2 2 Совр вр Нрадиус вращающегося дрического тела, м; радиус внутреннего дрического тела, м,ин нвч ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЙО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Уральский орденаТрудового КрасногоЗнамени лесотехнический институт им, Ленинского комсомола (53) 531.137(088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 864061, кл. С 01 М 1/14, 1979.2. Терентьев О.АГидродинамика волокнистых суспензий в целлюлознобумажном производстве. М., "Лесная промьвленность", 1980 с.123- 134 (прототип).(54).(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛОКНИСТВИ СУСПЕНЗИЙ, включающий измерение. моментов сопротивления вращающейся суспензни, находящейся в коаксиальном зазоре между двумя цилиндричес-. кими телами, одному из которых, связанному с приводом вращения, задают различные угловые частоты, и последующий расчет касательного напряжения и градиента скорости, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, ,с целью повышения точности определения реологической характеристики предварительно определяют с помощью определителя скорости величину ко - к сательное напряжениемежду соседними слоямисуспензии при заданной уловой частоте одного изцилиндрических тел, Паф 1 - градиент скорости, с 1, М - измеряемый момент сопротивления, Нм,величина коаксиального ззора, в котором происходитвзаимное перемещениеслоев волокнистой суспензии, м;в . высота внутреннего цилиндрического тела, м- угловая частота вращающе- Рцилиндрического теФ 1144025Изобретение относится к способам определения физико-механического со" стояния волокнистых суспенэий и может быть использовано как .при конструировании и.модерниэации оборудо.вания целлюлозно-бумажного производства, так и в научных целях.Известен способ определения полных реологических характеристик полидисперсцых систем, основанный на.измере- Ю нии механической реакции испытуемой среды с использованием двух тел, между которыми помещена испытуемая среда, при этом одно из тел, связанное с пРиВОДОм вращенияу приВОДЯт ВО 5 вращение при Фиксированной скорости, общего деформировапия дисперсной системы н измеряют напряжение сдвига испытуемой среды (касательное папряжение) с последующим опредепе-. 20 пнем скорости относительного перемещения. слоев в различных точках коаксиального зазора, а скорость деформирования дисперсной системы задают такую,.при которой наступа ет предельное разрушение твксотропной структуры Я .Однако этим способом невозможно точно определить реологическую характеристику волокнистой суспензии ввццу того, что твердые частицы волокнистой суепенэии значительно превьдпают размеры частиц дисперсной системы (размеры твердых частиц волокнистой: суспензин 3-15 мм, размеры полидисперсных.систем 0,05-0,5 мм),35 к и при скорости. предельного разрушения тиксотропной структуры волокнистой суспензии не наблюдается ок добин кривых распределенияугловой40 скорости вращения (Я ) и касательного напряжения сдвига испытуемой среды (), являющегося необходимым условием снятия реологических хас рактеристик. Следовательно, обеспен чивается точность определения реолон гических характеристик волокнистой суспензии. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достига .емому результату является способ исследования реологических характеристик волокнистой суспензии 2, осуществляемый с помощью ротационно" го вискозиметра и заключающийся в 55 измерении моментов сопротивления вращающейся суспензия, которая находится в коаксиальном зазоре.между двумя цилиндрическими телами, одному иэ которых, связанному с приводомвращения, задают различные угловыечастоты, и последующем расчете касательного напряжения и градиентаскорости. Для каждой заданной угловой частоты вращения цилиндра замеряют момент сопротивления вращающей".ся суспензии, который снимают с наружного цилиндра, после чего рассчитывают величину касательного на-.лпряжения ь и градиент скорости )по которым строят реологическую кривую, Расчет величин касательногонапряжения и градиента скорости осуществляют по формуламл ., 1 Р нфдн-Цвсрде И - измеряемый момент, Н м;=0,6 - высота внутреннего цилиндра, м;9 - угловая частота наружногоцилиндра, 1/с",Рц - внутренний радиус наружно"го цилиндра, м,- наружный радиус внутреннего цилиндра, мНф ЗНюер .Однако известным способом небеспечивается точность определенияеологических характеристик волокнистой суспензии, так как расчет параетров реологического уравненияасательного напряжения (ле ) и граиента скорости ( ) - ведут с исолъзованием всей вепичйны коаксильного зазоРа, Равного (РН -Р ), в8 н фотором вращается суспензия, и неучйтнвают наличия в волокнистой сусензии структурированного слоястержня), где взаимное перемещениелоев Волокнистой суспензии равноулю.Цель изобретения - повышение точости определения реологических хаактеристик волокнистой суспеизии.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу определения реологическне характеристик волокнйстьи суспензий, включающемуйэмереййе моментов сопротивлениявращающейся суспензия, находящейсяВ коаксиальном зазоре между двумяцилиндрическими телами, одному изкоторых, связанному с приводом враще"ния, задают различные угловые частоты, и последующий расчет касатель-,3 1144ного напряжения и градиента скорости, предварительно определяют с по-,мощью определителя скорости величинукоаксиального зазора, в котором происходит взаимное перемещение слоев1волокнистой суспензии, а расчеткасательного напряжения и градиента. скорости осуществляют по формуламМЬ овр вр10Нф 9 н+гдекасательное напряжениемежду соседними слоямисуспензии при заданнойугловой частоте одногоиз цилиндрических тел,Па,- градиент скорости, с 1;М " измеряемый момент сопротивления, Н м,20- высота внутреннего цилиндрического тела, м," - радиус внутреннего ци-линдрического тела, м,я- угловая частота вращающегося цилиндрического тела",1 - радиус вращающегося цилиндрического тела, м;Н - величина коаксиальногозазора, в котором происходит взаимное перемещение слоев волокнистойсуспензии, м.Определение величины коаксиального зазора, в котором происходит 35взаимное перемещение слоев волокнистой суспенэии, позволяет исключитьиэ последующего расчета величинуструктурированного слоя, в которомвзаимное перемещение вращающихся 40слоев волокнистой суспензии отсутствует, что обуславливает повышениеточности определения реологическойхарактеристики волокнистой суспензии, эа счет более точного расчета пара.метров реологического уравнения,в частности, касательного напряжения и градиента скорости.На фиг.1 показана принципиальнаясхема устройства для осуществления 50способа;. на фиг.2 - обозначения пара,метров, используемых при определении величины касательного напряжения и градиента скорости и коаксиального зазора, в котОРом происхо,дит взаимное перемещение слоев",на фиг,З - экспериментальная реологическая характеристика и реологичес 025кая характеристика, построенная на аналитической модели по предлагаемому способу на фиг.4 - экспериментальная реологическая,характеристика и реологическая характеристика, построенная на аналитической модели но известному способу 11; на фиг.5- расчетная эпюра скоростей, полученная экспериментальным путем по предлагаемому способу, и эпюра скоростей, полученная по известному способу Я .Устройство представляет собой ро.тационний вискозиметр, содержащий два коаксиальных цилиндра 1 и 2, в рабочий зазор, которого помещена исследуемая жидкость. Один из цилинд- ров (внутренний) 2 приводится во вращение от электродвигателя 4 постоянного тока через сельсины 5 и 6. Частота вращения электродвигателя 4 задается с помощью автотрансформатора 7, С сельсином 5 связан тахо- генератор 8 и измеритель 9 момента сопротивления испытуемой среды. На оси цилиндра 2 закреплен определитель скорости жидкости в виде вертушки 10, имеющей градуированную шкалу на горизонтальной штанге для определения и замера величины коаксиального зазора, в котором происходит взаимное перемещение слоев волокнистой суспензии. Через выпрямитель 11 к внутреннему цилиндру 2 подается напряжение постоянного тока.Устройство работает следующим образом.В рабочий зазор 3 вискозиметра заливают исследуемую суспензию, включают электродвигатель 4, который через сельсины 5 и 6 приводит во вращение внутренний цилиндр. Частота вращения электродвигателя 4 и соответственно внутреннего цилиндра 2 задается автотрансформатором 7. При этом исследуемая суспензия в коаксиальном зазоре испытывает механическую реакцию, а именно слои жидкости начинают взаимно перемещаться.Затем для каждой угловой часТоты вращения внутреннего цилиндра 2 с по" мощью вертушки 10 определяют коакснальный зазор, в котором происходит взаимное перемещение слоев волокнистой суспензни, т.е. Фиксируют на градуированной шкале вертушки 10Повышение точности определенияреологической характеристики позволяет правильно рассчитать критический градиент скорости к, необхо.димый для обеспечения эффективнойдиспергации потока волокнистой сус пензии, и использовать его в практических целях в целлюлозно-бумажном оборудовании, так как если в проточном канале рабочий градиент скоростио (К, то поток будет проявлять склонность к флокуляции, если 11" рщъко, то поток находится вдиспергированном состоянии. В114402 участок, в котором вертушка 10 вращается от 7 =Ч до Чо =О,% 4 МаксОдновременно для каждой угловой частоты вращения внутреннего цилиндра 2 фиксируют момент сопротивления 5 вращающейся суспензии с помощью измерителя 9 момента сопротивления испытуемой среды. На основании замеренных величин осуществляют построение реологической характеристики 10 с, = Ху) по формулам (1) и (2).1 Ример осуществления способа.В коаксиальпый зазор ротационного вискозиметра заливается испытуемая среда, представляющая собой суспен зню древесной массы со степенью помола 50 ИР и концентрацией 0,87. Затем приводится во вращение внутренний цилиндр 2 вискозиметра, при этом задаются угловые частоты его враще ния в интервале 4-550 об/мин и для каждой угловой частоты вращения цилиндра 2 снимаются моменты сопротивления вращающейся суспензии, которыеф соответственно составляют 12,510 - 25 8,710 Н м. Одновременно определяется с помощью вертушки 10 часть коаксиального зазора Н, в котором происходит взаимное перемещение слоев волокнистой суспензии. Эта величина ЗО зазора замеряется по градуировочной шкале вертушки 10 для каждой заданной угловой частоты вращения внутреннего цилиндра 2 и находится в пределах 3-50 мм. На основании замеренных величин момента сопротивления и зазора при различной угловой частоте производят расчет величин касательного напряженияи градиента ско 1рости. По полученным параметрам строят экспериментальную реологическую характеристику исследуемой суспензии (фиг.З, кривая 12).По полученным экспериментальным точкам на кривой подбирают аналитическую модель согласно методике получения аналитической зависимости для экспериментальной кривой волокнистой суспензии, по которой строят расчетную реологическую характеристику (фиг.З, кривая 13).Подобранная аналитическая модель имеет видь=1 45,Е1,45 Е +0,0125,Параллельно проводится определение экспериментальной (кривая 14) и расчетной (кривая 15) реологической характеристики (фиг.4) волокнистой суспензии древесной массы со степенью помола 50 ШР, концентрацией О,ЯЕ по известному способу 12 .По экспериментальным точкам подобрана следующая аналитическая модел О О,оо 2 1 у=1,5 е-1,5 Е+0,0125Точность определения реологической характеристики определяют совпадением расчетной эпюры с эпюрой скоростей, полученной экспериментальным путем..Из анализа эпюры на фиг,5 видно, что экспериментальная реологическая характеристика (кривая 16), построенная по данному способу, совпадает с расчетной (кривая 17) с точностью в два раза превышающей точность совпадения экспериментальной реологической характеристики (кривая 18), построенной по известному способу 123 МЩИИИ Закаэ 897/36 Тир Филиал ПНИ фйвтеатфф, г.Уагород,ект 4; Ь 3344025 3ч