способ определения вязкости щелочно-алюминатных растворов

Формула изобретения

Способ определения вязкости щелочно-алюминатных растворов, включающий измерение коэффициента вязкости раствора не менее чем тремя капиллярными вискозиметрами с разной площадью сечения капиллярных трубок F_кап при соблюдении ламинарного течения раствора и термостатирования, на основании измерений строят функциональную зависимость _i=fF_капi к точкам, соответствующим той или иной площади сечения капиллярных трубок, проводят касательные, которые с горизонтальной прямой образуют углы _i, величины тангенса угла _i между касательной и горизонтальной прямой в этих точках будут соответствовать скорости сдвига перемещаемых слоев раствора S_i, а вязкость щелочно-алюминатных растворов v₀, соответствующую скорости сдвига S_o=0, рассчитывают по формуле

и принимают как среднее значение из выполненных измерений, которому на графике будет соответствовать точка пересечения кривой с осью ординат.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам определения реологических характеристик жидкостей и может быть использовано в глиноземном производстве, химической отрасли промышленности и др.

Известен способ экспрессного определения вязкости керосинов и дизельного топлива (патент №2263301, RU) путем измерения плотности топлива _т при t=20°C и последующего расчета вязкости по эмпирической формуле, выведенной по результатам замеров на капиллярном вискозиметре. Недостатком способа является отсутствие учета скорости сдвига, влияющей на точность измерений.

Известен способ по патенту №2091757 RU, основанный на пропуске жидкости через капиллярную трубку с замерами изменяемых уровней в расходной емкости и времени истечения и затем расчете по эмпирической формуле величины вязкости через потерю гидростатического напора на трение. Этот способ также не учитывает скорость сдвига, влияющую на точность измерений.

Известен способ определения кинематической вязкости жидкостей, в частности нефтепродуктов (ГОСТ 33-2000. Изд-во стандартов, 201, с.19), по измерению времени истечения определенного объема термостатированной жидкости под воздействием силы тяжести через калиброванный стеклянный капиллярный вискозиметр и затем расчету величины вязкости по формуле:

=С· , мм²/сек,

где - величина вязкости;

С - калибровочная постоянная вискозиметра, мм²/сек;

- время замера истечения жидкости, сек;

температура измерения t=20°С.

Основным недостатком данного способа является отсутствие привязки определяемых значений вязкости к скорости перемещения в капилляре или скорости сдвига S, сек ^-1, что сказывается на точности измерений. В соответствии с законом Ньютона при обеспечении ламинарного течения жидкости через сечение, перпендикулярное вектору скорости перемещения, определяемое значение вязкости должно соответствовать S S_о=0.

Этот способ принят за прототип.

Задачей изобретения является учет скорости сдвига раствора при определении вязкости, что позволит повысить точность определения вязкости.

Технический результат достигается тем, что в способе определения вязкости щелочно-алюминатных растворов, включающем измерение коэффициента вязкости раствора не менее чем тремя капиллярными вискозиметрами с разной площадью сечения капиллярных трубок F_кап при соблюдении ламинарного течения раствора и термостатирования к точкам, соответствующим той или иной площади сечения капиллярных трубок, проводят касательные, которые с горизонтальной прямой образуют углы _i, величины тангенса угла _i между касательной и горизонтальной прямой в этих точках будут соответствовать скорости сдвига перемещаемых слоев раствора S_i, а вязкость щелочно-алюминатных растворов ₀, соответствующую скорости сдвига S_о=0, рассчитывают по формуле:

,

и принимают как среднее значение из выполненных измерений, которому на графике будет соответствовать точка пересечения кривой с осью ординат.

Поясняем эффективность способа на примере двух щелочно-алюминатных растворов разной концентрации Al₂O₃ и Na ₂O и с известными справочными данными по вязкости. В данных растворах и для сравнения на воде при термостатировании были определены значения вязкости на трех вискозиметрах типа ВПЖ-1 с разными диаметрами капиллярных трубок (d_кап ).

Результаты замеров времени истечения _ср, а также расчета Re, F_кап и др. параметров приведены в таблице.

Таблица Экспериментальные и расчетные данные определения ж воды и щелочно-алюминатных растворов при различных значениях S
Размеры капилляра		Истечение жидкости			tg =Si (см. чертеж), сек -1	Вязкость жидкостей
						по ВПЖ-1 ( i), мм2/сек	Расчетная по формуле		ж по справочнику, сП (сСт)	пр графикам Фиг.1, сСт
dкал, мм	Fкал, мм2	ср, сек	мм/сек	Re
							( i), мм2/сек	( ), сП
а) Жидкая фаза - вода (t=20°C, ж=1 г/см3)
2,1	3,46	2,5	736	672	0,8	2,0
1,16	1,06	12,5	534	516	0,2	1,2
0,54	0,23	84	158	85	0	1,0	1,03	1,03	1,007*	1,0
б) Алюминатный раствор (Al2O 3=40,3 г/л, Na2O=79,5 г/л, t=30°C, ж=1,11 г/см3 )
2,1	3,46	2,2	837	874	0,7	2,01
0,86	0,58	3,1	354	260	0,1	1,23
0,54	0,23	100	133	6	0	1,15	1,15	1,28	1,65*	1,15
									(1,49)
в) Алюминатный раствор (Al2O 3=119,2 г/л, Na2O=232,5 г/л, t=30°C, ж=1,31 г/см3 )
3,75	11,04	0,82	706	298	1,0	8,87
2,9	3,46	5,1	361	163	0,15	4,7			8,08*	4,25
					0		4,26	5,58	(6,17)
*Справочник металлурга по ЦМ "Производство глинозема", 1970, с.54-55.

Как видно из приведенных данных, ламинарное течение потока во всех опытах соблюдалось Re=6÷874.

По полученным данным были построены функциональные зависимости _i=fF_капi, см. чертеж (кр.1 - вода, кр.2 - щелочно-алюминатный раствор слабой концентрации, кр.3 - щелочно-алюминатный раствор более крепкой концентрации). К точкам, соответствующим той или иной площади стечения капиллярных трубок, проведены касательные, которые с горизонтальной прямой образуют углы _i (показаны лишь на третьей кривой). Величины tg _i в этих точках будет соответствовать скорости сдвига S_i. Зная S _i (см.Таблицу, графа 6), определяем по формуле кинематическую вязкость _o, соответствующую скорости сдвига S_o=0.

На примере слабого щелочно-алюминатного раствора ( _ж=1,11 г/см³ ) рассчитаем значения _o, которые составили:

для 1-го измерения

2-го измерения

3-го измерения

Фактическое расчетное значение кинематической вязкости принимаем, как среднее из выполненных трех измерений а в пересчете на динамическую вязкость _оср составит:

_оср= _ocp· _ж=1,15·1,11=1,28 сП.

Аналогично были подсчитаны соответствующие вязкости для воды ( =1 г/см³), _ов=1,03 сСт ( _ов=1,03 сП) и более крепкого раствора ( _р=1,31 г/см³ ) - _cp=4,26 сСт ( _ор=5,58 сП).

Сравнение экспериментальных значений _o, найденных по графику, на пересечении кривых _i=fF_кап с осью ординат и рассчитанных по формуле, свидетельствует о небольшом их расхождении. В то же время справочные значения вязкости данных двух растворов - 1,65 сП (1,49 сСт) для слабого раствора и 8,07 сП (6,17 сСт) для крепкого расходятся с экспериментальными существенно. На соответствующих кривых чертежа они занимают промежуточное положение. Это значит, что при их определении применялся капилляр на 1-м растворе мм, на 2-м d_кап=3 мм. Разница в определении вязкостей в первом случае составила 1,49-1,15=0,34 сСт (относительная погрешность 23%), во втором 6,17-4,75=1,92 сСт (30%).

Таким образом, заявляемый способ определения вязкости растворов позволяет повысить точность измерений, а это значит, что при расчетах приводов сгустителей, мешалок, гидротранспорта появится возможность устанавливать более экономичный электропривод.