CN101788445A - 转筒式流变仪循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于化学工程领域，具体涉及一种转筒式流变仪循环系统。转筒式流变仪循环系统，包括转子、外筒、蠕动泵和循环管，转子置于外筒内，外筒底部连接循环管，循环管与蠕动泵相连，循环管的另一端置于转子与外筒之间。使用本发明并按照所要求的技术设定进行操作，可有效测定易沉降固液悬浮体系的流变参数，而这是传统的转筒式流变仪所不能完成的。由于循环而引起的误差与流体本身及转筒的转速无关，该误差可通过对普通非沉降流体的测量予以标定。

Description

转筒式流变仪循环系统

所属技术领域

本发明属于化学工程领域，具体涉及一种转筒式流变仪循环系统。

技术背景

在如图1所示的传统转筒式流变仪中，被测流体在转子(这里为内筒)与外筒(这里为容器壁)之间的环形区域内旋转，藉测量内筒壁面处的流体剪切速率及转子加于流体的剪切应力而通过相应的模型计算流变参数。

传统转筒式流变仪要求被测流体在环形测量空间内是均质的，即流体的密度、温度是均匀的。显然，这种流变仪对于生产中常见的易沉降悬浮体系的流变特性是无能为力的。

发明内容

为了解决用转筒式流变仪测量易沉降悬浮液时，悬浮颗粒的沉降导致的测量空间内流体非均质问题，本发明提供了一种转筒式流变仪循环系统。

本发明的技术方案是：转筒式流变仪循环系统，包括转子1、外筒2、蠕动泵3和循环管4，转子1置于外筒2内，外筒2底部连接循环管4，循环管4与蠕动泵3相连，循环管4的另一端置于转子1与外筒2之间。

转筒式流变仪循环系统流体循环参数需满足下述设定：

(a)流体的循环速度须大于悬浮液中最大颗粒的沉降速度，如此，既可保证所有颗粒参与循环，又可满足测量空间内所有颗粒均匀悬浮的基本要求。至于测量空间内的被测流体浓度与循环流体的浓度之间存在下述比例关系：

测定出循环流体的浓度后即可确定被测流体的浓度；

(b)采用蠕动泵输运流体，尽量避免流体循环过程中对颗粒结构物的破坏；

(c)理论上，流体在内外筒间隙内循环流动时，除轴向速度外，只要不引起径向及旋转方向的速度分量，而且轴向速度在整个环形截面上均匀分布，则可确保流变仪能在流体循环的条件下按照原来的原理工作，且不改变计算模型；

(d)对于实际操作而言，为方便起见，采用定点循环方式，测量结果的相对误差经推导可定量估计为：

$\mathrm{\α}=\frac{{\∂V}_{\mathrm{\θ}}/\∂r-V_{\mathrm{\θ}}/r}{{\∂u}_{\mathrm{\θ}}/\∂r-u_{\mathrm{\θ}}/r+\∂V_{\mathrm{\θ}}/\∂r-V_{\mathrm{\θ}}/r}$

其中，V_θ为流体循环而导致的流体附加旋转速度；u_θ为流体在转子带动下的旋转速度；r为半径，该式与流体的流变特性以及流变仪转子的转速无关，而只与流体的循环方式有关，因此实际操作中的校正方法是：分别用传统流变仪及带循环系统的流变仪对无沉降的均质流体进行测量，两个测量结果的相对误差就是校正系数。

本发明的有益效果：使用本发明所设计的循环系统，并按照所要求的技术设定进行操作，可有效测定易沉降固液悬浮体系的流变参数，而这是传统的转筒式流变仪所不能完成的。由于循环而引起的误差与流体本身及转筒的转速无关，该误差可通过对普通非沉降流体的测量予以标定。

附图说明

图1是转筒式流变仪工作示意图。

图2是具有外部循环系统的转筒式流变仪。

图中：1、转子，2、外筒，3、蠕动泵，4、循环管。

具体实施方式

如图2所示，转筒式流变仪循环系统，包括转子1、外筒2、蠕动泵3和循环管4，转子1置于外筒2内，外筒2底部连接循环管4，循环管4与蠕动泵3相连，循环管4的另一端置于转子1与外筒2之间。

实施例1

为考察流体循环后对测量结果的影响，分别用传统转筒式流变仪以及带有上述循环系统的同一流变仪对温度为20℃的两种浓度的PAM高分子溶液的表观粘度进行了测定，结果如表1及表2所示。由表1和表2的对照结果可见，两者的相对误差如理论分析的结果一样，既与转子的转速无关，也与流体的性质(浓度)无关。因此，在便于操作的定点循环方式下，用均质溶液对带有循环系统的流变仪的测量误差进行标定后，即可用于测定易沉降悬浮体系。

表1：溶液浓度为60ppm的测定结果对照

内筒壁面处剪切速率，1/s	表观粘度η(mPa.s)(用传统转筒式流变仪测量)	表观粘度η(mPa.s)(用带循环系统转筒式流变仪测量)	相对误差
				12.2324.4636.6948.9261.1573.3885.6197.84110.07122.30134.53146.76158.99171.22183.45195.68207.91220.14232.37	8.105.855.004.484.143.893.683.533.413.313.233.153.093.032.982.942.892.852.81	9.907.086.095.415.024.734.524.344.194.073.963.883.833.743.703.613.563.523.45	22.25％21.05％21.83％20.65％21.28％21.62％22.95％22.89％23.02％23.14％22.66％23.01％23.88％23.28％24.02％22.97％23.34％23.68％22.92％

表2：溶液浓度为150ppm的测定结果对照

内筒壁面处剪切速率，1/s	表观粘度η(mPa.s)(传统转筒式流变仪测量)	表观粘度η(mPa.s)(带循环系统转筒式流变仪测量)	相对误差
				6.1212.2318.3524.4630.5836.6942.8148.9255.0461.1567.2773.3879.5085.6191.7397.84103.96110.07	16.2312.179.998.677.777.116.726.396.205.725.595.215.124.984.894.804.704.52	21.0015.4812.6811.1010.089.268.628.167.767.417.136.876.666.456.266.125.965.82	22.70％21.37％21.20％21.88％22.90％23.20％22.05％21.67％20.09％22.85％21.63％24.15％23.16％22.83％21.92％21.55％21.09％22.32％

实施例2

应用本发明转筒式流变仪循环系统对易沉降悬浮体系，氧化铁悬浮液表观粘度η的测定，循环参数需满足下述设定：

(b)流体的循环速度须大于悬浮液中最大颗粒的沉降速度，如此，既可保证所有颗粒参与循环，又可满足测量空间内所有颗粒均匀悬浮的基本要求。至于测量空间内的被测流体浓度与循环流体的浓度之间存在下述比例关系：

测定出循环流体的浓度后即可确定被测流体的浓度。

(b)采用蠕动泵输运流体，尽量避免流体循环过程中对颗粒结构物的破坏；

(d)对于实际操作而言，为方便起见，采用定点循环方式，测量结果的相对误差经推导可定量估计为：

$\mathrm{\α}=\frac{{\∂V}_{\mathrm{\θ}}/\∂r-V_{\mathrm{\θ}}/r}{{\∂u}_{\mathrm{\θ}}/\∂r-u_{\mathrm{\θ}}/r+{\∂V}_{\mathrm{\θ}}/\∂r-V_{\mathrm{\θ}}/r}$

其中，V_θ为流体循环而导致的流体附加旋转速度；u_θ为流体在转子带动下的旋转速度；r为半径，该式与流体的流变特性以及流变仪转子的转速无关，而只与流体的循环方式有关，因此实际操作中的校正方法是：分别用传统流变仪及带循环系统的流变仪对无沉降的均质流体进行测量，两个测量结果的相对误差就是校正系数。

测定结果见表3。

表3：氧化铁悬浮液表观粘度η的测定结果(单位：mPa·s)

Claims (2)

1.转筒式流变仪循环系统，其特征在于，包括转子(1)、外筒(2)、蠕动泵(3)和循环管(4)，转子(1)置于外筒(2)内，外筒(2)底部连接循环管(4)，循环管(4)与蠕动泵(3)相连，循环管(4)的另一端置于转子(1)与外筒(2)之间。

2.权利要求1所述的转筒式流变仪循环系统，其特征在于，该系统流体循环参数需满足下述设定：

(a)流体的循环速度须大于悬浮液中最大颗粒的沉降速度，测量空间内的被测流体浓度与循环流体的浓度之间存在下述比例关系：

测定出循环流体的浓度后即可确定被测流体的浓度；

(b)采用蠕动泵输运流体；

(c)理论上，流体在内外筒间隙内循环流动时，除轴向速度外，只要不引起径向及旋转方向的速度分量，而且轴向速度在整个环形截面上均匀分布，则可确保流变仪能在流体循环的条件下按照原来的原理工作，且不改变计算模型；

(d)对于实际操作而言，为方便起见，采用定点循环方式，测量结果的相对误差经推导可定量估计为：

$\mathrm{\α}=\frac{{\∂V}_{\mathrm{\θ}}/\∂r-V_{\mathrm{\θ}}/r}{{\∂u}_{\mathrm{\θ}}/\∂r-u_{\mathrm{\θ}}/r+\∂V_{\mathrm{\θ}}/\∂r-V_{\mathrm{\θ}}/r}$

其中，V_θ为流体循环而导致的流体附加旋转速度；u_θ为流体在转子带动下的旋转速度；r为半径，该式与流体的流变特性以及流变仪转子的转速无关，而只与流体的循环方式有关，因此实际操作中的校正方法是：分别用传统流变仪及带循环装置的流变仪对无沉降的均质流体进行测量，两个测量结果的相对误差就是校正系数。

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