DD301493A7

DD301493A7 - DEVICE FOR STOS PARAMETER DETERMINATION FOR COALESCENCE PROCESSES

Info

Publication number: DD301493A7
Application number: DD32854386A
Authority: DD
Inventors: Hartmut Dipl-Phys Dr R Bergelt; Karlheinz Weber; Hans J Dipl-Ing Dr Sc Schulze; Hansjoachim Dipl- Stechemesser
Original assignee: Forsch Aufbereitung
Priority date: 1986-12-30
Filing date: 1986-12-30
Publication date: 1993-02-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stoßparameterbestimmung bei Koaleszensprozessen nach dem Prinzip der Bewegung einer Grenzfläche. Die Vorrichtung dient der routinemäßigen Messung der Stoßzeit und Stoßtiefe als Funktion der Energie eines Partikels (Feststoffteilchen, Flüssigkeitstropfen, Gasblase), das auf eine Flüssig-Gas- oder Flüssig-Flüssig-Grenzfläche stößt und die direkte Bestimmung der Partikelgeschwindigkeit gestattet. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine senkrecht stehende, einseitig geschlossene, auf der gegenüberliegenden Seite mit Einengung versehene und mit Flüssigkeit gefüllte Kapillare (s. Figur) verwendet wird, in der sich ein Partikel mit bekannter Geschwindigkeit in Richtung der offenen Seite bewegt, an der die Flüssigkeit eine Flüssig-Gas- oder Flüssig-Flüssig-Grenzfläche bildet, die sich im horizontalen Strahlengang eines Meßspaltprojektors befindet, der Bestandteil einer an sich bekannten Einrichtung zur Umwandlung der Grenzflächenbewegung in ein elektrisches Signal nach dem Prinzip der analogen Lichtstrommodulation mittels lichtsensitivem Element ist. Figur{Vorrichtung; disperse Systeme; Koaleszens; Stoßzeit; Stoßtiefe; Partikel; Flüssig-Gas-Grenzfläche; Bewegung; Amplitude; Geschwindigkeit; Schwingung; Fotozelle; Lichtschranke; Kapillare; Lichtmodulation}The invention relates to a device for impact parameter determination in coalescence processes according to the principle of movement of an interface. The device is used to routinely measure peak time and depth of impact as a function of the energy of a particle (particulate matter, liquid drop, gas bubble) encountered at a liquid-gas or liquid-liquid interface and allows direct determination of particle velocity. According to the invention this object is achieved in that a vertical, one-sided closed, provided on the opposite side with constriction and filled with liquid capillary (s. Figure) is used, in which a particle moves at a known speed in the direction of the open side, in which the liquid forms a liquid-gas or liquid-liquid interface, which is located in the horizontal beam path of a Meßspaltprojektors, the part of a known device for converting the interfacial movement into an electrical signal according to the principle of analog light current modulation by means of light-sensitive element is. FIG {apparatus; disperse systems; coalescence; Rush hour; Shock depth; Particle; Liquid-gas interface; Move; Amplitude; Speed; Vibration; Photocell; Photocell; Capillary; Light modulation}

Description

-2- 301493 Darlegung des Wesens der Erfindung-2- 301493 Explanation of the nature of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu entwickeln, womit die Stoßzeit und Stoßtiefe als Funktion der Geschwindigkeit eines Partikels (Feststoffteilchen, Flüssigkeitstropfen, Gasblase) beim Stoß auf eine Flüssig-Gas- oder Flüssig-Flüssig- Grenzflache aus der stets sichtbaren und reproduzierbaren Bewegung dieser Grenzfläche, ohne fotografische Mittel und ohne die im Stand der Technik genannten unzulässigen Voraussetzungen bestimmt werden können. Die Partikelgeschwindigkeit wird dabei nicht indirekt aus der Bewegung der Grenzfläche, sondern direkt bestimmt.It is an object of the invention to develop a device, whereby the peak time and depth of impact as a function of the velocity of a particle (solid particles, liquid droplets, gas bubble) in the impact on a liquid-gas or liquid-liquid interface from the always visible and reproducible movement this interface, without photographic means and without the inadmissible conditions mentioned in the prior art can be determined. The particle velocity is not determined indirectly from the movement of the interface, but directly.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine senkrecht stehende, einseitig geschlossene, auf der gegenüberliegenden Seite mit Einengung versehene und mit Flüssigkeit gefüllte Kapillare verwendet wird, in der sich ein Partikel (Feststoffteilchen, Flüssigkeitstropfen, Gasblase) mit bekannter Geschwindigkeit in Richtung der offenen Seite bewegt, an der die Flüssigkeit eine Flüssig-Gas- oder Flüssig-Flüssig-Grenzfläche bildet, die sich im horizontalen Strahlengang eines Meßspaltprojektors befindet, der Bestandteil einer an sich bekannten Einrichtung zur Umwandlung der Grenzflächenbewegung in ein elektrisches Signal nach dem Prinzip der analogen Lichtstrommodulation mittels lichtsensitiven Elements ist. Der Meßspaltprojektor projiziert das Bild einer senkrecht stehenden Spaltblende auf die Meßkante der Grenzfläche, dessen Projektionsbild wiederum mittels eines Mikroskops auf die Fotokathode eines Sekundärelektronenvervielfachers vergrößert abgebildet wird.According to the invention, this object is achieved in that a vertical, one-sided closed, provided on the opposite side with constriction and filled with liquid capillary is used, in which a particle (solid particles, liquid droplets, gas bubble) with a known speed in the direction of the open side moves, at which the liquid forms a liquid-gas or liquid-liquid interface, which is located in the horizontal beam path of a Meßspaltprojektors, which is part of a per se known means for converting the interfacial movement into an electrical signal according to the principle of the analog Lichtstromodulation means light-sensitive element. The measuring gap projector projects the image of a perpendicular slit aperture onto the measuring edge of the interface, the projection image of which is in turn enlarged by means of a microscope onto the photocathode of a secondary electron multiplier.

Entlang des Partikelweges ist eine Lichtschranke zur Triggerung des Registriervorganges für das elektrische Signal angebracht. Diese Lichtschranke wird gleichzeitig zur direkten Bestimmung der Partikelgeschwindigkeit ausgenutzt.Along the particle path, a light barrier for triggering the registration process for the electrical signal is attached. This photocell is also used to directly determine the particle velocity.

Meßgrößen sind demnach die Bewegung der Grenzfläche im Stoßzentrum und die Partikelgeschwindigkeit, Ausgangsgröße ist eine der Wegamplitude proportionale Spannung. Aus der ersten Halbschwingung der registrierten Spannungs-Zeit-Kurve sind die Stoßparameter Stoßzeit und Stoßtiefe ablesbar. Der Stoßtiefe entspricht die maximale Amplitude und der Stoßzeit die Halbwertsbreite des Peaks.Measurands are therefore the movement of the interface in the collision center and the particle velocity, output is a voltage proportional to the path amplitude. From the first half-cycle of the registered voltage-time curve, the impact parameters of peak time and depth of impact can be read. The depth of impact corresponds to the maximum amplitude and the peak time to the half width of the peak.

Die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung arbeitet nach dem an sich bekannten Prinzip der Zeitmessung für die stationäre Bewegung eines Objektes entlang eines bekannten Weges. Das sich bewegende Objekt ist das stoßende Partikel. Seine Bewegung wird elektromagnetisch ausgelöst, wobei gleichzeitig eine Einrichtung zur Zeitnahme gestartet wird. Nach der Bewegung des Partikels um eine bestimmte Wegstrecke passiert es die Lichtschranke, die vor der Flüssig-Gas-Grenzfläche angeordnet ist, wobei die Zeitnahnieeinrichtung gestoppt wird und der Registriervorgang verzögert, entsprechend der Bewegungsdauer des Partikels zwischen Lichtschranke und Flüssig-Gas-Grenzfläche, ausgelöst wird. Gleichzeitig mit der Registrierung des elektrischen Signals beginnt das Partikel in das Zentrum der Grenzfläche zu stoßen. Eine konkrete Realisierung des Wesens der Erfindung ist im Ausführungsbeispiel verdeutlicht.The speed measuring device operates according to the known principle of time measurement for the stationary movement of an object along a known path. The moving object is the impacting particle. His movement is triggered electromagnetically, at the same time a device for timing is started. After movement of the particle by a certain distance, it passes the photocell, which is located in front of the liquid-gas interface, the Zeitnahnieeinrichtung is stopped and the registration process delayed, corresponding to the movement time of the particle between the light barrier and liquid-gas interface, triggered becomes. Simultaneously with the registration of the electrical signal, the particle begins to collide with the center of the interface. A concrete realization of the essence of the invention is illustrated in the exemplary embodiment.

embodiment example 1

Die praktische Realisierung ist in der Figur veranschaulicht. Eine von der Lampe 1 mittels des Kondensators 2 ausgeleuchtete Spaltblende 3 wird über ein Objektiv 4 (29mm Brennweite) auf die Meßkante des an der Kapillare 8 hängenden Tropfens 5 projiziert, so daß die gesamte Schwingungsamplitude innerhalb des projizierten Spaltes liegt. Der Spalt hat eine Länge von 17 mm und eine Breite von 0,1 mm. Er wird im Maßstab 1:10 beim Stoß von Glaskugeln mit einem Durchmesser zwischen 0,2 und 1 mm und im Maßstab 1:5 beim Stoß von Bleikugeln mit dem gleichen Durchmesserbereich abgebildet. Ein nachfolgendes Mikroskop bildet den projizierten Spalt vergrößert auf die Fotokathode eines Sekundärelektronenvervielfachers ab. Das Mikroskop dient gleichzeitig zur Beobachtung und Justierung der Tropfenoberfläche. Die Bauelemente 1 bis 8 einschließlich des Mikroskops mit SEV sind auf einer optischen Bank montiert, die erschütterungsfrei aufgestellt ist. Die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung umfaßt die Bauelemente Elektromagnet 7, Lichtschranke 6 und den Trigger zur Ansteuerung eines „ms-Zählers". Der Trigger ist mit der Verzögerungseinrichtung zur Ansteuerung des stochastischen Analysators verbunden. Anstelle des stochastischen Analysators kann auch ein Computer mit A-D-Wandler eingesetzt werden. Der optische Aufbau der Lichtschranke 6 ist prinzipiell identisch mit dem Aufbau des Meßspaltprojektors (1 bis 4) einschließlich des Mikroskops mit SEV. Der wesentliche Unterschied besteht lediglich in der kürzeren Brennweite des verwendeten Objektivs (f = 18 mm). Damit wurde ein gut fokussierter Lichtpunkt mit einem Durchmesser von 0,1 mm im Zentrum der Kapillare erreicht. Das Fallen eines Partikels in der Flüssigkeitssäule der Kapillare 8 wird durch Öffnen eines Metallkugelventils mittels des Elektromagneten 7 ausgelöst. Gleichzeitig mit der Inbetriebnahme des Elektromagneten wird der Set-Eingang des Flipflop-Bausteins angesteuert, der den nachfolgenden „ms-Zähler" startet. Nach dem Durchfallen der Flüssigkeitssäule in der Kapillare unterbricht das Partikel 3 mm vor der Tropfenoberfläche δ den Strahlengang der Lichtschranke. Damit wird über den Trigger der Rsset-Eingang des Flipflop-Bausteins angesteuert und der „ms-Zähler" ausgeschaltet. Unmittelbar nach dem Ansprechen des Triggers wird über die einstellbare Verzögerungseinrichtung der stochastische Analysator gestartet. Danach wird die am SEV-Ausgang entsprechend der Tropfenauslenkung anliegende Spannung in kurzen Zeitintervallen vom stochastischen Analysator abgetastet, digitalisiert und abgespeichert. Anschließend können die gespeicherten Werte in zeitlich richtiger Reihenfolge auf einem X/Y-Schreiber aufgezeichnet werden. Das Oszilloskop dient dem Betrachten der Spannungs-Zeitfunktion vor der Ausgabe auf den X/Y-Schreiber. Mit Hilfe des Galvanometers wird die Tropfenauslenkung im Ruhezustand für alle Versuche konstant gehalten.The practical realization is illustrated in the figure. A slit diaphragm 3 illuminated by the lamp 1 by means of the capacitor 2 is projected via an objective 4 (29 mm focal length) onto the measuring edge of the drop 5 hanging on the capillary 8, so that the entire oscillation amplitude lies within the projected gap. The gap has a length of 17 mm and a width of 0.1 mm. It is reproduced on a scale of 1:10 at the collision of glass spheres with a diameter between 0.2 and 1 mm and at a scale of 1: 5 at the collision of lead spheres with the same diameter range. A subsequent microscope magnifies the projected gap onto the photocathode of a secondary electron multiplier. The microscope simultaneously serves to observe and adjust the drop surface. The components 1 to 8 including the microscope with SEV are mounted on an optical bench, which is placed vibration-free. The speed measuring device comprises the components electromagnet 7, light barrier 6 and the trigger for driving a "ms counter." The trigger is connected to the delay device for controlling the stochastic analyzer. The optical design of the light barrier 6 is in principle identical to the design of the measuring gap projector (1 to 4) including the microscope with SEV The essential difference consists only in the shorter focal length of the objective used (f = 18 mm) The drop of a particle in the liquid column of the capillary 8 is triggered by opening a metal ball valve by means of the electromagnet 7. Simultaneously with the start-up of the solenoid, the set input of the flip-flop module actuated which starts the subsequent "ms counter". After falling through the liquid column in the capillary, the particle interrupts the beam path of the light barrier 3 mm in front of the drop surface δ. This activates the trigger of the Rsset input of the flip-flop module and switches off the "ms counter." Immediately after the trigger triggers, the stochastic analyzer is started via the adjustable delay device, after which the voltage at the SEV output is adjusted according to the drop deflection The sampled voltage is sampled, digitized and stored in short time intervals by the stochastic analyzer, and the stored values can then be recorded on an X / Y recorder in chronological order.The oscilloscope is used to view the voltage / time function before output to the X / Y recorder. With the help of the galvanometer the droplet deflection at rest is kept constant for all experiments.

Example 2

Mit der gleichen Vorrichtung wie im Beispiel 1, aber mit in vertikaler Richtung um 180° gedrehter Kapillare, in dereine Gasblase oder ein Flüjsigkeitstropfen nach oben steigt und auf die Grenzfläche stößt.With the same device as in Example 1, but with capillary rotated by 180 ° in the vertical direction, in which a bubble of gas or a drop of liquid rises and strikes the interface.

Example 3

Mit der gleichen Vorrichtung wie im Beispiel 1 oder 2, aber mit dem Unterschied, daß an die Flüssigkeit in der Kapillare kein Gas, sondern eine zweite Flüssigkeit angrenzt.With the same device as in Example 1 or 2, but with the difference that the liquid in the capillary no gas, but a second liquid adjacent.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung gegenüber existierenden Lösungen bestehen in folgenden:The main advantages of the invention over existing solutions are as follows:

- automatische Stoßparameterbestimmung von der Erfassung der Grenzflächenbewegung bis zur grafischen Darstellung- Automatic impact parameter determination from the detection of the interface movement to the graphical representation

- Steigerung der Arbeitsproduktivität- Increase labor productivity

- kein Filmmaterialverbrauch- no footage consumption

- direkte und damit korrekte Bestimmung der Stoßgeschwindigkeit- direct and thus correct determination of the impact velocity

- wesentlich verbesserte Meßgenauigkeit für alle Stoßparameter.- Significantly improved measurement accuracy for all impact parameters.

Claims

Apparatus for impact parameter determination in coalescence processes according to the principle of analysis of the movement of an interface, characterized in that a vertical, closed on one side, provided on the opposite side and filled with liquid capillary is used, in which a particle with a known speed in Direction of the open side moves, where the liquid forms a liquid-gas or liquid-liquid interface, which is located in the horizontal beam path of a Meßspaltenprojektors, which is part of a known device for converting the interface movement into an electrical signals according to the principle the analog Lichtstromodulation means of light-sensitive element is.

For this 1 page drawing

Field of application of the invention

The invention relates to a device for impact parameter determination according to the principle of analysis of the movement of an interface in coalescence processes, which are used to measure the impact time and depth of impact as a function of the impact velocity or energy of a particle (solid particles, liquid droplets, gas bubble), which on a liquid-gas or liquid-liquid interface is used. In addition, other important parameters of the coalescing process, such. As the outflow time of the thin film between particles and interface, determinable.

The device is for the scientific investigation of selected micro processes of the coalescence process in disperse systems preferably for the identification of the probability of adhesion in the flotation but also in the production, stabilization and destruction of solid-liquid, liquid-liquid, liquid-gas dispersions, emulsions and Foams in the paper industry, processing technology, wastewater management, etc. provided.

Characterization of the prior art

The burst time and depth of impact of a particle (particulate matter, liquid drop, gas bubble) when impacting a liquid-gas or liquid-liquid interface are dependent on the energy of the impacting particle and the parameters of the fluid and the gas. Currently, this dependence is determined at constant fluid and gas parameters from the movement of the particle by means of photographic techniques. High-frequency cinematography (PF Whelan, DJ Brown: Particle-bubble attachment in froth flotation, Bull, lnstr., Min & Metallurgy Trans 65 ([1956] 591, p. 181), Authors collective: New research on the basics of Flotationsprozesses, Freiberger research booklet A638, VEB German publishing house for primary industry, Leipzig 1981, P.40, Allan RR, Mason SG: Particle motions in sphered suspensions, J. of Colloid Science 17 (1982), P. 383 to 403) or stroboskopische methods (LR Flint, WI Howarth: The collision efficiency of small particles with spherical air bubbles, Chem. Eng., 26 (1971), p. 1155; HJ Schulze: Experimental Investigation of the Hydrodynamic Interaction of Particles with a Gas Bubble, Mineral Processing 22 (198115, p.526).

With the photographic techniques is a very time-consuming manual processing and evaluation of Ven .hrensbedingt large number of individual images, such as film development, measurement of the coordinates for particles and interface, etc., to the representation of the amplitude-time function, from finally to be determined Sizes, such as peak time, depth of impact and speed (or energy) of the particle, readable or calculable connected. In addition, there is a high film material consumption with low yield.

The earlier simplified conception of such collisions (LF Evans: Bubble-mineral attachment in flotation, Eng. Chem. 46 (1954), p. 2420) as forced oscillation of a system with one degree of freedom even allowed the indirect determination of the collision velocity from motion The nature of the process, however, corresponds to the description of the collision process as a coupled oscillation of a system with two degrees of freedom, that is, with a model of the difference in velocities between particle and interface Further important disadvantages of the devices existing hitherto for the intended task consist on the one hand in the fact that central impacts in the normal direction on the interface can only be reproduced purely by chance, because the particles in the swarm are free to bubble, and on the other hand that the Move the interface of a bubble is not visible in the region of interest of the impacting particle.

Object of the invention

The object of the invention is to develop a device for measuring the impact time and impact depth as a function of the velocity of particles (particulate matter, liquid droplets, gas bubble) in the impact on a liquid-gas or liquid-liquid interface, a routine determination of said Parameter at significantly increased labor productivity by automation de: previously performed manually to work to the representation of the amplitude-time function and by avoiding failed attempts while improved accuracy for all impact parameters allows.