DE1168123B - Vorrichtung zur Bestimmung der Viskositaet von Fluessigkeiten - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung der Viskositaet von Fluessigkeiten

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DE1168123B
DE1168123B DEF33314A DEF0033314A DE1168123B DE 1168123 B DE1168123 B DE 1168123B DE F33314 A DEF33314 A DE F33314A DE F0033314 A DEF0033314 A DE F0033314A DE 1168123 B DE1168123 B DE 1168123B
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DE
Germany
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liquid
gear pump
storage container
pressure
viscosity
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DEF33314A
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English (en)
Inventor
Dipl-Phys Walter Simm
Dr Herbert Nordt
Dr Rudolf Mueller
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Bayer AG
Original Assignee
Bayer AG
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/02Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material
    • G01N11/04Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material through a restricted passage, e.g. tube, aperture
    • G01N11/08Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material through a restricted passage, e.g. tube, aperture by measuring pressure required to produce a known flow

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Description

  • Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität von Flüssigkeiten Die Verwendung von Viskosimetern in Betriebsanlagen für die laufende Produktion wird häufig durch die dort vorliegenden Meßbedingungen sehr erschwert oder unmöglich gemacht. Es kommt darauf an, die Ergebnisse schnell, sicher und möglichst kontinuierlich zu ermitteln, zu registrieren und eventuell für die automatische Steuerung einer ganzen Anlage zu verwenden. Eine solche Anlage erfordert unter anderem Explosionssicherheit, Einfachheit und Robustheit der Meßgeräte, Reinigungsmöglichkeit, Sicherheit im Dauerbetrieb, Anpassung der Temperatur des zu prüfenden Produktes an die Meßtemperatur, Überwindung von Druckdifferenzen bei der Probenentnahme aus dem Reaktionskessel oder Vorratsbehälter und gegebenenfalls bei der Rückführung in diesen Behälter, vollständigen Luftabschluß (Verwendung von Schutzgas) usw. Eine sehr wichtige Bedingung für die Viskositätsmessung laufender Flüssigkeitsströme ist die Freiheit von Gaseinschlüssen und Schaum, eine Bedingung, die in Reaktionskesseln und Mischgefäßen fast nie gegeben ist, da die Flüssigkeit gerührt werden muß oder infolge chemischer Reaktionen oder beim Sieden Gasblasen bildet. Normalerweise ist in solchen Fällen die Verwendung gebräuchlicher Kapillar-, Kugelfall- und Rotationsviskosimeter ohne Erfolg.
  • Es gibt Rotationsviskosimeter, die mit einem Meßteil, das z. B. die Form eines Taucheinsatzes hat, in den mit dem zu untersuchenden Produkt gefüllten Kessel eintauchen und die über eine Fernanzeige Meßwerte kontinuierlich angeben. Diese Viskosimeter lassen sich auch in explosionsgeschützter Ausführung herstellen.
  • Sie sind aber nur dann brauchbar, wenn die Temperatur der Flüssigkeit im Kessel hinreichend konstant bleibt und wenn keine Gasblasen in der Flüssigkeit vorkommen, was wegen der notwendigen mechanischen Rührung usw. selten möglich ist. Außerdem ist es günstig, die Viskosität bei einer relativ niedrigen Temperatur der Flüssigkeit zu messen, da unter diesen Umständen die Produkteigenschaften in der Viskosität deutlicher hervortreten. Die Messung bei einer anderen Temperatur als der, die im Kessel vorliegt, kann bekannterweise so durchgeführt werden, daß man die Flüssigkeit in Proben oder kontinuierlich aus dem Kessel abzieht, durch Wärmeaustausch auf die Meßtemperatur bringt und nach dem Durchlauf durch das Viskosimeter wieder in den Kessel zurückführt. Für die Messung selbst sind in diesem Fall Geräte verwendbar, die nach den bekannten Meßprinzipien arbeiten, aber nur dann, wenn die Flüssigkeit dazu in den meßbaren Zustand gebracht wird, d. h. wenn die oben aufgezählten Bedingungen erfüllt sind. Wird die Probenentnahme aus dem Reaktionskessel mit Hilfe einer Pumpe kontinuierlich durchgeführt, so treten beim Absaugen des Produktes Schwierigkeiten auf, wenn der Kessel unter Unterdruck steht und Gaseinschlüsse in der Flüssigkeit vorhanden sind. Die Flüssigkeitssäule reißt dann in der Saugleitung ab, und das Viskosimeter wird nicht gleichmäßig mit Flüssigkeit beliefert, so daß eine kontinuierliche Viskositätsmessung ausgeschlossen ist.
  • Es sind kontinuierlich arbeitende Kapillarviskosimeter bekannt. bei denen die Flüssigkeit in einen Behälter gedrückt wird, der einer Kapillaren vorgeschaltet ist. Die störenden Gase sollen durch eine Überlaufleitung des Behälters entfernt werden. Da dieser Behälter unter Druck steht, kann ein Entweichen von Gasen aus Flüssigkeiten, insbesondere zähen, schaumbildenden Flüssigkeiten nur sehr langsam und unvollkommen vor sich gehen.
  • Es wurde nun gefunden, daß diese Nachteile behoben sind, wenn erfindungsgemäß an der Saugseite über der Zahnradpumpe ein evakuierbarer Vorratsbehälter für die zu prüfende Flüssigkeit angeordnet ist, der mit der Evakuierungsleitung durch ein vom Flüssigkeitsniveau gesteuertes Vakuumventil an sich bekannter Art verbunden ist. Durch die automatische Einstellung einer bestimmten Flüssigkeitsstandhöhe im Vorratsbehälter und eines geeigneten Unterdruckes im darüberliegenden Gasraum wird die Flüssigkeit blasenfrei gemacht, bevor sie durch die Meßkapillare geführt wird. Auf diese Weise kann auch unter ungünstigen Betriebsverhältnissen eine sichere und hinreichend genaue Viskositätsmessung stattfinden.
  • In der Abbildung wird das hierzu benutzte Meßgerät näher erläutert. Das Viskosimeter besteht im wesentlichen aus einer dichten Zahnradpumpe 1 für konstante Förderleistung und einer an der Druckseite der Pumpe angeschlossenen Meßkapillare 2. Die Viskosität wird aus dem Druckabfall an der durchströmtcn Kapillare mit Hilfe der Manometer 3 und 4 crmittelt. Für den Auslauf unter Atmosphärendruck genügt auch das Manometer3 zur Messung. Damit aber ein solches Viskosimeter unter den genannten Betriebsbedingungen arbeitet, sind die besonderen erfindungsgemäßen Zusatzeinrichtungen notwendig, durch die die Flüssigkeit aus einem auch unter Unterdruck stehenden Behälter, z. B. Reaktionskessel, (nicht dargestellt) sicher dem Viskosimeter zugeführt, entgast und auf die richtige Meßtemperatur gebracht wird. Dazu gehört der Vorratsbehälter 5 an der Saugseite der Zahnradpumpe 1. Der Vorratsbehälter 5 ist an eine Vakuumleitung 6 angeschlossen und über die Produktleitung7 mit dem Reaktionskessel verbunden. Durch Evakuieren des Behälters 5 wird das Produkt angesogen, was auch dann ohne weiteres möglich ist, wenn der Flüssigkeitsstrom in der Zuleitung 7 durch Gaseinschlüsse unterbrochen wird. Der Vorratsbehälter füllt sich dann infolge der Druckdifferenz zwischen diesem und dem Reaktionskessel mit Flüssigkeit auf, bis der Schwimmer 8 über einen Hebel9 das Vakuum ventil 10 schließt. Auch dann steht zunächst noch der Raum über dem Flüssigkeitsspiegel unter Vakuum, das aber durch die weiter nachströmende Flüssigkeit langsam aufgefüllt wird. Der Auffüllvorgang wäre dann beendet, wenn vollständiger Druckausgleich zwischen dem Vorratsbehälter 5 und Reaktionskessel (außer der Druckdifferenz, die durch den Höhenunterschied der beiden Flüssigkeitsoberflächen hinzukommt) stattgefunden hätte. Dieser Zustand wird aber nicht erreicht, da gleichzeitig die Zahnradpumpe 1 ständig eine bestimmte Flüssigkeitsmenge aus dem Vorratsbehälter 5 abführt. Das Vakuum in diesem Vorratsbehältel wird sich deshalb nur so weit auffüllen, bis die noch bestehende restliche Druckdifferenz zwischen Reaktionskessel und Vorratsbehälter gerade noch dazu ausreicht, um die gleiche Flüssigkeitsmenge anzusaugen, die durch die Zahnradpumpe 1 abgeführt wird.
  • Diese restliche Druckdifferenz ist notwendig, um die innere Reibung der Flüssigkeit in der Zuleitung 7 zu überwinden. Sie ist unter anderem von dem Rohrquerschnitt der Zuleitung 7 abhängig und läßt sich durch ein in die Zuleitung7 eingesetztes Drosselventil 11 verändern. Der Gleichgewichtszustand bleibt aber nur dann erhalten, wenn die Flüssigkeit keine Gasblasen enthält. Sind solche vorhanden, so dehnen sie sich im Vorratsbehälter 5 rasch aus und steigen infolge des größeren Auftriebs beschleunigt an die Flüssigkeitsoberfläche, wobei sie den dort herrschenden Gasdruck erhöhen (Unterdruck vermindern). Die Folge davon ist ein langsameres Nachströmen der frischen Flüssigkeit, und der Flüssigkeitsspiegel im Vorratsbehälter sinkt. Er sinkt aber nur so lange, bis der Schwimmer das Vakuumventil 10 erneut öffnet, wodurch der Ausgangszustand wiederhergestellt wird und die weiteren Vorgänge wie beschrieben ablaufen.
  • Die Zone der entgasten Flüssigkeit befindet sich über dem Boden des Vorratsbehälters 5, wo an der tiefsten Stelle die Absaugöffnung 12 angebracht ist.
  • Durch die über der Zahnradpumpe stehende Flüssigkeitssäule der Höhe h, die z. B. 100 mm betragen kann, wird dafür gesorgt, daß infolge des hydrostatischen Druckes an der Saugöffnung 13 der Pumpe die Flüssigkeit ohne Unterbrechung nachströmt, auch wenn der über dem Flüssigkeitsspiegel liegende Gasraum unter Unterdruck steht. Die Zahnradpumpe 1 arbeitet dann auch bei sehr geringem Gasdruck im Vorratsbehälter 5 mit konstanter Förderleistung. Das ist nicht der Fall bei zu niedriger Flüssigkeitssäule, weil dann infolge des zu geringen Druckes und der Zähigkeit der Flüssigkeit die in der Pumpe während des Betriebes frei werdenden Zahnlücken nicht vollständig gefüllt werden.
  • Bei der Einstellung des richtigen Betriebszustandes ist nun einerseits darauf zu achten, daß der Gasdruck im Vorratsbehälter 5 einen möglichst niedrigen Wert erreicht, weil dann die Entgasung schneller und gründlicher abläuft als bei Normaldruck, andererseits darf der Gasdruck nicht zu gering werden, da in der Flüssigkeit auch leicht siedende Bestandteile enthalten sein können, die bei zu niedrigem Druck vergasen und so die Zusammensetzung des Gemisches ändern können. Es kommt also darauf an, durch entsprechende Drosselung der Zuleitung den jeweils für die Betriebsverhältnisse richtigen Druck einzustellen.
  • Für die erste Anpassung der Produkttemperatur an die Meßtemperatur ist der Vorratsbehälter 5 von einem Mantel 14 umgeben, durch den Thermostatenflüssigkeit strömt. Die weitere, genaue Temperaturanpassung erfolgt dann leicht durch Temperierung der Pumpe und der Meßkapillare mit einer Thermostatenflüssigkeit.
  • Mit Hilfe dieser erfindungsgemäßen Zusatzausstattung des Viskosimeters können betriebsmäßig einwandfreie Viskositätsmessungen kontinuierlich durchgeführt werden, auch wenn die obengenannten Betriebsbedingungen, wie Gaseinschlüsse im Produkt, Druck- und Temperaturdifferenzen zwischen Meßstelle und Reaktionskessel, vorhanden sind. Durch das Ansaugen des Produktes über Vakuum ist es auch möglich, verhältnismäßig lange und dünne Zuleitungen zu benutzen, so daß das Viskosimeter auch in größerer Entfernung vom Reaktionskessel an geigneter Stelle montiert werden kann. Durch die einfache und raumsparende Bauweise der Vorrichtung können auch ohne erheblichen Aufwand die Teile des Meßgerätes, die mit der Flüssigkeit in Berührung kommen, für besonders aggressive Produkte in chemisch beständigem Material ausgeführt werden.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Bestimmung der Viskosität von Flüssigkeiten aus der Messung der Druckdifferenz an den Enden einer Meßkapillaren, durch die die zu prüfende Flüssigkeit mittels einer dichten Zahnradpumpe von konstanter Förderleistung gedrückt wird, g e k e n n z e i c h -net durch einen an der Saugseite über der Zahnradpumpe (1) angeordneten, evakuierbaren Vorratsbehälter (5) für die zu prüfende Flüssigkeit und durch ein den Vorratsbehälter mit der Evakuierungsleitung verbindendes, durch die Standhöhe der Flüssigkeit gesteuertes, an sich bekanntes Vakuumventil (10).
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (5) mit der Zuleitung (7) für die Flüssigkeit über. eine Drossel (11) verbunden ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Länge der Verbindungsleitung zwischen dem Vorratsbehälter (5) und der Zahnradpumpe (1), daß die Höhe (h) der Flüssigkeitssäule über der Ansaugöffnung (13) der Zahnradpumpe(1) mindestens so groß ist, daß der hydrostatische Druck an der Ansaugöffnung ausreicht, um die Zahnradpumpe hinreichend mit Flüssigkeit zu beliefern.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (5) von einem Mantelraum (14) zur Aufnahme der Thermostatenflüssigkeit umgeben ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2700891.
DEF33314A 1961-02-28 1961-02-28 Vorrichtung zur Bestimmung der Viskositaet von Fluessigkeiten Pending DE1168123B (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4450712A (en) * 1980-12-11 1984-05-29 Brenda O'Shaughnessy Pulp consistancy measurement
US4750351A (en) * 1987-08-07 1988-06-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army In-line viscometer
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BE1003307A3 (fr) * 1988-12-08 1992-02-25 Bayer Ag Viscosimetre a capillaire.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2700891A (en) * 1953-12-01 1955-02-01 Montgomery R Shafer Direct reading viscometer

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