DE1598858C3 - Verfahren und Vorrichtung zur KorngröBenbestimmung - Google Patents

Description

rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der Suspension und des Kraftfeldes durch die Suspension schickt. Die Absorption der Strahlung im Strömungskanal wird an verschiedenen Punkten gemessen, entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich, so daß man einen Meßwert erhält, der von der Konzentration der festen Teilchen abhängt. Der Meßwert kann dann in gewünschter Weise ausgewertet werden, um eine Aussage über die Korngrößenverteilung zu erhalten, die in Abhängigkeit von der Gleichmäßigkeit der Dichte und der Form der Teilchen der Suspension mehr oder weniger genau ist.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß auf einfache Art und Weise ein Kraftfeld erzeugt wird, und zwar eine Zentrifugalkraft infolge des Durchströmens des gekrümmten Kanals (Kanalschleife oder Kanalwendel). Die Zentrifugalkraft wirkt auf die Teilchen ein und lenkt diese in Abhängigkeit von der Größe der Teilchen und der Winkelgeschwindigkeit im gekrümmten Kanal mehr oder weniger stark ab, so daß sich eine Konzentrationsverschiebung in Form einer Konzentrationszunahme von innen nach außen im gekrümmten Teil des Kanals und entsprechend in dem sich anschließenden geraden Teil des Kanals ergibt, die wie beschrieben meßbar ist.

Die zu messende Konzentrationsverteilung kann außer durch Zentrifugalkräfte, wie beschrieben, auch durch andere Kraftfelder bewirkt werden, beispielsweise durch magnetische oder elektrostatische Kraftfelder, wenn die suspendierten Teilchen auf solche Kraftfelder ansprechen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind selbstverständlich auch bei Emulsionen und Aerosolen anwendbar.

Die Erfindung soll nun an Hand einer Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Grundriß eines Strömungsrohrs und verschiedene Verteilungsdiagramme an verschiedenen Stellen des Rohrs,

F i g. 2 einen Grundriß eines Strömungsrohrs und eine schematische Darstellung einer Abtasteinrichtung zur Bestimmung der Konzentrationsverteilung, und

F i g. 3 eine Ansicht der Gesamtanordnung gemäß F i g. 2 in Richtung des Pfeils 3 der Fi g. 2.

Die Suspension, bei der es sich im vorliegenden Fall um feste Teilchen in einer Flüssigkeit handelt, strömt durch ein Rohr 1 mit rechteckigem Querschnitt, das im Bereich 2 eine Schleife oder Wendel aufweist. An die Schleife oder Wendel 2 schließt sich wieder ein gerader Rohrabschnitt 3 an. Zunächst strömen die festen Teilchen in im wesentlichen gleichmäßiger Verteilung durch den Kanal, wie im Diagramm 4 α angedeutet. Unter der Wirkung des Kraftfeldes, das durch den Rotationsstrom in der Schleife erzeugt wird, ändert sich die Konzentrationsverteilung der Teilchen quer durch das Rohr in der im Diagramm Ab gezeigten Weise. Die erzeugte spezielle Konzentrationsverteilung (bzw. Größenverteilung) verliert sich hinter der Schleife wieder allmählich, wie in den Diagrammen 4 c und 4 d angedeutet ist.

Die Konzentrationsverteilung wird unter Verwendung eines schmalen ausgeblendeten Lichtstrahls gemessen, der von einer Lichtquelle 5 (F i g. 2 und F i g. 3) emittiert wird und auf einen elektrischen Detektor 6 (beispielsweise Fotozelle) gerichtet ist. Die Lichtquelle 5 und der Detektor 6 liegen auf gegenüberliegenden Seiten des Rohrs und werden quer

to über den geraden Rohrabschnitt 3 hinweg entlang des Abtast- oder Meßwegs 8 im rechten Winkel sowohl zur Längsachse des Strömungskanals als auch zur Längsausdehnung des Strahlquerschnitts in Richtung der Konzentrationsänderung der festen Teilchen geschwenkt vermittels einer nicht dargestellten Schwenkvorrichtung.

Das elektrische Ausgangssignal des Detektors 6 wird im vorliegenden Fall durch Verstärker 9 verstärkt und von einem Schreiber? als Funktion des Orts (der Lage) quer zum Strömungsrohr aufgezeichnet.

Die Korngrößenverteilung der festen Teilchen steht in Beziehung zu der Charakteristik des Konzentrationsprofils. Verwendet man eine Suspension von Quarzsand (gemahlen und gebrochen) in Wasser mit Partikeln einer Größe von 0,5 mm und kleiner, dann gilt die empirische Beziehung

Δ5 = S\ogN{K — C)+ B
in der Δ S die Differenz zwischen den

maximalen und minimalen

Detektormeßwerten ist,
N die Neigung der Gaudin-Gates-Schuhmann-Verteilungskurve,
K der Größenmodul der Kurve und A, B, C die Konstante für das jeweilige

Instrument und Material ist.

Unter Verwendung dieser Gleichung, die für die Korngrößenverteilung eines Materials, welches nicht mehr als 30 Gewichtsprozent-Partikel enthält, die gröber sind als 300 μ, und nicht weniger als 20 Gewichtsprozent-Partikel, die gröber sind als 76 μ, als gültig angesehen werden kann, ergeben die Ergebnisse der Messungen mit der beschriebenen Apparatur einen Punkt auf der Korngrößenverteilungskurve für die suspendierten festen Partikel. Für einen bestimmten Vorgang zeigt sich normalerweise, daß die Neigung N, wie sie oben definiert ist, merkbar konstant bleibt, und die Messungen werden daher die Informationen vervollständigen bzw. ergänzen, die notwendig sind, um die Korngrößenverteilung in diesen Ausdrücken zu bestimmen. Wenn eine genauere Bestimmung wünschenswert ist, können weitere Ablesungen weitere Punkte auf der Kurve ergeben.
Die beschriebene Vorrichtung kann ohne weiteres abgewandelt werden. So können für bestimmte feine Pulver mehr als eine Schleife notwendig werden, um ein angemessenes Konzentrationsprofil zu erhalten. Es ist auch möglich, eine Anzahl fest eingestellter schmaler Lichtstrahlen an Stelle eines einzigen Abtastlichtstrahls zu verwenden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

schied zwischen flüssiger und fester Phase insbeson- Patentansprüche: dere bei starker Hydratisierung der Teilchen zu ge ring ist, läßt sich das bekannte Verfahren und die

1. Verfahren zur Bestimmung der Korngrößen- bekannte Vorrichtung kaum anwenden, weil die Meßverteilung von Teilchen in einer in einem Strö- 5 strecken dann sehr lang sein müssen, um einen meßmungskanal fließenden Suspension, bei dem die baren Sedimentationseffekt und damit eine meßbare sich unter dem Einfluß eines Kraftfeldes einstel- Änderung der Konzentrationsverteilung zu erhalten; !ende Konzentration bzw. Dichte der Suspension oder es müssen teure, sehr empfindliche, auf geringste an wenigstens zwei Meßstellen ermittelt wird, da- Dichte- bzw. Konzentrationsunterschiede ansprechdurch gekennzeichnet, daß die strö- io bare Meßverfahren und Meßapparaturen zur Anwenmende Suspension einem in horizontaler Richtung dung kommen.

und senkrecht zur Strömungsrichtung wirkenden Die Schwerkraft selbst stellt, bezogen auf das einKraftfeld ausgesetzt wird, das ein Konzentrations- zelne Teilchen, eine Konstante dar, die nicht verängefälle der in der Suspension enthaltenen Par- derbar ist, so daß die Möglichkeit entfällt, die Größe tikel quer durch den Strömungskanal (1,3) er- 15 der Schwerkraft den besonderen Meßbedingungen anzeugt, daß die in horizontaler Richtung quer durch zupassen; das heißt, diese zu erhöhen bei schwach den Strömungskanal variierende Konzentration an sedimentierendcn Teilchen und diese zu verringern bei einer stromabwärts vom angelegten Kraftfeld ge- stark sedimcntierenden Teilchen,
legenen Stelle (3) gemessen wird, und zwar noch Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht bevor das durch das Kraftfeld bewirkte Konzen- 20 deshalb darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung trationsgefälle durch Vermischung der Teilchen anzugeben, die unabhängig von der Beschaffenheit der untereinander wieder ausgeglichen wird. Suspension mit geringem Aufwand sichere Konzen-

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch ge- (rations-und Korngrößenbestimmungen zulassen über kennzeichnet, daß die Kräfte im Kraftfeld Zentri- einen großen Korngrößenbereich.

fugalkräftc sind, die durch Änderung der Strö- 25 Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im mungsrichtung der Suspension erzeugt werden. Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- gelöst.

rens nach Anspruch 1 mit einem Strömungskanal, Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe durch die im

durch den die Suspension fließt, und mit einer Kennzeichen des Anspruchs 3 angegebenen Merkmale

Meßvorrichtung zur Messung der sich unter dem 30 gelöst.

Einfluß eines Kraftfeldes einstellenden Konzen- Unter dem sozusagen künstlich angelegten Krafttration oder Dichte an wenigstens zwei Meßstel- feld erfahren die verschieden großen Teilchen in der len am Strömungskanal, dadurch gekennzeichnet. Suspension starke Ablenkungen in der Richtung des daß zur Erzeugung des Kraftfeldes der Strömungs- angelegten Kraftfeldes. Der Vorteil der vorliegenden kanal eine horizontal liegende Kanalschleife oder 35 Erfindung besteht nun insbesondere darin, daß die Kanalwendel (2) aufweist. Stärke und Dauer der Einwirkung des Kraftfeldes

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- variierbar ist, da es sich nicht um eine Naturkraft wie kennzeichnet, daß der Strömungskanal (1, 3) ein bei der Schwerkraft handelt. Das Verändern kann bei-Strömungsrohr ist. spielsweisc durch Erhöhung der Strömungsgeschwin-

40 digkeit und durch Vorsehen mehrerer Kanalschleifen

· geschehen. Dadurch ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, das Verfahren und die Vorrichtung den jeweiligen Verhältnissen in der Suspension anzupassen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren ge- und zwar derart, daß bei schwachem Scdimentations-

mäß dem Oberbegriff des Anspruchs sowie eine Vor- 45 effekt ein starkes Kraftfeld gewählt wird und bei

richtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3. einem starken Sedimentationseffekt ein schwaches

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung Kraftfeld gewählt wird. Dadurch sind stets optimale

sind durch die Patentschrift Nr. 30 183 des Amtes Meßbedingungen einstellbar, ist das erfindungsgemäße

für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin be- Verfahren wirtschaftlich durchführbar und ist ferner

kannt geworden. Bei diesem bekannten Verfahren 50 die Vorrichtung wirtschaftlich herstellbar,

wird die Dichte- bzw. Konzentrationsabnahme in den Das Kraftfeld wird in horizontaler Richtung ange-

obcren Schichten gemessen, die sich durch das Ab- legt, also senkrecht zur Schwerkraft, um den Einfluß

setzen der suspendierten Teilchen infolge der Ein- der Schwerkraft auf die Meßergebnisse vernachlässi-

wirkung der Schwerkraft ergibt, wobei an wenigstens gen zu können.

zwei Punkten die Dichte mittels Differenzdruck-, 55 Wenn, wie durch die Erfindung vorgeschlagen, das Gamma-Absorptions-, Trübungs- oder Auftriebsmes- Kraftfeld unter einem rechten Winkel zur Bewegungssung bestimmt wird. Bei diesem bekannten Verfahren richtung der Suspension in einem beispielsweise gewird der Sedimentationseffekt auf Grund der Schwer- schlossenen Kanal auf die suspendierten Teilchen einkraft, die auf die suspendierten Teilchen einwirkt, wirkt, wird die resultierende Teilchenkonzentration ausgenutzt. Dieser Effekt läßt sich jedoch wirtschaft- 60 quer zur Strömungsrichtung in Richtung des Kraftlich nur bei verhältnismäßig groben und wenig hydra- feldes, als Funktion des Orts (der Lage) im Kanal, tisierten Teilchen ausnutzen, wenn man den Aufwand beeinflußt durch die Größenverteilung der festen Teilhinsichtlich Länge der Meßstrecke und der Emp- chen. Wenn die Teilchen von ähnlicher Form und findlichkeit der Meßapparatur in wirtschaftlich ver- Dichte sind, hängt die Konzentration direkt von der tretbaren Grenzen halten will, da die Absinkgeschwin- 65 Korngrößenverteilung ab.

digkeit dem Quadrat des Teilchenradius proportional Der Konzentrationsverlauf kann dann beispielsist. Bei Teilchen, die schwer sedimentieren, beispiels- weise durch Messung der Strahlungsabsorption beweise weil sie zu klein sind oder weil der Dichteunter- stimmt werden, indem man ein schmales Lichtbündel