JPH0621850B2 - スラリ−粘度計及びスラリー粘度の測定方法 - Google Patents

スラリ−粘度計及びスラリー粘度の測定方法

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JPH0621850B2
JPH0621850B2 JP61078063A JP7806386A JPH0621850B2 JP H0621850 B2 JPH0621850 B2 JP H0621850B2 JP 61078063 A JP61078063 A JP 61078063A JP 7806386 A JP7806386 A JP 7806386A JP H0621850 B2 JPH0621850 B2 JP H0621850B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、スラリー粘度の測定装置および測定方法に関
する。
従来の技術 標準大気条件下で安定であるスラリーの粘度は、種々の
方法で測定することができる。たとえば、固体が微細粉
でありかつこれを比較的均一な懸濁状態に十分時間維持
することができれば、毛細管またはクエッテ型(Couette
-type)の粘度計も適しているであろう。逆に、粒子が重
い性質であって測定過程の際に沈降が生じたり、或いは
毛細管直径またはクエッテ粘度計における固定シリンダ
と回転シリンダとの間の空隙寸法に対比して粒子が大き
過ぎれば、この種の装置は不適当になる。これらの場
合、高価な配管ループ系を作成せねばならず、ニュート
ンもしくは非ニュートンスラリーの粘度は、圧力降下デ
ータから推測せねばならない。各種の固体、キャリヤ流
体、濃度および粒子寸法分布を試験せねばならない場
合、時間と労力の消費は相当なものとなる。
例えば、石炭−液体ＣＯ２スラリーのような通常でない
混合物の粘度を得ることは、ますます困難となる。標準
的な市販の装置は、いずれもこの用途に特に適していな
い。上記のように、この種の情報を得る唯一の可能な方
法は圧力降下データからの推測である。液体ＣＯ２をキ
ャリヤ液として用いれば、この種のデータは高価な高圧
流動ループからしか得られない。
この種のスラリー粘度測定問題に対し有力な解答を与え
るため初めて市販の振動棒センサが出現した。このセン
サは、野外用途における流体粘度を監視するために一般
的に使用されている。振動棒センサは、上記測定に対
し、他の粘度計の使用を非実用的にするような大半の欠
点を克服しうるという独特の特徴を有するが、後記する
ような特殊の装置を設ける必要があり、この装置は例え
ばＣＯ２のような高蒸気圧の液体について行なわれるス
ラリーの粘度データを得るというこのセンサの独特の特
徴を利用する。
発明の要約 従って本発明の目的は、慣用のスラリー並びに従来にな
いスラリー、特に例えば超臨界液体ＣＯ２または液化石
油ガスのような高蒸気圧液体、並びに例えば石炭のよう
な粒子状材料用のキャリヤ流体としての炭化水素類を利
用するスラリーの見掛け粘度を測定するための方法及び
装置を提供するにある。
従って本発明は、容器及び、頂部と底部と側部とを備
え、頂部と底部とを少なくとも部分的に開放すると共に
側部を少なくとも部分的に容器から離間させてなり、そ
の頂部に循環ポートを備えた少なくとも１個のチャンバ
によって容器内に形成してなる閉鎖ループ流路と、この
閉鎖ループ流路中にスラリーを形成させると同時に循環
させる手段と、スラリーが流路中を流動する際にこのス
ラリーの粘度を測定する振動棒センサーとから構成され
ることを特徴とする振動式スラリー粘度計を提供する。
スラリーを流動させると同時に混合する手段は、チャン
バ内に配置した少なくとも１個のプロペラとすることが
できる。さらに有利には、スラリーを流動させると同時
に混合する手段は２個もしくはそれ以上のプロペラであ
り、その幾つかをチャンバ内に配置すると共に少なくと
も１個をチャンバ外部で流路が容器中へ流入する個所に
配置する。
頂部と底部と側部とを備え、頂部と底部とを少なくとも
部分的に開放すると共に側部を少なくとも部分的に容器
から離間させてなり、その頂部に循環ポートを備えた少
なくとも１個のチャンバによって容器内に形成してなる
閉鎖ループ流路内に、スラリーを容器内の該チャンバを
通して、かつ容器とチャンバとの間に流動させ、かつス
ラリーが流路中を流動する際にこのスラリーの粘度を振
動式スラリー粘度計で測定することを特徴とするスラリ
ー粘度の測定方法をも提供する。さらに有利には、振動
棒センサを流動するスラリー中へ挿入して、スラリーの
粘度を振動棒の振幅に相関させる。さらに有利には、ス
ラリーをチャンバ内に配置した少なくとも１個のプロペ
ラにより流動させる。より有利には、チャンバ内に配置
された２個もしくはそれ以上のプロペラによってスラリ
ーを流動させ、少なくとも１個のプロペラを流路が容器
中へ突入する個所でチャンバ外に配置する。
以下添付図面を参照して、本発明を実施例につきより詳
細に説明する。
実施例 本発明は、加圧環境中に所望のスラリー混合物を形成
し、かつこのスラリーを比較的均一な懸濁物に維持しう
るような圧力容器を提供する。第１図を参照して、容器
の形状を第１図に示す。この容器は、振動棒粘度センサ
の形状および最適操作条件を考慮して設計されている。
圧力容器は1 は、例えば両端部にフランジ2 および3 を
備えた所定長さのパイプ1 のようなシリンダを備える。
Ｏ−リング溝部4 および5 を各フランジに設けることが
できる。Ｏ−リングを装着すると、これらは頂部および
底部の盲フランジ6 および7 （第３図および第４図）に
よって所望の圧力シールを形成し、これらフランジを容
器フランジ2 および3 にボルト止めする（これらボルト
は図示しないが、例えば参照記号8 および9 のような穴
部を貫通する）。底部フランジ7 は液体（たとえばＣＯ
２）のポート穴部10および駆動軸12用の開口部11、並び
にベアリングアセンブリ13およびシールアセンブリ14を
備える。この粘度計アセンブリは、容器1 内に加圧環境
を維持しうると同時に、駆動軸12が所望速度で十分なト
ルクを容器1 内のプロペラ15に伝達しうるようにする。
３個の「混合および循環」プロペラを使用しうるが、そ
れより多数もしくは少数のプロペラを所望に応じて使用
することもできる。駆動軸12の外部は、剛性カップリン
グ16によって精密な速度設定電位計（図示せず）を備え
た可変速モータ17に連結することができる。容器1 を覆
う頂部フランジ6 は、液体（たとえばＣＯ２）などを導
入しかつ除去するための導入および排出ポート19と、温
度センサポート20と、圧力変換器ポート21と、逃し弁用
のポート21a とを備える。これら４個のポートは全て、
粒子（たとえば石炭）を容器中へ導入するために使用す
ることができる。内部チャンバ、例えばシリンダ22を頂
部フランジ6 の下部表面に凹部23にて堅固に取り付け
る。シリンダ22を圧力容器1 内に同心的に懸架し、その
底部をフランジ7 と多かれ少なかれ約１インチだけ離間
させる。混合用プロペラの２個の内部シリンダ22の内部
に配置する一方、第３のプロペラをできるだけ実用的に
容器1 の底部に近接配置する。循環ポート24には、シリ
ンダ22の頂部近傍で、例えば夫々約6.25cm2の面積を有
する約６個のポートを設ける。
こうして、内部混合装置は３個のプロペラ15と、循環ポ
ート24を備えた倒置内部シリンダ22とを備える。プロペ
ラ15の回転はスラリーを混合すると同時に、内部循環ル
ープを付勢してスラリーを内部シリンダ22中へ上方に移
動させ、循環ポート24中を通してシリンダ22と容器1 と
の間の外側環状部に流通させ、矢印25で示したような循
環パターンを生ぜしめる。混合物が容器1 の底部近傍の
基部にて内部シリンダ22中へ再流入した時、循環が完了
する。この流動パターンは、プロペラの回転方向を変化
させることにより逆転させることができる。圧力容器1
の底部における湾曲挿入体26および最下方のプロペラ
は、粒子が弱い循環パターンを有する領域で沈降するの
を防止するよう位置決めされる。容器1 は、剛性である
が移動自在なテーブルなどに装着し、これにはベアリン
グアセンブリ13の１部を備えかつ可変速モータ17を取付
けた（取付枠は図示せず）重い頂部18を設ける。
第１図に所定個所に装着して示した振動棒センサは、制
御部27と局部的流体圧力に耐えうる所定長さのチューブ
（たとえばステンレス鋼）で作成した検出素子28とを備
える。該検出探子チューブ28の振幅は、流体の粘度に依
存する。流体粘度が高ければ、揺振する検出探子チュー
ブの剪断作用に対する抵抗も高くなり、振幅が小さくな
る。逆に、流体の粘度が低い場合には、振幅は大きくな
る。
本発明の振動棒センサは２種類の検定によって較正され
る。第１は、装置を数種の検定流体の１種を満たした振
動のない大容積の容器内に浸漬する静的較正である。流
体は試験の際、静止し続ける。第２の種類は、通常の操
作条件下で実際の装置に生ずる動的較正である。
シールの選択およびシールベアリング配置13〜14の形状
は、本発明にとって重要である。シール材料および構造
に対する厳格な要件は小寸法、プロペラ軸の相当な高回
転速度の際の高温度に耐えうる能力、および容器1 内の
高圧力環境を維持する能力などを含む。さらに、シール
は例えば高腐食性かつ磨耗性の石炭−液体ＣＯ２の混合
物のようなスラリーと接触している間にも機能も持続せ
ねばならない。液体ＣＯ２により影響を受けずかつ良好
な伝熱特性を有する材料で作成したリップシールを使用
することができる。回転使用の際に遭遇する直線的高速
度は、過度の摩擦熱を発生する。上昇温度はプラスチッ
ク系材料で作成された幾種かのシールを硬化させる。こ
の硬化は、シール能力の損失並びにケース硬化処理した
鋼材駆動軸に対する著しい損傷をもたらす。
第２の重要な側面は駆動軸の誤整列を含む。半径方向お
よびスラスト方向ベアリングを使用して整列を維持する
と共に、内部圧力による駆動軸へのスラスト負荷を吸収
する。駆動軸の頂部に対する枠支持体15a を使用して、
誤整列を最小化させることができる。軸懸垂部における
僅かな誤整列も、プロペラ15により拡大されるであろ
う。過度の振動は軸とリップシールとの間の接触圧を低
下させて、石炭粒子をこの空間内に嵌め込ませる。これ
は、一般にシールを損傷させる。従って、軸懸垂部の終
点における誤整列は最小化せねばならない。
第１図に示した配置と同じ原理の流動および同時的混合
を使用する他の容器形状を第２Ａ図および第２Ｂ図に示
す。第２Ａ図において、圧力容器31は好ましくは円筒状
の一連のバッフル32〜37を備え、これらはプロペラ38〜
40で生ずるように矢印で示した方向へ流れを進行させ
る。第１図の実施例と同様に、振動棒センサ41を設け
る。第２Ｂ図はさらに同時的混合および循環の仕事を行
なう他の形状を示している。この配管42もプロペラ43お
よび44の使用により閉鎖ループ内に流れを生ぜしめる。
振動棒センサ45を上記実施例と同様に挿入して、流れを
センサに対しほぼ平行にする。配管42を固定位置で使用
することができ、或いは図示した軸線を中心として回転
させ、混合過程の初期段階を促進させることもできる。
同様に第１図および第２Ａ図の形状を上下逆転させて、
重力により初期混合過程を促進させることもできる。こ
れらもプロペラ軸に対し垂直な軸線を中心として回転さ
せて、混合を促進することができる。
(1)既に形成されたスラリーを懸濁状態に維持する「混
合および循環」配置の能力を決定するため、および(2)
所定料の磨砕石炭を先ず容器中へ導入し次いで対応量の
液体をその頂部に添加した際、圧力容器1 内でスラリー
を生成しうるかどうかを決定するため試験を行なった。
肉眼による装置操作の観察を可能にすべく、全面プレク
シガラス製モデル（単一の混合プロペラのみを使用す
る）を組み込んだ。
３種の石炭−水のスラリー試料を30,40 および50容量％
の石炭濃度で作成した。これら試料の夫々を容器中へ導
入し、大気条件下で操作すると共に、混合用プロペラを
操作している間比較的均質な状態を維持するよう保持し
た。プロペラが停止すると、石炭は急速に沈降する傾向
を示した。毎分 400〜900 回転の速度がスラリーを撹拌
し続けるのに十分であった。第２の実験は、磨砕石炭を
容器中へ注ぎ込み、次いで計量した量のナフサを注ぎ込
んだ。この量は、石炭と一緒に60容量％濃度のスラリー
混合物を形成する。ナフサを選択した理由は、その優秀
な水に対する濡れ性能である。混合用プロペラを先ず低
速度で始動させ、次いでその速度を増大させながら混合
過程を肉眼観察する。
60％濃度の石炭−ナフサ混合物を、流動化させかつ循環
を生ぜしめるには約20分間を要する。混合過程を容易化
させるためプロペラ速度を操作した。低速度から高速度
に移動させ、次いで低速度まで逆行させることにより、
混合物はスラリー状態に突入した。幾つかの他の試み
は、比較的高速度における連続操作が効率的でないこと
を示した。プロペラが石炭集積物内部に局部的循環セル
を形成し、混合物はスラリー化しなくなる。プロペラを
毎分約 800回転の均一速度で操作すると最終的に混合物
をスラリー化するが、これには低速度および高速度の間
で速度を変化させる場合よりも長時間を要する。これら
試みの全てにおいて、粘度センサを連続監視した。混合
過程の完了は、センサの出力が定常状態に達した際実現
した。
測定量の石炭を、第３図に示したような薄い可撓性の
「スタンドパイプ」を介して封止容器中に導入した。肉
薄チューブ30を小さいガラス漏斗31のステムに挿入し、
かつ、ここに接着してスタンドパイプを形成させた。
液体ＣＯ２を高圧ダイヤフラムポンプにより容器中へ導
入した。ポンプ吸入部をＣＯ２シリンダに接続し、かつ
高圧ＣＯ２を第４Ｂ図に示したように容器の底部フラン
ジにおける取付部を介して供給し、充填石炭の流動化を
促進させた。
石炭を先ず砕塊し、次いでスロット付スクリーンを備え
たハンマミルで磨砕した。各スラリー濃度に必要とされ
る正確な石炭量を決定するためには、圧力容器の容量を
知らねばならない。これは、全部品を所定位置に完全に
設置した容器を満たす液体の容積を測定して得られた。
次の手順は、１つのデータポイントを与える１つの実験
を行なうために採用した工程を示している。
清浄しかつ組立てた後、特定容量濃度を有する石炭−液
体ＣＯ２の試料混合物の見掛け粘度を測定するべく装置
を準備した。この容量濃度に相当する量の粉末石炭を圧
力容器中へ導入した。これは、容器内に石炭をできるだ
け均一に分配するように行なった。第４Ａ図に示すよう
に、頂部フランジに機械加工した４個の開口部を石炭ポ
ートとして使用した。少量の石炭を、各ポートに順次に
配列した可撓性スタンドパイプ29と漏斗30（第３図）と
を介して導入した。この特定試験に割当てられた所定の
容量濃度を保持すべく、充填過程に際し石炭を損失しな
いよう注意を払った。容器に石炭を充填した後、次の接
続を頂部フランジにおけるポートに設けた。
1. 歪ゲージ型の圧力変換器を直接に１つのポート上に
装着した。
2. 熱電対型の温度計プローブを第２ポートに挿入し
て、加圧取付けにより固定した。
3. 第３ポートを適当な調節自在な逃し弁により封止し
た。
4. 最後のポートを適当な計器と弁と排気バイパスと備
えた高圧ＣＯ２ポンプに接続した。
底部フランジ7 におけるＣＯ２ポートも、同様な設備を
有するポンプに接続した。この容器に底部フランジポー
トを介しＣＯ２を装入すると共に、ＣＯ２を頂部フラン
ジ接続部を介して放出させた。２個の特殊弁を、これら
ＣＯ２経路にできるだけ本体に近接して装着し、実際の
試験に際し容器をこの系の残部から隔離した。
次の工程を、ＣＯ２充填物を導入する工程とした。新た
なＣＯ２容器を各試験に使用した。これを秤量計に倒立
装着し、可撓性の高圧ホースによりＣＯ２ポンプの吸入
部に接続した。圧力容器を先ず封止し、そしてＣＯ２シ
リンダを十分開放して配管系にＣＯ２を満たした。ＣＯ
２シリンダの重量をこの時点で記録した後、底部フラン
ジに装着した吸入弁を開口してＣＯ２をシリンダ圧力に
て容器中へ満たした。追加のＣＯ２を、所望の圧力に達
するまで容器中にポンプ流入させた。次いでポンプを閉
鎖し、容器を封止し、かつＣＯ２シリンダを再び秤量し
た。２回の秤量の間の差が、圧力容器中へ導入されたＣ
Ｏ２の量を示す。この時点で圧力容器は適切な量の石炭
および液体ＣＯ２が充填されていると認められ、混合過
程を開始した。
スラリーが形成された後、粘度センサ、圧力変換器およ
び熱電対プローブの出力を示す諸電圧を読んだ。さら
に、毎分当りのプロペラ回転数を記録した。粘度検出器
および圧力変換器の出力電圧も、基準用のチャート記録
器に連続記録した。
本発明は、通常のスラリーおよび通常でないスラリーの
粘度を測定する比較的迅速かつ経費の点で効果的な方法
を提供する。この装置を選考用装置として使用し、種々
異なる固体、キャリヤ流体のスラリー粘度を種々異なる
濃度および粒子寸法分布にて測定することができる。こ
の粘度計は、現場でスラリー形成を可能にすると共に懸
濁および混合を動的に維持する。
以上、本発明を実施例につき説明したが、本発明の主旨
および範囲を逸脱することなく上記方法および装置の詳
細につき種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は振動棒センサを備える本発明の粘度計アセンブ
リの断面図、第２Ａ図および第２Ｂ図は流動と同時に混
合する同じ原理を利用した他のチャンバ配置の断面図、
第３図は典型的なスタンドパイプ充填配置の断面図、第
４Ａ図および第４Ｂ図は第１図の粘度計アセンブリの夫
々頂部および底部フランジの平面図である。 1 ……圧力容器、 2,3……フランジ、 4,5……Ｏ−リング溝部、 6,7……フランジ、 12……駆動軸、15……プロペラ、24……循環ポート、28
……振動検出探子。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】容器及び、頂部と底部と側部とを備え、頂
    部と底部とを少なくとも部分的に開放すると共に側部を
    少なくとも部分的に容器から離間させてなり、その頂部
    に循環ポートを備えた少なくとも１個のチャンバによっ
    て容器内に形成してなる閉鎖ループ流路と、この閉鎖ル
    ープ流路中にスラリーを形成させると同時に循環させる
    手段と、スラリーが流路中を流動する際にこのスラリー
    の粘度を測定する振動棒センサーとから構成されること
    を特徴とする振動式スラリー粘度計。
  2. 【請求項２】スラリーがキャリヤー液と磨砕固体粒子と
    からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
    装置。
  3. 【請求項３】液体が、標準温度及び圧力において液体で
    ある流体又は加圧下で維持されている液化ガスから選択
    されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
    装置。
  4. 【請求項４】磨砕固体粒子がスラリー化及びスラリー輸
    送に適した十分な粒子寸法分布まで磨砕された非溶解性
    固体材料であることを特徴とする特許請求の範囲第２項
    記載の装置。
  5. 【請求項５】スラリーを流動させる手段が、チャンバ内
    に配置された少なくとも１個のプロペラであることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。
  6. 【請求項６】スラリーを流動させる手段が、チャンバ内
    に配置された数個のプロペラからなり、かつ、少なくと
    も１個のプロペラをチャンバ外で、スラリーの循環及び
    混合を促進する箇所に配置してなることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載の装置。
  7. 【請求項７】閉鎖ループ流路を一連のバッフルにより形
    成してなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
    の装置。
  8. 【請求項８】閉鎖ループ流路が配管であることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載の装置。
  9. 【請求項９】配管を軸線を中心として回転させてスラリ
    ーの混合を促進する手段をさらに備えたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第８項記載の装置。
  10. 【請求項１０】頂部と底部と側部とを備え、頂部と底部
    とを少なくとも部分的に開放すると共に側部を少なくと
    も部分的に容器から離間させてなり、その頂部に循環ポ
    ートを備えた少なくとも１個のチャンバによって容器内
    に形成してなる閉鎖ループ流路内に、スラリーを容器内
    の該チャンバを通して、かつ容器とチャンバとの間に流
    動させ、かつスラリーが流路中を流動する際にこのスラ
    リーの粘度を振動式スラリー粘度計で測定することを特
    徴とするスラリー粘度の測定方法。
  11. 【請求項１１】振動棒センサを流動スラリー中に挿入
    し、スラリーの粘度を振動棒の振幅に相関させることを
    特徴とする特許請求の範囲第10項に記載の測定方法。
  12. 【請求項１２】プロペラの少なくとも１個をチャンバ内
    に配置すると共に、プロペラの少なくとも１個をチャン
    バ外部のスラリーの循環及び混合を促進する箇所に設け
    てなる数個のプロペラによってスラリーを流動させるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第10項に記載の測定方
    法。
  13. 【請求項１３】一連のバッフルにより形成してなる閉鎖
    ループ流路にスラリーを流通させることを特徴とする特
    許請求の範囲第10項に記載の測定方法。
  14. 【請求項１４】配管により形成してなる閉鎖ループ流路
    にスラリーを流通させることを特徴とする特許請求の範
    囲第10項に記載の測定方法。
  15. 【請求項１５】配管を軸線を中心として回転させてスラ
    リーの混合を促進することを特徴とする特許請求の範囲
    第14項に記載の測定方法。
JP61078063A 1985-04-08 1986-04-04 スラリ−粘度計及びスラリー粘度の測定方法 Expired - Lifetime JPH0621850B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US720845 1985-04-08
US06/720,845 US4612800A (en) 1985-04-08 1985-04-08 Slurry viscometer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61240141A JPS61240141A (ja) 1986-10-25
JPH0621850B2 true JPH0621850B2 (ja) 1994-03-23

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ID=24895489

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