Pierwszenstwo: Zgloszenie ogloszono: 31.05.1973 Opis patentowy opublikowano: 03.03.1975 75382 KI. 421, 13/03 MKP GOln 15/04 CZYTELNIA redu Potente*peco i0| lMfTt?CSf ' «| l Twórcywynalazku: Janina Machej, Boguslaw Grzelak, Urszula Trefler,Jerzy Baczynski Uprawniony z patentu tymczasowego: Instytut Chemii Nieorganicznej, Gliwice (Polska) Urzadzenie do pomiaru szybkosci sedymentacji Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do pomiaru szybkosci sedymentacji zawiesin w szczególnosci poli- dyspersyjnych.Operacja sedymentacji realizowana w przemysle w odstojnikach jest jedna z najtanszych metod oddzielania czastek ciala stalego od cieczy, nie wymaga doprowadzenia zadnego rozdaju energii, gdyz modulem napedowym jest sila ciezkosci. Podstawowym parametrem odstojnika jest jego powierzchnia osadzania, która oblicza sie na podstawie wyznaczonej eksperymentalnie szybkosci opadania czastek czyli szybkosci sedymentacji.Szybkosc opadania wyznaczyc mozna na podstawie krzywej sedymentacji, która podaje w sposób graficzny polozenie powierzchni rozdzialu faz jako funkcji czasu.Krzywa sedymentacji wyznaczyc mozna na podstawie obserwacji wizualnych lub za pomoca odpowiednich rejestrujacych urzadzen pomiarowych. Przykladem takiego urzadzenia jest opisany w literaturze przyrzad do rejestrowania krzywej sedymentacji. [Forsell B.A., Kadefors R., Chem. Engng. Sci 20, 2, 168 (1965)] Szklany cylinder pomiarowy, w którym zachodzi sedymentacja zaopatrzony jest w pionowo przesuwny pierscien, na którym osadzony jest fotoopór i po przeciwnej stronie cylindra zródlo swiatla z ukladem optycz¬ nym dajacym waska wiazke. Fotoopór jest polaczony szeregowo z serwomotorem, który napedza tarcze z nawinieta na nia linka polaczona z pierscieniem. Jeden obrót tarczy umozliwia przesuniecie pierscienia w dól przez cala dlugosc pomiarowa cylindra.Tarcza polaczona jest z potencjometrem obrotowym wlaczonym w obwód rejestratora. Jezeli w czasie sedymentacji powierzchnia rozdzialu faz obnizy sie ponizej wiazki swiatla, wówczas fotoopór zostanie intensyw¬ niej naswietlony. Na skutek zmniejszonej opornosci fotooporu plynie przez niego wiekszy prad, który uruchamia serwomotor, az do momentu, gdy obnizajacy sie uklad fotooptyczny znajdzie sie ponizej granicy rozdzialu faz.Cykl ten powtarza sie wielokrotnie. Zmiane oporu potencjometru odwzorowana zmiana napiecia jako funkcje czasu wykresla rejestrator. Interpretacja wyników polega na przeliczeniu mV na polozenie strefy granicznej w mm.Przyrzad omówiony sluzy wylacznie do badania zawiesin dajacych wyrazna granice faz miedzy klarowna ciecza, a zageszczonym osadem, nie nadaje sie jednak na skutek niewielkiej czulosci do zawiesin polidysper-1 75 382 syjnych, ponadto na skutek duzej bezwladnosci elektrycznej i mechanicznej uzyskane wykresy maja postac krzywej schodkowej.Celem wynalazku jest urzadzenie, które pozwala na bezposrednie otrzymanie krzywej sedymentacji w szczególnosci dla zawiesin, które nie maja wyraznej granicy rozdzialu faz.Istota polega na zastosowaniu w urzadzeniu wzorca cieczy, uwazanej w danym procesie za ciecz sklaro¬ wana, oraz na zastosowaniu elektronicznego ukladu sterujacego. Uklad nadazny, sterowany elektronicznie przez uklad mostka oporowego z fotooporami, wyszukuje miejsce o stalym natezeniu strumienia swiatla przechodza¬ cego przez badana zawiesine a zadanego wzorcem.Urzadzenie wedlug wynalazku sklada sie z cylindra pomiarowego z badana zawiesina, cylindra ze wzor¬ cowa ciecza, z ukladów elektryczno-optycznych: sledzacego i wzorcowego, z mostka oporowego, elektronicznego ukladu sterujacego, z wzmacniacza, oraz mechaniczno-elektrycznego ukladu nadaznego i rejestratora.Urzadzenie wedlug wynalazku nadaje sie do badania wszelkiego rodzaju zawiesin, a w szczególnosci do zawiesin polidyspersyjnych, nie tworzacych wyraznej granicy rozdzialu faz. Sterowany elektronicznie uklad sledzacy skladajacy sie ze zródla swiatla i fotooporu przesuwany jest w sposób ciagly przez uklad nadazny za przesuwajaca sie w dól warstwa o okreslonej, ustalonej uprzednio we wzorcu, zawartosci czastek stalych. W ten sposób przybliza sie warunki pomiaru laboratoryjnego do procesu przemyslowego, gdzie uzyskiwanie absolutnie klarownej warstwy cieczy jest czesto, dla silnie zdyspergowanych zawiesin, niecelowe ze wzgledu na bardzo dlugi czas sedymentacji.W stosunku do znanych przyrzadów zastosowano tutaj uklad nadazny, pozwalajacy na ciagle przesuwanie elementu sledzacego, przy czym uklad elektroniczny zapownia wysoka czulosc przyrzadu. Zastosowany liniowy czujnik polozenia pozwala na odwzorowanie w rejestratorze z duza dokladnoscia wspólrzednej polozenia ba¬ danej warstwy. Urzadzenie wg wynalazku przedstawione jest w przykladzie wykonania na rysunku.Cylinder pomiarowy szklany 1 o srednicy 80 mm, dlugosci pomiarowej 1000 mm, dlugosci calkowitej 1200 mm, napelniony jest badana zawiesina. Czujnik sledzacy, skladajacy sie z niskonapieciowego zródla swiat¬ la z ukladem optycznym dajacym ostra wiazke 7 oraz fotooporu 5, umieszczony jest na suporcie zamocowanym na linkach prowadzacych 12, sprzezonych z silnikiem ukladu nadaznego 11. Na suporcie tym umieszczony jest czujnik polozenia 13 zlozony z napietego pionowo drutu oporowego oraz slizgacza. Cylinder 2 z ciecza wzor¬ cowa, wykonany z identycznej jak poprzednio rury o dlugosci 300 mm, zaopatrzony jest w identyczny jak poprzednio uklad fotoelektryczny 8, stanowiacy czujnik wzorcowy. Cylinder ten zaopatrzony jest w mieszadlo \ magnetyczne 17.Uklad pomiarowy sklada sie z mostka oporowego 3, w którego odpowiednie galedzie podlaczone sa fotoopory 5 i 6. Potencjometry Rj i R2 sluza do kompensacji ukladu. W uklad mostka ponadto wlaczone sa odpowiednio dobrane rezystory R3, R4, tak aby mostek pozostawal w równowadze dlajednakowego natezenia strumieni swiatla przechodzacych przez zawiesine badana i ciecz wzorcowa. Stan równowagi mostka wskazuje miliwoltomierz 4. Zasilacz stabilizowany 15 zasila mostek 3 oraz kompensator rejestrujacy 14. Mostek 3 podla¬ czony jest do wzmacniacza elektronicznego 9, a ten z kolei podlaczony do ukladu nadaznego 10.Silnik 11 ukladu nadaznego przesuwa suport z czujnikiem sledzacym. Zródla swiatla 7, 8, zasilane sa przez stabilizator napiecia 16. Przelacznik trójpolozeniowy 18, 19, umozliwia wlaczenie do mostka 3, zamiast foto¬ oporu 6, potencjometru zastepczego Rz i jednoczesne przelaczenie fotooporu 6 w miejsce fotooporu 5.Zasada dzialania urzadzenia jest nastepujaca: stan równowagi mostka oporowego 3 uwarunkowany jest jednakowa opornoscia fotooporów 5, 6, co ma miejsce przy tej samej metnosci badanej zawiesiny i cieczy wzorcowej oraz identycznej jasnosci zródel swiatla 7 i 8, zasilanych przez stabilizator sieciowy 16. Wraz z postepujaca sedymentacja strumien swiatla padajacy na fotoopór 5 zwieksza sie, przez co opornosc jego maleje.Fakt ten pociaga za soba zachwianie równowagi mostka oporowego 3 i powstanie róznicy potencjalów. Wzmac¬ niacz 9 otrzymuje impuls pradowy uruchamiajacy uklad nadazny 10 silnika 11, który przesuwa w dól czujnik sledzacy zlozony z fotooporu 5 i zródla swiatla 7. Wraz z przesuwem czujnika w kierunku szukanej strefy metnosci, odpowiadajacej zmetnieniu cieczy wzorcowej, natezenie strumienia swietlnego maleje i mostek 3 wraca do stanu równowagi.Dzieki zastosowaniu ukladu nadaznego, wzmacniacza elektronicznego i mostka pracujacego przy stalej minimalnej odchylce od stanu równowagi, przesuw czujnika odbywa sie jednak nie skokowo, ale w sposób ciagly.Przesuw fotoelektrycznego czujnika sledzacego, odwzorowany zmiana opornosci czujnika polozenia 13, przekazywany jest jako impuls elektryczny na kompensator rejestrujacy 14. Otrzymany wykres w funkcji czasu przedstawia krzywa sedymentacji. Dla skontrolowania czy wlasnosci optyczne wzorca w czasie pomiaru nie ulegly zmianie, sluzy potencjometr R^ który mozna wlaczyc do ukladu mostka za pomoca przelacznika75 382 3 trójpolozeniowego 18 i 19. Opornosc odpowiednio wyregulowanego potencjometru IL zastepuje opornosc foto- oporu 6 wzorca 2. Po przelaczeniu kontrolnym równowaga mostka nie moze ulec zachwianiu. PL