RU2150687C1

RU2150687C1 - Method of determination of mobility of powdery materials

Info

Publication number: RU2150687C1
Application number: RU99103814A
Authority: RU
Inventors: С.А. Светлов
Original assignee: Бийский технологический институт Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2000-06-10

Abstract

FIELD: tests of physical and mechanical properties of various loose materials used in chemical, food, pharmaceutical and other branches of industry. SUBSTANCE: in accordance with method of determination of mobility of powdery materials vertical vibration of tested material is realized by pulsating feed of gas. Frequency of pulsation of gas stream amounts to 3-6 Hz and relative pulse duration is 0.4-0.6. Velocity of gas in cross-section of measuring vessel is 1.1-2.5 times higher than velocity of start of fluidization of powdery material. EFFECT: increased safety and measurement accuracy. 1 dwg, 1 tbl

Description

Техническое решение относится к технике испытаний физико-механических свойств различных порошкообразных материалов, в том числе склонных к агломерации, адгезии и чувствительных к трению, и может быть использовано в химической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности. The technical solution relates to techniques for testing the physicomechanical properties of various powder materials, including those prone to agglomeration, adhesion, and friction sensitive, and can be used in chemical, food, pharmaceutical, and other industries.

Известен способ (1) определения подвижности сыпучих материалов по времени истечения последних из мерного сосуда сквозь калиброванное отверстие различного поперечного сечения. Недостатком такого способа является низкая точность измерений вследствие сводообразования материала и влияния стенок сосуда на скорость истечения материала. The known method (1) for determining the mobility of bulk materials by the time of expiration of the latter from a measuring vessel through a calibrated hole of various cross sections. The disadvantage of this method is the low accuracy of the measurements due to the arching of the material and the influence of the walls of the vessel on the flow rate of the material.

Известен способ (2) измерения подвижности сыпучих материалов путем предварительного уплотнения анализируемой среды в мерном сосуде с калиброванным отверстием и измерения времени истечения материала через калиброванные отверстия при вертикальной вибрации последнего с частотой не менее 50 Гц и ускорением не менее 2,5 g. Недостатками такого способа являются опасность применения его для исследования веществ, чувствительных к трению, недостаточная точность измерения из-за влияния массы высоты слоя материала в сосуде в процессе измерений, значительная энергоемкость установки из-за приложения вибрации к мерному сосуду с материалом, а не к сыпучему материалу, наличие движущихся механических устройств. A known method (2) measuring the mobility of bulk materials by pre-compaction of the analyzed medium in a measuring vessel with a calibrated hole and measuring the time of outflow of material through calibrated holes with vertical vibration of the latter with a frequency of at least 50 Hz and an acceleration of at least 2.5 g. The disadvantages of this method are the danger of using it to study substances that are sensitive to friction, insufficient measurement accuracy due to the influence of the mass of the height of the material layer in the vessel during the measurement process, significant energy consumption of the installation due to the application of vibration to the measuring vessel with the material, and not to bulk material, the presence of moving mechanical devices.

Предлагаемое техническое решение повышает безопасность и точность измерений. The proposed technical solution improves the safety and accuracy of measurements.

Это достигается тем, что определение подвижности порошкообразных материалов производят при вертикальной вибрации испытуемого материала, осуществляемой пульсирующей подачей газа, при этом частота пульсаций газового потока составляет 3-6 Гц, скважность потока 0,4-0,6, скорость газа в поперечном сечении мерного сосуда в 1,1-2,5 раза выше скорости начала псевдоожижения порошкообразного материала. This is achieved by the fact that the mobility of the powder materials is determined by vertical vibration of the test material carried out by a pulsating gas supply, while the pulsation frequency of the gas flow is 3-6 Hz, the duty cycle of 0.4-0.6, the gas velocity in the cross section of the measuring vessel 1.1-2.5 times higher than the rate of onset of fluidization of the powdered material.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом и другими техническими решениями в данной области техники не выявил в них идентичные существенные признаки, таким образом предлагаемый способ соответствует критерию изобретения "новизна". A comparative analysis of the proposed solution with the prototype and other technical solutions in this technical field did not reveal identical essential features in them, so the proposed method meets the criteria of the invention of "novelty."

Применение пульсирующей подачи газа способствует разрушению агломератов в слое, исключает сводообразование сыпучего материала над калиброванным отверстием, позволяет создать требуемую газовую среду в зоне истечения материала. Кроме того, исключается влияние массы высоты слоя материала, находящегося в мерном сосуде, и воздействие внутренней поверхности стенок корпуса на величину скорости истечения. The use of a pulsating gas supply contributes to the destruction of agglomerates in the layer, eliminates the arch formation of granular material above the calibrated hole, and allows you to create the desired gas environment in the zone of material outflow. In addition, the influence of the mass of the height of the layer of material located in the measuring vessel and the effect of the inner surface of the walls of the housing on the value of the outflow velocity are excluded.

Использование газового потока с частотой менее 3 Гц приводит к появлению застойных зон и крупных газовых пузырей в слое, что вносит погрешность в определение скорости истечения материала. Увеличение частоты выше 6 Гц способствует переходу импульсного псевдоожижения в обычный режим псевдоожижения, что исключает вибрацию в слое, предварительное уплотнение материала и равномерное псевдоожижение материала. Отношение времени подачи газа в слой материала к периоду подачи импульсов называется скважностью. Скважность потока газа должна составлять от 0,4 до 0,6, т.е. время подачи импульса составляет приблизительно половину периода. Скорость подаваемого газа в 1,1-2,5 раза выше скорости начала псевдоожижения материала, таким образом, за весь период подачи газа скорость газа в слое материала примерно в два раза меньше. В результате относительно высокой частоты пульсаций газового потока интервалы между импульсами составляют десятые доли секунды, влияние псевдоожижения порошкообразного материала на скорость истечения незначительное, и в интервале от 3 до 6 Гц погрешность оценки скорости истечения минимальна и не превышает 5%. Подача газового потока с определенной скоростью позволяет учесть влияние свойств материала (дисперсный состав, плотность) и газа (плотность, вязкость) и перемешать материалы в слое, что особенно важно для полидисперсных веществ. При скорости газа в поперечном сечении сосуда менее 1,1 W, где W - скорость начала псевдоожижения материала, наблюдаются застойные зоны в слое. Увеличение скорости газового потока более 2,5 W приводит к уменьшению скорости истечения из калиброванного отверстия, вследствие воздействия газового потока на поступающий в калиброванное отверстие сыпучий материал. The use of a gas stream with a frequency of less than 3 Hz leads to the appearance of stagnant zones and large gas bubbles in the layer, which introduces an error in determining the velocity of the material. Increasing the frequency above 6 Hz promotes the transition of pulsed fluidization to the normal fluidization mode, which eliminates vibration in the bed, pre-compaction of the material and uniform fluidization of the material. The ratio of the time of gas supply to the material layer to the period of pulse supply is called the duty cycle. The gas flow rate should be between 0.4 and 0.6, i.e. pulse delivery time is approximately half the period. The gas feed rate is 1.1-2.5 times higher than the material fluidization start velocity, thus, for the entire gas supply period, the gas velocity in the material layer is approximately two times lower. As a result of the relatively high frequency of gas flow pulsations, the intervals between pulses are tenths of a second, the effect of fluidization of the powdered material on the flow rate is negligible, and in the range from 3 to 6 Hz, the error in estimating the flow rate is minimal and does not exceed 5%. The gas flow at a certain speed allows you to take into account the influence of the properties of the material (disperse composition, density) and gas (density, viscosity) and mix the materials in the layer, which is especially important for polydisperse substances. When the gas velocity in the cross-section of the vessel is less than 1.1 W, where W is the velocity of the beginning of fluidization of the material, stagnation zones are observed in the layer. An increase in the gas flow rate of more than 2.5 W leads to a decrease in the flow rate from the calibrated hole, due to the influence of the gas stream on the bulk material entering the calibrated hole.

Способ определения подвижности порошкообразных материалов состоит в следующем. На чертеже показан вариант устройства для осуществления способа. Испытуемый материал засыпают в мерный сосуд 1, выполненный в виде цилиндра, в нижней части которого установлена газораспределительная решетка 2 с калиброванным отверстием 3 и газоподводящая камера 4 с патрубком 5. Калиброванное отверстие закрывается сверху пробкой 6 со штоком 7, укрепленным на крышке 8 сосуда. В крышке 8 расположен патрубок 9 для отвода отработанного газа. A method for determining the mobility of powdered materials is as follows. The drawing shows a variant of the device for implementing the method. The test material is poured into a measuring vessel 1 made in the form of a cylinder, in the lower part of which a gas distribution grid 2 with a calibrated hole 3 and a gas supply chamber 4 with a nozzle 5 are installed. The calibrated hole is closed from above by a plug 6 with a rod 7 mounted on the lid 8 of the vessel. In the lid 8 is a pipe 9 for exhaust gas.

Измерение осуществляется следующим образом. В сосуд 1 на решетку 2 загружается навеска исследуемого сыпучего материала и через патрубок 5 подается ожижающий газ с частотой 3-6 Гц, скважностью 0,4-0,6 и скоростью в 1,1- 2,5 раза выше скорости начала псевдоожижения сыпучего материала. По достижении необходимого уплотнения, о величине которого судят по изменению объема материала, открывают калиброванное отверстие 3 и измеряют время истечения порошкообразного сыпучего материала сквозь калиброванное отверстие, что позволяет оценить подвижность материала. The measurement is as follows. A sample of the bulk material under investigation is loaded into the vessel 1 onto the grate 2 and a fluidizing gas with a frequency of 3–6 Hz, a duty cycle of 0.4–0.6, and a speed of 1.1–2.5 times higher than the rate of onset of fluidization of the bulk material is fed through pipe 5 . Upon reaching the necessary compaction, the value of which is judged by the change in the volume of the material, open the calibrated hole 3 and measure the time of expiration of the powdered bulk material through the calibrated hole, which allows to evaluate the mobility of the material.

Пример 1. В сосуд загружают 300 г сыпучего материала, например хлористого калия, средний размер частиц которого составляет 250 мк. Через газораспределительную решетку подают ожижающий агент, например воздух, при температуре 20^oC с частотой 6 Гц и скважностью 0,4. Скорость V ожижающего агента, отнесенная к поперечному сечению сосуда, составляет 0,15 м/с. Скорость истечения материала 0,0089 кг/с. В качестве ожижающего агента может использоваться инертный газ (азот, углекислый газ).Example 1. 300 g of granular material, for example, potassium chloride, the average particle size of which is 250 microns, is loaded into the vessel. Through the gas distribution grid serves fluidizing agent, for example air, at a temperature of 20 ^o C with a frequency of 6 Hz and a duty cycle of 0.4. The velocity V of the fluidizing agent, referred to the cross section of the vessel, is 0.15 m / s. The flow rate of the material is 0.0089 kg / s. An inert gas (nitrogen, carbon dioxide) can be used as a fluidizing agent.

Примеры 2-4 проводят аналогично примеру 1, но при других значениях указанных параметров частоты, скважности, скорости воздуха. Значения параметров и характеристика способа представлены в таблице. Examples 2-4 are carried out analogously to example 1, but with other values of the indicated parameters of frequency, duty cycle, air speed. The values of the parameters and characteristics of the method are presented in the table.

Использование предлагаемого способа определения подвижности порошкообразных материалов обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: повышение точности измерений за счет разрушения агломератов материала, исключения сводообразования, создания газовой среды, соответствующей реальному аппарату, бункеру, дозатору, отсутствия влияния поверхности стенок сосуда и высоты слоя (массы) материала в мерном сосуде; повышение безопасности измерений взрывчатых и пожароопасных веществ за счет отсутствия трения материала о стенки сосуда и малой величины напряженности электростатического поля; снижение затрат электроэнергии, т.к. вибрация прикладывается непосредственно к сыпучему материалу, а не к мерному сосуду. Using the proposed method for determining the mobility of powdered materials provides the following advantages compared to existing methods: improving the accuracy of measurements due to the destruction of agglomerates of the material, eliminating arch formation, creating a gaseous medium corresponding to a real apparatus, bunker, dispenser, lack of influence of the surface of the walls of the vessel and layer height (mass ) material in a measuring vessel; improving the safety of measurements of explosive and flammable substances due to the absence of friction of the material on the walls of the vessel and the low intensity of the electrostatic field; reduction of energy costs, as vibration is applied directly to the bulk material, and not to the measuring vessel.

Источники информации:
1. Патент США N 3665768, кл. 73-432, 1972.Sources of information:
1. US patent N 3665768, CL. 73-432, 1972.

2. Авт. свид. СССР N 665250, G 01 N 11/00, 1979 - прототип. 2. Auth. testimonial. USSR N 665250, G 01 N 11/00, 1979 - prototype.

Claims

A method for determining the mobility of powder materials by measuring the time of the outflow of the analyzed medium from a measuring vessel through a calibrated hole with vertical vibration of the test material, characterized in that the vibration is carried out by a pulsating gas supply, while the pulsation frequency of the gas stream is 3-6 Hz, the duty cycle of 0.4 - 0.6, the gas velocity in the cross section of the measuring vessel is 1.1 - 2.5 times higher than the velocity of the onset of fluidization of the powdered material.