RU2522805C1 - Method of determining wettability of finely-disperse powders - Google Patents
Method of determining wettability of finely-disperse powders Download PDFInfo
- Publication number
- RU2522805C1 RU2522805C1 RU2013107086/28A RU2013107086A RU2522805C1 RU 2522805 C1 RU2522805 C1 RU 2522805C1 RU 2013107086/28 A RU2013107086/28 A RU 2013107086/28A RU 2013107086 A RU2013107086 A RU 2013107086A RU 2522805 C1 RU2522805 C1 RU 2522805C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cuvette
- wettability
- powder particles
- diameter
- suspension
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области исследования характеристик порошков, в частности их смачиваемости. Смачиваемость порошков играет важную роль в эффективности целого ряда технологических процессов - мокром пылеулавливании, пылеподавлении, флотации, фильтровании, комковании порошковых материалов, формировании керамических композиций, пропитке и т.д. [1].The invention relates to the field of studies of the characteristics of powders, in particular their wettability. The wettability of powders plays an important role in the effectiveness of a number of technological processes - wet dust collection, dust suppression, flotation, filtering, clumping of powder materials, the formation of ceramic compositions, impregnation, etc. [one].
Смачиваемость сажи, например, определяет процесс гранулирования и регламентирует выход сажи, используемой для резиновой промышленности, при производстве лаков и красок, а также при получении каучуков. Смачиваемость порошков угля является одним из показателей, определяющих эффективность процесса отделения минералов от пустых пород при обогащении угля [2] и технологии нейтрализации угольной пыли в шахтах [3].The wettability of carbon black, for example, determines the granulation process and regulates the yield of carbon black used in the rubber industry in the manufacture of varnishes and paints, as well as in the production of rubbers. The wettability of coal powders is one of the indicators that determine the efficiency of the process of separating minerals from gangue during coal processing [2] and the technology of neutralizing coal dust in mines [3].
Основной характеристикой смачиваемости плоской поверхности твердого тела жидкостью является краевой угол θ [4], который отсчитывается от касательной к свободной поверхности капли жидкости, проведенной в точке раздела трех фаз (жидкой, твердой, газообразной), в сторону жидкости (Фиг.1). Известны способы определения смачиваемости твердых материалов [1, 5], основанные на измерении краевого угла по профилю капли жидкости y(r), расположенной на плоской поверхности твердого тела, путем проведения касательной в точке трехфазного контакта R (Фиг.1). Здесь y(r) - расстояние точки A профиля капли от плоской подложки для радиальной координаты r.The main characteristic of the wettability of a flat surface of a solid by a liquid is the contact angle θ [4], which is measured from the tangent to the free surface of a liquid droplet drawn at the interface of three phases (liquid, solid, gaseous), towards the liquid (Figure 1). Known methods for determining the wettability of solid materials [1, 5], based on the measurement of the contact angle by the profile of a liquid droplet y (r) located on a flat surface of a solid, by tangent to the point of three-phase contact R (Figure 1). Here y (r) is the distance of point A of the droplet profile from the flat substrate for the radial coordinate r.
Для порошковых материалов такой способ определения краевого угла затруднен из-за малости размеров частиц порошка (вплоть до субмикронных) и отсутствия, как правило, плоских поверхностей у частиц. Для порошков известен ряд косвенных способов определения характеристик смачиваемости, основанных на измерении величин, связанных с явлением смачиваемости.For powder materials, this method of determining the contact angle is difficult due to the small size of the powder particles (up to submicron) and the absence of generally flat surfaces of the particles. A number of indirect methods are known for powders for determining the wettability characteristics based on measuring values associated with the wettability phenomenon.
Известен способ определения краевого угла для порошков, заключающийся в помещении капли жидкости на пластину с нанесенным на нее тонким слоем связующего раствора и монослоем порошка [1]. При этом порошок образует слой прилипших частиц. Этот способ обладает низкой точностью, вызванной шероховатостью поверхности за счет неоднородности дисперсного состава порошка и наличием промежутков между частицами.A known method for determining the contact angle for powders, which consists in placing a drop of liquid on a plate with a thin layer of a binder solution and a monolayer of powder deposited on it [1]. In this case, the powder forms a layer of adhering particles. This method has low accuracy due to surface roughness due to the heterogeneity of the dispersed composition of the powder and the presence of gaps between the particles.
Известны способы определения краевого угла порошковых материалов, основанные на измерении профиля капли y(r), помещенной на брикет, полученный прессованием порошка [6, 7]. К недостаткам этих способов относятся проблема получения стационарной капли, связанная с просачиванием жидкости в поры, и деформация частиц порошка в процессе прессования брикета, в результате которой возможно нарушение идентичности частиц порошка в брикете исходным частицам.Known methods for determining the contact angle of powder materials based on measuring the droplet profile y (r) placed on the briquette obtained by pressing the powder [6, 7]. The disadvantages of these methods include the problem of obtaining a stationary droplet associated with the leakage of fluid into the pores and the deformation of the powder particles during the briquette pressing, as a result of which the identity of the powder particles in the briquette may violate the original particles.
Известен способ определения смачиваемости порошковых материалов путем измерения скорости впитывания влаги слоем порошка при контакте его с влажной поверхность [8]. При этом по результатам измерений строят кривые кинетики смачивания слоя порошка; смачиваемость тем больше, чем больше объем поглощенной влаги. Данный способ дает лишь качественную оценку смачиваемости.A known method for determining the wettability of powder materials by measuring the rate of absorption of moisture by a layer of powder upon contact with a wet surface [8]. In this case, the kinetics of the wetting of the powder layer are built according to the measurement results; wettability is greater, the greater the amount of absorbed moisture. This method provides only a qualitative assessment of wettability.
Наиболее близким по технической сущности является способ определения смачиваемости порошков методом пленочной флотации [9]. Этот способ основан на определении доли массы затонувших за определенное время частиц порошка, насыпанных тонким равномерным слоем на поверхность жидкости. Массовую долю осевших частиц порошка (смоченных частиц) или параметр смачиваемости определяют по формулеThe closest in technical essence is a method for determining the wettability of powders by film flotation [9]. This method is based on determining the mass fraction of powder particles sunk in a certain time, sprinkled with a thin even layer on the surface of the liquid. The mass fraction of settled powder particles (wetted particles) or the wettability parameter is determined by the formula
где mc - масса осевших частиц; where m c is the mass of settled particles;
m - масса исходной навески порошка.m is the mass of the initial sample of the powder.
Данный способ также позволяет получить лишь качественную оценку смачиваемости и разделить порошки на три группы - плохо смачиваемые (β<30%), средне смачиваемые (β=30÷80%) и хорошо смачиваемые (β>80%).This method also allows one to obtain only a qualitative assessment of the wettability and to divide the powders into three groups - poorly wettable (β <30%), medium wettable (β = 30 ÷ 80%) and well wettable (β> 80%).
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка более точного способа определения смачиваемости порошков, обеспечивающего проведение измерений непосредственно в пылевоздушной смеси.The technical result of the present invention is the development of a more accurate method for determining the wettability of powders, providing measurements directly in the dust-air mixture.
Технический результат изобретения достигается тем, что разработан способ определения смачиваемости мелкодисперсных порошков, основанный на расчете доли смоченных частиц порошка. В кювете с прозрачными плоско-параллельными стенками создают взвесь равномерно распределенных частиц порошка с максимальным диаметром не более 5 мкм и измеряют спектральный коэффициент пропускания зондирующего лазерного излучения взвеси, в кювету подают поток монодисперсных капель диаметром 0.8÷2.5 мм из равномерно распределенных по поперечному сечению кюветы капельниц и повторно измеряют спектральный коэффициент пропускания, причем начальную концентрацию частиц порошка выбирают из условия T0≤0.2, промежуток времени подачи капель определяют из условия Tk>2T0. Параметр смачиваемости β рассчитывают по формулеThe technical result of the invention is achieved by the fact that a method for determining the wettability of fine powders based on the calculation of the fraction of wetted powder particles is developed. In a cuvette with transparent plane-parallel walls, a suspension of uniformly distributed powder particles with a maximum diameter of not more than 5 μm is created and the spectral transmittance of the probe laser radiation of the suspension is measured, a flow of monodispersed droplets with a diameter of 0.8 ÷ 2.5 mm is fed into the cuvette from droppers uniformly distributed over the cross section and re-measured spectral transmittance, the initial concentration of the powder particles is selected from the condition of T 0 ≤0.2, interspace supply op droplets time edelyayut conditions of T k> 2T 0. The wettability parameter β is calculated by the formula
где V - объем кюветы;where V is the volume of the cell;
T0, Tk - спектральный коэффициент пропускания до и после осаждения капель;T 0 , T k - spectral transmittance before and after the deposition of droplets;
ρp - плотность частиц порошка;ρ p is the density of powder particles;
D20 - среднеквадратичный диаметр частиц порошка;D 20 is the rms diameter of the powder particles;
u - скорость гравитационного осаждения капли;u is the speed of gravitational precipitation of the droplet;
µ - коэффициент динамической вязкости воздуха;µ is the coefficient of dynamic viscosity of air;
D - диаметр капли;D is the diameter of the droplet;
h - высота кюветы;h is the height of the cell;
n - количество капельниц;n is the number of droppers;
f - частота падения капель;f is the frequency of drops falling;
tk - промежуток времени подачи капель в кювету.t k is the time interval for dropping drops into the cell.
Рассмотрим обоснование предлагаемого способа. В качестве характеристики смачиваемости примем массовую долю осевших на одиночной капле частиц порошка (смоченных частиц)Consider the rationale for the proposed method. As a characteristic of wettability, we take the mass fraction of powder particles (wetted particles) deposited on a single drop
где mc - масса смоченных частиц порошка (осевших на каплю); m - масса частиц порошка, столкнувшихся с каплей в процессе ее гравитационного осаждения в кювете.where m c is the mass of wetted powder particles (deposited per drop); m is the mass of powder particles colliding with the drop during its gravitational deposition in the cell.
При осаждении капли жидкости диаметром D в кювете высотой h величина m рассчитывается по формуле (Фиг.2)When a liquid droplet is deposited with a diameter D in a cell of height h, the value of m is calculated by the formula (Figure 2)
где c - массовая концентрация частиц порошка в кювете; where c is the mass concentration of powder particles in the cell;
η≤1 - коэффициент захвата.η≤1 - capture coefficient.
Масса смоченных частиц порошка с учетом (1) равнаThe mass of wetted powder particles, taking into account (1), is equal to
При анализе осаждения частиц порошка на движущуюся каплю необходимо учитывать искривление линий тока запыленного потока пылевоздушной среды (Фиг.2). Коэффициент захвата η - это отношение числа частиц, соударяющихся с препятствием (каплей), к числу частиц, которые соударились бы, если линии тока не отклонились бы препятствием. В результате этого эффекта не все частицы, расположенные в сечении S=nD2/4 (миделевом сечении капли), столкнутся с ней. Доля столкнувшихся частиц определяется (для потенциального обтекания) формулой Лэнгмюра-Блоджетта [10]When analyzing the deposition of powder particles on a moving drop, it is necessary to take into account the curvature of the streamlines of a dusty dusty air stream (Figure 2). The capture coefficient η is the ratio of the number of particles colliding with an obstacle (drop) to the number of particles that would collide if the streamlines did not deviate by the obstacle. As a result of this effect, not all particles located in the cross section S = nD 2/4 (midship section drops) collide with it. The fraction of colliding particles is determined (for potential flow) by the Langmuir-Blodgett formula [10]
где Stk - число Стокса.where Stk is the Stokes number.
Для монодисперсных частиц порошка диаметром Dp число Стокса определяется выражениемFor monodisperse powder particles with a diameter of D p, the Stokes number is determined by the expression
Поскольку взвесь порошка представляет собой совокупность полидисперсных частиц, то необходимо использовать осредненное число Стокса [10]:Since the powder suspension is a collection of polydisperse particles, it is necessary to use the averaged Stokes number [10]:
где φ(Dp) - дифференциальная функция счетного распределения частиц порошка по размерам;where φ (D p ) is the differential function of the countable size distribution of powder particles;
Для подачи потока монодисперсных капель в верхней части кюветы (Фиг.3) установлены n капельниц, расположенных равномерно в поперечном сечении кюветы. Все капельницы образуют капли одинакового диаметра D с частотой подачи f (количество образующихся капель в секунду). Таким образом, за промежуток времени t через кювету пройдет N капель:To feed a stream of monodispersed drops in the upper part of the cuvette (Figure 3), n droppers are installed that are evenly distributed in the cross section of the cuvette. All droppers form droplets of the same diameter D with a feed frequency f (the number of droplets formed per second). Thus, over a period of time t N drops will pass through the cuvette:
N=nft.N = nft.
Поскольку масса частиц порошка, осевших на одной капле, определяется формулой (2), то для N капель суммарная масса смоченных частиц равнаSince the mass of powder particles settled on one drop is determined by formula (2), for N drops the total mass of wetted particles is
Для определения параметра смачиваемости β необходимо учесть изменение во времени массовой концентрации частиц порошка в кювете, так как некоторая доля частиц осаждается на каплях. Для этого запишем уравнение (4)в видеTo determine the wettability parameter β, it is necessary to take into account the time variation of the mass concentration of powder particles in the cuvette, since a certain fraction of particles is deposited on the droplets. To do this, we write equation (4) in the form
где dMc(t) - масса смоченных частиц за время dt.where dM c (t) is the mass of wetted particles during the time dt.
Смоченные частицы вместе с каплями осаждаются на дно кюветы, поэтому уменьшение суммарной массы частиц M(t), взвешенных в кювете, равноThe wetted particles, together with the droplets, are deposited on the bottom of the cuvette; therefore, the decrease in the total mass of particles M (t) suspended in the cuvette is
С учетом (6) уравнение (5) примет видIn view of (6), equation (5) takes the form
Разделив это уравнение почленно на объем кюветы V, получим:Dividing this equation term by term by the volume of the cell V, we obtain:
гдеWhere
Уравнение (7) представим в видеWe represent equation (7) in the form
Интегрируя (9) в пределах от t=0 до t, получим:Integrating (9) in the range from t = 0 to t, we obtain:
Отсюда следует, чтоIt follows that
где c(t) - массовая концентрация частиц порошка в произвольный момент времени t>0; where c (t) is the mass concentration of powder particles at an arbitrary instant of time t> 0;
c0 - начальная массовая концентрация частиц порошка.c 0 is the initial mass concentration of powder particles.
Из уравнения (10) можно определить параметр смачиваемости β:From equation (10) it is possible to determine the wettability parameter β:
Подставляя в (11) выражение для В из уравнения (8), получим:Substituting in (11) the expression for B from equation (8), we obtain:
где ck - концентрация в момент времени tk, соответствующий прекращению подачи капель.where c k is the concentration at time t k corresponding to the cessation of the supply of drops.
Для определения параметра смачиваемости β по формуле (12) необходимо определить массовую концентрацию частиц порошка в кювете в начальный момент времени c0 (начало подачи капель) и после осаждения капель ck.To determine the wettability parameter β by the formula (12), it is necessary to determine the mass concentration of powder particles in the cell at the initial time point c 0 (the beginning of the droplet supply) and after the precipitation of droplets c k .
Для этого равномерно распределенную в воздухе взвесь частиц порошка создают в кювете с плоско-параллельными стенками из прозрачного материала, например, оптического стекла (Фиг.3). С помощью источника зондирующего излучения (лазера) и приемника излучения измеряют спектральный коэффициент пропускания в кюветеFor this, a suspension of powder particles evenly distributed in air is created in a cuvette with plane-parallel walls made of a transparent material, for example, optical glass (Figure 3). Using a probe radiation source (laser) and a radiation receiver measure the spectral transmittance in the cell
где I - интенсивность прошедшего через взвесь частиц излучения;where I is the intensity of the radiation transmitted through the suspension of particles;
I0 - интенсивность излучения входящего пучка.I 0 is the radiation intensity of the incoming beam.
В соответствии с законом Бугера [11]In accordance with the law of Bouguer [11]
T=exp(-τ),T = exp (-τ),
где τ=Kcl - спектральная оптическая плотность слоя частиц порошка;where τ = Kcl is the spectral optical density of the layer of powder particles;
K - спектральный показатель ослабления, который характеризует ослабление света единичным объемом среды, содержащим независимо рассевающие частицы;K is the spectral attenuation index, which characterizes the attenuation of light by a single volume of medium containing independently scattering particles;
l - ширина кюветы (толщина слоя частиц порошка).l is the width of the cell (the thickness of the layer of powder particles).
Для слоя полидиснерсных частиц с функцией распределения φ(Dp) показатель ослабления равен [11]For a layer of polydisner particles with a distribution function φ (D p ), the attenuation coefficient is [11]
где Where
α=πDp/λ - безразмерный параметр дифракции (параметр Ми);α = πD p / λ is the dimensionless diffraction parameter (Mie parameter);
λ - длина волны зондирующего излучения;λ is the wavelength of the probe radiation;
В предположении, что в процессе осаждения частиц порошка на каплю функция распределения φ(Dp) не изменяется, можно записатьAssuming that during the deposition of powder particles onto a drop, the distribution function φ (D p ) does not change, we can write
где τ0, τk - спектральная оптическая плотность слоя частиц порошка до и после осаждения капель соответственно.where τ 0 , τ k is the spectral optical density of the layer of powder particles before and after the deposition of droplets, respectively.
Подставляя (13) в (12), получим рабочую формулу для расчета βSubstituting (13) into (12), we obtain the working formula for calculating β
Полученный положительный эффект изобретения связан со следующими факторами:The resulting positive effect of the invention is associated with the following factors:
1. Измерение смачиваемости частиц порошка проводится непосредственно в пылевоздушной смеси. В процессе измерений порошковые материалы не подвергаются механическим воздействиям (брикетирование, полировка и т.д.).1. The measurement of the wettability of the powder particles is carried out directly in the dust-air mixture. During measurements, powder materials are not subjected to mechanical stress (briquetting, polishing, etc.).
2. Выбор диаметра капли в диапазоне 0.8÷2.5 мм связан с тем, что при осаждении в кювете капля должна сохранять сферическую форму. Согласно экспериментальным данным [12, 13] капля не деформируется и сохраняет сферическую форму при значениях числа Вебера We<0.15. В работе [13] экспериментальные данные по деформации капли аппроксимированы выражением2. The choice of droplet diameter in the range of 0.8–2.5 mm is due to the fact that during deposition in the cuvette, the drop must retain a spherical shape. According to the experimental data [12, 13], the drop does not deform and retains its spherical shape at Weber numbers We <0.15. In [13], the experimental data on the drop deformation are approximated by the expression
где ψ - мера деформации.where ψ is the measure of deformation.
Скорость стационарного осаждения капель воды определялась путем решения уравнения гравитационного осаждения сферической частицы для значения коэффициента сопротивления
Число Вебера рассчитывалось по формуле [10] We=ρu2D/σ, где σ - коэффициент поверхностного натяжения жидкости. Расчеты проводились для следующих значений параметров: ρ=1.205 кг/м3; ρl=1000 кг/м3 - плотность воды; µ=1.808·10-5 кг/(м·с). Результаты расчетов (таблица 1) показали, что для капель воды диаметром 0.8 мм и 2.5 мм при осаждении в воздухе значение числа Вебера составляет We=0.13 и We=2.5 соответственно. Согласно (15) при данных значениях числа Вебера мера деформации формы капли не превышает ψ≈0.1÷5%. Использование капелл меньшего диаметра связано с технической проблемой получения мелкодисперсных капель. В таблице 1 приведены также экспериментально определенные значения скорости осаждения капель воды в воздухе при давлении p=100 кПа и температуре T=20°C [14], которые хорошо согласуются с расчетными данными.The Weber number was calculated by the formula [10] We = ρu 2 D / σ, where σ is the coefficient of surface tension of the liquid. The calculations were carried out for the following parameter values: ρ = 1.205 kg / m 3 ; ρ l = 1000 kg / m 3 is the density of water; µ = 1.808 · 10 -5 kg / (m · s). The calculation results (table 1) showed that for water droplets with a diameter of 0.8 mm and 2.5 mm during precipitation in air, the value of the Weber number is We = 0.13 and We = 2.5, respectively. According to (15), for given values of the Weber number, the measure of deformation of the droplet shape does not exceed ψ≈0.1 ÷ 5%. The use of smaller diameter droplets is associated with the technical problem of producing finely divided droplets. Table 1 also shows the experimentally determined values of the rate of deposition of water droplets in air at a pressure p = 100 kPa and a temperature T = 20 ° C [14], which are in good agreement with the calculated data.
3. Выбор диаметра частиц порошка Dp≤5 мкм связан с тем, что при Dp>5 мкм время осаждения частиц мало и частицы быстро осаждаются на дно измерительного объема. Результаты проведенных расчетов для скорости и времени осаждения частиц угольного порошка приведены в таблице 2.3. The choice of the diameter of the powder particles D p ≤5 μm is due to the fact that when D p > 5 μm, the time of deposition of particles is short and the particles quickly settle to the bottom of the measuring volume. The results of the calculations for the speed and time of deposition of particles of coal powder are shown in table 2.
Скорость и время осаждения частиц угля рассчитывались по формулам для Стоксовского режима [10]The rate and time of deposition of coal particles were calculated using the formulas for the Stokes regime [10]
где h=0.2 м - высота измерительного объема; where h = 0.2 m is the height of the measuring volume;
ρp=1200 кг/м3 - плотность угольных частиц.ρ p = 1200 kg / m 3 - the density of coal particles.
При значении диаметра частиц Dp=5 мкм время их осаждения составляет более 2 мин. Этого времени достаточно для измерения коэффициента пропускания до и после подачи совокупности капель.When the particle diameter D p = 5 μm, the time of their deposition is more than 2 minutes This time is sufficient to measure the transmittance before and after the supply of a set of drops.
4. Выбор начального коэффициента пропускания T0≤0.2 связан с тем, что погрешность расчета оптической плотности τ тем меньше, чем больше чувствительность τ от коэффициента пропускания. На Фиг.4 приведены зависимости τ(T) и
5. Выбор Tk>2T0 определяется из условия максимальной точности измерения коэффициента пропускания.5. The choice of T k > 2T 0 is determined from the condition of maximum accuracy of transmittance measurement.
Сущность изобретения поясняется чертежами и графиками.The invention is illustrated by drawings and graphs.
На Фиг.1 приведена равновесная форма капли, помещенной на горизонтальную твердую поверхность.Figure 1 shows the equilibrium shape of a drop placed on a horizontal hard surface.
На Фиг.2 приведена схема осаждения капли.Figure 2 shows the deposition scheme of the drop.
На Фиг.3 приведена схема экспериментальной установки для определения смачиваемости порошковых материалов.Figure 3 shows a diagram of an experimental setup for determining the wettability of powder materials.
На Фиг.4 приведена зависимости оптической плотности τ и ее производной dτ/dT от коэффициента пропускания.Figure 4 shows the dependence of the optical density τ and its derivative dτ / dT on the transmittance.
На Фиг.5 приведена дифференциальная функция счетного распределения частиц угольного порошка по размерам.Figure 5 shows the differential function of the countable distribution of particles of coal powder in size.
На Фиг.6 приведена зависимость концентрации частиц угольной пыли с распределением (16) от времени подачи капель для значения параметра смачиваемости β=0.8, рассчитанная по формуле (10).Figure 6 shows the dependence of the concentration of coal dust particles with a distribution (16) on the time of droplet supply for the wettability parameter β = 0.8, calculated by the formula (10).
На Фиг.7 приведена зависимость отношения оптических плотностей τ0 и τk частиц с распределением (16) от времени подачи капель для значения параметра смачиваемости β=0.8, рассчитанная по формуле (13).Figure 7 shows the dependence of the ratio of the optical densities τ 0 and τ k of particles with distribution (16) on the time of drop supply for the wettability parameter β = 0.8, calculated by the formula (13).
Пример реализации заявляемого способа (Фиг.3). В кювете 1 с прозрачными плоско-параллельными стенками создают равномерную взвесь 2 частиц порошка. С помощью лазера 3 и приемника излучения 4 измеряют спектральный коэффициент пропускания T0 взвеси частиц. Из системы подачи капель 5 в кювету поступает поток капель в течение некоторого промежутка времени tk. После чего повторно измеряют спектральный коэффициент пропускания Tk и определяют параметр смачиваемости частиц порошка по формуле (14).An example implementation of the proposed method (Figure 3). In
Эффективность заявляемого способа, схема которого приведена на Фиг.2, определяли проведением прямых расчетов изменения концентрации и оптической плотности среды на примере частиц угольной пыли при их осаждении в воздухе при подаче капель воды для значений параметров, приведенных в таблице 3. Функция распределения угольных частиц, полученная с помощью установки Mastersizer 2000 (MALVERN, Великобритания), приведена на Фиг.5. Среднеквадратичный диаметр частиц равен D20=1.9 мкм. Полученная функция аппроксимирована гамма-распределениемThe effectiveness of the proposed method, the circuit of which is shown in FIG. 2, was determined by direct calculations of changes in the concentration and optical density of the medium using coal dust particles as an example when they are deposited in air when water droplets are supplied for the parameter values given in table 3. The distribution function of coal particles, obtained using the installation Mastersizer 2000 (MALVERN, UK), is shown in Figure 5. The rms particle diameter is D 20 = 1.9 μm. The resulting function is approximated by gamma distribution
где [φ(Dp)]=мкм-1; [Dp]=мкм.where [φ (D p )] = μm -1 ; [D p ] = μm.
Результаты расчетов представлены на Фиг.6, 7. На Фиг.6 приведена зависимость концентрации взвеси частиц угольной пыли от времени подачи капель для значения параметра смачиваемости β=0.8. На Фиг.7 приведена зависимость оптической плотности от времени подачи капель в кювету при значении β=0.8. Проверку адекватности способа можно провести, используя Фиг.6 и Фиг.7.The calculation results are presented in Fig.6, 7. Fig.6 shows the dependence of the concentration of suspended particles of coal dust from the time of supply of droplets for the wettability parameter β = 0.8. Figure 7 shows the dependence of the optical density on the time of supply of droplets to the cell with a value of β = 0.8. The verification of the adequacy of the method can be carried out using Fig.6 and Fig.7.
Выбираем промежуток времени подачи капель tk=100 c, при котором заметно изменение начальной концентрации взвеси и выполняется условие Tk>2Т0 для спектрального коэффициента пропускания (Фиг.6, 7). При значении времени tk=100 c концентрация взвеси и отношение оптических плотностей равны ck=470 кг/м3, τ0/τk=2.1 соответственно.We select the time interval for droplet delivery t k = 100 s, at which a change in the initial concentration of the suspension is noticeable and the condition T k > 2T 0 is fulfilled for the spectral transmittance (Fig. 6, 7). When the value of time t k = 100 s, the suspension concentration and the ratio of optical densities are equal to c k = 470 kg / m 3 , τ 0 / τ k = 2.1, respectively.
Подставляем найденные значения в конечную формулу (14) для расчета параметра βWe substitute the found values into the final formula (14) for calculating the parameter β
Как видно из приведенного примера, заданное и рассчитанное значения параметра смачиваемости совпадают (β=0.8). Аналогичные результаты получаются и для любого значения параметра смачиваемости в диапазоне β=0÷1.0. Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность определения характеристик смачиваемости мелкодисперсных порошков и проводить измерение непосредственно в пылевоздушной смеси. Данный способ может найти применение для исследований широкого класса органических и неорганических порошковых материалов.As can be seen from the above example, the specified and calculated values of the wettability parameter coincide (β = 0.8). Similar results are obtained for any wettability parameter in the range β = 0 ÷ 1.0. Thus, the proposed method allows to increase the accuracy of determining the wettability characteristics of fine powders and to measure directly in a dusty air mixture. This method can find application for research of a wide class of organic and inorganic powder materials.
Литература:Literature:
1. Зимон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание. - М.: Химия, 1974. - 416 с.1. Zimon A.D. Fluid adhesion and wetting. - M .: Chemistry, 1974. - 416 p.
2. Годэн A.M. Основы обогащения полезных ископаемых. - М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1946. - 535 с.2. Goden A.M. The basics of mineral processing. - M.: State scientific and technical publishing house of literature on ferrous and non-ferrous metallurgy, 1946. - 535 p.
3. Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха. - М.: Стройиздат, 1981. - 296 с.3. Pirumov A.I. Dust removal of air. - M.: Stroyizdat, 1981. - 296 p.
4. Де Жен П.Ж. Смачивание: статика и динамика // Успехи физических наук. - 1987. - Т.151. - Вып.4. - С.619-678.4. De Genes P.J. Wetting: statics and dynamics // Uspekhi fizicheskikh nauk. - 1987. - T.151. -
5. Пат. РФ 2460987, МПК G01N 13/02. Способ определения коэффициента поверхностного натяжения и угля смачивания / М.А.Пономарева, В.А.Якутенок - №2011122481/28; заявл. 02.06.2011; опубл. 10.09.2012.5. Pat. RF 2460987, IPC G01N 13/02. The method of determining the coefficient of surface tension and wetting coal / M.A. Ponomareva, V.A. Yakutenok - No. 2011122481/28; declared 06/02/2011; publ. 09/10/2012.
6. Kossen N.W., Heertjes P.M. The determination of the contact angle for systems with powder // Chemical Engineering Science. - 1965. - V.20. - №6. - P.593-599.6. Kossen N.W., Heertjes P.M. The determination of the contact angle for systems with powder // Chemical Engineering Science. - 1965. - V.20. - No. 6. - P.593-599.
7. Пат. РФ 2457464, МПК G01N 13/00. Способ определения смачиваемости порошковых материалов / В.А. Архипов, Д.Ю. Палеев, В.Ф. Трофимов, А.С. Усанина. - №2011107818; заявл. 28.02.2011; опубл. 27.07.2012.7. Pat. RF 2457464, IPC G01N 13/00. A method for determining the wettability of powder materials / V.A. Arkhipov, D.Yu. Paleev, V.F. Trofimov, A.S. Usanina. - No. 2011107818; declared 02/28/2011; publ. 07/27/2012.
8. Коузов П.А., Скрябина Л.Я. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей. - Л.: Химия, 1983. - 143 с.8. Kouzov P.A., Scriabin L.Ya. Methods for determining the physicochemical properties of industrial dusts. - L .: Chemistry, 1983. - 143 p.
9. Биргер М.И., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И. Справочник по пыле- и золоулавливанию. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 312 с.9. Birger M.I., Waldberg A.Yu., Myagkov B.I. A guide to dust and ash collection. - M .: Energoatomizdat, 1983.- 312 p.
10. Шиляев М.И., Шиляев A.M. Аэродинамика и тепломассообмен газодисперсных потоков. - Томск.: Издательство Томского государственного архитектурно-строительного университета, 2003. - 272 с.10. Shilyaev M.I., Shilyaev A.M. Aerodynamics and heat and mass transfer of gas-dispersed flows. - Tomsk .: Publishing house of Tomsk State University of Architecture and Civil Engineering, 2003. - 272 p.
11. Архипов В.А., Бондарчук С.С.Оптические методы диагностики гетерогенной плазмы продуктов сгорания: учеб. пособие. - Томск: Томский государственный университет, 2010. - 265 с.11. Arkhipov VA, Bondarchuk SS. Optical methods for the diagnosis of heterogeneous plasma of combustion products: textbook. allowance. - Tomsk: Tomsk State University, 2010. - 265 p.
12. Гонор А.Л., Ривкинд В.Я. Динамика капли. Итоги науки и техники. Сер. Механика жидкости и газа. - М.: ВИНИТИ. 1982. Т.17. - С.86-159.12. Honor A.L., Rivkind V.Ya. Drop dynamics. Results of science and technology. Ser. Mechanics of fluid and gas. - M.: VINITI. 1982.V.17. - S. 86-159.
13. Раушенбах Б.В., Белый С.А., Беспалов И.В., Бородачев В.Я., Волынский М.С., Прудников А.Г. Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей. - М.: Машиностроение, 1964. - 525 с.13. Raushenbakh B.V., Bely S.A., Bespalov I.V., Borodachev V.Ya., Volynsky M.S., Prudnikov A.G. The physical basis of the working process in the combustion chambers of jet engines. - M.: Mechanical Engineering, 1964 .-- 525 p.
14. Матвеев Л.Т. Физика атмосферы. - СПб.: Гидрометеоиздат, 2000. - 751 с.14. Matveev L.T. Physics of the atmosphere. - SPb .: Gidrometeoizdat, 2000 .-- 751 p.
Claims (1)
где V - объем кюветы;
T0, Tk - спектральный коэффициент пропускания до и после осаждения капель;
- коэффициент захвата;
ρp - плотность частиц порошка;
D20 - среднеквадратичный диаметр частиц порошка;
u - скорость гравитационного осаждения капли;
µ - коэффициент динамической вязкости воздуха;
D -диаметр капли;
h - высота кюветы;
n - количество капельниц;
f - частота падения капель;
tk - промежуток времени подачи капель в кювету. A method for determining the wettability of finely dispersed powders, based on the calculation of the fraction of wetted powder particles, characterized in that in a cuvette with transparent plane-parallel walls a suspension of powder particles uniformly distributed in air with a maximum diameter of not more than 5 μm is created and the spectral transmittance of the probe laser radiation of the suspension is measured , a flow of monodispersed droplets with a diameter of 0.8 ÷ 2.5 mm is fed into the cuvette from droppers uniformly distributed over the cross section of the cuvette and remeasured ktralny transmittance, the initial concentration of the powder particles is selected from the condition of T 0 ≤0.2, gob delivery time interval is determined from the condition T k> 2T 0, a parameter of wettability is calculated by the formula
where V is the volume of the cell;
T 0 , T k - spectral transmittance before and after the deposition of droplets;
- capture coefficient;
ρ p is the density of powder particles;
D 20 is the rms diameter of the powder particles;
u is the speed of gravitational precipitation of the droplet;
µ is the coefficient of dynamic viscosity of air;
D is the diameter of the drop;
h is the height of the cell;
n is the number of droppers;
f is the frequency of drops falling;
t k is the time interval for dropping drops into the cell.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013107086/28A RU2522805C1 (en) | 2013-02-18 | 2013-02-18 | Method of determining wettability of finely-disperse powders |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013107086/28A RU2522805C1 (en) | 2013-02-18 | 2013-02-18 | Method of determining wettability of finely-disperse powders |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2522805C1 true RU2522805C1 (en) | 2014-07-20 |
Family
ID=51217490
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013107086/28A RU2522805C1 (en) | 2013-02-18 | 2013-02-18 | Method of determining wettability of finely-disperse powders |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2522805C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2583335C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-05-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Method of determining wettability of mineral powders |
RU2756288C1 (en) * | 2020-12-16 | 2021-09-29 | Государственное Научно-Производственное Объединение Порошковой Металлургии | Method for determining wettability of powder materials |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006162352A (en) * | 2004-12-03 | 2006-06-22 | Ricoh Co Ltd | Contact angle-measuring method of powder, surface free energy determination method of powder, inspection method of powder, and powder |
CN102494967A (en) * | 2011-12-03 | 2012-06-13 | 重庆大学 | System and method for measuring moisture content, water contact angle and material layer porosity of powdered iron ore |
RU2457464C1 (en) * | 2011-02-28 | 2012-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет" (ГОУ ВПО ТГУ) | Method of defining powder materials wettability |
-
2013
- 2013-02-18 RU RU2013107086/28A patent/RU2522805C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006162352A (en) * | 2004-12-03 | 2006-06-22 | Ricoh Co Ltd | Contact angle-measuring method of powder, surface free energy determination method of powder, inspection method of powder, and powder |
RU2457464C1 (en) * | 2011-02-28 | 2012-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет" (ГОУ ВПО ТГУ) | Method of defining powder materials wettability |
CN102494967A (en) * | 2011-12-03 | 2012-06-13 | 重庆大学 | System and method for measuring moisture content, water contact angle and material layer porosity of powdered iron ore |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Биргер М.И., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И. Справочник по пыле- и золоулавливанию. - М.: Энергоатомиздат, стр. 312, 1983. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2583335C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-05-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Method of determining wettability of mineral powders |
RU2756288C1 (en) * | 2020-12-16 | 2021-09-29 | Государственное Научно-Производственное Объединение Порошковой Металлургии | Method for determining wettability of powder materials |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Friedlander et al. | Deposition of suspended particles from turbulent gas streams | |
Fissan et al. | Comparison of different characterization methods for nanoparticle dispersions before and after aerosolization | |
Wilson et al. | Aerodynamic particle size measurement by laser-doppler velocimetry | |
Mädler et al. | Transport of nanoparticles in gases: overview and recent advances | |
Japuntich et al. | Experimental results of solid monodisperse particle clogging of fibrous filters | |
Wang et al. | Effect of relative humidity on the deposition and coagulation of aerosolized SiO2 nanoparticles | |
RU2522805C1 (en) | Method of determining wettability of finely-disperse powders | |
Gao et al. | Interaction and instability of air films between bituminous coal surfaces and surfactant droplets | |
Zoller et al. | Morphology of particulate deposits formed on a single filter fibre by exposure to mixed aerosol flow | |
Arkhipov et al. | Coal dust wettability estimation | |
RU2457464C1 (en) | Method of defining powder materials wettability | |
Wang et al. | A regularization algorithm of dynamic light scattering for estimating the particle size distribution of dual-substance mixture in water | |
Volkov et al. | Nonuniformity of packed beds and its influence on longitudinal dispersion | |
Yang | Particle characterization and dynamics | |
Roller | Separation and size distribution of microscopic particles: an air analyzer for fine powders | |
Chang et al. | Experimental evaluation of the optical properties of porous silica/carbon composite particles | |
US20100157296A1 (en) | Apparatus and method for determining the transport behaviour in the pneumatic transport of granular materials | |
Kato | Size Determination of nanoparticles by dynamic light scattering | |
Zhuravleva et al. | Determination of the granulometric composition of coal powders by laser diffraction analysis | |
JP2006504084A (en) | Device for examining surface scratch resistance | |
Ryzhakova et al. | Studying the Physics of Vertical Transfer of Emissions from Industrial Enterprises in the Surface Layer of the Atmosphere | |
Londershausen et al. | Characterization of powder layer dustiness–influence of the deposit thickness | |
Huang et al. | The Influence of Dust Dispersion on the Law of Blasting Dust Emission Based on Microscope. | |
Retamal Marín | Main Principles of the Characterization of Nanoparticles in Liquid Disperse Systems | |
Krauss | Desenvolvimento de metodologia para monitoramento contínuo da concentração de emissão de PM1 em fontes estacionárias industriais |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200219 |