SU721705A1

SU721705A1 - Способ определени скорости массопереноса

Info

Publication number: SU721705A1
Application number: SU782641533A
Authority: SU
Inventors: Леонид Алексеевич Максютин; Алексей Николаевич Сундуков; Виктор Анатольевич Сурков; Петр Алексеевич Иванов; Антонина Ивановна Анохина; Валентин Константинович Калистов; Семен Аронович Донской
Priority date: 1978-06-29
Filing date: 1978-06-29
Publication date: 1980-03-15

Description

Изобретение относится к физико-химическому анализу веществ и может найти применение в черной и цветной металлургии, химической и других отраслях промышленности для повышения точности, надежности и оперативности контроля количества растворенного вещества твердой фазы в жидкой с целью интенсификации быстропротекающих технологических процессов (например, конверторное производство стали), стабилизации и повышения качества получаемой продукции. 10

Скорость растворения вещества (скорость массопередачи) определяется количеством (массой) вещества, переходящего из одной фазы в другую через единицу поверхности контакта фаз в единицу времени, т. е.

U = m -S-'-T'¹, (1) где U — скорость массопередачи, кг.м~²*с^-1;

m — масса вещества, переходящая из одной фазы в другую, кг;

S — площадь контакта фаз, м²;

Т — время перехода, с.

Для определения скорости массопередачи (массовой скорости потока) по уравнению 1 общепринята методика вращающегося образца с равнцдоступной в диффузион2 ном отношении поверхностью, согласно которой приготовленный образец твердой фазы в виде таблетки (или стержня),диаметр и высота которой одинаковы, помещают в жидкость и вращают от электродвигателя [1]. ₅ Через определенные интервалы времени отбирают пробы шлака, взвешивают и исследуют с помощью рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализов. Веса растворенных компонентов в шлаке суммируют и определяют скорость массопередачи. Рассмотренный метод весьма точный в определении веса растворенных веществ твердой фазы приближенно учитывает поверхность раздела фаз и длителен в определении скорости массопередачи, что неприемлемо для контроля быстро протекающих технологических процессов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ определения скорости массопередачи 20 твердого вещества в жидкое, согласно которому образец помещают в сосуд с жидкостью, приводят его во вращение и фиксируют продолжительность его растворения, причем о скорости растворения судят по уменьшению веса образца в течение опыта, что контролируется на демпферных весах [2],

Этот способ обладает малой точностью измерений ввиду трудностей непрерывного контроля изменения веса образца в шлаковом расплаве, осложненных термодинамичес- _sкими условиями и перемешиванием жидкой среды (например продув кислородом). Кроме того, надежность измерений снижается из-за практической трудности определения изменяющихся размеров (поверхности) образца, усложняющих возможность их непре- to рывного контроля.

Целью изобретения является повышение точности и оперативности измерений.

Для этого по предлагаемому способу фиксируют изменение момента вращения образца и продолжительность его изменения, а искомую величину находят по формуле .

U = Т'¹ .(К -М) ‘/з, (2) где U — скорость массопередачи, кг· м'². с'¹;

Т = Т,—Т2 — время перехода, с; ао

М = М_т —М_т — изменение момента за ^г время перехода, Н*м;

К — постоянный коэффициент, кг'²· м⁷.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа. ²⁵

Образец твердой фазы 1 (теоретически наиболее подходящей формой служит шар или цилиндр,диаметр и высота которого одинаковы), связанный с электродвигателем 2, подключенным к измерителю момента 3 и зе отсчетному устройству 4 (автопотенциометр), помещен в сосуд 5, внутри которого находится жидкость. Сосуд 5 размещен в печи 6 для создания определенных температурных условий, контроль которых производится термопарой. Фиксируя время изменения момента на определенную величину, по формуле 2 определяем скорость массопередачи.

При вращении образца 1 от электродвигателя 2 с постоянной скоростью ω, вследствие физико-химических свойств (вязкост- ₄₀ных и диффузионных) жидкости на внешней поверхности образца возникает момент, равный

Μ = Κ·<[·ω, (3) гдеМ — момент сопротивления, Н*м;

— вязкость жидкости, Па*с; 45 ω — угловая скорость вращения образца, с*¹:

К—постоянный коэффициент, νΓ³.

Момент М регистрируется измерителем момента 3, а динамика его изменения записывается на автопотенциометр 4, одной из координат которого является время.

В качестве примера был взят силикатный флюс состава, %: SiOi 47, F2O3 24, MgO 17, Al JO 3 7 размещен до определенной массы по всему объему (плотность / = » = const).

Из указанного состава приготавливали образцы цилиндрической формы, диаметр и высота которых одинаковы и равны 5-1(Т²м.

Образцы отжигали при t = 1600°C и определяли их плотность2 = 2,34· 10³ кг·^³.

Брали тигель со шлаком, температура в котором поддерживалась при 1510°С и определяли динамическую вязкость шлака ^, = 0,072 Па-с при диаметре тигля образца.

Для скорости вращения образца ω = = 10,5 с'¹ рассчитывали постоянный коэффициент β C2.3H.-i03)³ _β . _Ύ

Б - 2ΐ6·Γ·η·ω ~ 216-57-0,072.40,5 ~ 2,540 кг-м

Отожженный образец размещали на шпинделе, приводимом во вращение от электродвигателя, и погружали в тигель со шлаком. При этом фиксировали момент и запускали секундомер. В нашем случае М_т = = 2960,КГ⁷ Н-м при Т^0.

В процессе измерения момент сопротивления вращению образца в шкале непрерыв но уменьшался.

Фиксировали время, за которое момент заметно изменялся, т. е.

М_т^ = 1480,10'⁷ Н-м при 7^=41,0,

По формуле 2 расчитывали скорость массопередачи

L'(2,5-10^-1480

0,378, кг. M~ic

Для отсчета пользовались автопотенциометром, перемещение диаграмной ленты которого связано со временем, а перемещение стрелки-указателя пропорционально моменту. По тангенсу угла наклона непрерывно контролировали скорости массопередачи.

Повышение точности измерений скорости массопередачи (погрешность 8%) достигнуто за счет малой погрешности момента (2°/о) и малой погрешности в отсчете времени (1°/о).

Высокая надежность измерений достигнута за счет исключения из формулы 2 геометрических размеров образца и определения коэффициента до опыта.

Высокая оперативность измерений достигнута за счет непрерывного контроля скорости массопередачи в процессе опыта.

Claims

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ МАССОПЕРЕДАЧИ уменьшению веса образца в течение опыта, что контролируетс на демпферных весах 2, Этот способ обладает малой точностью измерений ввиду трудностей непрерывного контрол изменени веса образца в щлаковом расплаве, осложненных термодинамическими услови ми и перемешиванием жидкой среды (например продув кислородом). Кроме того, надежность измерений снижаетс из-за практической трудности определени измен юпдихс размеров (поверхности) образца , усложн ющих возможность их непрерывного контрол . Целью изобретени вл етс повышение точности и оперативности измерений. Дл этого по предлагаемому способу фиксируют изменение момента вращени образца и продолжительность его изменени , а искомую величину наход т по формуле и Т- .(К .М)/з,(2) гдеи - скорость массопередачи , кгМ2. Т TI-Т 2 - врем перехода, с; М М -М, - изменение момента за врем перехода, Н-м; К - посто нный коэффициент , кг . . На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа. Образец твердой фазы 1 (теоретически наиболее подход щей формой служит шар или цилиндр диаметр и высота которого одинаковы ), св занный с электродвигателем 2, подключенным к измерителю момента 3 и отсчетному устройству 4 (автопотенциометр) помещен в сосуд 5, внутри которого находитс жидкость. Сосуд 5 размещен в печи 6 дл создани определенных температурных условий, контроль которых производитс термопарой . Фиксиру врем изменени момента на определенную величину, по формуле 2 определ ем скорость массопередачи. При вращении образца 1 от электродвигател 2 с посто нной скоростью (it, вследствие физико-химических свойств (в зкостных и диффузионных) жидкости на внещней поверхности образца возникает момент, равный М ,(3) где М - момент сопротивлени , Н-м; t - в зкость жидкости, Пас; 0) - углова скорость вращени образца , /С-посто нный коэффициент, tvT. Момент М регистрируетс измерителем момента 3, а динамика его изменени записываетс на автопотенциометр 4, одной из координат которого вл етс врем . В качестве примера был вз т силикатный флюс состава %: SiO2 47, 24, MgO 17, А1Юз 7 размещен до определенной массы по всему объему (плотность const). Из указанного состава приготавливали образцы цилиндрической формы, диаметр и высота которых одинаковы и рйвны 5-1(. Образцы отжигали при t 1600°C и определ ли их плотность/ 2,34-10 КГ . Брали тигель со шлаком, температура в котором поддерживалась при 1510°С и определ ли динамическую в зкость шлака 0,072 Па-с при диаметре тигл (образца . Дл скорости вращени образца « 10,5 с рассчитывали посто нный коэффициент ,, , С2.), , - 216-Jr-tlCO 2-(6-ЗГ-0,,5 2, «м Отожженный образец размешали на шпинделе, приводимом во вращение от электродвигател , и погружали в тигель со шлаком . При этом фиксировали момент и запускали секундомер. В нашем случае М 2960,10- Н-м при . В процессе измерени момент сопротивлени вращению образца в шкале непрерывно уменьшалс . Фиксировали врем , за которое момент заметно измен лс , т. е. М 1480,10- Н-м при Г2 41,с. По формуле 2 расчитывали скорость массопередачи , и- -В,«.кг.мЧсДл отсчета пользовались автопотенциометром , перемещение диаграмной ленты которого св зано со временем, а перемешение стрелки-указател пропорционально моменту . По тангенсу угла наклона непрерывно контролировали скор.ости массопередачи. Повышение точности измерений скорости массопередачи (погрешность 8%) достигнуто за счет малой погрешности момента () и малой погрешности в отсчете времени (1%). Высока надежность измерений достигнута за счет исключени из формулы 2 геометрических размеров образца и определени коэффициента до опыта. Высока оперативность измерений достигнута за счет непрерывного контрол скорости массопередачи в процессе опыта. Формула изобретени Способ определени скорости массопередачи вещества твердой фазы в жидкую путем фиксировани продолжительности массопередачи вращаемого в жидкости образца вещества твердой фазы, отличающийс тем, что, с целью повыщени точности, надежности и оперативности измерений, фиксируют изменение момента вращени образца и продолжительность его изменени , а искомую величину наход т по формуле J T.(K-M) гдеи - скорость массопередачи кг Т Т -Т2-врем перехода, с; M Mf -М -изменение момента за врем перехода, Н-м; /( - посто нный коэффициент , М . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 72 1705 1.Левич В. Г. Физико-химическа гидродинамика , М., «Физмат, 1959, с. 83.
2.Ершов Г. С., Умрихин П. В., Арзамасцев Е. И. Ассилил ци извести шлаковым расплавом. Извести Вузов, «Черна металлурги , № 1, 1966, с. 72 (прототип).