Улучшение Вязкость жидкого навоза и измерениям кривой течения
Используйте эти методы, чтобы обеспечить реологических свойств раствора, были оценены в соответствующих условиях испытаний и измерений, которые являются точными.
Выполнение надлежащей технике для измерения реологических свойств раствора для инженерных приложений не простая задача. Литература предлагает множество обзоров по измерению реологических свойств одно-и многофазных жидкостей. Некоторые источники считают, как сделать точные измерения реологических, но лишь немногие сделки с тем, как получить соответствующие данные Духовной для конкретного применения. В этой статье описано, как сделать точные и соответствующие кривые течения (земельные напряжения сдвига, [тау], против скорости сдвига, [] гамма (точка выше), соотношение которых является вязкость жидкости, в, [т.]), * и, как параметры, описывающие течение кривой может быть оценена для использования в корреляции с учетом конкретных инженерных приложений.
Суспензии может содержать "не сведение счетов" частиц, частиц, что решить "быстро" под действием силы тяжести, или частиц с широким диапазоном размеров. Если частицы решить быстро, раствор как правило, не может рассматриваться псевдо-однородной, таким образом, измерения его свойств ламинарного течения не только трудно, но обычно бесплодны. Тем не менее, попытки все еще сделано для измерения вязкости суспензии решения и применять сомнительных данных во время проектирования.
Например, конструкция трубопровода для быстрого урегулирования шламов, не может быть основан на свойствах ламинарного потока, как показано на кривой течения. В этих случаях, перепада давления (DP) против объемного расхода (Q) корреляции включать такие параметры, как: различия в плотности между частицами и приостановления жидкости, размер частиц и частиц коэффициент лобового сопротивления. С другой стороны, дР против Q корреляции для псевдо-однородной, без урегулирования шламов требуют знания кривой течения.
Скорости сдвига и напряжения сдвига диапазонов
Для многих структурированных суспензий, изменение [др.] с [] гамма (точка выше), а функция содержанием сухих веществ является сложным. Рисунок 1 был разработан изначально для полного дефлокулированный шламов. Тем не менее, частично или в значительной степени хлопьевидный шламов показывают аналогичное поведение, хотя заболеваемость сдвига утолщение снижается (даже несуществующих), из-за неспособности увеличить концентрацию твердых веществ до уровня, более чем достаточно для такого поведения имеют место.
При низких концентрациях твердых веществ, вязкость кривой ([т.] против [Г] (точка выше)) указывает на сдвиг для разжижения поведения ([т.] уменьшается с [] гамма (точка выше)) с четко определенными нулевого сдвига и бесконечные сдвига вязкости. При более высоких концентраций твердых веществ, сдвига утолщение поведения ([т.] увеличивается с [] гамма (точка выше)) наблюдается при высоких значениях [] гамма (точка выше), такое поведение становится более заметным при увеличении концентрации твердых веществ. Между тем, характерные значения [] гамма (точка выше), либо наступления сдвига для разжижения или сдвига утолщения поведение уменьшается с ростом концентрации твердых веществ. Вязкопластических поведение наблюдается, когда наклон кривой вязкости сдвига для разжижения региона подходов значение -1 при низких [] гамма (точка выше), если перестроенный по линейным осям, как кривой течения, текучести будет выглядеть так перехвата на касательных напряжений оси.
Исходя из этого, можно было бы реально говорить, что Есть нет таких материалов, как "ньютоновской" шламов и "nonNewtonian" шламов. Вместо этого, может быть шламов, которые демонстрируют поведение Ньютоновской более широкий (да и, пожалуй, только релевантные) диапазона [] гамма (точка выше), или неньютоновской поведения на соответствующий диапазон [] гамма (точка выше), но поведение Ньютоновской вне этого окна [] гамма (точка выше). Кроме того, Есть шламов, которые обладают как ньютоновских и неньютоновских свойств в соответствующих [] гамма (точка выше) окна.
Как следует из Рисунка 1, на одной точке [др.] измерения, часто бывает неадекватной для описания поведения потока навозной жижи. Здесь для любого конечного использования [др.] данных, соответствующих [] гамма (точка выше) (или [тау]) диапазона должна быть оценена и использована при определении условий измерения для вискозиметра. Распространенной ошибкой является обеспечение [] гамма (точка выше) (или [тау]) спектр только вискозиметр, чтобы диктовать условия проведения испытаний для измерения, а не для определения соответствующих авансовых диапазона. Иногда более чем 1 вискозиметра могут быть необходимы для покрытия необходимых [] гамма (точка выше) (или [тау]) диапазоне. Еще одна распространенная ошибка заключается в использовании полного [] гамма (точка выше) (или [тау]) спектр инструментов, при гораздо более узком окне будет достаточно.
С коммерчески доступных вискозиметры сегодняшней, можно измерить [др.] в течение 12 порядков величины [] гамма (точка выше) начиная с 10 ^ -6 SUP ^ S ^ ^ -1 SUP 10 ^ 6 SUP ^ S ^ SUP -1 ^. Значения [] гамма (точка выше), до 10 ^ -7 SUP ^ S ^ ^ -1 SUP также возможны, но на практике трудно. Тем не менее, большинство приложений требуют процесса измерения [др.] данные за 2-3 порядка величины [] гамма (точка выше).
Когда материал проходит через процесс растение, оно неизменно встречаются ситуации, например, смешивания, разгрузки насосов и трубопроводов, в которых разные диапазоны [] гамма (точка выше) применяется. Литературе имеются списки [] гамма (точка выше), которые применяются к конкретной отрасли промышленности, такие как продукты питания (2, 3), краски (4) и буровых растворов (5).
Оценка [Г] (точка выше) и [тау]
Методы существуют определяя диапазон [] гамма (точка выше) для многих технологических применений. Минимальный [] гамма (точка выше) часто нулю, из-за стационарных поверхностей оборудования, а максимальное [] гамма (точка выше), можно оценить из критической оценки заявки. Уравнений, которые могут быть использованы для оценки [Г] (точка выше) в течение нескольких ситуациях потока приведены в таблице 1 (6-10).
Чтобы получить всю гамму [] гамма (точка выше) pipeflow при работе с различными диаметрами, то редко, необходимых для оценки [Г] (точка выше), к югу ^ W ^ для каждого расхода по каждой трубе размеров. Напротив, минимальный [] гамма (точка выше) ^ W ^ югу находится в предположении, что низкий Q проходит через самый большой диаметр трубы. Максимум [] гамма (точка выше) ^ W ^ югу находится в предположении, высокий Q проходит через маленький диаметр трубы. Для оценки низкой [] гамма (точка выше) для кривой течения измерений, используя 1 / 20 от низких оценкам [Г] (точка выше), к югу ^ W ^, это принимает во внимание, что [] гамма (точка выше) сводится к нулю на оси трубы в pipeflow. Эти методы приводят к значительно больше [] гамма (точка выше) диапазоне, чем достигнуто на практике, и, таким образом, считается консерватором.
Если метод оценки [] гамма (точка выше), в частности применения не имеется, приступить к определению области течения интересов, определяющих различия между жидкостью скоростей в двух точках в регионе (1 пункт будет зачастую поверхности движущихся элементов, таких, как крыльчатки насоса или смеситель мешалка, а другой будет стационарной поверхности оборудования) и деления этой разности скоростей на расстояние между двумя точками. Полный [] гамма (точка выше) Диапазон измерений оценивается при рассмотрении минимальной [] гамма (точка выше), а сочетание низкой разница в скорости жидкости по крупнейшим мерное расслоение и максимальной [] гамма (точка над ), используя высокие скорости жидкости разница между наименьшим мерных разделения.
Вместо того, чтобы обеспечить вязкости / кривой течения измерение проводится по необходимости [] гамма (точка выше) окна, иногда бывает лучше проводить измерения [тау], что подходит для применения. В этой ситуации, управляемый напряжением опцию вискозиметр должен быть использован.
Вискозиметр геометрии и выбор
Коммерческая вискозиметры и реометры работают несколько геометрий для измерения расхода кривой. Эти документы сгруппированы в два типа: вращательные вискозиметры (рис. 2) и труб вискозиметры (рис. 3). Чаще всего вращательных геометрии вискозиметра коаксиальные цилиндра (Bob в чашке), вращающийся диск, конус и пластину и параллельные пластинки. геометрии вискозиметра является обычно диктуется характером образца, так как специальные меры предосторожности иногда требуется для измерения расхода кривой.
Вопросы, подлежащие рассмотрению в отношении характера материала были рассмотрены подробно (14, 15) и включают в себя:
1. Есть материал однородной? Если нет, характеристик многофазных материалы должны быть рассмотрены, спрашивая:
А. Ли гравитации происходит разделение фаз, т. е. частицы урегулирования?
B. Каков максимальный размер частиц дисперсной фазы в зависимости от ширины запрещенной зоны вискозиметр, а ширина канала в конкретном процессе поток?
C. Есть материал может сосредоточиться во время тестирования из-за потери растворителя путем испарения?
D. Есть приостановлено материала абразивных?
Е. Является ли материал так сосредоточены, что Боб в коаксиальной геометрии цилиндра, скорее всего, выделить какую-либо отверстия для себя?
2. Ли материал выставки нестационарного потока поведения - то есть, это тиксотропная, вязкоупругие или оба?
3. Существуют ли другие реологические свойства, такие как нормальное напряжение и elongational вязкость, важно при сдвиговом потоке?
4. Есть материал коррозионной?
В таблицах 2 и 3 обеспечить определенный ориентир для выбора подходящего вискозиметра создана (ы) для образца проходит испытания и применения в вопрос. Эти таблицы являются упрощенными и должны быть использованы лишь в качестве ориентира.
Вискозиметр геометрий для растворов и паст
Кривой течения измерений для проектирования должны быть сделаны с использованием либо трубки или коаксиальных цилиндра. Оба вискозиметрических геометрии были подробно рассмотрены в литературе (16). Использования конусных и пластины или плоского геометрии возможно при некоторых обстоятельствах, при условии мы имеем дело с проблемами, вытекающими из частиц помех (разрыв разделение по крайней мере от 30 до 50 раз средний диаметр частиц необходимо, чтобы избежать любая частица-помех эффекты), образец высылки при высоких скоростях сдвига и установка пробел. Использование вращающегося диска вискозиметра также следует избегать, так как скорости сдвига трудно определить (это варьируется в зависимости от диска) и его спектр, несколько ограничительное (как правило, 1-100 S ^ ^ -1 SUP), хотя ее геометрия соответствующих для контроля качества.
Труба вискозиметрии - Трубку вискозиметры, как правило, один раз через партию устройства, состоящие из горизонтальных или вертикальных длина прямой трубы, через которые испытательной жидкости передается по разным ставкам от плотины. Тем не менее, рециркуляционного опытно-промышленные вискозиметры трубопровода также используются. Труба диаметром (Z)) обычно составляет от 0,3 мм до 5 мм. В контролируемых курса трубки вискозиметра, поршень или барана сил жидкости через горизонтальную или вертикальную трубу при постоянной Q и результирующая АР измеряется. В контролируемых давления трубки вискозиметра, сжатого воздуха (или азота) используется для дисков жидкости через горизонтальные или вертикальные трубы и результирующая Q измеряется. Измерение АР и Q позволяет [тау] и [Г] (точка выше) рассчитывается по формулам. 5 и 7.
Коаксиального цилиндра вискозиметрии - коаксиальный цилиндр вискозиметра состоит из боб (внутренний цилиндр), расположенных в чашку (внешний цилиндр). Образце содержится в кольцевой зазор между Бобом и чашки. Этот вискозиметр может работать в контролируемой скорости или под контролем напряжения режиме.
Часть 2 этой статьи будут опубликованы в мае 2004 вопроса КЭП и будет охватывать кривой течения измерений, включая методы для сведения к минимуму и исправления для основных источников ошибок. Часть 2 будет также охватывать моделирования и интерпретации. Кроме того, два тематических исследований будут описаны.
* Вискозиметры используются для измерения вязкости. Реометры используются для оценки других реологических свойств, в дополнение к вязкости.
ЛИТЕРАТУРА
1. Cheng, D. CH ", вязкости Концентрация уравнения и кривые течения для суспензий," Хим. и LND, общество химической промышленности, Лондон, Великобритания, с. 403 ^ 06 (17 мая 1980).
2. Хейвуд, Н. И. Насосное и сведение, "Пищевая индустрия Новости, Beacon Издательское дело, Кроуборо, Великобритания, pp.14-15 (июнь 1995).
3. Риелли, CD, "Пищевая Реология", химического машиностроения для пищевой промышленности, П. Фрайер и др.. Ред., Блэки Академический
4. Паттон, TC, поток краски и пигмента дисперсии, 2-е изд., John Wiley
5. Dairanieh, IS и С. М. Lahalih, "Новые полимерные загустители буровых растворов", Em: Poly. J., Pergamon Press, Oxford, Великобритания, 24 (9), с. 831-835 (1988).
6. Шерман П., Промышленные Реология, Academic Press, Нью-Йорк, (1970).
7. Барнс, H.?. Др.. Введение в Реология, Elsevier, Амстердам, Нидерланды (1989).
8. Macosko, CW, Реология - принципы, измерениям и применению, Wiley-VCH, Нью-Йорк (1994).
9. Steffe, JF, Реологические методы в продовольственной Технологии Производства, второй Д., Фримен Пресс, Ист-Лансинг, М. И. (1996).
10. Барнс, H.?., Справочник элементарных Реология, Институт Неньютоновская механики жидкостей, Univ. Уэльса, Aberystwyth, Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии (2000).
11. Mezger, Т. Г. Реология Справочник Vincentz Verlag, Ганновер, Германия (2002).
12. Браун, Н. П. и Н. И. Хейвуд, жижи Обработка: Дизайн твердой и жидкой Systems, Elsevier прикладных наук, Barking, Великобритания, в настоящее время распространяется KIuwer Публикации, Dordrecht, Нидерланды (1991).
13. Барнс, H.?. Вязкость, Институт Неньютоновская механики жидкостей, Univ. Уэльса, Aberystwyth, Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии (2002).
14. Хейвуд, Н. И. Выбор Вискозиметр ", инженер-химик, IChemE, регби, Великобритании, 415 (6), с. 16-23 (1985).
15. Alderman, штат Нью-Джерси, "Non-ньютоновской жидкости: Получение данных для вискозиметрических Фрикционные Оценка потерь давления для Pipeflow", ESDU 95012, ESDU Международный рис, Лондон, Великобритания (1996).
16. Aspen Technology, "Прикладная Реология" Технические Площадь процесса Manual, Didcot, Оксфордшир, Великобритания (2004).
17. Cheng, D. CH и JB Дэвис, "Автоматическая Онлайн Вискозиметр для измерения неньютоновских вязкости для процесса применения контроле", Rheologica Acta, Steinkopff Verlag, Дармштадт, Германия, 8 (2), с. 161 - 173 (1969).
18. Метцнер, А. и Р. Отто, "Агитация неньютоновских жидкостей", AlChEJ., 3 (1), с. 3-10, (1957).
19. Барнс, H.?. ", Реология для Инженер-химик", инженер-химик, IChemE, регби, Великобритании, 545, с. 17-23 (24 июня 1993).
20. Chhabra, RP, а также Ф. Ричардсон, Неньютоновская поток в перерабатывающих отраслях промышленности: основы и инженерные приложения, Butterworth-Heinemann, Оксфорд, Великобритания, с. 338-339 (1999).
21. Шрамм Г. "Практический подход к реологии и Реометрия", Gebrueder Хаейк GmbH, Карлсруэ, Германия (1994).
22. Койл, DJ, и др., "Обратный покрытия Roll неньютоновской жидкости", J. Rheol., 34 (5), с. 615-636 (1990).
23. Маршалл, WR, "атомизация и распылительной сушки", переизданные Йохансен Кросби
NEIL J. Alderman и Найджел I. HEYWOOD, Aspen Technology
NEIL J. Alderman является консультантом в Aspen Technology ООО (Близнецы корп. Ферми Avenue, Харуэлл Бизнес-центр, Didcot, Оксфордшир, Великобритания, OXn oQR, телефон: 44-1235-448310, факс: 44-1235 - 448230; Электронная почта: neil.alderman <a href="mailto:neil.alderman@aspentech.com"> @ <aspentech.com />). он предоставляет консалтинговые услуги в духовной измерений и ее применения, лекции по различным обработки курсы подготовки инженерных и участвует в развитии процесса Руководство Aspen Technology, в том числе новые технические области по прикладной реологии. До прихода в Aspen Technology, Олдерман проводил исследования в области реологии и кросс-фильтрационных потоков нефтяных буровых растворах, фильтрации и обезвоживания сточных вод и промышленных осадков и загрязнение теплообменных оборудования. Олдерман имеет степень бакалавра и доктора химического машиностроения в Univ. Бат.
НАЙДЖЕЛ I. HEYWOOD является старшим консультантом в Aspen Technology (Телефон: 44-1235-448389, факс: 44-1235 - 448230; E-почта: <a href="mailto:nigel.heywood@aspentech.com"> Найджел. heywood@aspentech.com </ A>). в настоящее время он участвует в разработке solidsprocessing возможности Aspen Technology для моделирования и принимает участие в продвижение и развитие процесса Руководство Aspen Technology и процесс инструментов. Хейвуд консультирует широко на многие процессы, раствор для обработки и операций, предоставляет услуги по диагностике растений и выступает с лекциями на реологические свойства раствора и объемных твердых обработка, смешивание и онлайн-измерительных приборов. Хейвуд имеет степень бакалавра и степень магистра из Имперского колледжа в Лондоне университет, кандидат от Univ. Уэльса и Executive MBA из Имперского колледжа.
