182656. lajstromszámú szabadalom • Mérés eljárás és berendezés szemcsés anyagok méretelosztásának meghatározására folyadékban történő ülepítéssel
1 182656 2 A kidolgozott műszeres mérési eljárás szemcsés anyagok szemcseméret eloszlásának műszeres méréssel történő meghatározását teszi lehetővé folyadékban történő ülepítéssel. A műszeres mérési eljárás a Stokes összefüggést hasznosító ülepítéses szemcseméret meghatározások közül a fajsúlykülönbséggel arányos differenciál nyomás mérésén alapuló eljárásból indul ki és fejleszti tovább. A műszeres eljárás lehetővé teszi a differenciál nyomás folyamatos analóg villamos jelkénti mérését és regisztrálását. A mérési eljáráshoz kapcsolódó berendezés, amelyben a mérőátalakító nyomásérzékeny tranzisztor mérési eredményként a diszperz halmazra jellemző ülepedési görbe, vagy vékony szuszpenzióréteg vizsgálatakor közvetlenül a közelítő granulometriai görbe regisztrátumát szolgáltatja. Diszperz halmazokban ezen belül szuszpenziókban levő részecskék méreteloszlásának meghatározására általánosan használatosak az ülepítő eljárások. Ezek a Stokes-féle összefüggést hasznosítják, melynek lényege, hogy a leszálló részecskék sebessége nagyságuktól függ. Az ülepítéses eljáráson belül számos módszer létezik. Az úgynevezett pipettázó módszer során a szuszpenzióból kismennyiségű mintákat pipettáznak ki, melyek szárazanyag tartalmát meghatározzák. A módszer legnagyobb hibája, hogy a folytonos mintavétel az ülepedő közeget felzavarja. Az aerométeres módszer szerint a szuszpenzióba ismert sűrűségű merülő testeket merítenek, amelyek az ülepedés során mind mélyebbre süllyednek. Egy-egy merülőtest a részecske eloszlási görbe egy-egy pontját jelöli. A módszer legnagyobb hátránya, hogy a merülőtestek a szuszpenzióban rosszul láthatók. A fotométerrel figyelt módszerhez a valóságban igen nehezen teljesíthető kritériumok tartoznak, miszerint valamennyi részecske tökéletesen átlátszatlan, az egyes részecskék, valamint a részecskék és a küvetta fala között fényvisszaverődés nincs, végül hogy a szuszpenzió eléggé híg ahhoz, hogy két részecske sehol sem esik a fénysugár útjába egy egyenes mentén. Az ülepedési mérlegeknél vagy más néven a gravitációs kumullatív módszereknél általános hátrány, hogy a mérlegtányér a szuszpenzióba merül és abban áramlást kelthet, továbbá, hogy a mérlegtányér alatt a szuszpenzió sűrűségének változása következtében konvekciós áramlások alakulhatnak ki, amelyek a mérést zavarják. Az aktivációs elemzési módszerek általános hátrányai közismertek, csak speciálisan felszerelt laboratóriumban végezhetők el. A találmányként kidolgozott módszer alapja az úgynevezett nyomáseséses módszer, amely az ülepedő szuszpenzióban bekövetkező koncentrációváltozást, mint a fajsúly megváltozásával arányos hidrodinamikai nyomáskülönbséget méri. A módszer két változata ismeretes. Az egyik alapjául az a fizikai jelenség szolgál, hogy közlekedő edényben — jelen esetben egy U csőben — két különböző fajsúlyú folyadékoszlop magassága az érintkezési határfelülettől számítva fordítottan arányos a folyadékok fajsúlyával (W. J. Kelly, Ind. Eng. Chem., 16, 928 (1924) ; P.A. Konzov Osznovü analiza diszpersinogo szosztava promüslennih pilej i izmeljcsönnih materialov „Himia”, Leningrád, (1974). A módszer másik változata az ülepítőcsőben differenciális manométerekkel méri a nyomásváltozást (B. A. Jarrett and H. Heywood, Brit. J. Appl. Phys., Suppl. No. 3, 218 (1954). A módszer mindkét változatának alapvető hibája, hogy mind a szintkülönbség változás, mind pedig a manométerről leolvasható változás oly kicsiny (néhány mm), hogy a vizuális leolvasás rendkívül nehézkes és pontatlan. A korábbi eljárásoknál jellemző, hogy az ülepítőcsőbe kevert szuszpenziót juttatnak, amelyben a mérés kezdetének időpontjára már bizonyos mértékű kiülepedés zajlik le, amely tekintettel arra, hogy a legnagyobb a fajsúlyváltozás a mérés megkezdése után az első néhány másodperc idő alatt, ez a körülmény a mérés hibáját igen nagymértékben megnövelheti. A mérési adatokból manuálisan kell megszerkeszteni az ülepedési és granulometriai görbét. A mérés gyakorlati kivitelezése nehézkes, ami elterjedését gyakorlatilag megakadályozta. Az általunk kialakított berendezés lényegében egy olyan ülepítőcsőből áll, amely egy, a korábbiaknál lényegesen nagyobb átmérőjű, vezérelt mágnesszelepekkel, szivattyúval és külön keverő berendezéssel van kiegészítve, amely a mérés megkezdésének időpillanatáig a szuszpenzió állandó keverését végzi. Ezért a korábbi hiba nem fordulhat elő. Az ismert megoldásoktól eltérően az általunk kivitelezett berendezésnél a nyomásértékek mérése az ülepítőcső tetszőleges magasságú helyén vagy helyein mérhető. Ennek előnyét a későbbiekben részletesen kifejtjük. A készülékhez csatlakoznak továbbá az elektronikus nyomásmérés kiszolgáló egységei. A berendezés vázlatos rajzát az 1. ábra szemlélteti. Nyugvó folyadékban történő ülepítésnél az ülepítendő szuszpenziót, illetve az ülepítő folyadékot és a megfelelő mennyiségű szemcsés anyagot az I. tartályba kell helyezni, amelyben azt 2 keverő tartja kvázi-homogén állapotban. A szuszpenzió 3 szelepen keresztül 4 szivattyúba kerül, majd mágneses 5 szelepen keresztül a 6 ülepítőcsőbe jut, azt feltölti és a túlfolyón keresztül 1 tartályba a felesleg visszafolyik. A 4 szivattyú állandó működése mellett ekkor a 6 ülepítőcsőben adott magasságú teljesen kevert szuszpenzió helyezkedik el. A mérés kezdetének pillanatában a mágneses 5 szelep lezárt, a mágneses 7 szelep kinyit és a folyadék ezen kérészül jut vissza az 1 tartályba, ezután 4 szivattyú leáll. A váltás pillanatában a 6 ülepítőcsőben elhelyezkedő szuszpenzió nyugalomba kerül és az ülepedés megkezdődik. A 6 ülepítőcső két adott pontján 10 stabilizált tápegységről táplált differenciál kapcsolásban levő 8 és 9 nyomásérzékeny tranzisztor méri az ülepedéssel változó hidrosztatikai nyomást. A jel 11 mérőerősítőn keresztül jut 12 vonalíró regisztrálóra. A két és 8 és 9 nyomásérzékeny tranzisztor folyadékfelszíntől vett távolsága és egymáshoz viszonyított távolsága a 6 ülepítőcső hossztengelye mentén kiilönkülön és együttesen is változtatható. Ezzel a vizsgálat adott határokon belül a szuszpenzióoszlop tetszőleges 5 IC 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3
