Материал: 2031

Это дало основание полагать, что коэффициент фильтрации газа через пористый слой порошкообразного материала связан с его удельной поверхностью, т.е., поставив и решив физическую задачу фильтрации газа через пористый слой порошка, можно получить математическую связь скорости фильтрации газа через слой порошка с его удельной поверхностью. Следовательно, научившись измерять при стандартном давлении воздуха скорость его фильтрации через слой стандартно уплотненного порошка, можно расчетом получить значение удельной поверхности этого порошка.

3.2.3. При постановке задачи фильтрации газа через пористый слой предполагается, что: а) пористая среда в процессе фильтрации не деформируется, т.е. параметры порового пространства не изменяются; б) пористое тело можно моделировать системой сообщающихся пор (поровых ходов, капилляров); в) для описания процесса течения потока газа через пористые перегородки целесообразно использовать законы газодинамики Пуазейля, Кнудсена или Б.В. Дерягина.

3.2.4.Моделирование и математическое описание процесса фильтрации потока газа через пористую перегородку предполагает возможность таким путем получить решение трех задач: а) установление зависимости коэффициента фильтрации от характеристик газа (плотность, молекулярная масса, вязкость с учетом давления и температуры); б) установление зависимости коэффициента фильтрации газа от параметров порового пространства (размер и форма зерна порошка и межзерновой поры, средний диаметр капиллярных ходов, общая пористость и распределение пор по размерам, удельная поверхность зерен порошка); в) на основании установленных закономерностей фильтрации газа через пористую перегородку, составленную из зерен испытуемого порошка, получить математическое выражение связи удельной поверхности порошка с каким-либо измеряемым параметром процесса фильтрации, например, со временем t выравнивания давлений воздуха над и под слоем толщиной h стандартно уплотненного порошка.

3.2.5.Теоретические принципы, изложенные выше, реализованы в ряде отечественных приборов-поверхностемеров: ПСХ-2 (разработан Гипроцементом), Т-3 (разработан проф. В.В. Товаровым), констр. проф. Б.В. Дерягина и др.

3.3. Рабочие гипотезы

Формулируются преподавателем на вводном этапе лабораторного занятия.

3.4.Используемые материалы и реактивы

1.Минеральные порошки с различной тонкостью помола из различного минерального сырья, природного и технологического, – 4–5 порошков.

9

2.Эталонный минеральный порошок (молотый кварц) для проверки поверхностемера.

3.Фильтровальная бумага малой или средней плотности.

3.5.Используемые приборы и оборудование

1.Пневматический поверхностемер Т-3 – 3–4 шт.

2.Набор сит с отверстиями 1,25; 0,63; 0,315; 0,16 (0,14); 0,08 (0,071)мм.

3.Весы электрические лабораторные квадрантные технические ВЛКТ

–1 шт.

4.Сушильный шкаф лабораторный.

5.Бюксы металлические или стеклянные с крышками – 4–5 шт.

3.5.6.Эксикатор – 1 шт.

3.5.7.Секундомер – 3–4 шт.

3.5.8.Термометр, позволяющий брать отсчет с точностью до 1°С.

3.6. Конструкция поверхностемера Т-3

Портативный настольный прибор Т-3 (рис. 3.1, а) состоит из гильзы 1 с плунжером 2, манометра-аспиратора 3, регулятора разряжения 4, крана 5 и резиновой груши 6, играющей роль насоса. Стеклянные детали (поз. 3, 4; рис. 3.1) смонтированы на вертикальной панели, которая помещена в футляр. На вертикальной трубке манометра 5 (рис. 3.2) имеются три риски (а-а, б-б и в-в) для измерения времени опускания уровня жидкости в манометре между двумя рисками, что является измеряемой величиной, связанной с воздухопроницаемостью слоя испытуемого порошка.

Гильза 1 (рис. 3.1, б) представляет собой металлическую камеру, перегороженную на некоторой высоте металлической перфорированной диафрагмой 7. Нижняя часть камеры, ограниченная дном гильзы и диафрагмой 7, гибкой резиновой трубкой присоединена к жидкостному манометру 3. На внешней поверхности кюветы нанесена миллиметровая шкала. Плунжер 2, предназначенный для уплотнения испытуемого порошка в гильзе, выполнен в виде пустотелого цилиндра с перфорированным дном для выпуска воздуха, отжимаемого из порошка при его уплотнении, причем этот цилиндр подогнан к гильзе с просветом 0,1 мм. К плунжеру крепится планка с нониусом, которая вместе со шкалой на внешней поверхности гильзы позволяет измерять с точностью до 0,1 мм толщину слоя испытуемого порошка в ней. При испытании грубодисперсных материалов с повышенной воздухопроницаемостью может оказаться необходимым увеличить толщину слоя испытуемого материала. Для этой цели применяется имеющееся в комплекте кольцонасадка высотой 15 мм, которая надевается на верхнюю часть кюветы. Толщина слоя порошка в кювете увеличивается до 30 мм.

Манометр-аспиратор 3 (см. рис. 3.1) предназначен одновременно для создания разряжения под слоем порошка, что вызывает просасывание воздуха через слой порошка, и для измерения этого разряжения.

10

Манометр-аспиратор (см. рис. 3.2) изготовлен из стеклянных трубок различного диаметра. Пробочный кран 1 служит для отключения манометра-аспиратора от гидравлического регулятора разряжения. Уширение 2 используется при испытании порошков с низкой воздухопроницаемостью (высокой удельной поверхностью), уширение 3 – при испытании порошков с высокой воздухопроницаемостью (малой удельной поверхностью). Выше и ниже уширений на стеклянной трубке имеются риски (метки). Стеклянный резервуар 4 служит для создания разряжения за счет уровня заполнения этого резервуара легкоподвижными и малолетучими жидкостями, например водой, керосином. На резервуар 4 нанесены две отметки: нижняя обозначает уровень, до которого жидкость в манометре-аспираторе может опуститься в процессе испытаний, а верхняя показывает необходимый уровень подъема жидкости перед началом измерений.

а б

Рис. 3.1. Схема пневматического поверхностемера Т-3 (а) и устройство гильзы (б):

1 – гильза; 2 – плунжер; 3 – манометр-аспиратор; 4 – гидравлический регулятор разряжения; 5 – кран; 6 - груша-аспиратор; 7 – перфорированный диск; 8 – корпус гильзы; 9 – штуцер; 10 – подставка гильзы

Гидравлический регулятор разряжения 4 (см. рис. 3.1) предназначен для поддержания разряжения на заданном уровне. Этот регулятор (рис.3.3) состоит из стеклянного сосуда 3, в который впаяна открытая с обоих концов стеклянная трубка 1 для ввода воздуха. В верхнюю часть сосуда 3 впаяна трубка 2, с помощью которой регулятор присоединяется к прибору

(см. рис. 3.1).

Источником разряжения могут быть: а) водоструйный насос, подключаемый к водопроводу; б) резиновая груша-аспиратор с обратным клапаном для движения воздуха только в одном направлении (см. рис. 3.1,

б).

11

Регулятор разряжения (см. рис. 3.3) заполняют насыщенным раствором поваренной соли до такого уровня, чтобы при создании разряжения жидкость в закрытом колене манометра-аспиратора 5 (см. рис. 3.2) поднималась до верхней отметки.

3.7. Калибровка прибора

3.7.1. Калибровка прибора – это периодическая процедура проверки прибора, включающая: а) уточнение

размеров слоя испытуемого порошка, помещающегося в гильзе (высота и Рис. 3.2. Манометр-аспиратор: 1 –

3.7.3. Объем слоя V испытуемого порошка диаметром d и высотой h

Поскольку плунжер всегда вдавливается в гильзу на глубину «В», т.е. до упорного кольца 2 (см. рис. 3.4), то объем слоя V всегда получается постоянным.

3.7.4. Константа прибора k вычисляется отдельно для работы с верхним или нижним уширителем (см. рис. 3.1, 3.2), определяется по результатам опыта с использованием эталонного порошка, удельная поверхность которого предварительно точно измерена и указана в паспорте на эталонный порошок, который прилагается к каждому прибору Т-3.

Постоянную прибора k вычисляют по формуле

где Sэт – удельная поверхность эталонного порошка, см2/г; эт –истинная плотность эталонного порошка, г/см3; т – межзерновая пустотность эталонного порошка в гильзе после уплотнения плунжером, доля единицы объема; – вязкость воздуха при температуре опыта, пз; Т – время снижения уровня жидкости от отметки над уширением до отметки под уширением, с.

3.7.5. Пример расчета константы прибора. Исходные данные:

Замеренный внутренний диаметр гильзы d равен 2,5 см. Высота слоя эталонного порошка h равна 1,504 см.

Удельная поверхность эталонного порошка Sэт равна 3451 см /г. Истинная плотность эталонного порошка эт равна 2,65 г/см3. Навеска эталонного порошка g равна12 г.

Время снижения уровня жидкости от верхней отметки до нижней Т равно 65 с.

Температура равна 20 °С. Расчет.

Объем слоя эталонного порошка в гильзе – по формуле (3.3):

V 3,1416 2,522 1,504 7,50 см.

Насыпная плотность эталонного порошка н в слое после его уплотнения плунжером:

н gV 127,50 1,60 г/см3.

13