Измерение реологических параметров шламов и их суспензий Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Международный научно-исследовательский журнал •№ 7(38) ■ Август

Соколов Л.И.

Ректор, доктор технических наук, профессор Вологодский государственный университет

ИЗМЕРЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ШЛАМОВ И ИХ СУСПЕНЗИЙ

Аннотация

Анализируются модели полных и неполных кривых течения аномальных жидкостей авторов Ньютона, Бингама, Оствальда, Балкли - Гершеля. Приведены результаты вискозиметрических исследований шламов и их суспензий на ротационных вискозиметрах Куэтта и Воларовича. Установлено, что прочность, предел текучести, вязкость, стабильность шламов определяются дисперсностью, энергией связи между твердыми частицами комплексов и взаимодействием дисперсной фазы шлама с его дисперсионной средой.

Ключевые слова: неньютоновские жидкости, шламы, реологические свойства, реологические константы

Sokolov L.I.

Principal, PhD in Engineering, professor Vologda State University

MEASURMENTOF RHEOLOGICAL SLUDGE AND SLUDGE SUSPENSIONS

Abstract

Wet dispersed wastes аге classified in terms of rheological properties аnd textural features. Rheological models of поп-Nеwtоniаn liquids Ьу Nеwtоn, Вinghаm, Ostwald, Herschel-Bulkley ак рrеsеnted. On ехатрЛ of susреnsiоns of grinding sludge using viscometric studies rnmplete rheological curves have Ьееn оЬtаinеd, rheological properties of sludges hаvе Ьееn studied, and rheological constants have bееn determined: yield point, flow index аnd mnsistency index. It has Ьееn established that strength, yield роШ, viscosity, stability of sludges а^ determined Ьу dispersity, bonding еnеrgy between solid particles аnd interaction of disperse рhаsе of sludge with its disperse medium.

Keywords: non-Nеwtоniаn fluids, muds, residues, rheological properties, pipeline transport of abnormal liguids.

Изучение реологических свойств и измерение реологических параметров шламов производится с целью оценки возможности их транспортирования по трубопроводам к месту переработки.

Образование структур шламов, обусловленное физико-химическими, биохимическими, коллоидно-химическими или чисто физическими процессами, непосредственно связано с изменением их реологических свойств[1,2,3,4].

Реологические свойства шламов проявляются после превышения предела их текучести[5,6].Шламы и их суспензии относятся к неньютоновским жидкостям.

Например, при простом сдвиге неньютоновской жидкости с напряжением т возникает деформация с определенной скоростью у. Отношение напряжения сдвига к скорости деформации т / у является реологической константой жидкости и называется ньютоновской вязкостью ц:

Ц = т / у . (1)

Реологическое уравнение состояния ньютоновской жидкости имеет вид

т = ц*у . (2)

Основным свойством жидкостей является вязкость. Величина вязкости характеризует способность дискретной среды уплотняться. Разрушение структуры жидкости в процессе движения, с одновременным уплотнением её молекулярной структуры характеризует реологическое поведение ньютоновской жидкости. Для неньютоновских жидкостей вязкость [7,8,9] - функция скорости сдвига, поэтому ее называют «кажущейся», или эффективной, вязкостью цэф (Па*с). Она достаточно полно характеризует поведение текучего материала

Инструментальное определение эффективной вязкости предусматривает измерение пар значений [т; у ] .

Для характеристики шламов используем кривые их течения, представляющие собой зависимость напряжения сдвига от скорости сдвиговой деформации в условиях простого сдвига.

В данной работе рассматривается поведение шлама и его суспензий в процессе движения и сопоставляется с известными реологическими моделями.

Реограмма ньютоновских жидкостей представляет собой прямую линию 1 (рис. 1.), проходящую через начало координат. Все кривые течения (2 - 5), которые отклоняются от прямой линии, соответствуют неньютоновским жидкостям. При этом кривая 2 показывает дилатантное течение, характерное в основном для концентрированных дисперсных систем(суспензии крахмала, силиката калия, различные клеи с большим содержанием твёрдой фазы по отношению к жидкой, причём жидкая фаза содержится в таком количестве, чтобы она могла заполнить пустоты между частицами твёрдой фазы), при котором при увеличении скорости деформации наступает затруднение сдвига - предел текучести. Кривая 3 показывает псевдопластичное течение структурно-вязкой жидкости(растворы полимеров, целлюлозы, суспензии, влажные шламы, в частности шлифовальный, с ассиметричной структурой частиц, вытянутые молекулы которых перепутываются между собой и при малых напряжениях сдвига тормозят течение), что характерно для «сдвигового размягчения» вследствие разрушения структуры с увеличением скорости деформации. Кривая 4 показывает нелинейное пластичное течение, характерное для большинства пластичных тел . Линейный участок кривой 5 характерен для бингамовских жидкостей и соответствует идеальному пластичному течению (обезвоженные осадки и шламы).

102

Международный научно-исследовательский журнал •№ 7(38) ■ Август

Рис. 1 - Кривые течения (а) и функции вязкости (б): 1 - ньютоновской жидкости; 2 - дилатантной жидкости; 3 - структурно-вязкой жидкости; 4 - нелинейного пластичного тела; 5 - линейного пластичного тела

Математическое описание поведения жидкости является предпосылкой для инженерного расчета процесса течения. Для ньютоновских жидкостей применяются модели, которые достаточно точно описывают их поведение в интересующей области напряжения (табл.1). Модели неньютоновских жидкостей содержат, по крайней мере, две реологические характеристики материала. Если неньютоновские жидкости исследуют в широком диапазоне скоростей сдвига, начиная с у « 0, то получают полные кривые течения (рис. 2, а). При малых скоростях сдвига такая жидкость имеет постоянную начальную вязкость ц0. С повышением скорости сдвига происходит постепенное разрушение структуры и достигается постоянная конечная вязкость цм. Модели полных кривых течения приведены в таблице 2.

Таблица 1 - Реологические модели неполных кривых течения*

Автор модели Уравнение состояния Скорость сдвига Функция вязкости

Ньютон Т _ч* у у _т/ч Ч _т/у

Ферри Т = ^ у 1 + ПТ , т(1+П Ч Ч Ч - _—-— 1 + ПТ

Штейнер 1 . Т = - 4 2 у п + Ат у _ т(п + Ат2 ) 1 Чу° _ - 2 2 у п+Ат

Хавен Ч Т = —-— у 1 + Птп , _т(_±т) То Чг Ч° 1 + Птп

Оствальд Т=Ё*уп Г _ТЁfп Ч° _ Ё *уп-L

Эллис Т_(Чо + Ёу у Т Г_Чо + Ёу n-L Чуб _Чо + Ё Уп-1

Сиско Т_Чу + byп Т Г_ЧХ + byп -L Чуб _ Чоо + ЬУп-L

Бингам Т = То + Ч1еУ ■ Т - Т У_ Чи Tf Чуб _Чё + — у 7

Кэссон Т12 = ТЁ2 + („ЁГ г , Т2 -Tf 1 Чё Чу° _чё + тё + 2(Т ]

Хейнц т23 = +Ч, г , Т* -Tf F Чо Чуб _Т/ у

Кэссон (обобщенная модель) тТ п = тТ п +Ш 1п ,-(Т'2 -тТ2 1 Чп Чуб _ Т/ у

103

Международный научно-исследовательский журнал •№ 7(38) ■ Август

Продолжение табл. 1 - Реологические модели неполных кривых течения*

Гершель- Балкли Т = То + (ПёУ)й1 у =(т-То ГИ1 П гё Пуб = т/у

Вильямс Ау т= , .+ ПУ А У у т у = —^— А/ (А + у> )+Поо Пуб = т!г

*Обозначения входящих в формулы величин: т - напряжение сдвига; то - предельное напряжение сдвига; у -скорость сдвига; р - ньютоновская вязкость; рэф - эффективная вязкость; ро - начальная вязкость неразрушенной структуры; рм - вязкость предельно разрушенной структуры; рпл - пластичная (бингамовская) вязкость; тК, рК -предельное напряжение сдвига и вязкость по Кэссону; тХ, рХ - то же, по Хейнцу; n - индекс течения; n1 - то же, по Гершелю-Балкли; К - коэффициент консистенции; А, b, c, m - эмпирические коэффициенты.

Рис.2 - Полная кривая течения структурно-вязкой жидкости с постоянной начальной вязкостью ро и постоянной конечной вязкостью рм (а) и функция вязкости полной кривой течения (б)

Таким образом, эффективная вязкость неньютоновских жидкостей состоит из двух компонентов:

1 - ньютоновской вязкости рм, которая основана на внутреннем трении жидкости и представляет физическую константу материала (шлама, осадка);

2 - структурного сопротивления рэф(у) - р», которое зависит от структурного состояния дисперсных систем и является функцией скорости сдвига у.

Степень разрушения структуры а может быть описана уравнением:

П; - Чуб (г)

^ П -П . (3)

Следовательно, эффективная вязкость является реологической характеристикой, которая учитывает внутреннее трение и структурно-динамическую равновесную компоненту. В диапазоне Ро>рЭф>рм разрушение и восстановление структуры при определенной скорости сдвига у находятся в равновесном состоянии. При изменении скорости сдвига система без промедления переходит в новое структурное состояние и поэтому называется стабильной.

Самая простая и физически обоснованная модель была получена Бингамом для идеального линейного пластичного материала (табл. 1), у которого то и рпл - константы.

Идеально пластичный материал в практике встречается редко, и предел текучести установится только параметром сравнения, если его, как это часто случается, получают с помощью экстраполяции. Экспериментально предел текучести измеряют с помощью особых методов[28].

Для нелинейного пластичного материала часто применяют обобщенный степенной закон Гершеля-Балкли или Кэссона (табл. 1).

104

Международный научно-исследовательский журнал •№ 7(38) ■ Август

Таблица 2 - Реологические модели полной кривой течения1

Автор модели

Уравнение состояния

Скорость сдвига

Метер

т = Н

1 + (т/тт У-' (Н„/Но } у т + уз/' 3^ 1

1 + 3^ 1 1 у = Но 1 + (т/тт Y\hJHo)

Рейнер

т =

Н* *у

1 -^-н) exp

Ho l * у

т

У =— Н*

( 2 Л!

1 -Но-Н* exp т

—

L Но l * л

Прандтль-Эйринг

т =

_ н0 arcsin (B * у) B

У = ■

т* B * у

Ho

arcsin(B * у)

Повелл-Эйринг

т = Н *У + Ho arcsin (в * у}

У =

_т* B -(чо -h* ) arcsin (в * у}

H*}arcsin ( B-H*

Рейнер-Филиппов

(модифицировано

Реером)

т = т + Но. Н\ + н * у

о Л . t i \и 7

"ту

1 + (тАт }

у = ■

т-т

Н* +

Но -н*

' 1 + (т/тт)

Михайлова-

Лихтхайм

^Фко-нА)

т= 1 ГГ, Г у + Н* *у

siп(тто }

у =

т-то Но Н*- 1

Н* 1 + (т/тт }”

Эллис

т =

Но

1 + (т/т1/2 У'

т у

у =

+ (т/тУ2 )A-1

Но

Пеек-Мак-Леан-

Вильямсон

т =

'н.+^^Ау

l 1 + т/тт у

у = ■

т

н * +

1 + т/т

Рейнер-Филиппов

т =

Н* +

Но -Ноэ

1 + Iтт )2

у

у =

т

н + Но -н,

Н 1 + (Лтт )

Т

*Обозначения входящих в формулы величин: т - напряжение сдвига; тт - среднее напряжение сдвига при = 1/2(н0 + Лоо); И/2 - то же, при Ли«По; нэф - эффективная вязкость; ло - начальная вязкость неразрушенной

структуры; л„ - вязкость предельно разрушенной структуры; у - скорость сдвига; х - коэффициент структурной вязкости, определяемый по формуле (ф _ фо )/(йф/d-t 2 ), где ф - текучесть; фо - начальная текучесть; А, В, n, m -эмпирические коэффициенты

Изучение свойств шламовых суспензий, аналитическое описание их движения, в том числе по трубопроводам, обычно осуществляют с позиции классической механики сплошных сред. Однако, используемый подход не предусматривает учёта дискретности неньютоновской жидкости (шлама) в состоянии суспензии, а также не учитывает действующие внутри межчастичные силы (дисперсионные, электростатические, химические). Всё это затрудняет решение технологических вопросов перемещения шламов по трубопроводам. Шламовая суспензия дискретна как дисперсная среда, состоящая из дисперсионной и дисперсной фаз. Дискретна также и дисперсионная среда, включающая водную фазу с содержанием масел и нефтепродуктов. Всё это накладывает отпечаток на поведение шламов и их суспензий при движении. Поэтому для управления реологическими свойствами шламовых суспензий необходимо знать их структуру, свойства, состав.

Структуры дисперсных щламов в состоянии термодинамического равновесия можно разделить на две системы .

1) Системы сольватного (гидратного) типа, имеющие конденсационно-кристализационную структуру, образуются при сцеплении однотипных элементов на границе фаз в тех случаях, когда концентрация твердой фазы выше критической. В таких сравнительно крупнозернистых системах силы тяжести превышают силы молекулярного сцепления между твердыми частицами и образование структурных связей возможно лишь за счет жидких оболочек вокруг твердых частиц. После разрушения они не восстанавливаются. Это в основном влажно-твердые отходы, образующиеся при обработке металлов, строительных изделий из стекла и бетона.

2) Системы сетчатого (коагуляционного) типа образуются в шламах и суспензиях, содержащих коллоидные твердые частицы, т.е. частицы размером менее 1 мкм. Эти сверхмелкие частицы в процессе броуновского движения прорывают сольватные (гидратные) оболочки вокруг частиц в наиболее уязвимых местах (углы, ребра частиц) или уменьшают оболочки до толщины мономолекулярного слоя. В результате образуются структурные сетки, которые существуют за счет молекулярных связей между твердыми частицами. В сетчатых структурах шламов и осадков взаимодействие между частицами происходит через тонкий слой дисперсионной среды и обусловлено силами Ван -дер-Ваальса (силы сцепления).

105

Международный научно-исследовательский журнал •№ 7(38) ■ Август

Таким образом, сетчатые (коагуляционные) структуры образуются в мелкодисперсных осадках, шламах путем взаимодействия между частицами и молекулами через прослойки дисперсионной среды( непрерывная водная фаза). Толщина прослоек зависит в определенной мере от содержания дисперсионной среды. При увеличении ее содержания значения сдвиговых свойств обычно уменьшаются, а система из твердообразной переходит в жидкообразную.

Исследованию был подвергнут шлифовальный шлам, образующийся в процессе межоперационной очистки смазочно-охлаждающих жидкостей на металообрабатывающих и машиностроительных предприятиях. По свойствам шлифовальный шлам можно отнести к пластическим материалам. Основная дисперсионная среда шлама состоит из двух фаз - воды и нефтепродуктов, а дисперсная - из окисленных фракций металла, абразива и его связки. В свободной влаге шлифовального шлама присутствуют водорастворимые соли натрия. В состав шлифовального шлама входят нефтепродукты, используемые для приготовления современных СОЖ и нефтепродукты, входящие в состав индустриальных смазочных масел: сульфированное дизельное топливо, хлорпарафины, изопропилсалицилат натрия, моно-, ди-, триэтаноламины, карбонильные соединения, органические спирты, смолы. Кроме того, в шламах в небольшом количестве всегда содержатся компоненты, которые образуются в результате деструкции органических веществ в зоне обработки металла или специально вводятся при корректировке эксплуатационных свойств СОЖ. Шлифовальные шламы представляют собой структурированные системы. Вокруг отдельных металлических частиц, абразива размером 3 - 150 мкм образуются жидкие сольватные оболочки, которые соприкасаются между собой, образуя структуру более крупных ассоциированных комплексов (роев), обладающую упругими свойствами. В сольватных оболочках образуются и более крупные частицы твердых включений шлама с размером до 0,15 мм. При этом силы тяжести превышают силы молекулярного сцепления между твердыми частицами, и структурные связи возникают только за счет жидких оболочек. Свойства шламов зависят и определяются особенностями сольватной системы, в оболочках которой удерживается в зависимости от категории шлама от 11 - 64 % дисперсионной среды. Устойчивость такой структурированной системы зависит от прочности жидкой оболочки, сил взаимодействия между отдельными частицами и на границе раздела фаз, а также от числа контактов твердых включений шлама с дисперсионной средой в единице объема. На особенности строения сольватной системы и на другие факторы, определяющие устойчивость ассоциированных комплексов, влияют физико-химические свойства шламовых твердых включений, химическая природа жидкой фазы и энергия связей в этой системе. Основную массу шлама составляет масляная фаза, загущенная железными (Fe), абразивными включениями, а также высокомолекулярными

углеводородами и неорганическими веществами (Na+, K+, СО^ , НСО3, NO3 , PO3-, SiO , Cl ). В

шлифовальном шламе оксид кремния представлен мелкодисперсными частицами. Исследование частичек кремния, входящих в шлам, проведенное при помощи микроскопа, позволило установить их размеры. Размеры колеблются в пределах 1,8 - 80 мкм. Эффективный радиус пор находится в пределах 1,0 - 60 нм. Общая удельная поверхность пор не превышает 350 * 103 м2/ кг. Ряд наблюдений за структурированными шлифовально-шламовыми системами, содержащими твердые включения в разных концентрациях и с различной степенью дисперсности, показал, что загущающий эффект дисперсной фазы пропорционален ее молекулярной массе, концентрации в системе и дисперсности. С повышением дисперсности твердой фазы увеличивается поверхность соприкосновения с дисперсионной средой. При этом создаются благоприятные условия для развития различного рода энергетических связей в системе, что и приводит к образованию прочных структур. Поэтому при малых скоростях сдвига вязкость такой сильно загущенной системы значительно возрастает. При больших скоростях сдвига эта структура постепенно нарушается - теряется прочность связи сольватных оболочек с поверхностью твердых частиц. Затем следует отрыв верхних слоев сольватных оболочек, и часть связанной дисперсионной среды при этом высвобождается. Это проявляется в уменьшении вязкости с увеличением градиента скорости сдвига (у).

Как известно, на реологические свойства может оказать существенное влияние и анизометричность твердых включений шлама (отношение их длины к поперечному размеру). Однако, оценка анизометричности твердых составляющих шлама, выполненная под микроскопом, показала, что отношение длины к диаметру или ширине последних близко к 1 в 98,8 - 99 случаях из 100. Поэтому анизометричностью в данном случае следует пренебречь.

Таким образом, прочность, предел текучести, вязкость, стабильность шлифовальных шламов определяются дисперсностью, энергией связи между твердыми частицами комплексов и взаимодействием дисперсной фазы шлама с его дисперсионной средой.

В связи с выше изложенным шлифовальные шламы уже можно отнести к аномальным, вязкопластичным системам, способным давать большие деформации без потери сплошности, т.е. течь, подобно жидкостям. Однако,это предположение необходимо было подтвердить экспериментально. Для этого важно знать закон их течения - получить полные реологические кривые. С помощью вискозиметрических исследований (использовался ротационный вискозиметр Куэтта с коаксиальными цилиндрами фирмы FannlnstrumentCompany, модель35) автором были получены полные реологические кривые течения шламовых суспензий с концентрацией твёрдой фазы до 3%.В коаксиальном цилиндрическом вискозиметре испытуемые шламовые суспензии находились в кольцевом пространстве (сдвиговом промежутке между цилиндрами). Вращение внешнего цилиндра реометра задавалось с определенной скоростью через устройство прецизионного регулирования частоты вращения электродвигателя. Вязкостное сопротивление суспензии создавало момент на внутреннем цилиндре.Этот момент передавался на прецизионную пружину, отклонение которой измерялось, фиксировалось и корректировалось с учетом условий испытания и констант прибора. Такая система позволяла выполнять фактическую имитацию наиболее существенных условий технологических процессов транспортирования по трубопроводам шламовых суспензий, встречающихся в условиях производства. Кроме того, для сравнения в лабораторных исследованиях был применен вискозиметр РВ-8 системы проф. Воларовича М.П. Отношение радиусов наружного (Ии) и внутреннего (Яв) цилиндров вискозиметра не превышало 1,2. Относительная погрешность результатов измерений не превышала + 4%. Исследования проводились в диапазоне изменения

106

Международный научно-исследовательский журнал •№ 7(38) ■ Август

скоростей сдвигов от 0,01 до 60*10 с"1 в интервале температур от 20 до 60°С( на модели 35), от 20 до 100°С( на модели РВ-8), при изменении концентраций твердой фазы от 1% до 3%( модель 35) и до 20%( модель РВ-8), нефтепродуктов - от 0% до 80%, влажности шламовых суспензий- от 10% до 99%. Размер пробы для реологических измерений составлял 30 см3. Изучению подвергались шламы, выделенные из СОЖ «Синтал-2» и отобранные с очистителей (гидроциклонов и магнитных сепараторов). Варьирование концентраций твердой фазы, влаги и нефтепродуктов проводилось созданием искусственных смесей. Они готовились из производственных образцов шлама. Для получения смесей использовались фильтрованные СОЖ, нефтепродукты, твердые вещества, выделенные из шлама по методу Дина и Старка. Наработка в необходимом количестве образцов была выполнена во время изучения физико-химического состава и структуры шлама. Это позволило исключить влияние случайных производственных погрешностей, от которых зависят сроки эксплуатации СОЖ, а, следовательно, физико-химические свойства шлама.для построения реологических кривых использовались не менее пяти точек.

Кривые течения исследованных суспензий представлены на рисунках 3-5.

Рис. 3 - Кривые течения суспензии шлифовального шлама, содержащей 1% твердой фазы и 50% нефтепродуктов, при различных температурах: 1 - 20°С, 2 - 40°С, 3 - 60°С, 4 - 80°С, 5 -100°С

Рис. 4 - Кривые течения суспензии шлифовального шлама, содержащей 20% твердой фазы, при комнатной температуре и различном содержании нефтепродуктов: 1 - 0%, 2 - 10%, 3 - 50%, 4 - 80%

107

Международный научно-исследовательский журнал •№ 7(38) ■ Август

Рис. 5 - Кривые течения суспензии шлифовального шлама,содержащей 20% твердой фазы и 50% нефтепродуктов, при различных температурах: 1 - 40°С, 2 - 60°С, 3 - 80°С, 4 - 100°С

Для этих жидкостей касательное напряжение по Оствальду определяется уравнением, представленным в табл.1.Коэффициент К зависит от консистенции шламовой суспензии и увеличивается с ростом вязкости. Результаты исследования представлены в таблицах 3 и 4.

Таблица 3 - Параметры консистентных кривых течения суспензий шлифовального шлама ___________________________при комнатной температуре__________________________

Вид шламовой суспензии Концентрация твердой фазы, % (мас) Нефтепродукты % (мас) K кгс-с/м2 n

Суспензия шлама с содержанием железа менее 30% в твёрдой фазе 3,00 56,00 5 • 10-3 1,540

Суспензия шлама без нефтепродуктов 17,00 0,00 2 • 10-3 2,145

Суспензия шлама с содержанием железа менее 30% в твёрдой фазе 17,00 9,70 2 • 10-3 1,600

Суспензия шлама с содержанием железа более 30% в твёрдой фазе ,включающая отработанный эмульсол «Синтал-2» в количестве 10% (мас.) 3,00 80,00 6,3 • 10-3 1,480

Суспензия на основе эмульсола "Синтал-2" 0,00 85,30 6,9- 10-3 1,31

Значение коэффициентов, приведенных в таблице 3, соответствует течению суспензий при комнатной температуре. При нагревании до 55°С текучесть суспензий снижалась. Как следует из таблицы суспензия шлама с отработанным эмульсолом «Синтал-2» с концентрацией по нефтепродуктам 80% представляет собой сильно вязкую систему (k = 6,3 • 10-3). Логарифмические кривые течения этого вида суспензии, снятые при нагревании, свидетельствуют, что при t°=45°C вязкость суспензии снижается, и значения коэффициентов кит соответственно становятся равными: 5,2 • 10-3 и 1,23. При увеличении в суспензиях фазы нефтепродуктов и незначительном снижении крупности твердых включений величина коэффициента m снижалась и приближалась к единице при концентрации твердого (по массе) 1% и менее. С уменьшением до нуля количества нефтепродуктов в суспензиях шлифовального шлама значение коэффициента m возрастает и превышает значение 2 при нулевой концентрации.

108

Международный научно-исследовательский журнал •№ 7(38) ■ Август

Таблица 4 - Реологические константы

Содержание в суспензиишлифованного шлама,% Температура, град.С Интервал изменения вязкости,^ЭфП3 Предел текучести кгс/м2 к, кгсст/м2 т, безразмерный

Твердой фазы нефтепро- дуктов

1 2 3 4 5 6 7

1 10 18 0,85-5,43 0,495 1,15x10-5 2,02

1 10 40 0,19-5,91 0.330 3,5x10-5 2,22

1 10 60 0,19-5,21 0,165 7,8x10-5 2,25

1 10 80 0,18-4,9 0,124 1,15x10-6 2,33

1 10 100 0,31-4,65 0,12 1,22x10-6 2,36

3 10 18 0,16-6,11 0,632 2,5x10-5 2,19

1 50 20 0,94-5,49 0,576 7x10-5 2,10

1 50 40 0,82-5,37 0,57 1x10-6 2,34

1 50 60 0,21-4,96 0,536 1,79x10-6 2,48

1 50 80 0,39-4,83 0,495 1,77x10-7 2,58

1 50 100 0,98-4,53 0,492 2x10-7 2,72

1 60 20 0,58-5,39 0,579 7x10-4 1,88

1 80 40 0,43-4,72 0,565 1,22x10-5 2,01

1 60 60 0,91-4 ,6 0,541 1,35x10-5 2,11

1 60 80 0,62-4,54 0,496 1,22x10-6 2,34

1 80 100 0,73-4,41 0,49 2x10-6 2,48

3 0 20 0,92-5,35 0,625 3,65x10-5 2,27

3 0 40 0,73-5,37 0,59 1,27x10-6 2,36

3 0 60 0,69-4,90 0,53 2,05x10-6 2,48

3 0 80 0,66-4,59 0.502 3,4x10-6 2,51

3 0 100 0,79-4,30 0,496 3,9x10-6 2,55

3 50 20 1.53-5,90 0,689 3,81x10-4 1,91

3 50 40 0,46-5,41 0,635 2,1х10-5 2,13

3 50 60 0,95-5,09 0,608 4х10-5 2,24

3 50 80 0,94-5,09 0,604 2,4х10-6 2,50

3 50 100 0,71-4,22 0,601 1,22х10-7 2,71

7 0 20 0,67-6 0,764 7х10-4 1,95

10 0 20 1,02-5,53 0,806 4х10-4 1,87

10 10 20 0,77-5,15 0,746 2,1х10-4 1,78

17 0 20 1,10-4,45 0,825 3,7х10-4 1,80

17 50 20 1,44-4,77 0,99 2,2х10-4 1,66

17 80 20 1,93-4,57 1,319 6х10-3 1,48

20 0 20 0,69-4,65 0,85 1,25х10-4 1,96

20 10 20 0,53-4,48 0,925 2,51х10-4 1,94

20 50 20 2,39-4,36 1,09 1,15х10-3 1,35

20 80 20 5,2-5,68 1,484 2,3х10-2 1,03

20 0 40 0,86-4,53 0,83 8х10-4 1,99

20 0 60 0,94-3,98 0,802 1,04х10-5 2,01

20 0 80 0,77-4,42 0,761 6,5х10-5 2,15

20 0 100 1,01-4,19 0,749 1,22х10-7 2,63

20 10 40 0,91-4,82 0,911 5х10-5 2,18

20 10 60 0,52-4,95 0,89 2х10-7 2,76

20 10 80 0,61-4,77 0,856 6,9х10-7 2,90

20 10 100 0,59-4,54 0,848 1,56х10-8 2,94

20 50 40 2,37-4,36 0,99 2,5х10-3 1,44

20 50 60 0,61-5,08 0,981 3,2х10-4 1,66

20 50 80 0,54-4,77 0,97 4,7х10-5 1,88

20 50 100 0,6-5,2 0,969 5х10-5 2,10

20 80 40 2,9-5,81 1,201 3,49х10-2 1,08

20 80 60 1,33-5,35 1,15 3,38х10-4 1,83

20 80 80 1,33-5,11 1,01 1,22х10-5 2,01

20 80 100 1,23-4,83 0,99 8х10-5 2,05

^эф-вязкость в табл. представлена в пуазах

109

Международный научно-исследовательский журнал •№ 7(38) ■ Август

Таким образом, исследование реологических свойств шлифовальных шламов и ихсуспензий позволило:

1) подтвердить их принадлежность к неньютоновским жидкостям;

2) получить полные реологические кривые их течения;

3) определить значения предела текучести, реологических коэффициентов и их зависимость от концентраций составляющих суспензий компонентов и от температуры, что необходимо знать при выборе режима их транспортирования по трубопроводам. Полученные результаты исследований могут быть положены в основу инженерных расчётов шламопроводов промышленных диаметров, будут использоваться при подборе насосного оборудования, при оценке гидравлических сопротивлений транспортирования шламов к месту их переработки.

Литература

1. Уилкинсон, У.Л. Неньютоновские жидкости. Гидромеханика, перемешивание и теплообмен. Пер. с англ./ У.Л. Уилкинсон. - М.: Мир, 1964.- 216 с.

2. Рейнер, М. Реология / М. Рейнер. - М.: Наука, 1965.- 220 с.

3. BirdR.B., StewartW.E., LightfootE.N. // Transportphenomena. N.Y.-L., GohnWiley, 1962 , р.28, 188, 204.

4. Escher F , Albisser-Rotach S. Zur Bestimmung des FlieBverhaltens vor halbflussigenZebensmitteln. ZFL Zeitschrift fur Zebensmittel//Technologie und Verfahrenstechnik. 34(4), 1983 - S.283.

5. 1.Романков, П.Г. Гидромеханические процессы химической технологии /П.Г. Романков, М.И.Курочкина.-Л.: Химия, 1982.- 288 с.

6. RoelsJ.A.,van den Berg J., Voncken R.M., The Reology of Mycelial Broth, Biotech.Bioeg, 16,181, 1974.

7. Соколов,Л.И. Течение неньютоновских жидкостей: Монография / Л.И. Соколов.- Вологда: ВоГТУ, 2007.- 99 с.

8. Dean vortex membrane microfiltration non-Newtonian viscosity effects. Schutyser MaartenBelfort Georges.Ind. and Eng. Chem. Res. 2002.41, № 3, с. 494-504.

9. R.P.Chhabra, J.F.Richarson. Non-Newtonian Flow and Applied Rheology:Engineering Applications. Butterworth-Heinemann, 2011.-536s.

References

1. Uilkinson, U.L. Nen'jutonovskie zhidkosti. Gidromehanika, peremeshivanie i teploobmen. Per. s angl./ U.L. Uilkinson. - M.: Mir, 1964.- 216 s.

2. Rejner, M. Reologija / M. Rejner. - M.: Nauka, 1965.- 220 s.

3. BirdR.B., StewartW.E., LightfootE.N. // Transportphenomena. N.Y.-L., GohnWiley, 1962 , r.28, 188, 204.

4. Escher F , Albisser-Rotach S. Zur Bestimmung des FlieBverhaltens vor halbflussigenZebensmitteln. ZFL Zeitschrift fur Zebensmittel//Technologie und Verfahrenstechnik. 34(4), 1983 - S.283.

5. 1.Romankov, P.G. Gidromehanicheskie processy himicheskoj tehnologii /P.G. Romankov, M.I.Kurochkina.-L.: Himija, 1982.- 288 s.

6. RoelsJ.A.,van den Berg J., Voncken R.M., The Reology of Mycelial Broth, Biotech.Bioeg, 16,181, 1974.

7. Sokolov,L.I. Techenie nen'jutonovskih zhidkostej: Monografija / L.I. Sokolov.- Vologda: VoGTU, 2007.- 99 s.

8. Dean vortex membrane microfiltration non-Newtonian viscosity effects. Schutyser MaartenBelfort Georges.Ind. and Eng. Chem. Res. 2002.41, № 3, s. 494-504.

9. R.P.Chhabra, J.F.Richarson. Non-Newtonian Flow and Applied Rheology:Engineering Applications. Butterworth-Heinemann, 2011.-536s.

110