Устройство для определения реологических свойств вязко-текучих материалов в процессе сушки

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЯЗКО-ТЕКУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОЦЕССЕ СУШКИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Мансуров Валерий Анатольевич Билык Вячеслав Алексеевич Городкин Геннадий Рафаилович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для определения реологических свойств вязко-текучих материалов в процессе сушки, содержащее опорную металлическую плоскопараллельную пластину и металлическую плоскопараллельную пластину, связанную с системой обнаружения, зазор для размещения исследуемого материала, расположенный между ними, и пористую подложку, отличающееся тем, что пористая подложка выполнена в виде двух пористых металлических пластин, жестко связанных с металлическими плоскопараллельными пластинами, причем пористые пластины расположены как под, так и над зазором для размещения исследуемого материала, размер пор пористых пластин составляет 0,01-0,5 мм, а толщина их составляет 3-20 мм.(56) 1. Патент США 6,988,393, МПК 01 11/10, 2006. 2. Патент США 6,098,450, МПК 01 11/14 (33/26, 33/32), 2000. Предлагаемое техническое решение относится к области исследования и анализа реологических свойств текучих сред, например таких, как вязкость, и может найти применение для определения реологических свойств при производстве строительных, пищевых и других вязко-текучих материалов в процессе сушки. Известно устройство по определению реологических свойств тестируемого вязкотекучего материала, например полимеров 1. Устройство включает в себя две сплошные металлические пластины, которые могут вращаться одна относительно другой, что позволяет определить реологические свойства вещества, расположенного между ними и представляющего собой вязко-текучую композицию, оптическим методом (к примеру, ИКспектроскопией), через предусмотренное для этого специальное оптическое отверстие,расположенное на одной из пластин. Однако недостатками данного устройства при исследовании вязко-текучего материала в процессе сушки являются невозможность исследования реологических свойств вязко-текучего материала в процессе сушки вследствие отсутствия достаточной площади испарения и транспорта влаги,т.е. отсутствует движение жидкости по пористой среде от центра к краю и затем дальнейшее испарение жидкости отсутствие системы обеспечения влажностного равновесия высушиваемого материала в процессе сушки как правило, капиллярно-пористые тела, имеющие вязко-текучие свойства, оптически непрозрачны, поэтому применение оптических методов имеет ограниченную область. Ближайшим аналогом (прототипом) предлагаемого устройства является устройство для определения степени подвижности коллоидной дисперсии (вязко-текучий материал) для нанесения покрытия 2, которое позволяет определить реологические (вязко-текучие) свойства исследуемого материала в процессе сушки, такие как упругость и вязкость. Устройство представляет собой опорную пластину с прикрепленным к нему металлическим пустотелым блоком, в верхней части которого установлена перфорированная металлическая пластина, размер отверстий перфорации которой составляет порядка 1-2 мм и направление каналов перфорации вертикальное. На перфорированную металлическую пластину крепится пористая подложка (бумага-основа), на которую помещают исследуемый материал. Сверху над исследуемым материалом размещена сплошная плоскопараллельная металлическая пластина, связанная с системой обнаружения для определения,например, напряжения сдвига. Между этой пластиной и пористой подложкой располагают исследуемый материал, рекомендуемый зазор между ними составляет 50-500 мкм. Испарение жидкости из исследуемого материала в процессе сушки осуществляется под действием дополнительной силы вакуумного насоса. Устройство позволяет определить изменение вязкости в зависимости от времени. Однако недостатком устройства является невозможность получения достоверного результата измерений при определении реологических свойств исследуемого материала в процессе сушки. Это обусловлено тем, что при использовании перфорированной пластины не происходит равномерного процесса испарения (или увлажнения) поверхности исследуемого материала в процессе сушки, так как в перфорированных каналах пластины происходит испарение или конденсация влаги. Перфорированная пластина с отверстиями 1-2 мм и каналами большой длины (порядка 20 мм) приводит к тому, что происходит быстрое испарение влаги только с одной поверхности материала, что приводит к неравномерному высушиванию исследуемого материала по его объему и в дальнейшем к его трещинообразованию. 2 51032009.02.28 Кроме того, при использовании пористой бумажной подложки возможно разбухание бумажного материала этой подложки в случае длительного измерения реологических свойств. Это требует постоянной замены пористой бумажной подложки. Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности определения реологических свойств вязко-текучих материалов в процессе сушки путем обеспечения равномерности высушивания исследуемого материала по его объему и возможности получения достоверного результата определения его реологических свойств в процессе сушки. Поставленная задача решается следующим образом. Известное устройство содержит опорную металлическую плоскопараллельную пластину и металлическую плоскопараллельную пластину, связанную с системой обнаружения, зазор для размещения исследуемого материала, расположенный между ними, и пористую подложку. Согласно предлагаемому техническому решению, пористая подложка выполнена в виде двух пористых металлических пластин, жестко связанных с металлическими плоскопараллельными пластинами, причем пористые пластины расположены как под, так и над зазором для размещения исследуемого материала, размер открытых пор пористых пластин составляет 0,01-0,5 мм в зависимости от требуемой скорости сушки, а толщина пористых металлических пластин составляет 3-20 мм. Кроме того, пористые пластины могут быть выполнены из термостойкого материала,например керамики, для обеспечения необходимых условий сушки с заданными физическими свойствами (коэффициенты теплопередачи, температуропроводности и т.д.) материала пластин. Таким образом, обеспечивается равномерный процесс испарения влаги со всех сторон, так как он происходит через верхнюю и нижнюю поверхности исследуемого материала с помощью двух пористых металлических пластин через поры. Через боковую поверхность исследуемого материала испарение происходит непосредственно в окружающую среду. Это, в свою очередь, предотвращает трещинообразование исследуемого материала и повышает достоверность результатов измерений его реологических свойств в процессе сушки. На фигуре представлен общий вид предлагаемого устройства. Металлическая плоскопараллельная опорная пластина 1 связана с системой, приводящей ее в движение (на фигуре не показана), и жестко скреплена с нижней пористой металлической пластиной 2. Над пластиной 2 расположена верхняя пористая металлическая пластина 4 с зазором 3 для расположения в нем исследуемого вязко-текучего материала,высота которого составляет 0,2-5 мм в зависимости от толщины этого слоя. Размер открытых пор пластин 2 и 4 составляет 0,01-0,5 мм, а толщина этих пластин - 3-20 мм в зависимости от требуемой скорости сушки. Пластина 4 жестко скреплена с плоскопараллельной металлической пластиной 5, которая связана с системой обнаружения 6, представляющей собой датчик вращающего момента, например на основе датчика Холла, для определения свойств вязко-текучих материалов в процессе сушки, в основном вязкости и напряжения сдвига. Устройство работает следующим образом. Опорная пластина 1 приводится во вращение системой, включающей, например, три асинхронных двигателя (на фигуре не показана), которая через жестко скрепленные между собой пластины 1 и 2 задает степень и вид деформации (напряжение сдвига) исследуемому вязко-текучему материалу, помещенному в зазоре 3 между пористыми пластинами 2 и 4. Исследуемый материал, расположенный в зазоре 3, деформируется за счет того, что нижняя пористая пластина 2 вращается вместе с нижней поверхностью исследуемого вязко-текучего материала, а верхняя пористая пластина 4, связанная с верхней поверхностью исследуемого вязко-текучего материала, находящегося в зазоре 3, не подвержена никакому внешнему воздействию. Степень деформации исследуемого материала в зазоре 3 пере 3 51032009.02.28 дается через пластину 4 на жестко скрепленную с ней сплошную плоскопараллельную металлическую пластину 5, связанную с датчиком момента (системой обнаружения) 6. Степень деформации исследуемого материала определяют через угловую величину закрутки опорной пластины 1 вокруг своей оси, а вид деформации означает поступательное или колебательное движение этой пластины или ее перемещение по заданному закону вращения. Измерения реологических свойств осуществляют на одном образце исследуемого материала в течение всего процесса сушки. В процессе сушки реологические свойства (напряжение сдвига и вязкость) исследуемого материала, помещенного в зазор 3, изменяются. Изменения происходят за счет того, что в процессе сушки при заданной температуре среды (к примеру, 20, 30, 40 С и т.д.) влага удаляется с поверхности исследуемого материала через пористые пластины 2 и 4. Интенсивность испарения определяется градиентом температур окружающей среды и исследуемого материала. Соответственно изменяется и сам исследуемый материал. Это позволяет производить измерения реологических свойств исследуемого материала с заданным временным интервалом, например десятки минут, часы,сутки. Так как исследуемый материал с двух сторон соприкасается с пористыми металлическими пластинами 2 и 4, происходит равномерный процесс испарения по его объему со всех сторон (удаление влаги происходит через верхнюю, нижнюю и боковую поверхности исследуемого материала и дает возможность избежать трещинообразования). Таким образом, заявленное устройство обеспечивает более эффективное определение реологических свойств вязко-текучих материалов в процессе сушки за счет обеспечения равномерного процесса испарения (или увлажнения) с поверхности исследуемого материала, происходящего за счет испарения (или конденсации) влаги в порах пластин, что, в свою очередь, позволяет получить достоверный результат измерений в процессе сушки. Предлагаемое техническое решение дает возможность создания равновесных условий, где обеспечивается термическое и химическое равновесие в процессе сушки исследуемого вязко-текучего материала. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4