脱硫剂黏度的测定

2016-12-20张宝娟王秉钧谢秋利王新峰

纯碱工业 2016年2期

关键词：碱渣脱硫剂试液

张宝娟，高扬，王秉钧，谢秋利，王新峰

(唐山三友化工股份有限公司,河北唐山 063305)

科学试验

脱硫剂黏度的测定

张宝娟，高扬，王秉钧，谢秋利，王新峰

(唐山三友化工股份有限公司,河北唐山 063305)

氨碱法的蒸氨废液作为锅炉烟道气二氧化硫液体碱渣脱硫剂，需准确测定其黏度。分别测定碱渣脱硫剂的运动黏度、条件黏度、旋转黏度，只有旋转黏度的测定方法适合碱渣脱硫剂黏度测定。详细介绍了旋转黏度的测定方法，并通过一系列试验论证，成功地测定了非均匀介质液体碱渣脱硫剂的黏度。

蒸氨废液；碱渣；脱硫剂；黏度；测定

1 背景

氨碱法生产纯碱过程中会产生大量的蒸氨废液，经沉降后分离为碱渣和清液。我公司于2015年已将其成功研制为锅炉烟道气二氧化硫液体碱渣脱硫剂。该碱渣脱硫剂是一种成分复杂的不均匀介质，在输送过程中会存在分层、沉降以及堵塞管线的问题，而输送过程中所受的阻力与黏度存在如下关系：

Δpf=32μlu/d2

式中：Δpf——流体在圆管内作滞流流动时的直管阻力降,Pa；

μ——流体黏度,Pa·s；

l——管长,m；

u——流体平均流速，m/s；

d——流体流过的管径,m。

可以看出滞流时流体所受的阻力Δpf与流体黏度μ成正比。因此向周边电厂推广的工程计算中需准确测定其黏度，而这些基础数据在国内外仍为空白，为此，我们开展了碱渣脱硫剂黏度试验。

2 测定方案的确定

流体具有流动性，即没有固定形状，在外力作用下其内部产生相对运动。一方面，在运动的状态下，流体还有一种抗拒内在的向前运动的特性，称为黏性。黏性是流动性的反面。运动着的流体内部相邻两流体层间的相互作用力，称为流体的内摩擦力。它是流体黏性的表现，又称为黏滞力或黏性摩擦力即我们常说的黏度。流体流动时的内摩擦，是流动阻力产生的依据，流体流动时必须克服内摩擦力而作功。黏度通常可分为：运动黏度、条件黏度和旋转黏度。

2.1 运动黏度的测定(品氏毛细管黏度计法)

运动黏度是指在相同温度下，流体的绝对黏度与其在同一温度下的密度的比值，其单位是m2/s。

我们选用不同内径的品氏毛细管黏度计，分别测不同黏度的碱渣脱硫剂流经毛细管黏度计所需的时间，然后计算其运动黏度。

通过实验我们发现，脱硫剂在流经毛细管黏度计时，存在严重的挂壁、分层现象，并且会堵塞毛细管，该方法所测得的运动黏度重现性差。因此，选用品氏毛细管黏度计测定碱渣脱硫剂运动黏度的方法不适用。

2.2 条件黏度的测定(恩格勒氏黏度计法)

条件黏度是在指定温度下，在指定的黏度计中，一定量液体流出的时间，以秒为单位；或者将此时间与指定温度下同体积水流出的时间之比。通常使用恩格勒氏黏度计测定。它的优点是能够测定较大体积的流体，减小测量误差。但是由于脱硫剂固液不均匀，同时里面含有少量助剂，在测试过程中，液体首先流出，固体慢慢沉积在底部，不能够均匀地流出试液筒，且出现断流现象。因此，采用恩格勒氏黏度计测定碱渣脱硫剂条件黏度的方法也不适用。

2.3 旋转黏度的测定

旋转黏度测定的主要仪器为旋转黏度计，适用于测量牛顿型液体的绝对黏度和非牛顿型液体的表观黏度。

旋转黏度计的工作原理是由电机经变速带动转子作恒速旋转。当转子在某种液体中旋转时，液体会产生作用在转子上的粘性力矩。液体的黏度越大，该粘性力矩也越大；反之，液体的黏度越小，该粘性力矩也越小。该作用在转子上的粘性力矩由传感器检测出来，经处理后可得到被测液体的黏度。

经实验论证，此方法无论是测量较低浓度的碱渣脱硫剂还是较高浓度的脱硫剂的黏度，都有良好的重现性，得到稳定可靠的结果。因此，我们确定采用旋转黏度计测定脱硫剂的旋转黏度。

3 测定方法

3.1 仪器

本实验所用旋转黏度计为NDJ-7型。此旋转黏度计配备了两组测定器，每组包括一个测定容器和几个测定转子。根据我公司脱硫剂的大致黏度范围我们选定了第Ⅲ组转子，试样量约为70 mL的试液筒。第Ⅲ组转子共有四个，每一个对应着不同的系数。

3.2 步骤

将脱硫剂混匀后，倒入试液筒中，将转子放入试液筒中，试液量要刚刚没过转子为好。开启旋转黏度计，表盘上的指针发生偏转，用表盘读数乘以转子系数即得到旋转黏度，单位为mPa·s。不同转子对应不同的系数，我们用系数对其进行区分，分别用0.1、0.2、0.4、0.5表示。

3.3 测定结果

3.3.1 精密度试验

在一定温度下，用不同转子分别测较低浓度(见表1)和较高浓度(见表2)的碱渣脱硫剂各4次，表盘读数结果如下所示：

表1 测较低浓度碱渣脱硫剂的旋转黏度

表2 测较高浓度碱渣脱硫剂的旋转黏度

通过试验，我们可以发现用不同转子测得的结果并不相同，因此在报出结果时必须首先报出所用的转子，如：较低浓度的碱渣脱硫剂用0.1转子测得的旋转黏度为3.8 mPa·s。

通过这组数据我们还可以看出，0.1转子和0.2转子测得的结果彼此之间更为接近，精密度较高。因此为了得到较高的测试精度，我们在测定过程中要做到以下几点：

1)读数要尽量大于30分度小于60分度。

2)测定前，要用标准液对旋转黏度计进行校准，并通过测定标准液来减少人员间的测定误差。

3)测定过程中，要保证所挂转子和测定容器与挂钩垂直，否则转子将会与测定容器相摩擦，造成测定结果的不稳定与不准确。

4)测定不同温度的脱硫剂，为了保证温度的一致，要使测定容器、转子和碱渣脱硫剂之间始终保持温度一致，保证结果的准确。

5)由于脱硫剂属于不均匀介质，测定过程中一定要将碱渣脱硫剂充分混匀后再进行测定。

6)倒入试液筒内的试液量要适中，过多会在测定过程中溅出，同时加大转子旋转的阻力；过少无法使转子全部没入试液，造成结果不准确。

3.3.2 不同浓度碱渣脱硫剂的黏度

我们在一定温度下，分别用0.1转子、0.2转子测定一组浓度递增的碱渣脱硫剂，结果如表3。

表3 不同浓度碱渣脱硫剂的旋转黏度

通过实验数据我们可以发现，随着浓度的增大，其旋转黏度也在不断增大。这是由于随着浓度的增大，碱渣脱硫剂溶液中的固体物质越来越多，使得转子在转动时的阻力越大，及脱硫剂作用在转子上的粘性力矩越大，最终测得的黏度也就越大。选择不同的黏度会直接关系到工程计算结果，因此我们在选用黏度的时候，既要考虑设计是否能达到要求，也要考虑经济投入。

3.3.3 不同温度下碱渣脱硫剂的黏度

我们用0.1转子对几组不同浓度的碱渣脱硫剂在不同温度进行测定，得到结果如表4。

表4 不同温度碱渣脱硫剂的旋转黏度

通过这几组实验数据我们可以发现，随着温度的升高，碱渣脱硫剂的旋转黏度在不断降低。这是由于随着温度的升高，液体中分子运动加快，同时溶液中用于沉降的助剂黏度越来越小，使得细小微粒间的间距变大，因此作用在转子上的粘性力矩减小，最终测得的黏度也越来越小。在选择黏度时要考虑一年四季温度的变化，保证低温下也能顺利传送。