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流体的粘度及其对砖瓦工艺的影响
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添加日期:2020/7/10 16:14:51   浏览次数:40   文章来源:   作者:

 

赵镇魁    重庆市建筑材料设计研究院         

安居第    重庆市源进窑炉设备制造有限公司    

粘度是一部分流体对另一部分流体在相对移动时给予阻力的性质。凡是流体(包括气体和液体)均有一定的粘度。

液体与气体的粘度随温度变化的规律不同。液体的粘度随温度的升高而减小;而气体的粘度随着温度的升高而增大。之所以产生这种差别,是由于流体的粘性一方面由分子间的吸引力引起,另一方面是分子间不规则热运动进行交换的结果。温度升高时,分子间距离增大,分子间吸引力降低,使流体粘性减小;另一方面,分子热运动更剧烈,动量交换的增加又使流体的粘性增大。对于液体的粘性而言,分子间的吸引力是主要的决定因素,温度升高,分子间吸引力减小,粘性降低。气体则不然,气体分子间距离比液体分子间距离大,因此分子间吸引力并非主要因素,而动量交换则起决定作用,所以随着温度的升高,分子热运动加剧,促使气体粘性增大。

常用国际制粘度分为:(1)动力粘度(亦称绝对粘度),用符号μ表示,单位为Pa·S;(2)运动粘度,用符号υ表示,单位为㎡/s

动力粘度和运动粘度的换算公式:  

      

式中  υ——运动粘度,㎡/s

      μ——动力粘度,Pa·S

      ρ——流体的密度,Kg/m³

例如:已知干空气在100℃时的密度为0.946Kg/m³,它的动力粘度μ为21.9×10-6Pa·S(见表8),算得运动粘度为:

            

1、重油

对重油而言,粘度表明其在输送和雾化时的难易程度。油的粘度大小,对油泵、喷嘴的工作效率和燃料单位消耗量都有直接影响。若粘度高,输送困难,油泵和喷嘴的工作效率会降低,喷出速度也慢,从而导致雾化不良而影响其充分燃烧,使喷口炭化结焦,缩短了喷嘴的使用寿命和增加了燃料消耗量。

为了保证重油在装卸、运输时有良好的流动性和燃烧时在喷嘴能很好的雾化,要求重油的恩氏粘度为8~12;采用低压喷嘴时,其恩氏粘度不超过8为此,必须采取加热的方法来达到这一粘度。用油泵输送时,油的粘度允许大一些,一般不超过40即可。

重油的粘度常用恩氏粘度()来表示。恩氏粘度在测定温度下,油从恩格勒粘度计流出200ml所需时间(秒)与20℃蒸馏水流出200ml所需时间(秒)的比值。

重油粘度的大小除了用恩氏粘度()表示外,还可用动力粘度和运动粘度表示。

动力粘度μt与恩氏粘度的关系式:

       

式中  ——重油在t℃时的动力粘度,Pa·S

      ——重油在t℃时的密度,t/m³

      ——重油在t℃时的恩氏粘度。的数值比(单位为Pa·S)值约大150倍。

压力较低时(1~2MPa),压力对粘度的影响可以忽略,但当压力较高时粘度随压力升高而增大。

温度升高时油的粘度降低,但油温对粘度的影响是不均衡的。50℃以下,温度对粘度的影响很大;50~100℃对粘度的影响较小(对粘度小的油更是如此);而温度在100℃以上变化时,对粘度的影响就更小(但某些高粘度油除外)。

重油开始凝固的温度较凝固点高,在重油的输送过程中,必须保持油温高于凝固点,否则会堵塞管道。重油的凝固点一般为11~25℃,有的高达36℃。

重油管路通常采用蒸汽伴管加热,其主要原因是:

(1)当气温较低时,重油在流动过程中温度会下降,粘度提高,流动困难。

(2)重油的凝固点高,在流动过程中若温度降到凝固点以下就会造成油路堵塞。

(3)用蒸汽伴管加热,可以避免因油温下降引起的上述故障。

我国唐山陶瓷厂的燃油隔焰隧道窑,隧道窑的余热锅炉产生的蒸汽用于加热重油,以降低重油粘度,提高其流动性能。南京建通砖厂的燃油烧砖隧道窑,当重油的粘度偏大、流动性能不佳时,也是用蒸汽加热减小粘度后使用的。

重油管路用蒸汽扫线(用蒸汽吹扫整个重油管路)的目的是:

(1)预热管路,保证油路运行畅通。

(2)在油路停止运行前,用蒸汽吹扫管路,可以吹出残油,防止残油凝固在管路内。

   在开式油罐内,重油加热温度应低于油品闪点。油温加热过高的坏处是:

(1)有发生火灾的危险;

(2)产生大量有毒蒸汽,从而污染环境;

(3)容易出现冒罐;

(4)浪费能源。

重油和渣油按50℃的恩氏粘度分为20#60#100#200#四个牌号。(见表1)。

实际上工业炉所用重油不完全是标准牌号,而是混合渣油。大多数炼油

厂重油粘度大于规定标准,而硫分比标准低的多,我国重油大多数属于高粘度、低硫分的重油。

1   重油分类标准

     

20#

60#

100#

200#

恩氏粘度(80℃时不大于

5.0

11.0

15.5

——

恩氏粘度(100℃时不大于

——

——

——

5.5~9.5

开口闪点(℃)不低于

80

100

120

130

凝固点(℃)不高于

15

20

25

36

灰分(%)不大于

0.3

0.3

0.3

0.3

水分(%)不大于

1.0

1.5

2.0

3.0

硫分(%)不大于

1.0

1.5

2.0

3.0

机械杂质(%)不大于

1.5

2.0

2.5

2.5

注:恩氏粘度()为非法定计量单位,且与法定计量单位无换算关系,它由特定实验仪器测出。目前我国工程上广泛采用。

重油粘度对离心泵功率的影响和温度的关系如表2所示

2   重油温度与粘度的关系及对离心泵功率的影响

重油的温度(℃)

40

50

52

55

59

60

68

70

75

恩氏粘度(

140.0

70.9

66.8

48.0

41.0

35.0

23.3

19.0

14.08

离心泵有效功率(%

5.8

6.0

7.47

8.64

9.6

12.7

13.8

15.8

   从表2可见,重油的粘度越大,油泵的有效功率就越低。

      一般喷嘴用重油的粘度如表3所示。

3    一般喷嘴用重油的粘度

 

喷嘴类型

 

重油牌号

喷嘴前要求的粘度(

 

喷嘴前重油的温度不低于(℃)

一般采用

不大于

机械雾化

60#

2.5~3.5

7

93

机械雾化

80#

2.5~3.5

7

98

高压蒸汽(空气)雾化(外雾化)

60#

4.5~5.8

15

73

高压蒸汽(空气)雾化(外雾化)

80#

4.5~5.8

15

77

高压蒸汽(空气)雾化(内雾化)

60#

4.5~5.8

15

73

高压蒸汽(空气)雾化(内雾化)

80#

4.5~5.8

15

77

低压空气雾化

60#

3.0~4.5

8

91

低压空气雾化

80#

3.0~4.5

8

87

从表3可见,重油的粘度越大,需要预热的温度越高。重油预热温度一般为60~120℃。例如:20#重油的预热温度为65~80℃;60#重油为80~100℃;100#重油为90~105℃;200#重油为100~115℃。

不同类型的油泵对重油粘度的要求也不同,如表4所示。

4    油泵对重油粘度的要求

油泵形式

允许油的极限粘度

齿轮泵和螺旋泵

200

离心式油泵

30

活塞泵和往复泵

80

高压齿轮泵

30

我国某烧结砖厂的内宽4.6m隧道窑用重油做燃料,其简要工艺流程如下:

储油罐(地下)

过滤器(2个,因要清除堵滤网眼杂质,故备用1个)

齿轮泵(2个,备用1个)

油箱(地上,2个,备用1个)

过滤器(2个,备用1个)

齿轮泵(2个,备用1个)

过滤器(4个,规格小)

隧道窑喷油嘴(外套管送入空气)

说明:(1)只在烧成带的4个车位设喷油嘴,全窑共计16个喷油嘴:其中每个车位设1个侧墙喷油嘴,离窑车顶面高0.5m;另外每车位设3个窑顶面喷油嘴。

2)重油喷在坯垛与坯垛间隙中,切忌喷在坯体上,以免烧成瘤子砖。

3)喷入窑内的重油和风量可调。

2、

在烧结砖瓦的原料制备过程中离不开水。和冷水制备相比较,热水制备有着明显的优势。其主要原因是随着温度的提高,水的粘度也随之减小,流动性能和渗透力也有所增强。例如10℃水的动力粘度μ为1305×10-6Pa·S,而60℃水的动力粘度为469.7×10-6Pa·S(见表5),前者比后者大2.78倍。故热水可加速泥料疏解,在较短的时间内促使泥料含水率均匀,提高泥料塑性性能,降低坯体成型水分。

水在不同温度时的动力粘度和运动粘度如表5所示。

5   水在不同温度时的动力粘度和运动粘度

度(℃)

体积密度(Kg/m³)

动力粘度(μ×10-6Pa·S

运动粘度(υ×10-6/s

 

 

(℃)

体积密度(Kg/m³)

动力粘度(μ×10-6Pa·S

运动粘度(υ×10-6/s

0

999.9

1787

1.787

190

876.0

144.2

0.165

10

999.7

1305

1.305

200

863.0

136.3

0.158

20

998.2

1004

1.006

210

852.8

130.4

0.153

30

995.7

811.1

0.814

220

840.3

124.6

0.148

40

992.2

653.1

0.658

230

827.3

119.6

0.145

50

988.1

549.2

0.556

240

813.6

114.8

0.141

60

983.2

469.7

0.478

250

799.0

109.8

0.137

70

977.8

406.0

0.415

260

784.0

105.9

0.135

80

971.8

355.0

0.365

270

767.9

102.0

0.133

90

965.3

314.8

0.326

280

750,7

98.06

0.131

100

958.4

282.4

0.295

290

732.3

94.14

0.129

110

951.0

258.9

0.272

300

712.5

91.12

0.128

120

943.1

237.3

0.252

310

691.1

88.24

0.128

130

934.8

221.7

0.237

320

667.1

85.31

0.128

140

926.1

201.0

0.217

330

640.2

81.39

0.127

150

917.0

186.3

0.203

340

610.1

77.47

0.127

160

907.4

173.6

0.191

350

574.4

72.56

0.126

170

897.3

168.8

0.188

360

528.0

66.68

0.126

180

886.9

153.0

0.173

370

450.5

56.87

0.126

3、天然气

天然气主要成分为可燃烃类,其中以甲烷为主,不可燃物质很少。开采出来的天然气经清洗、除尘后可以远距离输送。

液化天然气是将天然气除去固体杂质、硫、二氧化碳及水之后进行液化处理所得。使用时需再经预热、气化等过程,因此液化天然气是经过加工的更纯净的燃料。

天然气属清洁燃料,用它烧砖后的烟气,无须再经过净化处理工序,可以直接向外界排放。因而,用天然气作烧结砖瓦窑炉的燃料是一个发展方向。

随着温度的升高,天然气的粘度随之升高,在管道中流动的阻力也要增大。

甲烷(天然气的主要成分)在不同温度时的粘度可由表6查的。

6   气体在常压下各温度时的

动力粘度(μ×10-6Pa·S和运动粘度(υ×10-6/s

文本框: 气体名称
粘度
温度℃

甲烷

CH4

乙烷

C2H6

丙烷

C3H8

乙烯

C2H4

一氧

化碳

CO

二氧

化碳

CO2

H2

O2

N2

0

动力粘度

10.506

8.630

7.508

9.623

16.943

14.094

8.510

19.661

16.931

运动粘度

14.374

6.435

3.497

7.548

13.295

6.994

92.866

13.497

13.242

20

动力粘度

11.128

9.220

8.020

10.256

17.815

15.038

8.910

20.720

17.817

运动粘度

16.592

7.504

4.078

8.779

15.204

8.146

105.63

15.478

15.159

100

动力粘度

13.620

11.570

10.060

12.787

21.305

18.813

10.510

24.954

21.360

运动粘度

25.463

11.780

6.403

13.704

22.842

12.756

156.68

23.404

22.825

200

动力粘度

16.360

14.230

12.380

15.635

25.089

23.076

12.305

29.615

25.207

运动粘度

38.784

18.380

9.972

21.247

34.109

19.841

233.27

35.221

34.158

300

动力粘度

18.822

16.670

14.500

18.225

28.461

26.966

14.045

33.780

28.637

运动粘度

54.054

26.080

14.170

30.003

46.873

28.087

321.70

48.666

47.011

400

动力粘度

21.071

18.920

16.460

20.608

31.525

30.550

15.657

37.570

31.756

运动粘度

71.075

34.770

18.890

39.847

60.982

37.374

421.23

63.575

61.232

500

动力粘度

23.147

21.010

18.280

22.818

34.346

33.880

17.199

41.063

34.628

运动粘度

89.676

44.350

24.100

50.679

76.312

47.605

531.48

79.810

76.688

600

动力粘度

25.314

22.970

19.990

24.886

36.973

36.995

18.670

44.314

37.302

运动粘度

110.76

54.760

29.750

62.418

92.772

58.707

657.57

97.270

93.294

700

动力粘度

26.900

24.820

21.590

26.833

39.411

39.929

20.091

47.368

39.812

运动粘度

131.18

65.940

35.830

75.010

110.30

70.622

781.47

115.88

110.98

800

动力粘度

28.617

26.570

23.120

28.675

41.773

42.709

21.463

50.252

42.184

运动粘度

153.90

77.840

42.660

88.402

128.81

83.302

920.65

135.58

129.68

900

动力粘度

30.250

28.230

24.560

30.427

43.986

45.352

22.799

52.944

44.440

运动粘度

177.84

90.420

49.140

102.54

148.30

96.702

1069.1

156.30

149.34

1000

动力粘度

31.807

29.830

25.950

32.099

46.100

47.876

24.093

55.610

46.591

运动粘度

202.94

104.01

56.330

117.13

168.68

110.79

1226.1

178.00

169.92

天然气在大多数情况下,是处于中、高压状态下输送,此时粘度与压力也有关,它对输送气体的阻力及能力影响较大,故应按使用状态下的粘度来计算管道输送天然气的阻力及能力。天然气的主要成分甲烷的动力粘度与压力的关系如表7所示。

7   甲烷的动力粘度与压力的关系

  

(绝对大气压)

动力粘度(μ×10-6Pa·S

0

25

75

1

10.50

11.20

12.60

20

10.68

11.35

12.90

60

12.20

12.60

13.55

100

14.20

13.70

14.55

150

17.95

200

21.65

19.90

18.10

300

28.00

25.10

22.30

400

33.60

30.05

36.20

600

38.90

53.30

4、空气和烟气

在烧结砖瓦坯体干燥过程中,离不开热介质空气(烟气)。在制品焙烧过程中,离不开助燃空气,并必将产生烟气。随着温度的升高,它们的粘度随之升高,在管道中流动的阻力也要增大。

干空气在不同温度时的粘度如表8所示。烟气在不同温度时的粘度如表9所示。

8   干空气在不同温度时的动力粘度和运动粘度

温度(℃)

体积密度(Kg/m³)

动力粘度(μ×10-6Pa·S

运动粘度(υ×10-6/s

 

 

(℃)

体积密度(Kg/m³)

动力粘度(μ×10-6Pa·S

运动粘度(υ×10-6/s

-50

1.584

14.6

9.24

140

0.854

23.7

27.80

-40

1.515

15.2

10.04

160

0.815

24.5

30.09

-30

1.453

15.7

10.80

180

0.779

25.3

32.49

-20

1.395

16.2

11.61

200

0.746

26.0

34.85

-10

1.342

16.7

12.43

250

0.674

27.4

40.61

0

1.293

17.2

13.28

300

0.615

29.7

48.33

10

1.247

17.6

14.16

350

0.566

31.4

55.46

20

1.205

18.1

15.06

400

0.524

33.0

63.09

30

1.165

18.6

16.00

500

0.456

36.2

79.38

40

1.128

19.1

16.96

600

0.404

39.1

96.89

50

1.003

19.6

17.95

700

0.362

41.8

115.4

60

1.060

20.1

18.97

800

0.329

44.3

134.8

70

1.029

20.6

20.02

900

0.301

46.7

155.1

80

1.000

21.1

21.09

1000

0.277

49.0

177.1

90

0.972

21.5

22.10

1100

0.257

51.2

199.3

100

0.946

21.9

23.15

1200

0.237

53.5

233.7

120

0.898

22.8

25.45

 

 

 

 

9    烟气在不同温度时的动力粘度和运动粘度

P=101335Pa;烟气成分:CO2=13%,H2O=11%,N2=76%

度(℃)

体积密度(Kg/m³)

动力粘度(μ×10-6Pa·S

运动粘度(υ×10-6/s

 

(℃)

体积密度(Kg/m³)

动力粘度(μ×10-6Pa·S

运动粘度(υ×10-6/s

0

1.295

15.8

12.20

700

0.363

40.7

112.12

100

0.950

20.4

21.47

800

0.330

43.4

131.52

200

0.748

24.5

32.75

900

0.301

45.9

152.49

300

0.617

28.2

45.71

1000

0.275

48.4

176.00

400

0.525

31.7

60.38

1100

0.257

50.7

197.28

500

0.457

34.8

76.15

1200

0.240

53.0

220.83

600

0.405

37.9

93.58

 

 

 

 

 

 

主要参考资料

1、赵镇魁  《烧结砖瓦生产应知应会600问》  北京,中国建材工业出版社2013