Практическое применение порошков

Область распространения порошков необъятна. Дос­таточно вспомнить, что прогретая солнцем почва, песча­ные отмели и пляжи, грунтовые дороги, покрытые тол­стым слоем пыли, – все это примеры порошкообразных систем. Зимой выпадает снег, который также можно рас­сматривать как порошкообразную систему, причем на его примере можно проиллюстрировать все свойства порошков, которые мы рассматривали в этой главе: спо­собность к течению и распылению, слеживаемость, гра­нулирование и др. Эти свойства в природных системах часто приводят к катастрофическим последствиям: пес­чаные и снежные бури, суховеи, снежные лавины.

Столь же необъятной является и область практиче­ского применения порошков. Кроме того, порошки име­ют немалое значение и как самостоятельные объекты. Практически любая отрасль промышленности в той или иной степени использует многочисленные порошкооб­разные материалы.

Не претендуя на полноту освещения, рассмотрим здесь лишь некоторые аспекты применения порошков в пище­вой и химической промышленности.

ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Многие продукты пищевых производств выпускаются в виде порошков: мука, крахмал, сахарный песок, сахар­ная пудра, специи, молотые кофе и какао, сухое молоко и сливки, различные крупы и др. Некоторые пищевые продукты выпускаются в виде гранул и таблеток, напри­мер, гранулированные чай и кофе.

Многие виды пищевого сырья в технологических про­цессах используются в виде порошков: мука, крахмал, сухое молоко и сухие сливки, сахарная пудра, какао-порошок, поваренная соль, размолотые пряности, горчи­ца и др. Качество получаемых продуктов во многом зави­сит от степени дисперсности используемого порошка и его предварительной подготовки. Так, своеобразная неж­ность шоколадных изделий определяется степенью раз­мола какао-порошка. Для получения высококачественно­го шоколада исходный какао-порошок должен содержать частицы размером не более 10–16 мкм.

Для образования теста нормальной консистенции мука должка обладать определенной влагопоглотительной спо­собностью, которая возрастает с увеличением тонкости помола муки. Кроме того, мука подвергается предвари­тельной подготовке. Ее выдерживают в темном помеще­нии при температуре не ниже 12°С, а затем просеивают. При этом мука освобождается от посторонних частиц и аэрируется, что оказывает благоприятное влияние на про­цессы брожения. Кроме того, при просеивании разруша­ются комки, образующиеся при хранении муки за счет слипания частиц. И в домашних условиях при приготов­лении теста рекомендуется предварительно просеивать муку. Если вместо муки используется манная крупа, ко­торую получают в результате гораздо более грубого помо­ла пшеницы, то технология приготовления теста (манни­ка) изменяется, она включает в себя стадию предвари­тельного набухания крупы.

ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Порошки – одна из наиболее распространенных форм применения веществ в химико–технологических процес­сах переработки и получения различных материалов. Достаточно отметить, что большинство продуктов хими­ческих предприятий выпускается в виде порошков, гра­нул или окатышей, например, минеральные удобрения, полимеры, красители, ионообменные смолы, флокулянты, химические реактивы для учебных, научно–исследо­вательских и заводских лабораторий и др.

Сверхтонкие металлические порошки являются эф­фективными катализаторами. В химических синтезах они часто используются в виде суспензий. Так, напри­мер, органозоли никеля успешно применяются в про­цессах гидрирования жиров и других ненасыщенных со­единений в жидкой фазе. Скорость гидрирования в при­сутствии такого катализатора повышается в десятки раз, что объясняется высокой удельной поверхностью этих порошков.

Высокодисперсные порошки используются также в качестве стабилизаторов микрогетерогенных систем, в частности эмульсий.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Какие дисперсные системы называются порошками, по каким признакам

они классифицируются?

2. Какие методы получения порошков вам известны? Ка­кие химические

реакции лежат в основе конденсаци­онного метода?

3. Что называется когезией? Может ли когезия опреде­лять насыпную массу

порошка?

4. В чем состоит сущность аутогезии? Чем она определя­ется?

5. К чему приводит увеличение межфазной удельной по­верхности

порошка? Что называется критическим раз­мером порошка?

6. Перечислите характерные свойства порошков.

7. От чего зависит распыляемость порошка?

8. Что называется флуидизацией? Какими способами со­здают

псевдоожиженные системы?

9. Перечислите важнейшие методы гранулирования.

10. Какие факторы влияют на слеживание порошка? Как можно бороться со

слеживанием?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В IV части учебника (главы 15–19) рассмотрены пять типов дисперсных систем, различающихся природой дис­персной фазы и дисперсионной среды: суспензии (Т/Ж), эмульсии (Ж/Ж), пены (Г/Ж), аэрозоли (Ж/Г, Т/Г), по­рошки (Т/Г). Эти системы имеют много общего:

• частицы дисперсной фазы имеют размеры от 1 мкм и выше, т. е.

указанные системы занимают промежу­точное положение между

коллоидными растворами и макросистемами;

• образование всех указанных систем возможно двумя путями:

диспергационным и конденсационным;

• все указанные системы характеризуются наличием большой межфазной

поверхности (до 1 м²/г), что обус­ловливает их термодинамическую

неустойчивость – стремление к укрупнению частиц дисперсной фазы;

различают седиментационную и агрегативную устой­чивость;

• агрегативная устойчивость и длительное существова­ние дисперсных

систем с сохранением их свойств обес­печивается введением

стабилизаторов: низкомолеку­лярных электролитов, ПАВ, полимеров.

В зависимости от природы стабилизатора реализуют­ся несколько факторов устойчивости:

• электростатический;

• адсорбционно–сольватный;

• структурно–механический;

• энтропийный;

• гидродинамический.

Наряду с общими свойствами каждая из дисперсных систем имеет свои особенности, которые были рассмотре­ны в соответствующих главах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Амелин Л. Г. Теоретические основы образования туманов при конденса­ции ларов.

М.: Химия, 1972. 109 с.

Вейцер Ю. И., Минц Д. М. Высокомолекулярные флокулянты в процес­се очистки

природных и сточных вод. М.: Стройиздат, 1984. С. 201.

Воюцкий С. С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1976. С. 512.

Зимон А. Д., Лещенко Я. Ф. Коллоидная химия. М.: Химия, 1991.

Ковалевич О. В. Коллоидная химия. Кемерово, 1997. 144 с.

Кругляков П. М., Ежерова Д. Р. Пены и пенные пленки. М.: Химия. 1990. 492 с.

Маркин А. П., Таубе П. Р. Непрочное чудо. М.: Химия, 1983. 224 с.

Методы испытаний водных растворов ПАВ. М.: НИИТЭМ, 1965. 86 с.

Раист Б. П. Аэрозоли. М.: Химия, 1987. 280 с.

Ребиндер П. А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Колло­идная

химия. Избранные труды. М.: Наука, 1978. С. 398.

Сургутский В. П., Перевозова В. А. Физико-химические и коллоидные явления в

технологии продуктов общественного питания. Красно­ярск, 1992. 60 с.

Тихомиров В. К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения. М.: Химия,

1983. 254 с.

Урьев Н. Б. Физико–химические основы технологии дисперсных систем и

материалов. М.: Химия, 1988. 256 с.

Урьев Н. Б., Талейсник М. А. Пищевые дисперсные системы. М.: Агропромиздат,

1985. 296 с.

Фридрихсберг Д. А. Курс коллоидной химии. Л.: Химия, 1984. 308 с.

Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дис­персные

системы. М.: Химия, 1988. С. 464.

Цешлин В. М. Аэрозольные баллоны. Л.: Химия, 1970. 160 с.

Цюрупа Я. Я. Практикум по коллоидной химии. М., 1963.

Шварц А., Деррк Дж., Берг Дж. ПАВ и моющие средства. М.: Издатинлит, 1980.

329 с.

Шерман Ф. Эмульсии. Л.: Химия, 1972. 448 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ..................................................................................................... 2

Часть 1

ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ.

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯЕЛЕНИЯ

Глава 1. Дисперсные системы....................................................................... 4

1.1. Предмет коллоидной химии..................................................................... 4

1.2. Количественные характеристики ДС...................................................... 5

1.3. Классификация ДС ................................................................................. 5

1.4. Краткий исторический очерк................................................................... 8

1.5. Значение коллоидной химии................................................................... 10

Глава 2. Поверхностные явления................................................................ 11

2.1. Природа поверхностной энергии............................................................ 11

2.2. Поверхностное натяжение....................................................................... 12

2.3. Зависимость поверхностного натяжения

от температуры......................................................................................... 13

2.4. Самопроизвольные процессы в поверхностном слое............................ 13

2.5. Адсорбция. Общие положения, классификация.................................... 14

Заключение........................................................................................................ 17

Вопросы и задачи для самоконтроля.............................................................. 17

Глава 3. Адсорбция на границе «жидкий раствор-газ»......................... 19

3.1. Зависимость поверхностного натяжения от природы

и концентрации растворенного вещества.............................................. 19

3.2. Уравнение адсорбции Гиббса.................................................................. 20

3.3. Поверхностная активность. Правило Дюкло–Траубе........................... 22

3.4. Ориентация молекул ПАВ в поверхностном слое................................ 24

3.5. Уравнение Шишковского........................................................................ 26

3.6. Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра................................ 27

Заключение....................................................................................................... 29

Вопросы и задачи для самоконтроля............................................................. 30