Ыпучие материалы (порошки)

Сыпучие материалы относятся к дисперсным системам Т/Г. Их можно рассматривать в качестве осадка аэрозолей или как си­стемы, полученные в результате диспергирования. Влияние таких факторов, как адгезия, аутогезия и трение на структурно-механи­ческие свойства сыпучих материалов были рассмотрены в гл. 11.

Для частиц, находящихся в воздухе, наступает такое состоя­ние, когда вертикальная составляющая скорости и_в не может удер­жать частицы, и они оседают.

Закономерности оседания (седиментации) частиц были рас­смотрены в параграфе 10.2. Для формирования из массы осев­ших частиц сыпучего материала необходимо, чтобы концентра­ция частиц v₄ аэрозолей была значительной, а сами частицы имели относительно большие размеры.

Сыпучие материалы вновь могут быть переведены в аэрозоль­ное состояние под действием воздушного (газового) потока над поверхностью сыпучего материала (см. рис. 17.2) в процессе пневмотранспорта и псевдоожижения (рис. 17.4).

9—766

а б

Рис. 17.4. Перевод частиц в аэрозольное состояние:

_а _ пневмотранспорт; б — псевдоожижение

Упражнения

Определите скорость оседания частиц, эквивалентный радиус которых равен 7,5 мкм, в воздухе при температуре 279 К, вязкость воздуха при этой температуре равна 1.74 • 10~⁴ Пас, плотность частиц — 1,17 -10³ кг/м³. Воспользуемся формулой (10.8)

= 0,8210"3м/с = 0,82мм/с.

2'²(p-p₀)g _2(7,510⁶)²(l,1710³ -1,286)9,8 _

9-1,74-Ю"⁴

Определите скорость воздушного потока, которая обеспечит перевод в аэрозольное состояние частиц эквивалентный радиус которых равен 10 мкм, при условии, что F_a — 4.3 ff, ^i = 0,72, С_х = 0,4 • 10^s.

2-0,72-4,3

Воспользуемся формулой (17.4), учитывая, что В = пг²

3,14(10 -10"6)2,17 -103 - 0,4 ■ 105

= 266м/с.

Интенсифицировать процесс перехода в аэрозольное состо­яние можно в том случае, когда сыпучий материал находится в замкнутом объеме, например в трубопроводе (см. рис. 17.4, а). Под действием воздушного потока сыпучий материал разрыхля­ется, нарушается аутогезионное взаимодействие между частица­ми и адгезия между частицами и внутренней поверхностью тру­бопровода. Аэродинамическая сила, действующая на частицы, создает дополнительное давление на сыпучий материал В ре­зультате частицы переходят во взвешенное состояние и образу­ют высококонцентрированную аэрозольную систему, а сыпучий материал приобретает способность течь. Этот процесс в соот­ветствии с уравнением (17.2) происходит при условии

(17.8)

Это условие означает, что вертикальная компонента скорости воздушного потока и должна настолько превышать скорость оседания частиц ъ_ж, насколько суммарная сила аутогезии и веса частиц превышает вес частиц.

Условие (17 8) справедливо и для процесса псевдоожижения (см. рис. 17.4, о). Псевдоожижение широко применяют на практике. В результате псевдоожижения частицы сыпучих материалов переходят в аэрозольное состояние, а значитель­ная часть поверхности частиц, которая ранее находилась в контакте с другими частицами становится свободной. Иначе говоря, поверхность частиц «оголяется» Это обстоятельство позвляет осуществлять адсорбцию, различные химические реакции, и в значительной степени повышать эффективность физико-химических процессов. Пневмотранспорт и псевдоожижение являются основными при наполнении и опорожнении муковозов в процессе бестарной перевозки муки.

В заключение отметим, что без аэрозолей невозможна не только производственная деятельность людей, но и сама жизнь.

лава 18

СИСТЕМЫ С ТВЕРДОЙ ДИСПЕРСИОННОЙ СРЕДОЙ

К системам с твердой дисперсионной средой можно отнести хлеб, кирпич, древесину, бетонные и другие изделия. К подоб­ным системам относятся рубиновые стекла, впервые получен­ные М.В.Ломоносовым путем восстановления Аи³⁺ в расплавлен­ном стекле; они представляют собой стекло, в котором распре­делено небольшое количество золота (0,01—0,1%) в виде высо­кодисперсных частиц (см. табл. 1.3).

Коллоидно-химические свойства систем с твердой диспер­сионной средой резко отличаются от свойств систем с подвиж­ной жидкой и газовой средой, не способных сохранять неизмен­ной свою форму.