ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Особенности использования вибрации для интенсификации процессов химической технологии из "Вибрационная техника в химической промышленности" В химической технологии наибольшее распространение имеют гетерогенные дисперсные системы, характеризующиеся наличием поверхности раздела между разными фазами — твердыми, жидкими, газообразными. Чаще всего вибрационной обработке подвергаются дисперсные системы типов твердая дисперсная фаза — газовая дисперсионная среда (Т — Г), сюда относятся в первую очередь сыпучие материалы твердая дисперсная фаза — жидкая дисперсионная среда (Т—Ж, Т—Ж—Т), представителями которой являются суспензии эмульсии (Ж —Ж). Следует отметить, что дисперсные системы вследствие сильно развитой межфазной поверхности раздела обладают рядом особых характерных свойств избытком свободной энергии, повышенной химической активностью и адсорбционной способностью и термодинамически неустойчивы. Целенаправленное вибрационное воздействие на дисперсную систему способствует проявлению этих свойств для достижения заданного технологического эффекта. [c.15] Поведение дисперсных систем при вибрационном на них воздействии зависит от соотношения между внешним механическим воздействием и сцеплением дисперсных фаз в структуре. Прочность связей (контактов) между частицами твердых фаз определяется физико-химической природой поверхности частиц и дисперсионной среды. [c.15] Контакты I и II типов восстанавливаются после разрушения и принимают приблизительно ранее имевшуюся прочность, т. е. являются обратимыми контакты III типа — необратимы. [c.16] Реакция дисперсной системы на внешнее механическое воздействие определяется ее реологическими свойствами, к которым в первую очередь относятся предельное напряжение сдвига, при котором начинается разрушение структуры т, эффективная вяз кость т), модуль упругости Е и спектр времен релаксации напряжений 0. [c.16] Следует различать микрогетерогенные и рубодисперсные системы. В микрогетерогенных дисперсных системах превалирует влияние поверхностных сил и контактных взаимодействий между частицами, массовые силы можно не учитывать. В грубодисперсных системах, представляющих совокупность частиц достаточно крупных размеров (ориентировочно размеры чгстиц 6 1...10 мкм), поведение системы зависит от массы каждой отдельной частицы, геометрических характеристик, сообщаемого ей ускорения. Контактными силами сцепления обычно можно пренебречь. Например, в грубодисперсных двухфазных системах Т—Г реологические свойства определяются лишь величинами предельного напряжения сдвига и модулем упругости. [c.16] Вибрация в химикотехнологических процессах. Вибрационное воздействие успешно используется во всех основных видах процессов химической технологии в механических, гидромеханических, тепло- и массообменных, а также и для проведения химических реакций. [c.16] Все сказанное относится и к гидромеханическим (гидродинамическим) процессам — перемешиванию, гомогенизации, фильтрованию, центрифугированию, а также к теплообменным и массообменньш процессам. Среди последних наиболее часто вибрационное воздействие используется при сушке и экстракции. [c.17] Эффективность каждого технологического, процесса оценивается теми или иными критериями, причем физико-химические и реологические параметры, соответствующие экстремальному значению критерия эффективности, называются оптимальными. Оптимальные режимы могут быть получены лишь при вполне определенных режимах вибрационных воздействий. [c.17] Наибольшая эффективность процессов обработки пластично-вязких (упругопластично-вязких) дисперсных систем типа Т—Ж связана с достижением их наибольшей легкоподвижности (текучести). Регулирование деформируемости этих систем — понижение вязкости в результате частичного,разрушения структуры — достигается в диапазоне изменения эффективной вязкости Цщ di 1 Tio, где г т и т1о — соответственно вязкости предельно разрушенной и неразрушенной структуры. [c.17] При формовании (прессовании) дисперсных систем вибрационное воздействие направляется на то, чтобы понизить вязкость ее до наименьшей Цт практически неразрушенной структуры. Для формообразования необходимо также, чтобы напряжение, вызываемое внешними силами, было больше, чем предел прочности структуры (предельное напряжение сдвига по Бингаму), а скорость деформации была не больше скорости релаксации напряжений в формуемой массе (0т 0 о), иначе возможны микроразрывы. При слишком высокой скорости деформирования возможно также и понижение вязкости до такой степени, что после прекращения воздействия внешних сил изделия изменяют приданную им форму. Таким образом между степенью разрушения структуры, скоростью деформации системы и релаксационными свойствами формуемых масс должны быть установлены определенные соотношения, что достигается помимо вибрационного воздействием на формуемый объект статических сил. [c.18] Применительно к сушке сыпучих материалов вибрационное воздействие должно создать однородную пористость во всем объеме среды и повысить скорость массообменного процесса до уровня, соответствующего полному устранению диффузионных препятствий на границах раздела между твердыми частицами и парогазовой средой. Следует отметить, что такие процессы, как сушка, классификация, гранулирование и т. п. могут совмещаться с транспортированием соответствующих материалов. [c.18] В табл. 1.2 приведены некоторые типовые технологические процессы, соответствующие им оптимальные динамические состояния дисперсной системы и основные физические характеристики, определяющие это состояние. [c.18] Индексы т — предельно разрушенная структура, О — неразрушенная структура. [c.19] Перечисленные в табл. 1.2 динамические состояния дисперсных систем достигаются под вибрационным воздействием. Рассмотрим особенности и условия получения режимов псевдоож -жения и псевдокипения при вибрации. [c.19] Поскольку сила сцепления, а следовательно и сила трения между частицами уменьшается, происходит их сближение между собой, т. е. уплотнение материала. Степень уплотнения материала зависит от физико-механических свойств среды. Чем рыше внутренние связи между частицами дисперсной системы и, соответственно, внутреннее трение системы, тем большее ускорение требуется для уплотнения системы. Следует заметить, что в виброожиженном состоянии частицы с более низкой плотностью и с меньшими размерами проходят обычно в нижние слои. [c.20] При увеличении интенсивности колебаний выше критической дисперсная система переходит в состояние виброкипения. Дисперсная фаза начинает периодически терять контакт с вибрирующими рабочими органами, еще более уменьшаются и периодически теряются связи между частицами, усиливается их циркуляция. Происходит разрыхление слоя, плотность среды уменьшается. Это является результатом действия на частицы вынуждающих сил, превосходящих силы их тяжести. Для стадии виброкипения характерны два режима — сегрегации частиц и их-интенсивного перемешивания. Последнее происходит при более интенсивной вибрации. [c.20] Пористость виброкипящего слоя зависит от частоты и амплитуды вибрации, однако при равных значениях интенсивности колебаний пористость будет больше при больших амплитудах. Отмечается, что максимальное увеличение объема виброкипящего слоя соответствует Я, = 1 — 4 с дальнейшим увеличением интенсивности колебаний прирост объема происходит с меньшей скоростью. Это объясняется возникновением разрежения под слоем, ведущего к образованию перепада давления дисперсной среды. [c.20] Для обработки тонкодисперсных сыпучих материалов в ряде случаев эффективно совместное воздействие вибрации и продувания газа через вибрируемый материал, так как при этом формируется однородный кипящий слой, причем вибрация разрушает образующиеся сквозные газовые каналы возможно снижение скорости газового потока и, следовательно, уменьшение уноса продукта. [c.21] Повысить эффективность вибрационного воздействия на дисперсную систему можно также введением в нее малых добавок поверхностно-активных веществ (ПАВ). Последние образуют адсорбционные слои на поверхности частиц, которые снижают поверхностное натяжение и способствуют разрушению агрегатов, препятствуя одновременно их образованию, в результате значительного повыше ния прочности каждого контакта. Такое снижение контактных сил может происходить вплоть до наименьших их значений, соответствующих силам ван-дер-ваальсового сцепления. [c.21] Вернуться к основной статье