ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Элементы теории регулирования структурно-реологических свойств двухфазных систем из "Физико-химические основы технологии дисперсных состем и материалов" Наряду с изучением кинетики агрегирования, которое при выполнении условия (П.76) завершается образованием сплошной структурной сетки, важно определить условия предельного дезагрегирования структурированной системы, т. е. полного разрушения структурной сетки и агрегатов из частиц. Именно эти условия отвечают достижению наибольшей текучести системы и росту до максимума активной поверхности взаимодействия дисперсной фазы и среды, высвобождаемой из агрегатов в результате их разрушения при внешних воздействиях на дисперсную систему. [c.76] Изучение процесса дезагрегирования частиц твердой фазы в жидкости ведется преимущественно с позиций термодинамических и механических представлений. Целесообразность такого подхода становится особенно очевидной, когда речь идет о ВКДС, хотя для таких систем роль механического фактора явно преобладает. [c.76] При разрушении структуры в концентрированной дисперсной системе происходит разрыв связей, обеспечивающих целостность дисперсной системы. Для осуществления этого процесса необходимо затратить большую энергию, чем энергия связи. Эта энергия складывается из энергии межчастичных взаимодействий (ван-дер-ваальсово взаимодействие) и из работы деформирующего напряжения, обеспечивающего гидродинамическое взаимодействие частиц со средой и диссипацию энергии в жидкой фазе. Чем больше связей разрушено, т. е. чем больше частиц выведено из зоны дальнего энергетического минимума, тем система ближе к состоянию полного дезагрегирования, характеризуемого критическим напряжением сдвига Р кр. Разрушение агрегата частиц есть результат чрезмерных деформаций, возникающих из-за градиента скорости при сдвиговых нагрузках. Величина этих деформаций определяется движением отдельных частиц агрегата, обеспечивающим выход частицы из положения дальней коагуляции за пределы дальнего энергетического минимума. Непосредственной причиной разрушения (дезагрегирования) агрегата является то, что составляющие агрегат первичные частицы находятся в слоях потока, движущихся с разной скоростью. [c.76] Комплексное воздействие при переработке дисперсных систем предусматривает сочетание механических нагрузок с разнообразными физическими и физико-химическими методами управления уровнем энергии и силы взаимодействия частиц дисперсных фаз в момент их контакта. Для высококонцентрированных, структурированных систем изменение силы сцепления в контактах с помощью физико-химических методов необходимое, но недостаточное условие для управления структурномеханическими свойствами двухфазных гетерогенных систем 15, с. 43]. [c.77] При образовании новых поверхностей в процессе разрушения структурированных ВКДС решающим фактором является снижение энергии системы А [/о (снижение энергии Гиббса) в единице объема. Уменьшению величины А Уо соответствует и снижение энергии внешних, преимущественно механических, воздействий, необходимых для предельного разрушения связей между частицами. [c.77] Приведенное условие справедливо для дисперсий твердых частиц, размер которых Во и их концентрация отвечают началу образования в этих системах пространственных структур о Ьо кр, где /)о,кр — критический размер частиц, который можно рассчитать, допустив, что действие силы тяжести частиц, образующих дисперсную систему, уравновешивается молекулярными силами сцепления между ними [84]. Следует отметить, что в области 1 о,и .0о о,кр Во,п — размер коллоидных частиц), и по мере увеличения размера частиц, ограниченного сверху величиной Оо.п существенно возрастает роль энергии сдвиговой деформации. [c.77] которая складывается из составляющих, обусловленных вязкш сопротивлением дисперсионной среды, гидродинамическим взаимодействием твердой фазы с жидкостью и изменениями структурного характера, связанными с взаимодействиями частиц дисперсной фазы. [c.81] Как известно, один из важнейших критериев, определяющих поведение дисперсных систем, — размер частиц дисперсной фазы Хотя в каждом конкретном случае прочность элементарных контактов между частицами и, соответственно, прочность воз-ликающих из них структур зависят от физических свойств и химической природы поверхности твердой фазы, состава и свойств дисперсионной среды, в большой степени структурномеханические свойства определяются критическим размером частиц, отделяющим коллоидно-дисперсные системы от микро-гетерогенных. Если для разбавленных коллоидных растворов при предельной лиофилизации поверхности дисперсных частиц достигается агрегативная и седиментационная устойчивость, то в концентрированных и высококонцентрированных системах такая лиофилизация поверхности дисперсных фаз может лишь существенно ослабить пространственную структурную сетку, но полностью не может исключить возможность ее образования. Состояние предельного разрушения Структуры в концентрированных системах может быть достигнуто лишь при подведении к системе механических воздействий, например, созданием сдвигового деформирования со скоростью е, достаточной для понижения эффективной вязкости г эфф до уровня наименьшей ньютоновской вязкости Т]1 [15]. [c.82] Отсутствие решения означает подавление температурного а и явное преобладание механического фактора для процесса дезагрегирования. Таким образом, приведенное условие можно Хинтерпретировать как термомеханический критерий дезагрегирования высококонцентрированной дисперсной си-стемы. [c.83] Оценочные расчеты, проведенные для ряда характерных значений параметров, входяш,их в формулу (И.102), дают значения Оо.кр порядка 1 мкм, что хорошо согласуется с известными представлениями о верхней границе коллоидной области [5, с. 29]. [c.83] Величина Ркр есть интегральная оценка сдвиговых усилий, которые должен был бы развить агрегат частиц, чтобы сообщить отделяемой частице достаточно большое ускорение и тем самым создать условия для ее отделения (дезагрегирования) -от соседних частиц в результате развития предельной деформа-ции сдвига. [c.84] В условиях сдвигового деформирования каждый агрегат частиц испытывает средние напряжения. Реальный агрегат состоит из первичных полидисперсных частиц с мозаичным лио-4 обно-лиофильным характером поверхности, и силы, связывающие частицы в агрегат, имеют широкое распределение. Поэтому действительное критическое напряжение сдвига, приводящее к дезагрегированию отдельных частиц, может быть значительно больше или меньше, чем среднее, определяемое наивероятнейшим диаметром частиц по формуле (П.90). [c.84] Таким образом, разрушение агрегата частиц в условиях гидродинамического сдвига наступает в результате возникающих в нем напряжений при достижении критических деформаций агрегата частиц. Однако процесс дезагрегирования может осуществляться не только при действии чисто сдвиговых механи-ческих напряжений, но также при сочетании сдвига с воздействиями иного рода, например вибрацией или акустической обработкой. При этом имеет место активация дисперсной системы, т. е. уменьшение периода трансляции дисперсных частиц. (кинетических единиц), определяющих структуру системы (см. -гл. I). [c.84] Указанные воздействия для ряда технологических процессов являются весьма желательными, так как способны (в сочетании со сдвигом) значительно интенсифицировать процесс обработки высококонцентрированных дисперсных систем [15, 89]. Механизм усиления дезагрегирующего действия в этом случае определяется соотношением периода приложения сдвигового усилия и периода трансляции частиц системы из положения равновесия, т. е. возрастанием деформации сдвига. Главным условием такой обработки дисперсных систем является существенное превалирование периода приложения сдвигового усилия над периодом трансляции частиц системы. Указанное условие способствует развитию деформации сдвига тем больше, чем строже оно выполняется. [c.85] разрушение высококонцентрированной дисперсной системы является следствием, во-первых, достижения критических напряжений, а во-вторых, что весьма существенно, предельных деформаций. [c.86] Таким образом, для получения заданной степени дисперсности и распределения частиц твердой фазы при обработке ВКДС часто необходимо не только преодолеть с илы взаимодействия между частицами, но и подвергнуть систему определенной деформации сдвига. [c.86] Подтверждением целесообразности такого подхода может служить расчет кривой течения структурированной системы 10Й области, где происходит ее предельное разрушение и которая соответствует уровню наименьшей ньютоновской вязкости. [c.86] Для развития квазиавтокаталитического процесса требуется постоянно возрастающий со временем подвод энергии, значение которой определяется кинетикой процесса дезагрегирования, т. е. уменьшением наивероятнейшего размера агрегатов частиц согласно выражению для энергии (мощности) дезагрегирования. [c.87] Соответствующее увеличение энергии реализуется, например, путем увеличения крутящего момента на валу диспергирующего устройства и его мощности. [c.87] Вернуться к основной статье