Frаэ>m(Fаут+P),

где m - коэффициент внутреннего трения, учитывающий различное направление действия сил.

Если сила аутогезии намного превышает вес, то условие упрощается:

Frаэ³mв Fаут

При турбулентном течении перемещение воздуха сопровождается интенсивным перемешиванием, и аэродинамическая сила, действующая на частицу, определяется по формуле:

Frаэ = схrВч(u2/2)

где сх – коэффициент сопротивления частиц; r - плотность воздуха; Вч – площадь сечения частиц; u - скорость воздушного потока.

После отрыва частиц под действием воздушного потока возникает вертикальная составляющая аэродинамической силы Fаэв. Горизонтально и вертикально направленные силы и обусловливают переход частиц в аэрозольное состояние; движение частиц в этих условиях на рис. 6.5.1.2 показано пунктиром.

Учитывая вышеизложенное, скорость воздушного потока, необходимая для перевода частиц в аэрозольное состояние:

.

В формуле не учтено образование пограничного слоя, в котором скорость воздушного потока уменьшается от определенного значения до нуля.

Для разрушения аэрозолей и улавливания дисперсной фазы применяют различные методы. Крупные частицы осаждаются в пылевых камерах. Широко применяются мокрые уловители – скрубберы, в которых частицы смачиваются и оседают на дно. Эффективна очистка в электрофильтрах (аппаратах Коттреля), в которых генерируются отрицательно заряженные газовые ионы и электроны на коронирующем электроде. Отрицательные ионы, двигаясь к положительному осадительному электроду, отдают частицам аэрозоля свой заряд, которые, заряжаясь, начинают перемещаться в том же направлении. На положительном электроде частицы теряют заряд и осаждаются. Однако эффективность всех методов уменьшается с увеличением дисперсности аэрозолей, поэтому для разрушения высокодисперсных аэрозолей используют методы предварительной коагуляции. Наиболее эффективен метод улавливания аэрозолей, основанный на конденсации паров жидкости (воды) в среде аэрозоля, где частицы аэрозоля выступают в роли центров конденсации, укрупняются и коагулируют из-за конденсации на них паров воды.

Порошки

Порошками называются высококонцентрированные дисперсные системы, в которых дисперсной фазой являются твердые частицы, а дисперсионной средой – воздух или другой газ: Т/Г.

Наибольшее распространение имеют порошки с размерами частиц от 1 до 100 мкм. От аэрозолей порошки отличаются большей концентрацией твердых частиц.

Классификация осуществляется:

1. По форме частиц:

§ равноосные (одинаковые размеры по трем осям);

§ волокнистые (длина частиц гораздо больше ширины и толщины);

§ плоские (длина и ширина гораздо больше толщины).

2. По межчастичному взаимодействию:

§ связнодисперсные (частицы сцеплены между собой, т. е. система обладает некой структурой);

§ свободнодисперсные (сопротивление сдвигу обусловлено только трением между частицами).

3. Классификация по размерам частиц дисперсной фазы:

§ песок (2×10-5 £ d £ 2×10-3) м;

§ пыль (2×10-6 £ d £ 2×10-5) м;

§ пудра (d < 2×10-6) м.

Порошки, как и другие дисперсные системы, можно получить двумя группами методов: диспергационными и конденсационными.

Когезия определяет связь между молекулами (атомами, ионами) внутри тела в пределах одной фазы, т.е. прочность конденсированных тел и их способность противостоять внешнему воздействию Þ энергетические затраты при диспергировании тем больше, чем больше когезия. Когезия определяет насыпную массу порошка, т.е. массу, занимающую единичный объем при свободном его заполнении. Чем больше когезия (слипание), тем хаотичнее распределение по объему частиц порошка, тем больше объем свободной упаковки и соответственно меньше насыпная масса.

Адгезия – явление соединения приведенных в контакт поверхностей конденсированных фаз (взаимодействие частиц порошка со стенками емкости). Адгезия обусловливает прилипание и удержание частиц на поверхности. Чем больше адгезия, тем больше прилипают частицы порошка к технологическому оборудованию.

Аутогезия – частный случай адгезии – сцепление одинаковых по составу и строению частиц. Адгезионное и аутогезионное взаимодействия направлены перпендикулярно площади контакта. В результате адгезии частицы порошка прижимаются к поверхности, а под действием аутогезии – друг к другу. Аутогезия определяется природой и силой межчастичного взаимодействия:

§ межмолекулярное притяжение;

§ электростатическое отталкивание.

От размера частиц зависит удельная площадь межфазной поверхности Sуд. Увеличение удельной межфазной поверхности приводит к следующему:

§ интенсификации процессов, протекающих на поверхности порошка;

§ усилению яркости окраски пигментов;

§ повышению качества композиционных материалов;

§ улучшению вкусовых качеств пищевых продуктов.

Негативные свойства уменьшения размеров частиц:

§ слеживаемость;

§ прилипаемость к поверхностям оборудования и тары (адгезия);

§ уменьшение текучести (сыпучести).

Отсюда – затруднение технологических процессов: смешения, дозировки, транспортировки и т.д.

Начиная с некоторого критического размера d0, кр частиц сила связи между частицами становится равной силе тяжести:

,

где n – число контактов (точек соприкосновения частиц);

m – масса частицы;

g – ускорение свободного падения.

Дальнейшее уменьшение размеров частиц приводит к самопроизвольному образованию пространственных структур. Критический размер служит критерием агрегируемости, т.е. при d < d0, кр в системе возникает пространственная структура, такая система связнодисперсная; при d >> d0, кр система свободнодисперна.

Характерное свойство порошков – способность к течению и распылению. Порошки, как и сплошные тела, способны течь под действием внешнего усилия, направленного тангенциально (по касательной) к поверхности. Течение порошков заключается в отрыве слоя частиц от себе подобных или от поверхности и в перемещении отдельных частиц или их агрегатов при сохранении границы раздела между ними. Движение осуществляется тремя способами:

§ частицы перекатываются по поверхности;

§ частицы отрываются и падают обратно (переносятся “прыжками”);

§ частицы переносятся в состоянии аэрозоля.

При некоторой скорости внешнего усилия (воздушного потока), называемой критической, большая часть частиц будет передвигаться “прыжками”. Из полидисперсного порошка выдувается более мелкая фракция. Самая тонкая фракция под действием воздушного потока переходит в состояние аэрозоля и перемещается над поверхностью порошка. Рассмотренный характер течения порошков обусловливает зависимость текучести порошков от адгезионных и аутогезионных сил, затрудняющих отрыв и передвижение частиц, т.е. грубодисперсные порошки обладают более высокой текучестью, чем высокодисперсные.