Сыпучие материалы (порошки)

Классификация аэрозолей

К системам с газовой дисперсионной средой относятся аэрозоли и сыпучие материалы (порошки). Аэрозоли — это такие дисперсные системы, в которых частицы дисперсной фазы находятся во взвешенном состоянии. Первая часть сложного слова — «аэро» — характеризует газовую дисперсионную среду, а вторая — «золь» — раздробленность вещества, из которого образуется дисперсная фаза. Сыпучие материалы, структурно-механические свойства, которых приведены в гл. 12, можно рассматривать как осадок аэрозолей с твердой дисперсной фазой, т.е. как систему Т/Г. Для аэрозолей сложилась своя классификация в зависимости от агрегатного состояния и размеров частиц дисперсной фазы. Эта классификация приведена в табл. 17.1. Простейшими являются аэрозоли, дисперсная фаза которых состоит только из твердых частиц или из капель. Каждая из разновидностей аэрозольных систем имеет свое название. Высоко- и среднедисперсные системы типа Т/Г принято называть дымом., а грубодисперсные — пылью. Средне- и высокодисперсные системы типа Ж/Г называют туманом, грубодисперсные — каплями. К среднедисперсным системам относятся атмосферные туманы и слоистые облака; размер частиц этих систем составляет 1—10 мкм. Диаметр капель дождя может достигать нескольких миллиметров. Системы, дисперсная фаза которых состоит одновременно из жидких и твердых частиц, иногда называют смогом [от английских слов smoke (дым) и fog (туман)]. Следует отметить некоторую условность классификации аэрозольных систем. Дым, например, ассоциируется главным образом с понятием об аэрозолях, которые образуются после сгорания топлива. Однако, не все топлива, сгорая, образуют дым, т.е. дисперсную систему типа Т/Г. В результате сгорания некоторых видов топлива в воздух переходит жидких частиц больше, чем твердых, причем жидкие частицы имеют конденсационное происхождение. Так, дисперсная фаза аэрозоля при сгорании древесины состоит в значительной степени из жидких частиц (воды, смолы). Подобный аэрозоль точнее было бы называть смогом, а не дымом.

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 v 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 v ч 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).

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

v _в / v _ос > (F _аут + Р)/ Р. (17.8)

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

Условие (17.8) справедливо и для процесса псевдоожижения (см. рис. 17.4, б). 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 позволяет осуществлять адсорбцию, различные химические реакции, и в значительной степени повышать эффективность физико-химических процессов.

ЛЕКЦИЯ №7