17.5. Сыпучие 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 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).

Рис. 17.4. Перевод частиц в аэрозольное состояние:

а — пневмотранспорт; б — псевдоожижение

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. 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.

Г л а в а 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 Au³⁺ 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.