Диспергирование

Энергетика диспергирования и конденсации

Способы получения дисперсных систем.

И их значение в химической технологии

Практически все вещества и материалы, с которым нам приходится сталкиваться, представляют собой объекты коллоидной химии. Коллоидно - химические методы применяют в пищевой, кожевенной, текстильной, резиновой промышленности, в производстве искусственного волокна, пластмасс, фармацевтических продуктов и строительных материалов и др.

Особую роль коллоидная химия играет химические технологии, где широко распространены поверхностные явления и дисперсные системы. Измельчение сырья, отстаивание и фильтрация, конденсация и кристаллизация, спекание и гранулирование – все эти процессы протекают в дисперсных системах.

Катализаторы и адсорбенты представляют собой дисперсные системы с твердой дисперсной средой. Адсорбция применяется для очистки и разделения веществ.

С увеличением дисперсности возрастает и скорость химических реакций. В реакционных аппаратах вещества находятся в виде суспензий, паст, пульп, эмульсий, порошков.

Учение о поверхностных явлениях и дисперсных системах является теоретической основой получения новых материалов с заданными свойствами: керамики, цементов, ситаллов, сплавов, сорбентов и катализаторов, смазочных и лакокрасочных материалов, полимеров, моющих средств.

Диспергирование и конденсация – методы получения свободнодисперсных систем: порошков, суспензий, золей, в том числе аэрозолей и эмульсий. Под диспергированием понимают дробление и измельчение, под конденсацией – образование гетерогенных дисперсных систем из гомогенных с результате ассоциации молекул, атомов или ионов в агрегаты. Методы диспергирования и конденсации широко применяют в технологии веществ, находящихся в дисперсном состоянии, способствуют увеличению скоростей химических реакций, процессов растворения, сорбции, экстракции и т.д.

При диспергировании и конденсации образуются новые поверхности, это требует затрат энергии.

Чтобы разрушить твердое тело, нужно преодолеть когезионные силы между молекулами внутри одной фазы, которые обеспечивают целостность определенного объема твердого тела или жидкости. При диспергировании под действием внешних сил вначале нужно провести объемное деформирование конденсированного тела и далее его разрушить, т.е. нужно приложить 2 вида работ:

1) работа упругого и пластического деформирования, она пропорциональна объему тела

(2.1)

где К -коэффициент пропорциональности, равный работе объемного деформирования единицы объема конденсированного тела.

2) работа образования новой поверхности

(2.2)

Полная работа диспергирования выражается уравнением Ребиндера:

(2.3)

если d – линейный размер тела, , а , то

(2.4)

где К ₁ и К ₂ – коэффициенты пропорциональности.

При больших объемах тела и при больших d можно пренебречь W _n, тогда

(2.5)

При малых линейных размерах можно пренебречь W _деф и тогда

(2.6)

При дроблении и измельчении материалы в первую очередь измельчаются в местах прочностных дефектов (микро- и макротрещинах), по мере измельчения прочность частиц растет, поэтому по мере измельчения расход энергии возрастает.

Разрушение материалов облегчается при использовании эффекта Фебиндера – адсорбционные понижения прочностной энергии. Этот эффект заключается в уменьшении поверхностной энергии с помощью ПАВ, в результате чего облегчается разрушение и деформирование. В качестве таких ПАВ могут быть, например, жидкие металлы для разрушения металлов, органические вещества для разрушения органических монокристаллов.

Добавки, смачивающие материал, помогают проникнуть среде в места дефектов и с помощью капиллярных сил облегчают разрушение тела. ПАВ помогают не только разрушить материал, но и стабилизируют дисперсное состояние, покрывают поверхность частиц и мешают их слипанию.

Для получения дисперсных систем методом диспергирования широко используются механические аппараты: дробилки, мельницы, жернова, ступки. Жидкости распыляются и разбрызгиваются с помощью форсунок, центрифуг, вращающихся дисков. Диспергирование газов осуществляется с помощью барботирования их через жидкость. Для диспергирования жидкостей, полимеров, легкоплавких металлов, графита используют ультразвуковой метод (от 20 тыс. до 1 млн колебаний в секунду) Методом диспергирования могут быть получены дисперсные частицы размером до 100 нм. Большая дисперсность системы достигаются методом конденсации.

Дата добавления: 2014-01-11