Характерними властивостями порошків є спо-можності до течії і розпорошення, флуідізація (пере-хід в стан, подібний до рідкого) і гранулювання.
ЗДАТНІСТЬ ДО протягом І розпилення
Порошок, так само як суцільні тіла, здатні текти під дією зовнішнього зусилля, спрямованого Танго-ціально (по дотичній) до поверхні.
Здатність до течії або руху порошку на по-поверхні шару спостерігається при пересипанні продуктів або при пневматичному транспортуванні сипучих продуктів. Такий рух лежить в основі перенесення піску, ґрунту, снігу вітром: піщані і сніжні бурі, ерозія ґрунтів. На відміну від перебігу суцільних тіл протягом порош-ков полягає у відриві шару частинок від собі подібних або від поверхні і в переміщенні окремих частинок або їх агрегатів при збереженні кордону розділу між ними, Рух може здійснюватися трьома способами:
• частки перекочуються по поверхні;
• частки відриваються і падають назад, т. Е. Перено-сятся «стрибками»;
• частки переносяться в стані аерозолю.
Як приклад розглянемо рух піску, примі-ного товстим шаром на дно аеродинамічної труби. При певній швидкості повітря частки, виступаю щие з шару піску, починають перекочуватися по поверхні. Однак, потрапивши в невеликі поглиблення, вони останав-ливаются. Якщо збільшити швидкість повітря, деякий ко-личество частинок перекотиться по поверхні і зупиниться і т. Д. Рухомі піщинки, стикаючись з більш круп-ними, виступаючими над поверхнею, підскакують.
При деякій швидкості повітря, званої крити-чеський, велика частина частинок буде пересуватися Прижов-ками. З полідисперсного порошку видувається більш дрібна фракція. Найтонша фракція під дією повітряного потоку переходить в стан аерозолю і в такому вигляді переміщається над поверхнею порошку.
Досліди показали, що для порошку з частинками, що мають радіус більше 50 мкм, критична ско-кість «течії» по поверхні пропорційна. якщо r <50 мкм, критическая скорость возрастает при переходе к более мелким частицам благодаря молеку-лярным силам, действующим между частицами.
Розглянутий вище характер перебігу порошків обус-ловлівает залежність плинності порошків від адгезійно-них і аутогезіонних сил, що ускладнюють відрив і пере-рух частинок. З огляду на наведені вище зави-ності інтенсивності міжчасткових взаємодій від розмірів частинок, можна зробити важливий практичний висновок: Грубодисперсні порошки мають більш висо-кою плинністю, ніж високодисперсні.
Слід також мати на увазі, що для м'яких речовин характерна пластична деформація, в результаті кото-рій збільшується площа контакту частинок, а значить, зменшується плинність.
Важливою характеристикою порошку є його распиляемость при пересипанні. Вона визначається силами зчеплення між частинками, отже, збільшуючи-ється при зростанні розмірів частинок і зменшується зі збільшенням вологості.
Існує кілька емпіричних закономірностей:
• гідрофобні порошки розпиляли краще, ніж гід-рофільние;
• порошки з твердих речовин розпиляли краще, ніж з м'яких;
• монодисперсні порошки розпиляли краще полі-дисперсних.
Псевдоожіженіе- це перетворення шару порошку під впливом висхідного газового потоку в систему, тверді частинки якої знаходяться в підвішеному со-стоянні, що нагадує рідина -псевдоожіженний шар. Через зовнішню схожість з киплячою рідиною, псевдозріджений шари часто називають киплячим шаром.
Найпростішу псевдозріджених систему створюють в за-нання шаром порошку вертикальному апараті, через днище якого рівномірно по перетину вводять інертний ожіжающего агент (газ).
При його невеликій швидкості W порошок нерухомий. Зі збільшенням W висота шару починає зростати (шар розширюється). Коли W досягає критичного зна-ня, при якому сила гідравлічного опору шару висхідному потоку стає рівною вазі твер-дих частинок, шар набуває плинність і переходить в псевдозріджений стан.
Якщо порошок є високодисперсним, позначаючись-ється сила зчеплення частинок і спостерігається не рівномірний-ве розширення порошку, а освіту окремих агре-гатов. Між ними виникають канали, за якими про-ходить значна частина газу. Це Агрегативна флуідізація. Так як зі збільшенням розміру часток гід-родінаміческіе сили зростають, а молекулярні сили слабшають, можна очікувати, що при деякій середнього ступеня дисперсності порошку умови для флуідізаціі будуть оптимальними. І дійсно, найбільш рав-номерна і повна флуідізація спостерігається для по-Рошка, радіус яких близький до 20- 25 мкм.
Лінійна швидкість ожіжающего агента, при якій порошок переходить в псевдозріджений стан, називаються ється швидкістю почала псевдоожиження або його першої критичної швидкістю WK. Для дрібних частинок (d 1 мм) WK
• WK уменьша-ється зі збільшенням щільності висхідного потоку.
При подальшому зростанні W шар руйнується і починається інтенсивний винос порошку з апарату. Що відповідає даному стану шару швидкість потоку називається швидкістю винесення (вільного витання) частинок або другої критичної швидкістю псевдоожиження WУH, що перевищує WK в десятки разів. Якщо швидкість ожіжающего агента більше швидкості витання найбільших часток, шар повністю захоплюється потоком. Якщо після досягнення повної флуідізаціі порошку поступово зменшувати швидкість течії, то при повній зупинці струму газу шар порошку залишиться в розширеному перебуваючи-ванні, для повернення до попереднього стану його треба утрясти. Звідси випливає, що в розширеному шарі контакт між частинками зберігається.
Псевдозрідження газом - найбільш поширений спосіб отримання псевдозріджених систем, хоча суще-обхідних і інші способи.
Псевдозрідженим шар застосовується дуже широко:
• псевдозрідження в проточних системах «газ-тверде тіло» часто
застосовують при нагріванні і охолодж-ванні, адсорбції, сушки і т. д .; при
цьому створюються оптимальні умови взаємодії фаз;
• численні хімічні процеси;
• отримання гранульованих продуктів.
Це вид трубопровідного транспорту для переміщень-ня сипучих матеріалів під дією газу. Пневмо-транспорт широко використовується в хімічній, Нафтохім-мической, нафтопереробної та інших галузях промисловості не тільки для переміщення ма-лов, а й як складова частина технологічних процесів в системах «газ-тверде тіло».
• висока продуктивність і надійність;
• можливість повної автоматизації.
Найбільш поширений транспортує агент - повітря, хоча з технологічних міркувань можуть ис-користуватися і інші гази.
Швидкість переміщення матеріалу залежить від:
• концентрації твердої фази;
• щільності, в'язкості і швидкості газу.
Швидкість транспортування пилоподібних матеріалів низької концентрації може наближатися до швидкості руху газу, при пневмотранспорті в щільному шарі швидкість не перевищує 4 7 м / с.
Гранулювання (грануляція) - формування твер-дих частинок (гранул) певних розмірів і форми з заданими властивостями.
Розмір гранул залежить від виду матеріалу, способу його подальшої переробки та застосування і становить зви-но (в мм):
• для мінеральних добрив - 1 4;
• для реактопластів - 0,2- 1,0;
• для каучуків і гумових сумішей - 15- 25;
• для лікарських препаратів (таблетки) - 3 25.
Формування гранул розміром менше 1 мм іноді називають мікрогранулювання.
За своєю природою гранулювання є процес-сом, зворотним флуідізаціі і розпорошення. Гранулюван-вання може бути засноване на ущільненні порошкооб-різних матеріалів з використанням сполучних або без них. Воно покращує умови зберігання речовин і транс-портування; дозволяє механізувати і автоматизованої-вать процеси подальшого використання продуктів; підвищує продуктивність і покращує умови праці-так; знижує втрати сировини і готової продукції.
Найважливішими методами гранулювання є су-хое гранулювання, мокре обливання і пресування.
Сухе гранулювання. При сухому гранулювання шляхом обкатування в спеціальних обертових бару-Банах в порошкоподібну масу вводять «зародки» - дрібні щільні грудочки того ж речовини, що і поро-шок, або сторонні (зерна рослин, кристали цукру і т. Д.), Важливо тільки, щоб вони не були набагато тя-желее, ніж речовина порошку. При обкатуванні поро-шок як би налипає на зародки, і при цьому образу-ються сферичні гранули. Число гранул зазвичай дорівнює числу зародків, і це дозволяє, змінюючи співвідношення між кількістю порошку і зародків, отримувати гранули будь-якого розміру аж до 1 2 см в поперечному-ке. Важливо відзначити, що зі збільшенням співвідношення «порошок- зародки» знижується міцність гранул.
Встановлено, що гранулювання йде найбільш еф-фективно при середній швидкості обкатування. При дуже великих швидкостях відцентрова сила притискає весь порошок до стінок барабана і порошок НЕ обкатує-ся. При дуже малих швидкостях не досягається обертов-ного руху порошку, при якому один шар, накочуючись на інший, обумовлює тертя частинок, необхідне для гранулювання. Окремі частки порошку під дією молекулярних сил вступають у взаємодію, утворюючи агрегати. Причиною возникно-нення досить міцного зв'язку між частинками мо-же бути або контакт частинок в особливо активних учас-ках, або зіткнення частинок плоскими гранями, в результаті чого міжмолекулярні сили діють на порівняно великій площі.
Якщо порошок перемішувати або пересипати з не дуже великою швидкістю, що веде до руйнування аг-регати, в порошку поступово будуть накопичуватися агре-гати частинок. У результаті меншою кривизни поверхні цих агрегатів при зіткненні їх з окремими частини-цями останні прилипають до них особливо міцно. Все це призводить до того, що поступово весь порошок пре-обертається в агрегати- гранули. Форма цих агрегатів дол-жна бути близькою до сферичної, так як всі виступи на поверхні цих гранул згладжуються при перемішують-ванні або пересипанні.
Позитивну роль зародків при гранулювання можна пояснити їх більшою масою і меншою кривизною поверхні в порівнянні з частинками порошку, що спо-собствует налипання окремих частинок на зародки, це і призводить до гранулювання. Зі збільшенням тривалості обкатування зростає щільність і міцність гранул.
Сухе гранулювання має місце також при неїн-тенсівних механічних впливах. Так, при просів-вання борошна через сита на їх поверхні виникає (слідом-ствие поштовхів при перекочування частинок і м'яких уда-рів гранули про гранулу) велике число контактів і утворюються не дуже міцні окатиші.
Мокре обливання. Перша стадія полягає в змочуванні частинок порошку сполучною, в якості ко-торого використовується вода, сульфіт - спиртова барда, суміш з водою вапна, глини, шлаків та інших в'яжучих матеріалів. В результаті утворюються окремі комоч-ки - агломерати часток і відбувається нашарування крейда-ких частинок на більші.
Друга стадія полягає в ущільненні агломератів в шарі матеріалу. Цей процес здійснюється в барабан-них, тарілчастих або вібраційних грануляторах.
Пресування - отримання гранул в формі брикетів, плиток, таблеток шляхом ущільнення сухих порошків, маю щих вологість до 15%, іноді з подальшим дробленням спресованого матеріалу. Для пресування використовують валкові і вальцеві преси або таблеткові машини.
Пресування відбувається в формах під високим давши-ленням. Енергія витрачається на ущільнення заготовки в результаті деформації частинок і їх зміщення в пори, а також на подолання сил тертя між частинками і об стінки форми. При підвищенні тиску збільшується щільність матеріалу і площа контакту між частини-цями. Чим більше площа контакту, тим міцніше зв'язок між частинками. Для зміцнення заготовки в неї іног-да додають деяку кількість сполучних.
Слежіваніе- процес, обумовлений тривалим перебуванням сипучих матеріалів в нерухомому відбутися у-янии. В результаті злежування сипучі матеріали ті-ряют здатність текти і можуть перетворитися в моноліт. Особливої шкоди злежування надає при зберіганні борошна, цукру, крохмалю, дріжджів та інших харчових мас.
Кількісно злежування можна характеризувати міцністю злежалого матеріалу на розрив. Вона рав-на міцності індивідуальних контактів Пк, помножений-ної на їх число N, в розрахунку на одиницю поверхні сипучих матеріалів:
При ЗЛЕЖУВАННЮ одночасно відбуваються два про-процесу. Перший з них пов'язаний зі збільшенням числа контактів N, внаслідок поступового проникнення крейда-ких частинок в простір між великими частками. Другий обумовлений збільшенням міцності индивидуаль-них контактів внаслідок заповнення наявних порожнеч.
Обидва процеси призводять до підвищення міцності си-пучей маси в цілому і до втрати її рухливості аж до утворення моноліту.
Связнодісперсние порошки в тій чи іншій мірі під-Вергал злежування.
Розчинні у воді порошки (мінеральні добрива-ня, цукровий пісок) виявляють схильність до слежіва-нию при зволоженні і наступному висушуванні, так як при досягненні пересичені розчину виділяються кристали, які утворюють «містки зрощення» між-ду частинками порошку.
Злежуваність порошків при зберіганні в ємності може викликати збільшення площі контакту між частинками в результаті їх пластичної деформації під вагою верхніх шарів.
Способи боротьби зі злежуванням можна умовно раз-ділити на дві великі групи: активні і пасивні.
Активні способи запобігають злежуванню. Вони пов'язані з впливом на сипучу харчову масу до початку злежування.
Пасивні способи - це повернення злежалого-ся продукту вихідної плинності або зменшення отри-цательного впливу злежування.
Запобігти злежування можна наступними пу-тями:
• регулюванням фізико - хімічних властивостей продук-тов.
Гігроскопічні порошки гідрофобізуючі, модифікуючи поверхню
частинок за допомогою ПАР, а в ряді випадків - вводячи тверді
високодисперсні, нерозчинні у воді добавки;
• введенням водопоглинаючої добавок (наприклад, в цукор додають
подрібнену мальтозу або глюко-зу, в кухонну сіль, яка використовується в
технічних цілях, - до 2% порошку цеоліту);
• укрупненням частинок порошку з утворенням гранул і таблеток;
• герметизацією ємностей для зберігання порошків.