Измельчением твердых тел получают дисперсные системы с жидкой и твердой дисперсионной средой. Дисперсные системы с

7—766

Рис.

12.4. Получение дисперсных систем распыливанием

жидкой дисперсной фазой, т.е. системы типа Ж/Г и Ж/Ж, по­лучают распыливанием (рис. 12.4); масса жидкости (сплошное тело) превращается в капли под действием газового, реже жидко­стного потока. Барботаж связан с подачей в жидкую среду газа или воздуха. В некоторых случаях пузырьки газа могут образовываться в жидкой среде в результате побочных процессов или самопроиз­вольно.

Наиболее распространенным в некоторых отраслях промышлен­ности является измельчение твердых тел. Если в результате измель­чения получают довольно крупные твердые частицы размером в не­сколько миллиметров и даже сантиметров, то такой процесс называ­ют дроблением. Получение частиц размером от 1 до 1000 мкм, т.е. средне- и грубодисперсных систем, называют помолом. Чем больше частицы дисперсной фазы, тем грубее помол. Получение высокодис­персных систем измельчением требует большого расхода энергии, что практически не всегда целесообразно. Поэтому высокодиспер­сные системы чаще получают методом конденсации.

В зависимости от внешнего воздействия и условия разруше­ния твердого тела различают три основных способа измельче­ния: резание (распиливание); под действием сосредоточенной внешней силы (раскалывание, раздавливание, удар) и истира­ние [см. табл. 12.1].

Таблица 12.1 Характеристика основных способов диспергирования

 

Способы	Объекты	Вид дисперсных	Аппараты
		систем
Резание,	Твердые тела, уголь, гор-	Грубодиперс-	Резательные,
распилива-	ные породы, пищевые мас-	ные	отбойные мо-
ние	сы (мясо, рыба,чай, табак,		лотки и др.
	овощи)
Раскалыва-	Полимерные и строитель-	Средне- и гру-	Дробилки, валь-
ние, раз-	тельные материалы (це-	бодисперные	цевые станки,
давливание,	мент, красители, пигменты,		жернова
удар, исти-	наполнители, керамические	Высокой	Мельницы,биче-
рание	порошки, композиции спла-	среднедиспер-	вые машины
	вов, огнеупоров и др.). пи-	сные
	щевые массы (мука, крупа,
	кофе, комбикорма и др.)
Распылива-	Полимерные и другие мате-	Средне- и гру-	Распылитель-
ние	риалы, молоко, жидкости, в	бодисперсные	ные устройства
	том числе и топливо
Барботаж	Пены в качестве промежу-		Барботажные
	точного и готового продукта		машины

Измельчение является основным технологическим процессом мукомольного производства. Измельчение вымытого картофеля — один из важнейших циклов картофельно-крахмального производства. В процессе измельчения происходят вскрытие клеток картофельного клубня и освобождение зерен крахмала.

Измельчение часто осуществляется постадийно, т.е. сначала одним способом получают крупные частицы, а затем другим дробят их на более мелкие.

Кроме способов, перечисленых в табл. 12.1, диспергирование осуществляется с помощью акустических в том числе и ультразву­ковых и электрических установок. Ультразвуковые способы реа­лизуются с помощью аппаратов,оснащенных магнитострйкцион-ными преобразователями, свистками и другими генераторами ультразвука. Действие ультразвукового поля по диспергированию основано на явлении кавитации-образовании заполненных газом полостей, захлопывании их и возникновении упругой волны. Электрические аппараты сообщают избыток электрических заря­дов распыляемой жидкости, что приводит к отталкиванию одно­именных зарядов и дроблению жидкости на капли.

Диспергирование характеризуется степенью диспергирования. Она определяется отношением размеров исходного продукт^ и частиц дисперсной фазы полученной системы. Степень дис­пергирования можно выразить следующим образом:

где d_H; d_K; В_н; 2?_к; V_H; V_K — соответственно диаметр, площадь поверхности* объем частиц до и после диспергирования.

Таким образом, степень диспергирования может быть выра­жена в единицах размера (ос,), площади поверхности (а₂) иди объема (а₃) частиц дисперсной фазы, т.е. может быть линейной, поверхностной или объемной.

Соотношение между ними можно показать на следующем примере. В ре­зультате измельчения сахара-песка с размером частиц й_щ - 10 мм в сахарную пудру с размером частиц eL = 10 мкм получаются следующие значения степени диспергирования: а, = 10* а₂ = 10^би otj = 10⁹. Степень диспергирования а₃, которая применительно к картофельно-крахмальному производству характе­ризуется как отношение объема вскрытых клеток крахмала к общему объему крахмала в картофеле, колеблется в пределах 80—100.

Для коллоидной химии как науки о поверхностных явлениях большее значение имеет степень диспергирования, выраженная через поверхность раздела дисперсной фазы с дисперсионной средой, — а₂.

Работа W, необходимая для диспергирования твердого тела или жидкости, затрачивается на деформирование тела W_R и на образование новой поверхности раздела фаз W_a, которая изме­ряется работой адгезии. Деформирование является необходимой

 

предпосылкой разрушения тела. Согласно ПА.Ребиндеру рабо­та диспергирования определяется по формуле;

V, (12.5)

где о* — величина, пропорциональная или равная поверхностному натяжению на границе раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой; АВ — увеличение поверхности раздела фаз в результате диспергирования; К— объем исходного тела до диспергирования; к — коэффициент, эквивалентный работе деформирования единицы объема тела.

При дроблении одного килограмма сахара в пудру величина Д2? равна 500 — 5 = 495 м², а а* = 400 мДж/м². Рассчитанная по формуле (12.5) работа образования новой поверхности после диспергирования W равна 198 Дж/м²; это примерно соответствует энергии, необходимой для испарения 0,1 кг воды. При учете огромных масштабов производства и широкого применений дис­пергирования неудивительным становится тот факт, что на получение дисперсных систем расходуется примерно 5% от общего потребления энергии в промышленности.

При помощи методов коллоидной химии можно в некоторых случаях существенно (до 50%) снижать затраты энергии, необхо­димые для диспергидрвания. К числу таких методов относится адсорбционное понижение прочности (см. параграф 6.3). В резуль­тате адсорбции ПАВ на поверхности твердого тела снижается меж­фазовое поверхностное натяжение [величина а* в формуле (12.5)], облегчается деформирование твердого тела (уменьшается коэффи­циент к этой формулы). По этой причине небольшие добавки ПАВ, всего до 0,1% по отношению к массе продукта, позволяют значи­тельно снизить расход энергии на диспергирование.

Снижение энергии диспергирования достигается за счет со­четания различных методов (например, помбл с одновременной вибрацией), проведения процесса в жидкой Среде с использова­нием ударной силы потока жидкости, а таюке за счет способов, о которых речь шла ранее.