Анализ влияния свойств нанодисперсных систем на конструкции технологического оборудования

В настоящее время в промышленности применяют большое количество дисперсных (в том числе и нанодисперсных) материалов, имеющих различные физико-механические и физико-химические свойства. Их необходимо учитывать при разработке и использовании различного технологического оборудования, а также при проведении технологических процессов. Смешивание, иногда являющееся вспомогательным технологическим процессом и широко применяемое во многих отраслях промышленности, определяет качество готовой продукции. Влияние реологических свойств смешиваемых компонентов на процесс приготовления смеси и конструкцию оборудования известно давно. Однако проектировать процессы смешивания и смесители без учета характеристик дисперсных материалов (насыпной и собственной плотности, размера и формы частиц, коэффициентов внутреннего и внешнего трения, гигроскопичности, адгезивности и др.) затруднительно. Как правило, при рассмотрении технологических процессов и разработке оборудования внимание уделяется производительности, времени процесса, энергозатратам и другим показателям. Однако влияние геометрических параметров оборудования на процесс смешивания и динамику перемещений дисперсных материалов в реакционном объеме не изучено. На примере гравитационного смесителя проведено исследование процесса смешивания дисперсных материалов, имеющих различные размеры и насыпную плотность. Установлены основные факторы, влияющие на качество смешивания и конструктивные параметры оборудования для обработки дисперсных материалов. Даны практические рекомендации для специалистов, занимающихся проектированием смесительного оборудования. Однако они носят общий характер, так как дать однозначные рекомендации проблематично и некорректно вследствие огромного разнообразия дисперсных материалов и, соответственно, их физико-механических свойств, а также особенностей смесителей.

Литература

[1] Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. Москва, Машиностроение, 1973. 216 с.

[2] Баранцева Е.А., Мизонов В.Е., Хохлова Ю.В. Процессы смешивания сыпучих материалов: моделирование, оптимизация, расчет. Иваново, ИГЭУ, 2008. 116 с.

[3] Андрианов Е.И. Методы определения структурно-механических характеристик порошкообразных материалов. Москва, Химия, 1982. 256 с.

[4] Веригин А.Н., Панферов А.А., Емельянов М.В., Незамаев Н.А. Качество смешивания многокомпонентных дисперсных материалов. Известия СПбГТИ (ТУ), 2015, № 31, c. 75–83.

[5] Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. Ленинград, Химия. Ленингр. отд-ние, 1987. 262 с.

[6] Кафаров В.В., Дорохов И.Н., Арутюнов С.Ю. Системный анализ процессов химической технологии. Процессы измельчения и смешения сыпучих материалов. Москва, Наука, 1985. 440 с.

[7] Wangchai S., Hastie D., Wypych P. Particle Size Segregation of Bulk Material in Dustiness Testers via DEM Simulation. Particulate Science and Technology, 2016, vol. 36, iss. 1, pp. 20–28, doi: 10.1080/02726351.2016.1205688

[8] Смоловик В.А., Росляк А.Т. Влияние основных свойств сыпучих материалов на характеристики низкоскоростного пневмотранспорта Теоретические основы химической технологии, 2007, т. 41, № 6, c. 630–633.

[9] Селиванов Ю.Т. Движение сыпучего материала в продольном и поперечном сечениях барабанного классификатора. Вестник ТГТУ, 2016, № 4, с. 615–623, doi: 10.17277/vestnik.2016.04

[10] Roessler T., Katterfeld A. Scaling of the angle of repose test and its influence on the calibration of DEM parameters using upscaled particles. Powder Technology, 2018, no. 330, pp. 58–66, doi: 10.1016/j.powtec.2018.01.044

[11] Berthiaux H., Mizonov V., Zhukov V. Application of the theory of Markov chains to model different processes in particle technology. Powder Technology, 2005, vol. 157, no. 1–3, pp. 128–137, doi: 10.1016/j.powtec.2005.05.019

[12] Волков М.В., Королев Л.В., Таршис М.Ю. Математическая модель процесса смешивания сыпучих материалов в новом устройстве гравитационно-пересыпного действия. Фундаментальные исследования, 2014, № 9–5, c. 960–964.

[13] Селиванов Ю.Т., Першин В.Ф. Расчет и проектирование циркуляционных смесителей сыпучих материалов без внутренних перемешивающих устройств. Москва, Машиностроение-1, 2004. 120 c.

[14] Комченко Е.В., Басюк С.П. Влияние материала стенок бункера на истечение различных сыпучих материалов. Энергосбережение и энергосберегающие технологии в АПК. Сб. науч. тр., Зерноград, ФГОУ ДПО Ростовский институт повышения квалификации кадров АПК, 2003, вып. 1, с. 145–149.

[15] Мищенко С.В., Ткачев А.Г. Углеродные наноматериалы. Производство, свойства, применение. Москва, Машиностроение, 2008. 320 с.

[16] Таров Д.В., Гурова Т.В., Шубин И.Н. Аппаратурное оформление функционализации нанотрубок стеаратом титана. Вестник Тамбовского государственного технического университета, 2015, т. 21, № 2, с. 360–366.

[17] Першина С.В., Першин В.Ф., Ткачев А.Г., Шершукова А.И. К вопросу промышленного использования углеродных наноматериалов. Приборы, 2007, № 10(88), с. 57–60.

[18] Букатин А.И., Ферапонтов Ю.А., Ульянова М.А., Шубин И.Н., Ткачев А.Г. Определение размера частиц углеродных наноструктурированных материалов, полученных пиролизом пропан-бутановой смеси на металлическом катализаторе. Вестник Тамбовского государственного технического университета, 2007, т. 13, № 1, с. 94–100.

[19] Першин В.Ф., Алсайяд Т.Х.К., Пасько Т.В., Пасько А.А. Определение углов и коэффициентов трения углеродных наноматериалов. Ползуновский вестник, 2018, № 4, с. 184–188.

[20] Citakovic N. Physical properties of nanomaterials. Military technical courier, 2019, vol. 67, iss. 1, pp. 159–171, doi: 10.5937/vojtehg67-18251

[21] Guo D., Xie G., Luo J. Mechanical properties of nanoparticles: Basics and applications. Journal of Physics D Applied Physics, 2014, vol. 47(1), pp. 1–25, doi: 10.1088/0022-3727/47/1/013001

[22] Filippov A.A., Fomin V.M. Determination of the mechanical characteristics of nanomaterials under tension and compression. Journal of Physics: Conference Series, 2018, vol. 991, pp. 1–7, doi: 10.1088/1742-6596/991/1/012020

[23] Gatoo M.A., Naseem S., Arfat M.Y., Mahmood Dar A., Qasi, K., Zubair S. Physicochemical properties of nanomaterials: Implication in associated toxic manifestations. BioMed Research International, 2014, vol. 2014, no. 498420, doi: 10.1155/2014/498420

[24] Jeon S.K., Jang H.S., Kwon O.H., Nahm S.H. Mechanical test method and properties of a carbon nanomaterial with a high aspect ratio. Nano Convergence, 2016, vol. 3, iss. 29, pp. 1–10, doi: doi.org/10.1186/s40580-016-0089-3

[25] Citakovic N.M. Physical properties of nanomaterials. Military Technical Courier, 2019, vol. 67(1), pp. 159–171, doi: 10.5937/vojtehg67-18251

[26] Долгунин В.Н., Борщев В.Я. Быстрые гравитационные течения зернистых материалов: техника измерения, закономерности, технологическое применение. Москва, Машиностроение-1, 2005. 112 с.