Ресурсосберегающая и экологически безопасная технология процесса капсулирования твердофазных и жидкофазных продуктов (1091175), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Таким способом также могут бытьполучены многослойные частицы.Для получения аммиачной селитры, покрытой специальным веществоми применяемой в качестве водоустойчивого граммонита, гранулы исходнойаммиачной селитры «догранулировали» окатыванием в барабане расплавомNH4NO3 с добавками. Затем горячие гранулы подавали на капсулированиерасплавом спец. вещества в барабане при окатывании (в соотношении 79/21).Померепродвиженияпродуктавбарабанеповерхностьгранулгидрофобизировали композициями на основе петролатума и битумных илиалкидных смол. В виду токсичности паров спец. вещества на последнейстадии использовали испарительное охлаждение водоустойчивого спец.вещества на выходе из барабана водой [7].1.2.10.

Технологии энерго-ресурсосбережения и повышения экологическойбезопасности процессов гранулирования и капсулированияОдним из способов решения задачи повышения энергоэффективности вобласти гранулирования является предложенная в работе [6] схемагранулирования кристаллизацией капель расплавов в жидких (кипящих)хладоагентах с узлом полезного использования теплоты гранулирования засчет «снятия» ее кипящей водой (конденсатом) в теплообменникерекуперативного типа с паров кипящего раствора капсулянта, в которомгранулировался диспергированный на капли расплав азотсодержащего33удобрения и "подъемом" ее на требуемый температурный уровень спомощью "теплового насоса" [6].Также одним из путей экономии дорогостоящих капсулирующихпокрытий может стать применение многослойного капсулирования, сутьюкоторогоявляетсяпокрытиегранулыпервым,армирующимслоем(подложкой), в качестве которого используют дешевые покрытия.

Вдальнейшем на эту подложку наносится тонкая пленка необходимогофункционального (и зачастую дорогого) покрытия.Дляуспешногоосуществленияпроцессовгранулированияипоследующего (либо совмещенного) капсулирования гранул, а такжеобеспеченияточногохарактеристикам,соответствиянеобходимочеткоеготовогопродуктаматематическоезаданнымописаниеэтихтехнологических процессов.1.3.Основы математического описания процессов со структурнойперестройкой исходной системыОбязательнымэтапомлюбогофазовогопревращенияявляетсязарождение и рост центра новой фазы c последующими явлениями переносав фазах. Авторами работ [3, 10] предложено рассматривать процессыгранулирования, кристаллизации, коагуляции, коалесценции и др.

формальноаналогичными с точки зрения механизма зарождения и роста новой фазы, атакже принципов теоретического и экспериментального рассмотрениякинетических параметров данных процессов. Так, образование и ростцентров «новой» фазы рассматривается как последовательное присоединениеи отрыв структурных элементов «старой» фазы к центру «новой» фазы сопределенной вероятностью, причем, если процесс отрыва структурныхэлементов является более вероятным, происходит плавление, дробление(истирание) гранул (агрегатов) и капель [3]. Если же более вероятнымявляется процесс присоединения элементов, протекает кристаллизация,гранулирование,коалесценция,коагуляцияит.д.Такимобразом,34образование локальных флуктуаций «новой» фазы носит вероятностныйхарактер [3].1.3.1.

Теория и практика определения скоростей зарождения центровновообразованийТеоретические зависимости, полученные для определения скоростейзарожденияцентровновообразований,включаяимитациюзародышеобразования и роста новой фазы вычислительным экспериментом,дают лишь качественную оценку параметров. Для количественногоопределения этих значений используются экспериментальные данные.В работах [3, 6, 56, 57] (результаты в [56, 57] получены совместно сА.Л. Тараном и А.Ю. Таран) подробно описана методика опосредованногоэкспериментального определения скорости зарождения центров фазовогопревращения, разработанная на кафедре ПАХТ МИТХТ Согласно даннойметодике, основанной на положении о вероятностном характере этогопроцесса, скорость зарождения трактуется как наиболее вероятное числозародышей М(), образующихся в единице объема ―старой‖ фазы V в единицувремени  [17, 51]:З 1 dM ( ).V d(1.6)Скорость зарождения центров превращения может быть определена поэкспериментальным данным, фиксирующим момент начала превращения, сиспользованием зависимостей в бесконечно малых и конечных приращениях.В случае, если при изопотенциальном превращении полученныйграфик зависимости - ln[1  F ( )] = f(τ) имеет линейный характер, имеет местостационарный процесс зародышеобразования ωЗ= const.

Это характерно длякристаллизациинизкомолекулярныхрасплавов,рядаполиморфныхпревращений, гранулирования порошков. Если график - ln[1  F ( )] = f(τ)криволинеен, то зародышеобразование нестационарно ωЗ = f(τ). Этузависимость можно получить, разбив отрезок времени на ряд участков ∆τ, и,35определив на каждом из этих участков ωЗ(τ).Адекватность методики определения з ходу реального процессадоказана удовлетворительным (доверительный интервал с вероятностью90%) согласованием расчѐтных и независимых экспериментальных значенийпродолжительностей индукционных периодов, предшествующих началупревращения [3].1.3.2.ТеорияипрактикаопределенияскоростейростацентровновообразованийКак и в случае скорости зарождения центров превращения, для оценкискорости роста в инженерных расчетах используют экспериментальнополученные зависимостиʋл = (∆ ) [3, 6].

Непосредственные методыоценки применимы также только для оптически прозрачных систем и приотносительно малых скоростях роста. Согласно данной методике, линейнуюскорость роста центров превращения определяли опосредовано, фиксируязависимость степени превращения во времени, по которой, определивпредварительно скорость зародышеобразования ωЗ, рассчитывали линейнуюскорость роста ʋл.

В основу расчѐта положены выведенные в [3] формулы длярасчета зависимости степени объѐмного превращения () от времени вусловияхгомогенногоигетерогенногозародышеобразования,соответственно.Для практических расчетов ʋл по экспериментально определеннымзависимостям = () в случае «нестеснѐнного» ʋл ≠ () и «стеснѐнного»ʋл = () роста используют разностные аналоги уравнений. На практикевыбор расчѐтного уравнения определяется наличием или отсутствием инд .Затем пошагово по времени, зная связь и находят л [3].1.3.3. Механизмы и динамика процессов фазовых превращенийМеханизмы фазового превращения подразделяются на объемные,последовательные и объемно-последовательные.

Данная классификация36основываетсянасоотношениискоростейзарожденияиростановообразований, а также интенсивности переноса субстанции.1.3.3.1. Последовательное фазовое превращениеДанный механизм реализуется в случае преобладания скорости ростанад скоростью зарождения новой фазы. Он контролируется отводом тепла отмежфазной границы и линейной скоростью еѐ роста  [3].

Из-за наличия умежфазной границы переохлажденной области необходимо контролироватьвероятность появления в последней центра новой фазы Р по уравнению [3]: к Vs   dV d ,(1.7)З0 0где–Vs―существования‖.кристаллизации,объемпереохлажденнойПричемдляобласти,Рдолжнобытьрасчетаданногопараметракменьше–1.времяВеѐслучаенеобходимознатьзависимость скорости зарождения центров кристаллизации (полиморфногопревращения) от температуры t (переохлаждения ∆ts) ωЗ= f(∆ts) итемпературное поле в переохлажденной области t = f(V, [3, 59].Из-за разности плотностей расплава и кристаллической фазы возникаетусадочная пористость объемом VП. Если на момент образования полостирасплав уже покрыт коркой кристаллизующегося вещества, образуетсявнутренняя полость.

Она принимает такую форму, которая соответствуетпринципу минимума удельной поверхностной энергии S  ( ) ( ) / V ( ) мин. При этом на соответствующую величину деформируется свободнаяповерхностьуровня[3].Максимальныйобъемусадочнойполостиопределяется по уравнению:V  VK    (t  )   б (t  ),  (t  )(1.8)где VК(τ) - текущий объѐм кристаллической фазы, ρк и ρж – плотностикристаллической и жидкой фаз соответственно.37Приохлаждениии,какследствие,измененииплотностикристаллической фазы может возникать внешняя усадка (уменьшениеобъема) гранулы.

Это приводит к возникновению термических напряжений итрещин на поверхности гранулы.1.3.3.2. Объемное фазовое превращениеВ случае, когда скорость зарождения новой фазы преобладает надскоростью роста, реализуется механизм изопотенциального объемногофазового превращения. При ряде допущений (игнорировании индукционногопериода, предшествующего началу превращения, раскалывания, агрегациикристаллов) процесс описывается уравнением Колмогорова-Авраами [6].Если процесс объемного превращения лимитируется кинетическимифакторами и явлениями переноса, (т.е. протекает в анизотропном попараметрам превращения пространственно-временном континууме), тореализуетсямеханизмнеизопотенциальногообъемногофазовогопревращения, в частности, неизотермической объемной кристаллизации. Вслучае неизотермической объѐмной кристаллизации и полиморфногопревращения, нужно решать сопряжѐнную задачу образования и ростацентров новой фазы и переноса тепла и вещества с распределѐннымиисточниками (стоками), с переменными коэффициентами всех уравненийматематической модели [3].

Для решения этой задачи необходимо большоеколичество неоправданных упрощений. На данный момент проблемаматематического описания неизопотенциального объѐмного превращенияостается открытой.1.3.3.3. Объемно-последовательное фазовое превращениеНа практике возможно совместное протекание названных вышемеханизмов: осуществление последовательного, а перед его фронтомнеизопотенциального объемного превращения, или образование и движениеразрушенного плоского фронта.

Характеристики

Список файлов диссертации