Ресурсосберегающая и экологически безопасная технология процесса капсулирования твердофазных и жидкофазных продуктов (1091175), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

Для математического описания такогопроцесса рассматриваемый объект кристаллизации условно подразделяют на38три зоны: перегретого расплава, переходную (2х-3х фазную) зонунеизотермической объемной кристаллизации и зону кристаллической фазы.При более детальном рассмотрении в работе [3] дано математическоеописание и метод решения для модели процессов переноса и кинетикипревращения, содержащей 5 зон: 1 – конвективный (в том числе, за счетСтефановского потока расплава в переходную зону) перенос тепла вперегретом расплаве; 2 – аналогичный перенос тепла в метастабильном(переохлажденном расплаве); 21 – зарождение и рост кристаллов (центровпревращения)иконвективныйисточникамивзонекристаллизации;3неизотермическойперенос«нестеснѐнной»–тоже,новкристаллизации(втепласобъѐмнойзонераспределенныминеизотермической«стеснѐнной»зонах2,3объѐмнойформируетсясосредоточенная внешняя усадка, а в замкнутой кристаллической коркойсреде - сосредоточенная усадочная полость); 4 – зона, в которую из-засросшихся кристаллов не возможна фильтрация расплава, но существуютобласти с захваченным кристаллической фазой еще незакристаллизованнымрасплавом, где в ходе его кристаллизации формируется распределѐннаяусадочная пористость; 5 – движущаяся последовательно кристаллическаяфаза с распределенной усадочной пористостью, которая меняется в ходеполиморфных превращений и роста плотности кристаллической фазы при еѐохлаждении [3].

Даже при введении необходимых упрощающих допущенийвозможно лишь численное решение задачи.1.3.3.4. Оценка возможного механизма превращенияОценить наиболее вероятный механизм фазового превращения можноэкспериментально,определяяположениемежфазнойграницыитемпературные поля в фазах или степень превращения в различные моментывремени. Для решения данной задачи аналитическим методом рассматриваютфазовыепревращениянеизопотенциальногов(врамкахобобщеннойчастности,задачиСтефананеизотермического)илиобъемного39превращения. При этом решение представляет собой системы нелинейныхуравнений переноса (в частности, теплопроводности с сосредоточенными ираспределенными источниками тепла), сопряженные с уравнениями (вчастности, интегральными), описывающими кинетику превращений, которыене имеют точного аналитического решения.В работе [3] предложено оценивать механизм превращения сиспользованием зависимостей кинетики кристаллизации ωЗ = f(∆ts) и (),полученныхопытнымпутем.Есливходефазовогопревращения(кристаллизации) выполняется условие: V  1   ( )‚ (t )d  1  Џ’Љt  f ( ),тодотекущего(1.9)значениявременипревращениеидетпопоследовательному механизму.

В противном случае: V  1  ( ) З ( t )d  1  индt  f ( ),(1.10)- по объемному. Между неравенствами наиболее вероятен объемнопоследовательный механизм превращения.1.4. Методы, технологии и аппаратурное оформление полученияэмульсионных системОбширное использование эмульсионных систем в различных областяхпромышленности обуславливает высокий интерес к данной области иобширные научно-практические разработки.Эмульсии применяются в пищевой промышленности, в частности припроизводстве майонезов,маргарина,промышленностиизготовленииприсоусовимоющихт.д.,вхимическойкомпозиций[60],концентрированных пигментов для окраски, водоэмульсионных красок,пеногасителей и пенорегуляторов, различных смазок [60, 61].

Средства40зашиты растений, применяемые в сельском хозяйстве, часто изготавливаютсявформеконцентрированныхэмульсий[12].Вкосметическойпромышленности в эмульсионной форме изготовляются крема, лосьоны,мыла [60, 62]. Также эмульсии широко применяются в медицине ифармацевтике – целый ряд препаратов изготавливают в эмульсионной форме,зачастую наиболее приемлемой для усвоения организмом и доставкидействующего вещества по назначению [62, 63].

Одной из сфер примененияэмульсий в промышленности является их применение в качестве средствапереноса активных соединений, таких как вкусоароматические вещества,витамины, антиоксиданты, фитохимические соединения, лекарственныесредства, химикалии и др. [64].Перспективным направлением является применение эмульсий вдорожном строительстве при изготовлении битумных эмульсий: прикомнатной температуре битум представляет собой исключительно вязкуюжидкость, непригодную для создания дорожных покрытий без его разогрева.Для решения данной проблемы широко используются разжиженные битумы- битумные эмульсии, которые представляют микро-гетерогенные системы,состоящиеизвзаимнонерастворимыхжидкостей(водаибитум),распределѐнных одна в другой. Другим преимуществом эмульсии передчистым мазутом является то, что для ее приготовления не обязательноиспользовать чистую воду [65].Улучшенные эксплуатационные характеристики по сравнению смазутомпоказываюттопливно-водныеэмульсии,применяемыевводогрейных котельных, работающих на жидком топливе – вода в массемазута распределяется равномерно, на молекулярном уровне, а в дополнениек этому в мазуте разрываются парафиновые цепочки, структура мазутастановится равномерной и однородной по всей массе.

Сжигание эмульсиивместо чистого мазута позволяет уменьшить содержание вредных примесей вотходящих газах (оксиды углерода, серы, азота), значительно сократить41выброс твердых частиц. Все это происходит за счет более полного сжиганиятоплива [66].Основными практическими задачами при изготовлении эмульсийявляются вопросы получения эмульсий с необходимой структурой истабилизация полученных систем в течение заданного времени. На практикеустойчивые эмульсионные системы получают, используя несколько методовэмульгирования в комплексе.1.4.1. Эмульгирование и стабилизация эмульсий с помощью поверхностноактивных веществДанный способ эмульгирования основан на способности отдельногокласса соединений – поверхностно-активных веществ – адсорбироваться намежфазной поверхности со снижением на ней поверхностного натяжения и,следовательно, уменьшением работы, необходимой для образования новойповерхности (дробления капель дисперсной фазы) [67, 68].

Наиболеевысокую поверхностную активность испособность к стабилизацииразличных дисперсных систем проявляют коллоидные ПАВ, причем, ихактивность зависит, главным образом, от длины углеводородного радикала[68]. В работе [69] приведена методика эмульгирования эпоксидных смолразличных марок в присутствии неионогенных ПАВ двумя способами:прямым эмульгированием смол в воде в присутствии ПАВ и обратнымэмульгированием путем постепенного введения воды в эпоксидныйолигомер, содержащий эмульгатор, до образования эмульсии «вода в масле»,при этом, дальнейшее добавление воды приводит к обращению фаз.Оказалось, что концентрация и тип применяемых поверхностно-активныхвеществ оказывает непосредственное влияние на устойчивость, размеркапель и тип (прямые или обратные) эмульсий. Готовые эмульсионныесистемы отверждали с образованием твердых эпоксидных покрытий.В работе [70] показано, что на коллоидно-химические свойства ПАВможет, в свою очередь, влиять природа дисперсной фазы.

Так, поверхностная42активность, максимальная адсорбция, толщина адсорбционного слоя,солюбилизирующая способность водного раствора ПАВ на границе сфторуглеродами заметно обличается от тех же свойств на границе суглеводородами, что необходимо учитывать при получении эмульсий сиспользованием данных ПАВ.1.4.2. Механическое эмульгированиеДанный способ эмульгирования применяется, как правило, вкупе сдополнительными методами стабилизации, т.к. не позволяет получитьустойчивую некоалесцирующую во времени систему.К диспергирующим устройствам, с помощью которых происходитдробление капель дисперсной среды, можно отнести устройства с мешалкамиразличного строения, гомогенизаторы, ультразвуковые диспергаторы и т.д.Также к механическим способам эмульгирования относится встряхиваниежидкостей, образующих эмульсию (в присутствии эмульгатора) в закрытыхсосудах и пропускание через слой эмульгируемой системы мелких пузырьковинертного газа.

В работе [69] эмульгирование проводилось на лабораторнойдиспергирующей установке при частоте вращения мешалки около 7000об∙мин-1, при этом авторы отмечают, что при эмульгировании эпоксиднойсмолы без добавок ПАВ, т.е. без образования адсорбционного слоя намежфазнойгранице,системаоказываетсянеустойчивойибыстрорасслаивается. Интенсивность и способ дробления определяется требуемойвеличиной капель и природой присутствующих в системе веществ [68, 69].1.4.3. Эмульгирование при массопереносе третьего компонента черезмежфазную границуДанный способ основан на различной растворимости эмульгатора вдисперсной и дисперсионной средах. Эмульгатор растворяют в той среде,сродство (растворимость) в которой у него меньше, и добавляют систему вовторую фазу.

При этом эмульгатор диффундирует через границу раздела в43фазу с лучшей растворимостью из исходной среды, захватывая с собой каплипоследней.Диффузионныймеханизммикроэмульгированияприпереносенеионогенного ПАВ через межфазную границу рассмотрен в работе [70] напримере системы водный раствор НПАВ – о-ксилол. При этом установлено,что количество НПАВ, продиффундировавшее из водного раствора, частичнопереходит в объем углеводородной фазы, а диффузионный поток НПАВмаксимален в первые моменты диффузии и полностью прекращается стечением времени.1.4.4.

Эмульгирование при образовании ПАВ на межфазной границеВ работе [71] описан способ проведения эмульсионной полимеризациипри образовании ПАВ непосредственно на межфазной границе в результатереакции нейтрализации органической кислоты щелочью с образованиемэмульгаторов: лаурата, миристата, пальмитата и стеарата калия.

Такжеуказывается, что образование ПАВ на межфазной границе приводит кинтенсивному микроэмульгированию, а, вследствие этого, образованиюбольшегочислаполимерно-мономерныхчастицприинициированииполимеризации и соответствующему увеличению скорости процесса посравнению с традиционным способом введения готового ПАВ в систему.Теоретические аспекты условий образования и стабилизации эмульсийважны для создания стабильных систем с заданными свойствами.1.5.Теоретическиеосновыописанияусловийэмульгирования,стабилизации и характеристик эмульсионных системВ лиофильных (стабилизированных) системах процесс формированиякапли новой фазы, как и в случае других фазовых превращений, связан споявлением и ростом зародыша коллоидно-дисперсных частиц.

Характеристики

Список файлов диссертации