Силы взаимодействия при гранулировании
В процессах гранулирования проявляются почти все известные виды физико-механических и физико-химических связей между частицами. Наиболее полная характеристика различных межчастичных связей в процессе образования гранул приведена в работе [186]. В ней рассмотрены следующие силы, действующие на частицы при росте и формировании гранул: капиллярные и поверхностно-активные силы на границе раздела твердой и жидкой фаз; адгезионные силы, возникающие в адсорбированных слоях; силы притяжения между твердыми частицами (мономолекулярные силы Ван - дер-Ваальса и силы электростатического притяжения); силы связи, обусловленные образованием материальных мостиков, возникающих при спекании, химической реакции, затвердевании связующего, плавлении и кристаллизации растворенного вещества при сушке. С учетом этого все известные виды связей при гранулировании сведены нами в общую классификационную схему (рис. 11-2).
|
Рис. II-2. Классификация связей между частицами при росте и формировании гранул. |
Рис. ІІ-З. Сопоставление связей между частицами при различных механизмах сцепления и размерах частиц.
Для формирования гранул из исходных частиц порошкообразного материала необходимо обеспечить их сближение на такое расстояние, при котором проявляется действие указанных сил. В том случае, когда гранулы могут быть получены без добавления жидкой фазы (связующих жидкостей), применяют «сухое» гранулирование (например, методом прессования). При этом сцепление обеспечивается ван-дер-ваальсовскими и электростатическими силами связи.
При гранулировании методом окатывания более результативными оказываются связи между частицами, обусловленные капиллярными силами, что объясняется использованием жидкофазного связующего и образованием кристаллических мостиков.
Сопоставление приведенных на рис. II-1 видов прочностных связей, вызванных действием различных механизмов межчастичного сцепления, представлено на рис. П-З. Горизонтальной штриховой линией диаграмма разделена на две половины: для области / характерны силы связи, образованные связующим при поверхностном соприкосновении. Активная поверхность взаимодействия частиц при этом определяется в основном внешней энергией или давлением и в меньшей мере зависит от размера частиц исходного сыпучего материала. Область П иллюстрирует более слабые связи, обусловленные капиллярным сцеплением и кристаллическими мостиками. Для этой области наблюдается увеличение прочности связи с уменьшением размера частиц.
Область значений прочности электростатических связей, малозависящей от размера частиц, находится ниже области II. Наклонные прямые разделяют диаграмму на области различных механизмов связей, прочность
которых не зависит от размера частиц. Для мелких частиц размером менее 10 мкм силы Ван-дер-Ваальса оказываются более эффективными, так как расстояния между частицами достаточно малы.
Граничная прямая области А рассчитана для среднего расстояния между частицами 3 мкм. Область В соответствует силам сцепления, обеспечиваемым адсорбционными пленками. В этой области преобладают силы Ван-дер-Ваальса. Область С иллюстрирует прочность связей, вызванных действием обоих механизмов: пленочного натяжения в жидкостных мостиках и отрицательного гидростатического давления в капиллярах. Выше области С возможно образование еще более прочных связей, обеспечиваемых спеканием, а также добавлением клейких или связующих веществ (область D).
Рассмотрение видов связей и сопоставление их прочностных характеристик имеют особое значение при анализе механизма и кинетики процесса гранулирования, осуществляемого различными методами.
Глава III
