автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Тепло и массообмен при замораживании растворов в вакуум-сублимационной технологии получения ультрадисперсных порошков неорганических солей

; Г':!

лшсковская государственная академия

химического машиностроения

На правах рукописи

ИВАНОВ ВАДИМ ИГОРЕВИЧ

удк 6с.047.25

ТЕПЛО И МАССООБМЕН ПРИ ЗАМОРАЖИВАНИИ РАСТВОРОВ В ВАКУУМ-СУБЛИМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЛЕЙ

специальность 05.17.08 — Процессы и аппараты химической технологии

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

(

Работа выполнена в Московской Государственной академии химического машиностроения.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор ВОЛЫНЕЦ Анатолий Захарович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Майков Виктор Павлович, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Семенов Геннадий Вячеславович.

Ведущая организация: Московская Государственная академия прикладной биотехнологии.

Защита состоится « с^Ръ января 1994 года в « » часов на заседании специализированного совета К 063.44.04 по специальности 05.17.08 — Процессы и аппараты химической технологии — в Московской Государственной Академии химического машиностроения, по адресу: 107887, ГСП, Москва, ул. Старая Басманная, 21/4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской Государственной Академии химического машиностроения.

Автореферат разослан «.'/9 » декабря 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

Л. Г. ЦЫГАНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность' темы. Научно-технический прогресс во многих отраслях промышленности в значительной степени определяется созданием новых материалов. В этой связи интерес представляет получение ультрадисперсных порошков (УДП) неорганических содей,ив которых могут Сыть синтезированы материалы различного функционального назначения, обладающие улучиенными качественными характеристика)/!! или новыми уникальными свойствами.

Большая удельная поверхность УДП обусловливает эффективность их применения в таких процессах как: адсорбция, гетерогенный катализ, горение твёрдых топлив и других. Использование УД11 неорганических солей позволяет добиться высокой степсии однородности смесей, что является важной предпосылкой создания уникальных ' материалов. Из известных методов получения ультрадисперсных порошив солей наиболее перспективным является криохи-мический метод. Криохимический метод используется при создании новых материалов, применяемых в электронике, лазерной п космической технике, химической промышленностиt а так>е п микробиологии и медицине.

Успех применения криохимической технологии достигается при услозшт, если стадия замораживания проводится с высокой интенсивность!). При этом ультрадисперсная структура материала сохраняет пространственное распределение компонентов Слизкое к их распределении в исходном растворе.

Наиболее перспективным способом организации стадии oo.Mopawi-вания является испарительное эамораяшание в вакууме. При гриме-нении этого способа сочетаются высокие качество УДП и технологичность процесса.

С использованием криохимической технологии сегодня получают различные марки £ерритов, высокотемпературной' сверхпроводящей керамики, а тага» различные пьезо-, сегнето-, пиро- и диэлектрики. Материалы, полученные криохимическим методом,- почти полностьа сохраняют первоначальные свойства, а такта могут, значительно превосходить материалы, полученные другими методами. УДП,. полученные этим методом, имеют высокую степень химической однородности и .

* В научном руководстве принимал участие к. т. и. В. И. Паткий.

сравнительно Сохл,яра удобную поверхность. Сохраняются свойства биологических ьатершзов. и кино деятельность микроорганизмов.

Кэсиотря на очевидна преимущества, крнохтшческий иетод до сих пор но получая дохлого распространения. Это связано, на нага взгляд, с 0Усу?стЕмэи достаточной полноты в представлении существа процесса в&коровга&кил и, особенно, испарительного замораживания в валууыа. На расгниэ атих проблем и направлена эта работа, »соторая выполнялась о соответствии с координационным планом НИР АП СССР по направлении "Теоретичес!ше основы 'химической технологии" ПО прсЗлэкэ • 2.27.2.6.

Цэльа настояг^й работы шздлется выясненио эаконоигрностей формирования структуру, датерназов при испарительном замораживании аодносолевыз растаорЬв, как основы для достижения необходимого качества конечного продукта и рационального проектирования тохно-догичэсюто оборудования.

Каупая новизна определяется следующим результатами:

- предложена физическая кодель формирования поверхностной и внутренней структуры криогранулята при испарительном эаморадива-ка.: в е&хууыз водносолавых растворов;

'- предложен способ интенсификации испарительного эашрадива-Ш1Я Еодносолевых растворов путей добавления с основной раствор растворителя на стадии испарительного закораливаакл с вакууш;

- проддоаоиа Сизическая кодолъ структурообразоваиия соли при испарительной саашраяивании с с&кууыз квазигеторогешшх сшсей "оодчосолеюй раствор - растворитель".

И. значимость работы составляй:

- способ повшгшш дисперсности материала, еаклшгикзйся а согдаию! кваэигетерогенной сыэси "растЕор - растворитель" при испарительной г&нлр&гшгакии а вакуума, гффест достигается за счат сократил сгадии испарения растворителя из глдкого состояши и частичного устранения поверхностного коркообраэованга в результате 'наличии включений растворителя на поверхности капли водно-солевого раствора.

- сравнительна анализ различных способов повшэния ¡ш-твасиаяости испарительного эашред-.Еашш водносолевьг» растворов;

~ конструкции устройств ввода водносолевых растворов в вш^у-уу, позеолйвдо создавать кЕаэ:5гетерогеннш смеси "раствор -растворитель" при непосредственном ввод© в вакуум;

- определение параметров процесса испарительного замораянва-

ния кваэигетерогенной смеси "раствор - растворитель", позволяйте прогнозировать геометрические характеристик» структуры получаемого продукта.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следугщкх научно-технических конференциях:

- XL.IV научно-технической конференции !5ВСИз, 1Ьсква, 1001;

- ЯУ научно-технической конференции 15ШЙ, 13осква, 1093;

- межреспубликанской научно-технической конференции "Интенсификация процессов химической и аицэвой технологии", Ташкент, 1993.

Публикации. Результаты работы опубликованы в трёх печатных работах.

Структура и обгЭм работы. Диссертация состоит из Еведения, пяти глав, выводов, списка литературы (72 натшованпя), приложений и содержит 156 стр., в том 'аюле 87 стр. основного текста, 34 рисунка и одну таблицу.

На защиту выносится:

- физические модели формования микроструктуры поверхностного и внутреннего слоя криогранулята при испарительном замораживании водно-солевых растворов;

- способ повышения дисперсности материала, заключающийся в создании квазигетерогенной смеси "раствор - растворитель" при испарительном замораживании в вакууме;

- физическая модель структ преобразования соли при испарительном замораживании квазигетерогенных сыэсей "раствор - растворитель";

- конструкции устройств ввода, позволяющие создавать квазигетерогенные смеси "раствор - растворитель" при непосредственном вводе в вакуум.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Методы и аппаратура для экспериментального исследования процесса испарительного замораживания водно-солевых . растворов (глава II).

Исследование закономерностей формирования ультрадисперсной структуры солевого каркаса, образующегося при испарительном замораживании в вакууме, включало в себя три этапа : первый - испари-

пая колонна; 3 - вакуумная камера; 4 - десуОлиштор; б - суОдима-оОр! О - вакуумный насос; 7 - холодильная машша; 8 - емкость о подно-солевшд раствором; 9, 12 - перистальтические насоси; 11 -Оыкость с растворителей; 13 - источник тока; 14 - натекатель,

тельное эашражгаание а вакууме аодно-солевого раствора при взрь» ируашх параметрах процесса в экспериментальной вакуум-распшш-г&льной сублимационной установке (рис. 1), причем для ввода в вакуум использовалось специальное устройство, отличительной осоСен-¿зостью работы которого является термогндро4обиаацня кромок капил-¿дра при распыле растворов; второй - сублимационная суска криог-ранулята (условия супк» должны Сыть таковы, чтобы сформированная на стадии замораживания микроструктура синтезированного продукта оставалась неизменной); третий этап - исследование различными ш-

годами дисперсионного анализа: электронная микроскопия (^пользовался микроскоп "1БМ-35" фирмы ]ВЛ. (Япония)), рассеивание лазерного излучения и седиментация (использовался анализатор частиц • "САРА-700" фирмы НОЯША (Япония)). В завершение устанавливалась взаимосвязь между условиями получения и микроструктурой материала.

Изучение кинетики и структурообразования з процессе испарительного захоранивания в вакууме (глава III).

В ходе предварительного исследования была выяснена взаимосвязь между параметрами процесса и структурой образуются гранул.

Визуальное изучение на электронном микроскопе гранул УДП, полученного испарительным замораживанием водно-солевого раствора НН^СЮцС последующ™ его сублимационным обезвоживанием, показывает, что структура гранулы отличается больпой неоднородностью'по глубине. Поверхностный слой (0.3-1.0 мкм.) значительно отличается от внутреннего. Размер частиц поверхностного слоя 0.15-0.3 мкм., а частицы, расположенные внутри имеют размер 0.05-0.15 мкм.. При этом расстояние между частицами в поверхностном слое значительно меньше, чем во внутреннем. Образование плотного солевого каркаса на поверхности гранулы крайне не желательно, так как может значительно увеличивать гидравлическое сопротивление потоку пара, выделяющегося при испарительном заморажзгаании . Это приводит к увеличению продолжительности стадш сублимационного обезвоживания. Кроме того, присутствие срззнительно крупных частиц, находящихся в поверхностном слое, отрицательно сказывается как на характере распределения частиц по размерам, так и на их среднем размере.

При формировании физической модели образования поверхностной и внутренней структуры процесс испарительного замораживания был условно разбит на три стадга!: первая - испарение растворителя с поверхности капли, появление эародиией и рост• кристаллов соли вплоть до снятия пересыщения; вторая - дальнейший рост кристаллов соли в результате испарения растворителя из жэдкого состояния, гетерогенная нуклеация кристаллов льда вплоть до сня' :я переохлаждения; третья - дальнейсий рост кристаллов льда от поверхности вглубь (формирование внутренней структуры материала).

Изменение 'термодинамического состояния поверхности капли водно-солевого раствора в процессе испарительного замораживания (по предлагаемой физической модели) представлено на рис. 2. Распределение температуры ¡1 концентрации на первом этапе описывается

- 6 -

следующими дифференциальными уравнениями:

вт „ ве* „ $&е*

при граничных условиях: я ^»то *

^-вУ'&т (2)

£•><0;

где массовая скорость испарения растворителя определяется иг уравнения Герца-Кнудсена: . П/т,

(3)

Зависимость Р(Т) определяется из уравнения Клапейрона-Клауэиуса. Шсле дополнения условиям! равновесия соль - раствор (кривая - 1) и границей гомогенной-нуклзации кристаллов соли (кривая - 3) была получена систем:» уравнения, описывающая изменение состоянии поверхности водно-солевого раствора с мамонта ввода в вакуум -т. О до начала роста кристаллов соли - т. М (рис. 2). Эта система уравнений решалась численно с использованием интегрального метода Гудкена, предлояешюго последним для решения уравнений теплопроводности полуогракичешшх тел. При этом предполагалось, что кристаллизация растворенной соли Судет проходить по гомогенному механизму, и дальнейший рост кристаллов соли будет определяться процессом концентрирования в результате испарения растворителя.

В основу физической «.одели формирования поверхностного солевого каркаса такм положено предположение о том, что процесс роста чг""гцц соли на поверхности образца протекает в диффузионной области. Тогда характерный размер ячейки 'Ь юлю определить как Г,-'".гну пути диЗ.}угии мздекули соли иг раствора к кристаллиту солк со скоростьв 14? эа грека ¿V прохоадс-ннл элементом иадкости расстояния Ьк с направлении перпендикулярном к поверхности со скорость» продвижения граккцк образца л а счет испарения вод ц . Еелит.ша шмет см*{сл характс ристического времени задачи.

' Задача (¡ормуднровадась в прнслнлении полуСесконечного тела г.-и1. одномерная и роЕздаеь численно путйм пошагового расчета параметров при условии постоянства скорости испарения растворителя на каждом ваго. Основные караметри поверхностного солевого каркаса

определялись по сагам: • ..ГТТП^Г

т3 г,! Л-:' ■?«>, 1'1- . I ■:•! и Си/П-л , ..

изменение состояния поверхности клпли на второй стадии (т. И-

т,к

ж

28 О

2ео

2<<0

220____._,_________

_ - 0 «2 0.4 С

Рис. 2. Изменение состояния поверхности водно-солевого раствора в процессе испарительного замораживания: 1 - кривая равновесия системы соль - раствор; 2 - кривая равновесия системы лёд - раствор; 3 - кривая гомогенной нукдеации соли; 4 - кривая гомогенной

нукгеации льда; ------ расчёт на основе предложенной модели

для испарительного эаморахиванга раствора; —---------расчёт

на основе предложенной модели для испарительного замораживания квазигетерогенной смеси "раствор-растворитель".

- т. Ц проходит в режиме близком к равновесному. Цри этом происходит дальнейпее охлалде ние и рост кристаллов соли. в поверхностном сдое. Отвод тепла с поверхности капли определяется ин- • тенсивностью испарения - уравнения (2),(3). Теплоперенос из внутренней области капли к поверхности осуществляется посредством конвективного теплообмена и описывается дифференциальным уравнением Сурье-Кирхгофа. Тогда количество тепла, подводимое к поверх-

- 8 -

ности теплопередачи за время ~ определится как: § о

После гетерогенной нуклеации кристаллов льда переохлаждение мгновенно снижается (согласно принятому допупэнню), система переходит в т. Е (рис. 2), происходит дальнейший рост кристаллов льда от поверхности капли вглубь, и формируется внутренняя структура материала. Основным фактором, определяющим характерный размер структурных элементов является скорость продвижения фронта

кристаллиэад:^! (скорость гамораливания):

П1/'Сп (б)

X*/ Си

Так как, в соответствии с физической моделью процесса замо-рахпгопня, ъсй сопротивление потсг.у выделявшегося при сублимата! льда пара сосредоточено на поверхностном соловом каркасе, то еа-дача об определении скорости замораживания практически сводилась к определен:® паропроводности поверхностного солевого каркаса, давлений ка внутренней и сносней поверхностях солевого каркаса:

ПЬТА . (7)

Рр -л — (6)

1Ьставлекиая гадачз реаалась путем яоыагового расчета параметров.

Анализ расчетных и скслерименталъкых данных показал, что ириддоэннш 4;:э1Г*:-гкпэ модели £оркирова:н:я поверхностной и внут-структуры изторкага адоказтио отралаат процесс испарительного еаюратавэдиа растворов неорганических сол-- ~ и могут Сыть кэлежгяы в оское" инкгкзртл: расчотов.

йиж-кпе в аппаргсе скзоыгас? Сольпее ми ше на размзр Ч5а?1з; получгэкйго УДП, чем концентрация ксходис " раствора: 2а-Еистссть размора части; получаемого материала т температуры исходного рмтсорз к.раазиа слабо. СуЕбзствуэт пре.^льные гначен::л этих пзрештрог (звтсгспг^ская концентрация раств оа, температура годного раатаора То»270 К и давление в аппарат Ра-10 Па) перевод ч*зр£э каторыэ е сторону их уменьшения практически не приводя к возшевки дисперсности конечного продукта, в то время как технологические затраты на проведение процесса пр.. этом неизбояго возрастав.

Следовательно, интенсифицировать процесс испарительного за-, мораживания водно-солевых растворов с целью повышения дисперсности получаемого материала варьированием режимных параметров и физических свойств исходного раствора можно в ограниченных пределах. Устранить плотный солевой каркас на поверхности гранул путбм варьирования параметров процесса, концентрации и температуры исходного раствора практически не представляется возможным.

Испарительное замораживание квазигетерогенных смесей "раствор - растворитель" (глзаа IV).

Известен способ интенсификации процесса испарительного замораживания, основанный на создании эмульсии легкоиспаряюззйся жидкости п растворе, который ..^зволяет значительно повысить дисперсность УДЛ и устранить поверхностное коркообразование. Однако он икэет ряд сут^ствеиних недостатков: необходимость применения дополнительной легконспарякдайся п'лкасти; необходимость использования дополнительных низкотемпературных систем десублимации; необходимость применения специального оборудования для приготовления зиульски легксиспзряюпейся жидкости в водно-солевом растворе; пошзгшш полароопасность при использовании легкоиспаряювдхся тадгастей. 3 силу этого, промьшленкое применение данного способа интенсификации испарительного замораживания ограничено.

Itoioi был предложен способ, основанный на создании квазигете-рогэшии смесей "раствор - растворитель" в момент непосредственного ввода в вакуум, который дивен этих недостатков.

Как известно, продолжительность стадии испарительного замо-Pí¡:s!2£2шш водно-солеэих р-зстЕсров в вакууме (0.05 - 0.2 с) значительно глньсо врешни, необходимого для сколько-нибудь заметной дийуэ'м води в водносолевой раствор. Тогда, согласно принятой физической модели, било сделано допущение, что в пределах эксперимента сыесь "раствор - растворитель" является каазигетерогекной и, следовательно, в ней сулзгствует две фазы: раствор и растворитель (расчетная схема - рис. 3).

Кггзигетерогенная смесь "раствор - растворитель" ведйт себя подобно эмульсии ;:5гкоиспаряк:;ейся жидкости в водно-солевом раст-sope. Поскольку испарение растворителя с поверхности водной фазы пд-зт интенсивнее, чем с поверхности водно-солавого раствора, то элемент водной фазы ка поверхности капли рудет охлаждаться быстрее, чем водиосолевсл раствор. При рассмотрении механизма

формирования поверхностной и внутренней структуры предполагалось, что процессы испарения растворителя и раствора протекают независимо. Тогда процесс испарительного замораживания фазы водно-солевого раствора описывается таклг уравнениями (1) - (8). Процесс испарительного заморахизания водной фазы для удобства рассмотрения был разбит на две стадии: первая - испарение растворителя из жидкого состояния, появление зародышей и гетерогенная нуклеация кристаллов льда вплоть до снятия переохлаждения; вторая - дальнейший рост кристаллов льда от поверхности вглубь. Процесс испарения из жидкого состояния с поверхности ьодной фазы описывается также уравнениями (1) - (3), ко бег учета концентрационной задачи (поскольку отсутствует растворенная гол;:). "еплогеренос из внутренней области капли к поверхности ссгсгсгь-тяется за счет теплопроводности. Тогда количество тепла, подь".д;:мое к поверхности теплопередачи из внутренней области к?.::.:;; га время Д С определится как: ¿п еП-<

' 9Н ЯСРв(Т-Щ~/ РаСрв(Т-Г°)с1у (9)

О °

Поскольку интенсивность испарения растворителя с поверхности водной фазы выше, чем с поверхности водно-солевого раствсра, то охлаждение водной фазы пойдет с большей скоростью. Следовательно, температура гетерогенной нукдеащш кристаллов льда на поверхности водной фазы будет достигнута га меньаий промежуток времени, чем на поверхности Еодносолевого раствора. Нуклеация кристаллов льда в водной фазе при отсутствии в ней гетерогенных включений (затравок) должна пойти по .гомогенному механизму. Но таковые имеются на границе раздела фаз - 3 (рис. 3). Ими являются кристаллы соли поверхностного солевого каркаса, сформировавшиеся на поверхности фазы водно-солевого раствора к моменту переохлаждения до температуры гетерогенной нуклеации. Поэтому процесс зародышеобразован.ш кристаллов' льда будет инициироваться на границе раздела фаз (по налим модельным представлениям). После этого образование кристаллов льда на поверхности кваэигетерогенной смеси "раствор - растворитель" .согласно принятому допущению, произойдет мгновенно.

Оормирование структуры в водной фазе отличает отсутствие, поверхностного солевого каркаса. Тогда основным фактором, определя-ЮЩ1М характерный размер структурных элементов является скорость замораживания - уравнения (6) - (7).

Из диаграммы состояния (рис. 2) видно, что при испарительном

Рис. 3. Поверхностны*! слой кваэигетерогенной смеси "раствор -- растворитель" (расчетная схема): 1 - водная фаза; 2 - фаза водно-солевого раствора; 3 - граница раздела фаз.

замораживании КЕазигетерогенной смеси "раствор - растворитель" длительность стадии испарения растворителя иэ жидкого состояния с поверхности водно-солевого раствора уменьшится по сравнению с испарительным замораживанием водно-солевого раствора. Следовательно, уменьшится и размер структурных элементов поверхностного солевого каркаса. Кроме того, часть поверхности гранул, где находилась водная Фаза, вообще не Судет иметь поверхностного солевого каркаса. Это приведет к значительному повышении паропроводности поверхностного слоя в целом.

Расчет показал, что стадия испарения растворителя из жидкого состояния сократится, паропроэодность поверхностного слоя вырастет. Следовательно, увеличится дисперсность получаемого материала :: снизится разброс частиц по размерам от поверхности вглубь грянули.

Экспериментальные исследования подтверждав правильность модельных представлений о возможности интенсифицировать процесс испарительного замораживания водно-солевых растворов созданием ксазнгетерогешюй смеси "раствор - растворитель" з момент непосредственного ввода в вакуум.

'1ЛЛ практического осуществлен::;! предложенного способа нами "или испытаны два устройства ввода в вакуум: первое основано на принципе соударения струй двух жидкостей; второе основано на ко-1Кс::ал1Ном пг.оде одной жидкости в другую (рис. ■!).

дисперсность материала, полученного с использованием устройства ввода п вакуум, основанного на коаксиальном вводе одной

жидкости в другую выше, чем с использованием устройства, основанного ва соударении струй. Следовательно, коаксиальный ввод растворителя в раствор в момент непосредственного ввода в вакуум является наиболее аффективным способом создания квааигетерогенных смесей "раствор - растворитель" при испарительном замораживании.

Средний размер частиц криогранулята, полученного испарительным замораживанием квазигетерогенной смеси "раствор - раствори-

Рис. 4. Устройство ввода жидкости в вакуум:

1 - распиливающий капилляр; 2 - капилляр для ввода растворителя; 3 - капилляр для ввода растгора; 4 - рамка; 5 - корпус; 6 - планка; 7 - втулка; 8 - клемник; 9 - токовводы; 10 - кронштейн; 11 -нагревательный элемечт (лампа КГМ); 12 - основание; 13 - корпус; 14 - тешюподводяций элемент; 15 - трубопровод; 16 - вкладып; 17 - уплотнение; 18 - гайка; 19 - вайба; 20 - уплотнение.

тель" несколько больше, чем при применении эмульсии легкоиспаряю-срясп лндкости в растворе (рис. 5) и занимает промежуточное положение между размером частиц материала, полученного испарительным замораживанием водно-солевого раствора и эмульсин.

Таким образом, предложенный способ интенсификации испарительного замораживания путем введения в водно-солевой раствор растворителя п момент непосредственного ввода в вакуум позволяет получать ультрадисперсные поросковьм материалы, по своим качественным характеристикам незначительно уступайте материалам, получаемым испарительным замораживанием эмульсии легксисг.аряпдайся кщкости в растворе, но имеюцце сравнительно более низкую себестоимость.

Разработка аппаратуры для получения УЛП вакуум-сублимационным методом (глава V). Как было показано выше, существенное влияние на качество (дисперсность) получаемого продукта оказывают концентрация исходного водно-солевого раствора и давление парогаэоваоя смеси в аппарате на стадии испарительного заморажлвания. Высокое качество УДП обычно обеспечивается, если концентрация соли в растворе близка к эвтектической, а давление в аппарате не вызе 10 Па. Однако, если приготовление раствора заданной концентрации не представляет трудностей, то поддержание давления в аппарате на необходимом уровне связано с конструктивными!! особенностям;! оборудования, технологическими условиями и организацией проведения процесса. Учет этих факторов показывает, что в настоящее время и п ближайп»Л перспективе целесообразно использовать установки периодического действия. ГЬэтому нами была разработана и рекомендована для внедрения установка периодического действия, которая г.озволлет проводить стадии замораживания и сублимационного сСез-;ои:ванил э одном аппарате.

При проведении расчетов использовались полученные в работе результаты теоретического и экспериментального исследования процессов испарительного замораживания водно-солевых растворов и 8сваэигетерогенных смесей "раствор - растворитель". Исходными данными являлись производительность установки по^сухому продукг/Цр ?! средний размер частиц получаемого материала

В ходе расчетов определялись следуодиэ конструктивные и технологические параметры: исходная концентрация раствора, давление

гранул (для системы МНЛС1Сц при Со-0,11; Ра-10 Па; То-273 К;): 1 - экспериментальные данные по испарительному замораживанию раствора (Со-0,11); 2 - экспериментальные данные по испарительному замораживанию раствора (Со-0,05); 3 - экспериментальные данные по испарительному замораживанию эмульсии легкоиспаряющэйся жидкости в растворе; экспериментальные данные по испарительному замораживанию квагигетерогенных смесей "раствор - растворитель": 4 - распыл соударением струй в пропорции: 1 часть раствора - 1 часть воды; 5 - распыл соударением струй в пропорции: 5 частей раствора - 1 часть води; 6 - коаксиальный ввод растворителя в

раствор в пропорции: 5 частей раствора - 1 часть воды;---" —

расчётные данные: ~ - испарительное замораживание квазигетерогенной смеси "растЕор - растворитель" (по предложенной модели); 8 -испарительное замораживание капли раствора, покрытой плёнкой воды.

п аппарате на стадиях испарительного замораживания и сублимационного обезвоживания, габаритные размеры теплоподводящего устройства, длительность заполнения теплоподводящего устройства кри-огранулятом, продолжительность сушки материала, температурный ре-ямм сушки, габаритные размеры аппарата.

Полученные результаты были использованы АЮГГКВУ (г. Астрахань) при разработке технического задания и прсектировании опытно- прошлаленных установок.

ЙКВОДЫ.

1. Одним из наиболее перспективных методов получения ультрадисперсных порошков (УДП) в криохимической технологии является метод, основанный на испарительном замораживании в вакууме вод-нссолевых растворов с последующей сублимационной сушкой криогра-пулята. При реализации этого метода сочетаются высокие качество УДП и технологичность процесса.

2. Иэдель структурообразозания поверхностного слоя материала, основанная на том, что рост кристаллов соли определяется процессом концентрирования в результате испарения растворителя из раствора адекватно отражает сутдаство процесса для таких распространенных композиций как КДО3, КНзРО^, ЛНцСЮ^. ГеБО^ и др. Характерный размер структурных элементов непосредственно зависит от длительности стадии испарения растворителя иэ жидкого состояния.

3. В основу определения геометрических характеристик внутренняя структуры материала, получаемого испарительным замораживанием а вакууме, с точность», приемлемой для инженнерных расчетов мзлэт бтъ полояена физическая модель формирования внутренней структуры, оскованиат на том, что скорость продвижения границы рзэделз фаз лимитируется паропроводностью поверхностного слоя гранула

4. Сутзэстзуот предельные значения давления в аппарате и концентрации исходного раствора, превышение которых при испарительном замораживают приводит к заметному укрупнении частиц получаемого УДЕ

5. Дисперсность получаемого материала может быть повышена путем введения в солевой раствор жидкости, растворимой в основной среде с образованием квазигетерогенной смеси в. условиях испарительного замораживания в вакууме. Эффект достигается за счет сок-

радения стадии испарения растворителя из жидкого состояния и частичного устранения поверхностного коркообраэования.

6. Коаксиальный ввод растворителя в раствор является наиболее эффективным способом создания кваэигетерогенных смесей "раствор-растворитель" при испарительном замораживании и рекомендован для промышленной реализации.

Основные обозначения Ср- удельная теплоемкость, Дм/(кг-К) ; «Л. - коэффициент конденсации; С? - паропроводностъ, кг/(с-м-Па); Л - коэффициент теплопроводности, Вг/(м-К); С- - коэффициент температуропроаодности, мг/с; С- объемная концентрация, кг/ц3; С - относительная весовая доля; ¿)- коэффициент диффузии, и'/с; ¿. - уд~яьпьн теплота фозового перехода, Д*/кг; П) - масса, кг/м*; 1Т1 - массовая скорость испарения, кг/(м2с); Р - давление, Па; Т- температура, К; С - характерный размер ячейки каркаса, м; V - скорость, м/с; V/ - скорость замораживания м/с; и - координата, к 8 ~ размер кристалла, м; _/) - плотность, кг/м5; V- врет, с;

Инпексы

вода; - соль; Л- лед; :•'<?- удельный; £?- начальное значение; Л- в аппарате; И- испарение; Ур - кристаллизация; Н - каркас.

Основное содержание диссертационной работы сложено в следующие публикациях:

1. Братиков С. И., Болынец А. 3., Иванов В. И., Хаяло 1Л О. О формировании структуры твёрдой Фазы в процессе контактной кристаллизации растворов. // Тез. докл. Межреспубликанской науч-нотехнической конференции "Интенсификация процессов химической и пидавой технологии". -Ташкент, 1993. -с. 393.

2. Иванов В. И. , Бражников С. И , Шатный Е, Киришш Н. В. Испарительное замораживание и сублимационная суша пищевых продуктов растительного происхождения. // Холодильная техника, 1933,

. II 5. -с. 20-21.

3. Кнршнн К. В., Бражников С. П., Шатный а И., Брессо Т.-II., Иванов ЕИ. Расчет скорости паровыделения в вакуум-распылительных сублимационных установках. // йшичеркоа и нефтяное машиностроение. 1991, N5. -с. 4-6. .