CC BY
79
1ергия межкомпонентного взаимодействия е умень-:ается. Это связано с уменьшением относительной сорости обтекания потоков. Пересечение кривых области VI ж 7,3 ... 7,7 м/с указывает на равен-гво средних по длине самотека скоростей потоков эздуха VI и материала ы/, а следовательно, на гсутствие суммарной межкомпонентной энерго-гредачи, независимо от производительности самочка.
Зависимость удельной энергии межкомпонентного заимодействия е от длины самотека I и удельной гсовой производительности т (представляющей эбой" весовую производительность самотека, отне-;нную к его площади поперечного сечения) при ,=0 приведена на рис. 4. (<3=0, Оэ=0,096 м). Ана-из представленных данных показывает, что при осте значений / или т (т, кг/с5: 1 — 672; 2 — 1747;
— 2688) величина в также возрастает. Сопоставление экспериментальных данных, пред-'авленных на рисунках точками или символами
с расчетными значениями (сплошные линии) позволило установить адекватность математической модели описываемым процессам.
Самотеки сыпучих материалов могут быть представлены как аппараты, в которых часть энергии гравитационного материалопотока расходуется на создание направленных воздушных потоков. Количественно процессы перемещения воздуха по самотекам могут быть описаны с использованием зависимостей вида e=f(vi), аналогичными аэродинамическим характеристикам вентиляторов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дмитру к Е. А. Борьба с пылью на комбикормовых заводах.— М.: Агропромиздат. —1987.— 84 с.
2. Д м и т р у к Е. А., Володин Н. П. Аспирация комбикормовых заводов.— М.: Колос.— 1976.— 175 с.
3. З у е в Ф. Г. Пневматическое транспортирование на зерноперерабатывающих предприятиях.— М.: Колос.— 1976,—61 с.
4. Васильева Г. А. Исследование аэродинамической характеристики зернистого материала: Автореф. дис. ... канд. техн. наук.— Одесса.— 1973.— 20 с.
5. Кильчевский Н. А. Курс теоретической механики. М.: Наука.— 1977.—2—543 с.
6. Снижение энергоемкости мельничных пневмотранспорт-ных установок/Н. П. Володин, А. И. Кривошеин, М. Г. Косторных, А. В. Тантлевский.— М.: Колос.—
1978,— 224 с.
Кафедра промышленной вентиляции,
гидравлики и насосов Поступила 28.02.90
664.761.002.612
АДГЕЗИЯ И АУТОГЕЗИЯ ЧАСТИЦ
1. Зависимость адгезии и аутогезии частиц муки от давления контакта
А. Д. ЗИМОН Всесоюзный заочный институт пищевой промышленности
Частицы муки испытывают давление вышеле-:ащих слоев, прижимаются друг к другу и к по-грхности. Кроме того, прижим частиц осуществля-гся за счет внешнего воздействия, влияющего на энтакт частиц и называем контактным давлением, азработанные и применяемые ранее методики [1] ают возможность определить влияние этого давле-ня на адгезию и аутогезию частиц. К числу подоб-ых методик относится сдвиг [2|.
В кювету 2 помещается определенная навеска уки 1. Сверху кювета закрывается пластинкой, эторая служит основой для помещения груза и издания внешнего давления. Фиксация кюветы и ; движение в определенном направлении осуще-гвлялась за счет выступов, которые входят в выемы :нования .прибора. Сдвиг может осуществляться ^утри массы порошка или на границе ее с по-грхностью. В первом случае определяется аутоге-iя а, а во втором — адгезия б частиц порошка эис. 1).
Для достижения равномерной плотности упаков-л частиц проводилась вибрация испытуемой мас-л с одновременным воздействием уплотняющего
Рис. 1
давления Ри. Под действием уплотняющего давления происходила определенная упаковка частиц; величина уплотняющего давления колебалась от 1,5 до 12,6 кПа. Минимальное значение Ри соответствовало положению муки в верхних слоях бункера, а максимальное — примерно равно давлению, которое испытывают нижние слои муки в бункере' высотой 10 м.
Сдвиговые усилия измерялись при определенном
контактном давлении Рк. Кювета перемещалась под действием /о, величина которой определялась в датчике силы ОБ по прогибу плоской пружины. Точность измерения составляла 10~2 Я, а скорость перемещения кюветы— 1,33 мм/с. Усилие сдвига Ро определялось по известной площади сдвига 5, а именно:
,,, Я
Приращение усилия сдвига не превышало 5 кПа/с, что не сказывалось на точность измерений.
В качестве объектов исследования использовали муку, частицы которой характеризовались неправильной формой. При помощи системы «Милли-пор» определяли распределение частиц по диаметру, найденному по двум измерениям. Это распределение в нормально-логарифмических координатах для муки различных сортов аппроксимируется прямыми линиями (рис. 2). Если известно среднее квадратическое отклонение а, то вероятность распределения Ф частиц муки по диаметру можно представить в виде:
Ф = а ^ £> -\- Ь.
(2)
'foum'
і.
л
Рис. 3
Полученные экспериментальные данные, приведенные на рис. 2, позволили определить медианный диаметр для частиц муки, который составлял 10,5:
15,2 и 21,2 мкм соответственно для высшей первого 2 и второго 3 сорта.
Адгезия определялась к стальной Ст-3, обр, танной по 5-му классу точности, и к полиэтил1
ВЫМ ПОВерХНОСТЯМ. Применяли ПОЛИЭТИЛеНЫ В1 кого давления ПВД и токопроводящий П2Э имеющие удельное объемное электрическое СОЛ тивление в пределах 1017—10'“ и 104—10’ Ом-Шероховатость оценивалась при помощи про лографа блочной конструкции модели 201 зав «Калибр».
В зависимости от давления контакта fK непоср ственное измерение адгезии и аутогезии отделы частиц (рис. 3) проводилось на прецизионной ус новке [3]. Установка позволяет определить ад зию а частицы 1 муки (или среза зерна) с пове ностью 2 и аутогезию b двух частиц 1 и 3. При п пускании тока через рамку динамометра 4, градуи, ванного по силе тока, возникает момент, котор поворачивает стеклянный держатель 5. Подвижн образец приводится в движение и касается непс вижного образца 2 и 3. После сближения образи их контакт 7 наблюдается в микроскоп 6.
Сила, осуществляющая контактное давление и сила адгезии или аутогезии fad или faui определ ются следующим Образом:
fK =к М, =к (/, — /о); (
fad(faut) = К А/2 = К (/2 /о), (
где /1, /о, /2 — сила тока в динамометре до ко:
такта, в момент контакта и после нарушения ко:
такта; к — экспериментальный коэффициент, равнь 2,7■ 10~7 Н/мА.
При помощи гистограмм, характеризующих рас пределение сил адгезии и аутогезии; строилис интегральные адгезионные и аутогезионные кривьк когда давление контакта /к равно, Н: 1 —2,7-10“' 2 — 8,1 ■ 10-ь; 3 21,6-10~6 (рис. 4).
Рис. 4
Разброс значений сил адгезии на подобных кривых незначителен — соотношение между максимальной Р!$х и минимальной /2У" силами адгезии не превышает 2. В то же время при использовании метода центрифугирования и отсутствии контактного давления этот ра-зброс может достигать нескольких порядков [1].
Зависимость между усилием сдвига и контактным давлением Рк представлена на рис. 5 при следующих давлениях уплотнения Ра, кПа: I —
Р„, кПа
Рис. 5
1,5; 2 — 3,5; 3 — 4,8; 4 — 6,4; 5 — 9,4; 5—12,6 (мука высшего сорта влажностью 12,4%, Рк <Ри); 7 — Рк = Ри, время выдержки уплотняющей нагрузки — 5 мин.
. В данном случае сдвиг осуществлялся внутри массы частиц, т. е. перемещению частиц препятствовала аутогезия. Подобные прямые, которые изображены на рис. 5, получены при сдвиге внутри массы частиц других сортов муки, а также частиц по отношению к различным поверхностям. Прямая 7 характеризует зависимость между усилием сдвига контактным давлением в том случае, когда значение Рк равно давлению уплотнения Ри, т. е. Рк= Ри.
Таким образом, зависимость между усилиями сдвига и давлением контакта для муки аппроксимируется прямыми линиями. Подобная закономерность ранее была обнаружена для шарообразных частиц [1]. Это дает основание воспользоваться двучленным законом трения Б. В. Дерягина
[4], который в случае адгезионного перемещения слоя частиц по поверхности можно представить в виде:
Fl=Vk(Fad+PK). (5)
Для аутогезионного перемещения частиц внутри массы порошка закон трансформируется следующим образом:
FI =ii0(Faul+P^ (6)
где [X и |10 — соответственно коэффициенты внешнего и внутреннего трения, равные тангенсу угла наклона прямых 1—6. Полученная на основе сдвиговых испытаний зависимость между FI и Рк, согласно уравнениям
(5) и (6), позволяет экспериментально определить не только коэффициенты трения, но и силу адгезии и аутогезии слоя частиц, т. е. Fad и Faut- Произведения этих величин называют сцеплением [5], которое в случае адгезии и аутогезии равно:
Cad — М* Fad (7); _ С aul — (^0 Faut. (8)
Сцепление определяется величиной отрезка, отсе-
каемого прямыми 1—б на оси ординат,^ когда 'Рк=0, т. е. при отсутствии контактного давления в. момент сдвига.
Таблица 1
Сорт муки Сила аутогезии (числитель) и сцепление (знаменатель),кПа, при давлении ' уплотнения Ри, кПа
0 1,5 3,5 4,8 6,4 9,4 12,6
Высший 0,35 0,90 1,25 1,47 1,75 1,96 2,41
0,56 0,60 0,82 0,"9Т 1,00 1,10 1,30
Первый 0,98 1,01 1,;37 2,07 2,22 3,03 3,33
0,58 0,60 0,81 тж 1,20 ■ 1,70 ТЖ
Второй 1,01 1,14 1,50 2,46 2,86 3,51 4,10
0,64 0,70 0,92 1,40 1,60 2,00
Таблица 2
Поверхность Сцепление Cad, кПа Коэффициент внешнего трения, (X Сила адгезии. Fad, кПа
Стальная 0,52 0,54 0,96
Полиэтиленовая:
пвд 0,40 0,54 0,74
П2ЭС-4 0,24 0,45 0,50
В табл. 1 приведены значения сил аутогезии, сцепления для муки различного сорта, влажностью 12,4% при воздействии уплотняющего давления в течение пяти минут. Эти сведения получены на основе рис. 2; прямые 1—6 фактически параллельны — по этой причине коэффициенты внутреннего трения незначительно отличаются друг от друга и колеблются в пределах 0,54—0,61.
Некоторые сведения по адгезии, а также параметры, определяющие силы адгезии муки высшего сорта, приведены в табл. 2 на основе двучленного закона трения, когда давление уплотнения равно 12,6 кПа. С увеличением времени воздействия уплотняющего давления с 5 мин до 48 ч среднее значение коэффициента внутреннего трения растет с 0,58 Во 0,91. В этих же условиях сцепление увеличивается с 0,56—1,30 до 3,96—9,23 кПа. Соответственно изменяется сила аутогезии с 0,85—2,41 до 6,82— 10,10 кПа.
Для муки высшего сорта сопоставим рост ауто-/езии с увеличением внешнего давления при измерении двумя различными методами:
Увеличение внешнего давления, раз 2 5 12 20
Относительный рост аутогезии, по методу: .
— сдвига (рис. 1) 1,9 2,9 5,2 8,3
— непосредственного
отрыва (рис. 3) 1,2 1,5 1,6 1,7
За исходное принято внешнее давление: для слоя частиц — 1 кПа, а для отдельных частиц 1 • 10“6 Я.
Рост аутогезии за счет внешнего давления обусловлен двумя причинами: ростом площади контакта, т. е. собственно аутогезии (в этом случае аутогезия определяется при помощи методики, изображенной на рис. 3); суммарным увеличением аутогезии с одновременным увеличением числа контактов, измеряемым при помощи установки, показанной на рис. 1. При действии уплотняющего давления растет аутогезия каждого конт&к^ и увеличивается число контактов.
Приведенные выше сведения об усилении аутогезии муки при измерении сдвигом по сравнению
с непосредственным отрывом свидетельствует о том, что под действием давления контакта в слое муки происходит не только увеличение площади контакта отдельных частиц, но и уплотнение массы порошка, т. е. рост числа контактов — иначе увеличение аутогезии в двух случаях было бы одинаково.
Помимо внешнего давления и времени его воздействия, существенное влияние на аутогезию муки оказывают свойства продукта, например, размеры и форма частиц, а также ряд внешних факторов, в частности вибрация.
Аналогично прямым 1—7 рис. 5 получены .зависимости усилия сдвига от нормального давления в случае адгезионного перемещения порошка (рис. 1 б); обнаружена линейная зависимость
между FI и Рк.
На основании приведенных исследований определены коэффициенты внешнего трения ц, сцепление Cad и сила адгезии Fad. Сопоставим значение сцеплений при сдвиге слоя муки Саш с величиной сцепления, когда сдвиг осуществляется по поверхности Cad• Обозначим:
С out Цо F aui
а =тт- = -г. . (9)
С ad Ц Fad
Таблица 3
Сорт муки Коэффициент а при уплотняющем давлении Ри, кПа
0 1,5 3,5 4,8 6,4 9,4 12,6
Высший 0,98* гж 1,01 7Ж 1,03 тж 1,00 ТЖ 0,99 ТЖ 0,99 тж 1,00 тж
Второй 1,01 ГЖ 1,00 1,37 1,04 1,41 1,02 1,45 1,01 7Ж 0,98 1,53 0,99 тж
Примечание: * в числителе — для стальной поверхности, в знаменателе — для полиэтилена ПВД.
Коэффициент а показывает соотношение между аутогезией и адгезией частиц муки. Если а=1, то адгезия и аутогезия соизмеримы и отрыв слоя
частиц будет адгезионно-аутогезионным. При а< должен наблюдаться адгезионный отрыв, а п а>1 — аутогезионный.
В табл. 3 приведены значения коэффициента для муки влажностью 12,4% при различных зна1 ниях уплотняющего давления. По отношен! к стальным поверхностям адгезия и аутогез соизмеримы (а « 1). Пониженная адгезия му к полиэтиленовым поверхностям означает относ тельное увеличение аутогезии по сравнению с ад1 зией (а>1). Для обычной полиэтиленовой повер ности это увеличение не превышает 1,5 раз, а д. токопроводящего может достигать 2 раз.
Пониженная адгезия по сравнению с аутог зией исключает образование прилипшего сл и способствует беспрепятственному движению му по поверхности технологического оборудовани Для борьбы с отрицательными последствия; адгезии муки необходимо использовать антиадг зионные материалы, +. е. такие материалы, для к торых величина коэффициента а больше 1.
Итак, давление, с которым прижимаются части: муки друг к другу и к поверхности, оказывает р шающее влияние на адгезию и аутогезию и на сос ношение между ними. По величине этого соотн шения можно проводить подбор антиадгезионнь материалов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Зим он А. Д. Адгезия пыли и порошков. 2-ое и; доп. и перераб. М.: Химия, 1976.—431 с.
2. 3 и м о н А. Д. Адгезия пищевых масс.— М.: Агр промиздат, 1985.— 271 с.
3. Щуки и Е. Д. и др.//Коллоидный ж., 31, 1969. № 6,— С. 913—918.
4. Дерягин Б. В., Кротова Н. А., С м и л г а В. 1 Адгезия твердых тел.— М.: Наука, 1973.—279 с.
5. 3 и м о н А. Д., Андрианов Е. И. Аутогез! сыпучих материалов— М.: Металлургия, 1977.— 287
Кафедра органической, физической
и коллоидной химии Поступила 17.02.!
664.641.12.0:
АДГЕЗИЯ И АУТОГЕЗИЯ ЧАСТИЦ
2. Связь между адгезией и аутогезией отдельных и слоя частиц муки
А. Д. ЗИМОН Всесоюзный заочный институт пищевой промышленности
В ранее проводимых исследованиях [ 1 ] определялись либо силы адгезии и аутогезии отдельных частиц, либо силы адгезии и аутогезии слоя частиц муки. Соответствие между двумя циклами измерений имеет принципиальное значение, поскольку адгезия и аутогезия влияют на истечение продукта, определяют внутреннее и внешнее трение, обусловливают возникновение прилипшего слоя, комкование и сводообразование.
Методика для определения адгезии и аутогезии основаны на различных принципах и обладают ограниченным диапазоном измерений, полученные данные характеризуются погрешностью.
В связи с этим нами определены и сопоставлены силы адгезии и аутогезии для частиц муки различного размера с помощью трех методов в зависи-
мости от уплотняющего давления и числа контакте между частицами.
Силы адгезии fad и аутогезии faut отдельных ча( тиц — а, б и слоя частиц Faa и Faut — в взаимосв! заны (рис. 1). Эту связь можно представить в сл( дующем виде:
Fad—fadV\ (1) Faut — fautV*
(
где V — число контактов в расчете на единицу ш верхности слоя частиц (между частицами—в сл; чае аутогезии, между частицами и поверхностью -адгезии).
В качестве объектов исследования была испол! зована мука высшего, 1-го и 2-го сортов; медиа! ный диаметр частиц муки составляет соответственн 10,3; 15,2; 21,2 мкм.
