Механохимические аппараты и методы оценки их эффективности: Учебное пособие, страница 29

В качестве примера применения метода химических индикаторов к системам, отнесенным авторами [40, 45] ко второй группе (когда в результате механической обработки происходит покрытие одним, более пластичным из компонентов частиц другого компонента, который является более твердым), была исследована система фенолфталеин – a-оксид алюминия. При МО этой смеси шарами из корунда фенолфталеин покрывает поверхность частиц оксида, и поскольку поверхность оксида всегда содержит гидроксильные группы [77], взаимодействует с ними, переходя в хиноидную форму. Хиноидная форма окрашена в красный цвет, а исходный фенолфталеин бесцветен. Наблюдая за изменением интенсивности окраски в процессе механической обработки, можно судить о степени превращения фенолфталеина в хиноидную форму и использовать эти данные при оценке эффективности механохимических аппаратов.

Рассмотрим эту систему подробнее.

На рис. 13 приведены характерные оптические спектры диффузного отражения системы (Al₂O₃ + 1% фенолфталеина) после механической обработки в ЭИ-150´2. Аналогичный вид имеют спектры этой системы после МО и в мельницах другого типа.

Рис. 13.ОСДО системы Al₂O₃ + 1 % фенолфталеина после механической обработки в ЭИ-150´2  в течение 1 (1) и 10 (2) мин

В спектрах наблюдается появление широкой полосы поглощения в области 460 ... 580 нм, интенсивность которой растет с увеличением времени МО. Цвет образцов при этом становится розовым, и его интенсивность усиливается с возрастанием времени МО.

Характерная зависимость функции Кубелки–Мунка F(R), рассчитанной для l = 540 нм, от времени МО в различных мельницах представлена на рис. 14.

Эта зависимость описывается функцией (78), где F_max – максимальное значение функции Кубелки–Мунка, t – время МО, t – характерное время увеличения значения F. Величину  назовем скоростью окрашивания (изменения интенсивности цвета). С помощью этой функции вычислены и сопоставлены значения u и t для мельниц четырех типов.

Рис. 14. Характерная зависимость функции Кубелки–Мунка, рассчитанная для для l = 540 нм,
от времени механической обработки системы (Al₂O₃ + фенолфталеин)

Изменения величины скорости окрашивания u в системе (Al₂O₃ + 1 % фенолфталеина) в зависимости от условий МО (энергонапряженности, массы М_ш и диаметра D_ш шаров, массы загрузки обрабатываемого вещества М_в) в мельнице ЭИ-150´2 приведены в табл. 18.

Таблица 18

Скорость окрашивания (u) в системе (Al₂O₃ + 1 % фенолфталеина) при различных режимах работы мельницы ЭИ-150´2*

Параметр	Энергонапряжен- ность, вт/г			Масса шаров, г		Диаметр шаров, см			Масса загрузки вещества, г
	6.2	47.0	85.4	100	350	0.1	0.8	1.2	2.5	10.0
u×10-2, с-1	2.1 ± 0.2	3.2 ± 0.3	2.0± 0.2	2.4± 0.2	1.1± 0.1	1.6± 0.2	1.8± 0.2	1.4± 0.1	2.4 ± 0.2	1.1 ± 0.1

Примечание

* Режим работы мельницы ЭИ-150´2: D_ш = 0.5 см, М_ш = 200 г, М_в = 5 г; энергонапряженность 6.2 вт/г. При варьировании условий МО изменяли одно из них при неизменности остальных.

Видно, что максимальная скорость окрашивания u = (3.2±0.3)×10^-2 с^-1 достигается при энергонапряженности 47.0 вт/г. Увеличение массы шаров до 350 г приводит к уменьшению скорости окрашивания до (1.1±0.1)×10^-2 с^-1 . Та же тенденция наблюдается и при увеличении массы загрузки обрабатываемого материала. Варьирование диаметра шаров показывает существование оптимального размера (0.5 см), когда скорость окрашивания максимальна: (2.1± 0.2) × 10^-2 с^-1.

В табл. 19 приведены величины скорости окрашивания в мельницах трех типов (АГО-2, ЭТ-150´2, АПФ) при обычно используемых (для каждой конкретной мельницы) условиях МО, а также дана сравнительная эффективность этих мельниц по отношению к АГО-2 (по скоростям окрашивания), поскольку в результате проведенных экспериментов максимальная величина скорости получена именно в АГО-2.