Механохимические аппараты и методы оценки их эффективности: Учебное пособие, страница 2

Эффективность МО твердых тел обусловлена как ускорением массопереноса, так и их активацией под действием МО, которая проявляется в том, что механическая энергия усваивается в твердых телах в виде накопления различного типа дефектов: новой поверхности, точечных дефектов, дислокаций, образования новых фаз и т.д. [10]. Таким образом, МО твердых тел способствует химическому превращению веществ, так как накопление различных дефектов приводит к изменению длин химических связей, и в конечном итоге, к изменению их химических свойств.

Химические последствия механических воздействий на вещество есть объект механохимии – науки об инициировании и ускорении гетерогенных химических реакций механическими воздействиями [11].
К механохимии относятся процессы, происходящие как в момент МО, так и процессы, являющиеся ее следствием: реакции разложения и синтеза, изменение реакционной способности твердых тел в процессе спекания, катализа, растворения и т.д. [12].

Объектами исследования механохимии являются:

ü  пути превращения механической энергии в химическую (механизмы процессов, происходящих в твердых телах при их МО);

ü  влияние МО твердых тел на их реакционную способность.

Метод механохимических воздействий (МВ) с применением современных аппаратов - мельниц-реакторов является перспективным направлением для создания новых высокоэффективных и экологически чистых технологий в органическом и неорганическом синтезе; в редкометалльной, в цветной и черной металлургии для получения керамических материалов; в материаловедении и других областях техники. Для эффективного его использования необходимы знания о механизмах физических и химических процессов, происходящих в механохимических реакторах.

Настоящее пособие посвящено оценке эффективности механохимических реакторов и выбору оптимальных режимов их работы.

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНОХИМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

1. Обзор различных подходов к решению проблемы в однокомпонентных системах

Поскольку с химической точки зрения реакции в смесях порошков и процессы механической активации твердых реагентов являются наиболее перспективными, в настоящее время большое внимание уделяется конструированию специальных аппаратов (мельниц) для этих целей. Следует обратить внимание на сложность этой задачи. В общем случае при конструировании мельниц основной целью является измельчение вещества (т.е. получение максимального соотношения между его поверхностью и объемом) при минимальных затратах энергии. Задачи же, которые ставятся при механической активации, гораздо разнообразнее и сложнее. Например, при механической активации однокомпонентных систем основное внимание должно быть уделено получению в результате пластической деформации именно тех дефектов, которые будут определять реакционную способность активируемого твердого вещества в последующих химических превращениях [13]. В случае поликомпонентных систем задача усложняется еще больше за счет одновременного протекания в аппарате сразу нескольких параллельных и последовательных различных по физической природе процессов, например, измельчение, смешение и взаимодействие компонентов на контактах [14].

В настоящее время помимо имеющегося обычного измельчительного оборудования (вибро- и струйные мельницы и аттриторы) для проведения механической активации широко применяются специально сконструированные ударно-отражательные аппараты – дезинтеграторы и планетарные мельницы. Создан и существует разнообразный парк лабораторных механохимических реакторов. В них можно активировать и синтезировать органические и неорганические вещества [15, 16–19].

Появление большого количества различных аппаратов- активаторов привело к возникновению проблемы оценки эффективности их работы для успешного использования в качестве механохимических активаторов. К сожалению, реакторы не всегда удачно охарактеризованы (доза, мощность дозы), для того чтобы можно было сравнивать результаты, полученные разными авторами или давать рекомендации по масштабированию экспериментов.