Механохимические аппараты и методы оценки их эффективности: Учебное пособие, страница 5

Выход продуктов химической реакции, инициированной механически созданными центрами, определяется конкуренцией процессов образования активных центров G*I, их гибели [N*]/t_f  и химических превращений [N*]/t_x [30]. Здесь G* и G_х – выходы образования активных центров и продуктов химической реакции; I – интенсивность поглощения энергии веществом (энергонапряженность Дж/(моль · с)).

В стационарных условиях, когда скорости образования и расходования активных центров одинаковы, т. е.   и . Последнее соотношение связывает энергетический выход механохимической реакции с параметрами процессов образования и релаксации активных состояний. Следовательно, когда известны закономерности основных элементарных процессов, можно оценить величину G_x и предсказать характер зависимости выхода от температуры, концентрации и других факторов.

Таким образом, величина энергетического выхода может являться критерием оценки эффективности механохимических аппаратов. В работе [29] также приведены известные в литературе данные о величине G. При этом отмечено, что, как правило, данные соответствуют процессам обработки порошков в различных мельницах, и результаты следует рассматривать как ориентировочные в связи с тем, что многие авторы ограничиваются указанием лишь величины эффекта и продолжительности обработки материала, не указывая ни дозу
(D, Дж/кг), ни удельную энергонапряженность (I, Вт/кг). Здесь же подчеркивается, что имеющиеся в литературе сведения об энергетике механохимических превращений чрезвычайно скудны. До сих пор остается без ответа ряд простых вопросов. Каковы значения G для большого числа механохимических реакций? Как они зависят от параметров процесса – температуры, условий нагружения, свойств вещества, природы среды? Как рассчитать или хотя бы оценить G, исходя из определенных физических моделей? В чем причины бесполезности утечки энергии? Попытки поиска ответов на некоторые из этих вопросов также освещены в этой работе. Таким образом, из-за недостатка, а часто и отсутствия количественных данных анализ энергетических аспектов в механохимии пока ограничивается лишь сравнением результатов экспериментальных оценок и ориентировочных расчетов энергетических выходов ограниченного числа процессов.

В работе [31] разработан метод определения энергетических выходов для трех типов вибрационных мельниц, измерены энергетические выходы образования точечных дефектов, размножения дислокаций, образования поверхности, хемосорбции.

Исследованию параметров вибрационных мельниц посвящена также работа [32]. Здесь приведены результаты исследований по определению потребляемой мощности и температуры разогрева реактора эксцентриковой вибрационной шаровой мельницы в зависимости от степени заполнения реактора мельницы шарами, диаметра и плотности шаров и частиц, а также амплитуды колебаний реактора. Полученные авторами результаты позволяют выбрать оптимальные условия для направленного синтеза веществ в процессе механохимической активации, что было продемонстрировано на примере синтеза триэтиламинборана и диборана.

Аналогичные исследования по определению температуры разогрева реактора были проведены и для планетарной центробежной мельницы [33]. Методом калориметрии была определена зависимость температуры мелющих шаров от времени работы мельницы для разных режимов. При этом варьировались диаметр шаров, центробежное ускорение, давление газа в барабанах, масса загрузки обрабатываемого вещества. На примере систем Zr-Co, Mg-Ni, Cu-Fe показано, что, изменяя температуру шаров, можно влиять как на динамику механического сплавления, так и на физический состав продуктов.