Проведено исследование поведения частиц углеродного наноматериала «Таунит» при соприкосновении их с рабочей поверхностью лопасти, что необходимо учитывать в процессах смешивания в смесителях с вращающимися рабочими органами традиционных конструкций[1,2,3] и новых типах оборудования. Исследование физико-механических свойств данных материалов позволяет наиболее точно осуществить моделирование процесса смешивания или дозирования и прогнозировать требуемое качество смеси [4, 5].
Наблюдалось поведение частиц исследуемого материала в слое модельных материалов: порошкообразного материала (строительная смесь для затирки швов Unis); мелкозернистых материалов(соль поваренная и пшено). Использовалась плоская модель движения лопасти в слое сыпучего материала, на рабочей поверхности которой отдельным слоем размещался наноматериал[6]. Использовалось два вида лопастей прямоугольной формы: стальные лопасти и из прозрачного пластика, что позволило исследовать поведение частиц непосредственно на рабочей поверхности.
Рис. 1. Экспериментальная установка
Лопасти размещались у одного края емкости экспериментальной установки прижимаясь к ее стенке (рис. 2) моделируя тем самым вращение рабочего органа в лопастном смесителе в крайних рядах вдоль смесителя у торцевых стенок реакционной камеры смешивания, а также посередине емкости, моделируя остальные рабочие органы лопастного смесителя(рис. 3). В обоих случаях вначале движения лопасти в слое сыпучего материала частицы углеродного наноматериала уплотняются, под действием частиц модельного материала перемещались вверх по лопасти(рис. 3 б). Перед лопастью образуется силовое поле и происходит проникновение частиц модельного материала внутрь уплотненного слоя частиц исследуемого материала. Скорость проникновения зависит от плотности модельного материала. Скольжение частиц по рабочей поверхности лопасти наблюдается при увеличении углов ее атаки и также зависит от плотности модельного материала(рис. 2 б и рис. 3 а).
|
а |
б |
Рис. 2. Локализация частиц углеродного наноматериала перед лопастью при наличии стенки справа: а) пшено; б) строительная смесь
|
а |
б |
Рис. 3. Локализация частиц углеродного наноматериала перед лопастью при отсутствии стенки справа: а – пшено; б – соль
Проникновение частиц модельного материала происходит заметно активнее при наличии стенки с полным замещением наноразмерных частиц на определенной части рабочей поверхности (рис. 2).
В случае модернизации традиционных лопастных смесителей для приготовления смесей сыпучих материалов с добавлением наноразмерных частиц необходимо использовать комплексных подход с учетом особенностей их поведения непосредственно в процессе смешивания и при дозировании исходных компонентов [7, 8].