лекция2_распылительная сушка

Лабораторная установка по производству частиц TiO2 покрытых алюмосиликатом

Основные процессы протекающие при распылительной сушке

Аэрозоль определение: твердые частицы и/или жидкость распределенные в газе. Примеры: пыль, дым

Различные варианты получения частиц методом аэрозольного распыления

Процесс	Пленки	Частицы
Преобразование газа в частицу за	Ионизованный или незаряженный пучок частиц
счет физического воздействия
	Сверхкритический синтез
	Распылительная сушка под давлением
Преобразование газа в частицу за	Лазерное испарение/осаждение	Реакция инициированная
счет химической реакции		лазерным излучением
	Реакция на горячей стенке	Реакция на горячей стенке
	Распыление в плазму	Реакция в плазме
	Распыление в пламя	Реакция в пламени
Реакция внутри частицы	Образование частицы с	Распылительная сушка
	возможным осаждением
Гибридный процесс	Аэрозольное химическое	Конденсация после протекания
	осаждение	реакции на частице
Прямой процесс	Лазерное распыление

Соотнесение длинны свободного пробега молекулы и размеров частиц

2.00 / c

вязкость	газа, плотность газа
с средняя	скорость молекулы газа

Kn 2 / d p

Kn 1 частица движется в непрерывном пространстве

Kn 1 частица движется в режиме отдельных молекул

Диффузия частиц в газовом потоке

J– количество частиц пересекающих определенное пространство за определенный промежуток времени, (количество/(см2*сек)). N∞ - концентрация частиц

х – координата

D– коэффициент диффузии, (см2/сек) kB – константа Больцмана, (эрг/К)

Т– температура, (К)

μ – вязкость, (г/см*сек) dp – диаметр частицы

Сс – фактор коррекции используемый когда частицы сопоставимы по размерам или меньше длинны свободного пробега молекулы газа

А1, А2, А3 – эмпирические константы

Значения факторов коррекции для частиц различного диаметра

Влияние диффузии и условий течения газового потока на потери частиц в

Ламинарный поток, число Рейнольдса меньше 2100

Турбулентный поток, число Рейнольдса больше 2100

U – скорость газового потока, ρ – плотность газа, μ – вязкость газа, dt – диаметр трубы, D – скорость диффузии, Q – скорость потока аэрозоля, L – длина трубы, к – коэффициент переноса массы.

Диффузия вызванная внешними факторами

Общая формула миграции частиц под воздействием внешнего поля

J – Степень осаждения, Vt – скорость осаждения, N∞ - количество частиц

Сила гравитации, действующая на частицу

Сила противодействующая седиментации

Где mp – масса частицы, dp – диаметр частицы ρ – плотность газа, ρp – плотность частицы

Где Cd – коэффициент скорости перемещения частицы зависящий от числа Рейнольдса, Cc – фактор Каннингема, Vs – скорость осаждения

Коэффициент скорости перемещения частицы в среде при различных условиях потока

Фактор несферичности частицы, который определяет насколько движение данной частицы в среде отличается от движения идеально сферичной частицы

de – эквивалентный диаметр частицы того же объема

Движение частиц в электрическом поле

Сила действующая на частицу в электрическом поле

Где Z – заряд частицы, E – интенсивность электрического поля

Максимальный заряд твердой частицы

Где dp – диаметр частицы,

EL – энергия спонтанной эмиссии электрона или иона

Максимальный заряд капли жидкости определяется пределом Релея

Где γ – величина поверхностного натяжения

Когда движение частицы под воздействием электрического поля сбалансировано движением всего потока, скорость миграции частицы может быть описана теми же выражениями что и для миграции под воздействием гравитации

В том случае если число Рейнольдса меньше 0.1, миграция частицы под воздействием электрического поля описывается следующим выражением

Движение частиц при градиенте температур

Общее название процесса – термофорез. Самая часто встречающаяся причина диффузии частиц при аэрозольном распылении, поскольку любой реактор имеет некоторый температурный градиент от стенки реактора в глубину реактора. Более того сам процесс аэрозольного распыления подразумевает наличие температурного градиента, когда в термостатированный реактор впускают газовый поток или аэрозоль с другой температурой.

Поток частиц движущихся под воздействием градиента температур сбалансирован с противодействующей ему силой беспорядка действующей на флюид, определяемой тем же уравнением что и для процесса седиментации.

Сложение этих сил дает следующие выражения:

	Эффективность осаждения частиц
	SiO2 пролетающих через трубу с
Где α – термофоретический коэффициент, Kn – число Кнудсена, k –	холодными стенками
теплопроводность газа, kp – теплопроводность частицы, μ – вязкость
газа, ρ – плотность газа

Движение частиц при столкновении со стенкой реактора

Способ получения различных тонких пленок, способ сортировки частиц по размерам

Останавливающая дистанция для частиц разных размеров

St – число стокса, определяет соотношение между	Схема части реактора с изменением направления потока
кинетической энергией частиц и энергией их
взаимодействия с жидкостью.

Где ρp – плотность частицы, μ – вязкость среды, L – характеристика геометрии потока (для аэрозоля в цилиндре с радиусом R, L=R ), U – скорость флюида

Эффективность улавливания частиц в зависимости от стадии улавливания в мультистадийном процессе. Каждая последующая стадия проходит с меньшим диаметром сопла и меньшим давлением газа