1. Почему пыль в воздухе всегда скапливается?
Почему, когда солнце светит в окно, пыль в воздухе всегда сбивается в комки? Как только мука намокает, она слипается, и её трудно развеять, даже если её перемешать. Почему в туманную погоду загрязнённость воздуха за ночь кажется густеющей? За этим явлением кроется характерная особенность частиц: они склонны скапливаться, подобно тому, как люди собираются вместе, чтобы согреться на холодном ветру. Этот процесс называется агломерацией частиц.
2. Почему частицы агломерируются?
Существует три основные причины, по которым частицы агломерируются:
2.1 Сила Ван-дер-Ваальса:
Силу Ван-дер-Ваальса можно рассматривать как своего рода молчаливое притяжение. Даже когда частицы не заряжены, они кратковременно образуют небольшие магнитные полюса из-за мгновенного движения электронов внутри молекул, которые притягивают их друг к другу.
Фактически сила Ван-дер-Ваальса является межмолекулярной силой.
Точно так же, как два листа бумаги, сближаясь и притягиваясь статическим электричеством, даже без явного заряда или магнитных свойств. Точно так же, когда вы приближаетесь к экрану телевизора, ваши волосы встают дыбом из-за действия слабых молекулярных сил.
Для частиц диаметром менее 10 микрон сила Ван-дер-Ваальса часто преобладает над силой тяжести, поэтому мелкие частицы, такие как PM2.5 и PM1.0, имеют тенденцию слипаться и их трудно удалить.
2.2 Сила жидкостного мостика:
Когда в воздухе есть влага, поверхность частиц легко впитывает водяной пар, образуя жидкий мостик, похожий на каплю воды, соединяющую два маленьких шарика.
Например: две сухие песчинки не слипаются, но если их слегка намочить, они могут слипнуться под воздействием воды. Из сухого песка не построишь замок, а из мокрого можно построить гору — вот принцип в действии.
Типичные сценарии: комкование кухонных приправ из-за влаги, комкование стирального порошка из-за впитывания влаги и уменьшение количества пыли на дождливых дорогах.
2.3 Столкновение и агломерация:
При движении частиц в воздухе или воде происходит множество относительных перемещений и столкновений. При благоприятных условиях (например, если скорость не слишком высокая, а поверхность покрыта адсорбционной или жидкой плёнкой) частицы могут слипаться после столкновения, образуя более крупные частицы.
Представьте себе группу людей, сидящих в трясущемся автобусе. Если людей слишком много и автобус сильно трясёт, они часто сталкиваются друг с другом и, чтобы удержаться на ногах, держатся друг за друга. Это непреднамеренное слипание похоже на столкновение и агломерацию частиц.
Скорость такого типа агломерации зависит от концентрации частиц, скорости потока и интенсивности турбулентности. Чем интенсивнее поток и больше число частиц, тем выше вероятность столкновения.
3. Как изучать агломерацию частиц при моделировании?
В инженерии мы часто используем вычислительную гидродинамику (CFD) и модели баланса популяции (PBM) для моделирования процесса агломерации частиц.
PBM не моделирует траекторию каждой частицы, а вместо этого описывает эволюцию «ансамбля частиц» в пространстве размеров частиц:
Как со временем уменьшается число частиц (потому что большее количество частиц сливается в более крупные)?
Как увеличивается средний размер частиц?
Как распределение размеров частиц (PSD) меняет форму: от острого одиночного пика
→ постепенно расширяется или образует двойные пики?
4. Какие отрасли промышленности подвержены агломерации частиц?
4.1 Агломерация — обычное явление в природе
Образование песчаных дюн: частицы песка слипаются и накапливаются при переносе ветром. Структура почвенного агрегата: глина и органические вещества в сочетании удерживают воду и удобрения. Агрегация клеток: межмолекулярные силы в организмах способствуют формированию тканей.
4.2 Промышленное применение
Агломерация может быть как благом, так и проклятием в промышленных применениях.
| Сценарий | Влияние | Требуется ли агломерация? |
| Очистка воздуха | Размер частиц увеличивается → легче фильтровать | ✔ Да |
| Контроль дымки | Агломерация приводит к более легкому осаждению → Улучшение качества воздуха | ✔ Да |
| Фармацевтические составы | Неравномерный размер частиц → Нестабильная дозировка | ✕ Нет |
| Распылительная сушка | Воссоединение приводит к засорению сопла и образованию комков | ✕ Нет |
| Химический реактор | Уменьшенная поверхность реакции и плохая теплопередача | ✕ Нет |
4.3 Технология предотвращения агломерации
Поняв механизмы агломерации, инженеры разработали различные решения для ее предотвращения.
| Технология предотвращения слеживания | Механизм | Сценарии применения |
| Покрытие поверхности | Образует изоляционный слой с диоксидом кремния | Сухое молоко, растворимый кофе |
| Сушка в псевдоожиженном слое | Горячий воздух создает взвесь частиц | Фармацевтическая грануляция |
| Антистатики | Уменьшает поверхностное сопротивление | Переработка пластиковых частиц |
| Ультразвуковая вибрация | Разрушает жидкие мостовые структуры | Оборудование для просеивания порошка |
Таким образом, возможность точного моделирования и прогнозирования агломерационного поведения частиц является ключевой технологией для управления промышленными процессами.
Эпический порошок
Эпическая Порошковая Машина Компания Epic Powder специализируется на передовых технологиях обработки порошков, предлагая передовые решения для измельчения частиц и контроля агломерации. Благодаря многолетнему опыту и стремлению к инновациям мы предлагаем специализированное оборудование для различных отраслей промышленности, гарантируя оптимальную производительность и эффективность обработки частиц. Доверьте Epic Powder оптимизацию производственных процессов и достижение превосходных результатов.
