1. Tại sao bụi trong không khí luôn kết thành cụm?
Khi ánh nắng chiếu qua cửa sổ, tại sao bụi lơ lửng trong không khí dường như luôn bay thành từng đám? Một khi bột mì bị ướt, chúng có xu hướng vón cục lại, khiến việc phân tán trở nên khó khăn, ngay cả khi khuấy. Trong thời tiết mù sương, tại sao ô nhiễm không khí dường như dày đặc hơn qua đêm? Đằng sau những hiện tượng này là một đặc điểm của các hạt: chúng có xu hướng tụ lại với nhau, giống như mọi người tụ tập lại để giữ ấm trong gió lạnh. Quá trình này được gọi là sự kết tụ hạt.
2. Tại sao các hạt kết tụ?
Có ba lý do chính khiến các hạt kết tụ:
2.1 Lực Van der Waals:
Lực Van der Waals có thể được coi là một loại lực hút im lặng. Ngay cả khi các hạt không tích điện, chúng vẫn tạo thành các cực từ ngắn, nhỏ do chuyển động tức thời của các electron bên trong phân tử, hút chúng lại với nhau.
Trên thực tế, lực van der Waals là lực liên phân tử.
Giống như khi hai mảnh giấy đặt gần nhau và bị hút bởi tĩnh điện, ngay cả khi không có điện tích hay từ tính rõ ràng. Tương tự, khi bạn đến gần màn hình TV, tóc bạn sẽ bay lên do lực phân tử yếu đang tác động.
Đối với các hạt có đường kính nhỏ hơn 10 micron, lực van der Waals thường lớn hơn lực hấp dẫn, đó là lý do tại sao các hạt mịn như PM2.5 và PM1.0 có xu hướng dính vào nhau và khó loại bỏ.
2.2 Lực cầu lỏng:
Khi không khí có độ ẩm, bề mặt của các hạt dễ dàng hấp thụ hơi nước, tạo thành cầu lỏng, giống như một giọt nước nối hai quả bóng nhỏ.
Ví dụ: hai hạt cát khô sẽ không dính vào nhau, nhưng nếu chúng hơi ướt, chúng có thể vón cục lại với nhau nhờ nước. Cát khô không thể xây lâu đài, nhưng cát ướt có thể xây đồi - đây chính là nguyên lý hoạt động.
Các tình huống điển hình: Gia vị nhà bếp vón cục do độ ẩm, bột giặt vón cục do hấp thụ độ ẩm và giảm bụi trên đường mưa.
2.3 Va chạm và kết tụ:
Khi các hạt di chuyển trong không khí hoặc nước, nhiều chuyển động tương đối và va chạm xảy ra. Nếu điều kiện thích hợp (ví dụ, nếu tốc độ không quá nhanh và bề mặt có sự hấp phụ hoặc màng chất lỏng), các hạt có thể dính lại với nhau sau va chạm, tạo thành các hạt lớn hơn.
Hãy tưởng tượng một nhóm người ngồi trên một chiếc xe buýt đang rung lắc. Nếu có quá nhiều người và xe buýt rung lắc quá mạnh, họ thường va chạm vào nhau và bám chặt vào nhau để đứng vững. Sự kết dính vô tình này tương tự như sự va chạm và kết tụ của các hạt.
Tốc độ của loại kết tụ này phụ thuộc vào nồng độ hạt, tốc độ trường dòng chảy và cường độ nhiễu loạn. Dòng chảy càng mạnh và số lượng hạt càng lớn thì khả năng va chạm càng cao.
3. Làm thế nào để nghiên cứu sự kết tụ hạt trong mô phỏng?
Trong kỹ thuật, chúng ta thường sử dụng Mô hình động lực học chất lưu tính toán (CFD) và Mô hình cân bằng dân số (PBM) để mô phỏng quá trình kết tụ của các hạt.
PBM không mô phỏng quỹ đạo của từng hạt, mà thay vào đó mô tả sự tiến hóa của "nhóm hạt" trong không gian kích thước hạt:
Số lượng hạt giảm dần theo thời gian như thế nào (vì nhiều hạt kết hợp thành hạt lớn hơn)?
Kích thước hạt trung bình tăng như thế nào?
Sự thay đổi hình dạng của phân bố kích thước hạt (PSD): từ một đỉnh đơn sắc nét
→ dần dần mở rộng hoặc hình thành đỉnh kép?
4. Ngành công nghiệp nào bị ảnh hưởng bởi sự kết tụ hạt?
4.1 Sự kết tụ là phổ biến trong tự nhiên
Sự hình thành cồn cát: Các hạt cát dính vào nhau và tích tụ trong quá trình vận chuyển của gió. Cấu trúc tổng hợp đất: Đất sét và chất hữu cơ kết hợp để giữ nước và phân bón. Sự kết tụ tế bào: Lực liên phân tử trong sinh vật thúc đẩy sự hình thành mô.
4.2 Ứng dụng công nghiệp
Sự kết tụ có thể vừa là lợi ích vừa là bất lợi trong các ứng dụng công nghiệp.
| Kịch bản | Sự va chạm | Có cần phải kết tụ không? |
| Lọc không khí | Kích thước hạt tăng lên → Dễ lọc hơn | ✔ Có |
| Kiểm soát sương mù | Sự kết tụ dẫn đến lắng đọng dễ dàng hơn → Cải thiện chất lượng không khí | ✔ Có |
| Công thức dược phẩm | Kích thước hạt không đồng đều → Liều lượng không ổn định | ✕ Không |
| Sấy phun | Reunion gây tắc nghẽn và vón cục vòi phun | ✕ Không |
| Lò phản ứng hóa học | Giảm diện tích phản ứng và truyền nhiệt kém | ✕ Không |
4.3 Công nghệ chống kết tụ
Sau khi hiểu được cơ chế đằng sau hiện tượng kết tụ, các kỹ sư đã phát triển nhiều giải pháp khác nhau để ngăn chặn hiện tượng này.
| Công nghệ chống đóng bánh | Cơ chế | Các tình huống ứng dụng |
| Lớp phủ bề mặt | Tạo thành lớp cách ly bằng silica | Sữa bột, cà phê hòa tan |
| Sấy tầng sôi | Không khí nóng tạo ra các hạt lơ lửng | Tạo hạt dược phẩm |
| Chất chống tĩnh điện | Giảm sức cản bề mặt | Xử lý hạt nhựa |
| Rung siêu âm | Phá hủy các cấu trúc cầu lỏng | Thiết bị sàng lọc bột |
Do đó, việc mô phỏng và dự đoán chính xác hành vi kết tụ của các hạt có phải là công nghệ quan trọng để kiểm soát quy trình công nghiệp hay không.
Bột Epic
Máy móc bột Epic chuyên về công nghệ xử lý bột tiên tiến, cung cấp các giải pháp tiên tiến để giảm kích thước hạt và kiểm soát kết tụ. Với nhiều năm kinh nghiệm và cam kết đổi mới, chúng tôi cung cấp thiết bị phù hợp cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đảm bảo hiệu suất và hiệu quả tối ưu trong xử lý hạt. Hãy tin tưởng Epic Powder để giúp bạn tối ưu hóa quy trình sản xuất và đạt được kết quả vượt trội.
