ПРОЦЕСС ТРИБОЗАРЯДКИ

ЧАСТИЦ ПРИ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКЕ.

Николаев Н.С., Бурлев М.Я.

Трибозарядка – это процесс возникновения электрических зарядов при трении друг о друге двух материалов, причем приобретаемые ими заряды равны по абсолютному значению и противоположны по знаку.

Данное явление имеет место в процессе распылительной сушки различных биологических объектов и значительно может снижать эффективность работы оборудования вследствие налипания частиц продукта на стенки сушильной камеры. Для разработки мер по максимальному устранению этого негативного процесса необходимо исследовать механизм его происхождения.

Известен ряд способов и устройств, которые можно применить для измерения электрического заряда, как массы, так и отдельных частиц [1, 2, 3]. Наиболее распространенным является метод измерения потенциала с помощью цилиндра Фарадея (название от имени английского физика М. Фарадея 1791 – 1867), который и был использован в лабораторных экспериментах.

Сущность данного метода заключается в зарядке известной емкости (С) и дальнейшем измерении потенциала этой емкости. Цилиндр Фарадея состоит из приемника частиц (металлическая емкость), помещенного в экранирующий заземленный каркас. Приемник частиц изолируется от заземленного каркаса диэлектрическим материалом с большим сопротивлением, например: – фторопласт. Это необходимо для увеличения времени диссипации электрических зарядов с измерительного контура. Кроме того, приемник частиц соединяется экранированным проводником с регистрирующими приборами (электростатическим вольтметром и электрометром).

Для измерения процесса трибозарядки частиц биологических объектов разработан экспериментальный стенд, представленный на рис. 1.

Рис. 1. Экспериментальный стенд для измерения

трибозарядов.

1 – цилиндр Фарадея; 2 – подложка; 3- приемник; 4 – электростатический вольтметр; 5 – электрометр.

При распылительной сушке трибозаряд возникает при трении частиц сухого обезжиренного молока друг о друга или с поверхностью другого материала, например, воздуховодов и стенки сушильной установки. Электрические заряды определяли на подложках, изготовленных из проводников (металл) и диэлектриков (полиэтилен, капрон).

Определение потенциала, например: частиц сухого обезжиренного молока осуществляли при температуре t = 18°С и относительной влажности воздуха 75 – 80 %.

Удельный электрический заряд частиц (в Кулон/кг), ссыпаемых в приемник определяли по формуле:

CU

q уд. = --------

m

где;

С – емкость измерительного контура, Фарада;

U – напряжение, показанное измерительными приборами, Вольт;

m – масса частиц сухого обезжиренного молока, кг.

Установлено, при увеличении длины пройденного пути, как представлено на рис.2 частицами сухого обезжиренного молока, резко

Рис. 2.Трибозарядка частиц сухого обезжиренного

молока в зависимости от длины пути.

возрастала удельная площадь соприкосновения этих частиц с контактирующей поверхностью металлической подложки, что способствовало возрастанию величины удельных электрических зарядов.

При этом все частицы сухого обезжиренного молока приобретают положительную полярность зарядов, поскольку образующиеся на них свободные электроны легко передаются металлической подложке, то есть проводнику.

Эффект трибоэлектризации является результатом обмена между соприкасающимися поверхностями частиц и, как считают ряд авторов [4, 5, 6], связан с образованием общего в области контакта двойного электрического слоя, который и служит непосредственным источником статических зарядов.

Энергетическое состояние поверхностей до их контакта характеризуется определенным равновесным состоянием. При контакте поверхностей энергетическое состояние их нарушается, так как в соприкосновение входят поверхности, имеющие разный уровень поверхностной энергии [7]. Вновь образовавшийся двойной электрический слой, равный нескольким микрометрам, характеризуется новым энергетическим состоянием.

При разрыве контакта на каждой частице образуются нескомпенсированные электрические заряды противоположного знака, величина которых определяется кинетикой процессов, происходящих при образовании и разрыве двойного электрического слоя в месте контакта частиц. Для каждого конкретного случая кинетика сообщения электрических зарядов зависит от ряда факторов, связанных с электрофизической характеристикой контактирующих фаз и конкретных условий, в которых происходит процесс трибоэлектризации [8, 9].

При замене металлической подложки на диэлектрическую (полиэтиленовую и капроновую) в процессе трибоэлектризации аккумулировались заряды противоположной полярности, как на подложке, так и на частицах сухого обезжиренного молока. При этом возрастала разность потенциалов между поверхностью подложки и частицами, способствующее притяжению частиц к подложке.

Исследования по трибозарядке частиц сухого обезжиренного молока необходимы для понимания и управления явлениями, происходящих при протекании производственных процессов, связанных с высушиванием различных материалов, в том числе и сушки обезжиренного молока. При распылении сгущенного обезжиренного молока в распылительной сушилке, с последующим оседанием сухого порошка на стенке сушильной башни, транспортировке порошка по воздуховодам и т.д., происходит нежелательное накопление статических зарядов, для устранения которых заземляют контур сушильной установки или принимают другие меры.

Это необходимо учитывать при проектировании сушильных установок с целью снижения негативных последствий возгорания сухого обезжиренного молока в процессе распылительной сушки [10].

Список литературы.

1. Андрианов Е.И. Методы определения структурно – механических характеристик порошкообразных материалов. – Химия, 1982. – С. 121 – 152.

2. Барфут Ж., Тейлор Дж. Полярные диэлектрики и их применение. – М. 1981. – 230 с.

3. Ревнивцев В.И. Физические основы электрической сепарации. – М. Недра. 1983. – 270 с.

4. Илюхин В.В., Бурлев М.Я. Жуковец Е.В. Сушка молока с использованием электрических полей. // Журнал «Молочная промышленность». М. 2011. № 8. – 12 с.

5. Крапивина С.А. Плазмохимические технологические процессы. – Л. 1981. – 245 с.

6. Липатов Н.Н. «Принципы проектирования состава и совершенствования технологии многокомпонентных мясных и молочных продуктов». Автореферат диссертации доктора технических наук. – М., 1988. – 56 с.

7. Уракаев Ф.Х. Теоретическая оценка импульсов давления и температуры на контакте трущихся частиц в диспергирующих аппаратах. – Избранное АН СССР. 1978. – №7 – 1 серия химических наук, вып. 3 – С. 5 – 10.

8. Духин С.С., Дерягин Б.В. Электрофорез. – М.: Наука, 1976. – 327 с.

9. Кондаков В.Н., Коробов М.М., Грицюк Н.Г., Доценко Н.М. // Пневматический и гидравлический транспорт в пищевой промышленности. – М. Пищевая промышленность, 1973. – 184 с.

10. Verhey J.G.P., Lammers W.L. The Netherland of Milk Dairy Technology, 1973, v. 27, No. 2, p. 79 – 84.

Ключевые слова: трибозаряд, трибоэлектричество, электрические заряды, трение частиц, цилиндр Фарадея, диссипация электрических зарядов, проводники, диэлектрики, полярность зарядов, энергетическое состояние.

Аннотация.

В данной статье рассмотрено явление возникновения электрических зарядов при трении друг о друге частиц (трибоэлектричество) при протекании конвективной сушки обезжиренного молока. Показан экспериментальный стенд для изучения этого явления. Приведены результаты трибозарядки частиц сухого обезжиренного молока в зависимости от длины пути. Сделан вывод о необходимости изучения этого явления для разработки способов устранения его негативного влияния на процесс распылительной сушки.

Abstract.

This article examines the phenomenon of electric charges while rubbing each other particles (tribo–charges) when the flow of convection drying of skim milk. Shows the experimental installation to study this phenomenon. The results of tribo–charging particles of dry skim milk depending from the length of the path. Felt the need to study this phenomenon to develop ways to eliminate its negative impact on the process of spray drying.