Химические предприятия, добывающие калийное удобрение, довольно часто сталкиваются с проблемой прилипания мелкодисперсных фракций на рабочие поверхности аппаратов, в результате чего нарушается стабильная работа оборудования из-за необходимости чистки. Ученые Пермского Политеха изучили причины возникновения адгезии и обнаружили способ свести на нет прилипание дисперсных материалов к установкам.
Со статьей можно ознакомиться в журнале Chemical and Petroleum Engineering 2021. Прилипание дисперсных материалов зависит от многих факторов: физико-химических свойств, влажности, размера и формы частиц, наличия адсорбированных примесей и температуры. Считается, что адгезия таких веществ возрастает с увеличением температуры, что объяснено повышением электростатических сил притяжения, возникающих после испарения адсорбированной влаги с их поверхности.
В эксперименте использовались мелкодисперсные фракции хлорида калия и пластины, изготовленные из конструкционных материалов, широко используемых в калийной промышленности, а именно: сталь Ст3, высоколегированная сталь 12Х18Н10Т, титановый сплав ВТ1-0 и фторопласт 4.
«Образцы влажной соли, спрессованные в виде таблеток, укладывались на поверхность нагретой до заданной теплоты пластины и переносились в разогретый шкаф, где их высушивали при той же температуре до конечной влажности. После окончания сушки субстрат с прилипшим образцом сразу же переносили на экспериментальный стенд и производили отрыв», — сообщил профессор кафедры «Оборудование и автоматизации химических производств» Сафар Загидуллин.
В результате испытаний выяснилось, что интенсивность прилипания мелкодисперсных фракций связана со скоростью образования и роста вторичных кристаллов при испарении поверхностной влаги. Адгезия снижается с уменьшением поверхностной энергии субстратов. Она также ослабевает с уменьшением эффективной площади поверхности контакта образца с пластиной.
«Поначалу с повышением температуры прилипание хлорида калия растет из-за увеличения количества образующихся вторичных кристаллов солей. При дальнейшем нагреве из-за смены режима кипения раствора кристаллизационные мостики разрыхляются и разрушаются. В результате, величина удельного прилипания снижается и при 140 °С практически не обнаруживается», — рассказал кандидат технических наук кафедры «Оборудование и автоматизации химических производств» Артем Селиверстов.