Практическое применение порошков

Область распространения порошков необъятна. Достаточно вспомнить, что прогретая солнцем почва, песчаные отмели и пляжи, грунтовые дороги, покрытые толстым слоем пыли, – все это примеры порошкообразных систем. Зимой выпадает снег, который также можно рассматривать как порошкообразную систему, причем на его примере можно проиллюстрировать все свойства порошков, которые мы рассматривали в этой главе: способность к течению и распылению, слеживаемость, гранулирование и др. Эти свойства в природных системах часто приводят к катастрофическим последствиям: песчаные и снежные бури, суховеи, снежные лавины.

Столь же необъятной является и область практического применения порошков. Кроме того, порошки имеют немалое значение и как самостоятельные объекты. Практически любая отрасль промышленности в той или иной степени использует многочисленные порошкообразные материалы.

Не претендуя на полноту освещения, рассмотрим здесь лишь некоторые аспекты применения порошков в пищевой и химической промышленности.

ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Многие продукты пищевых производств выпускаются в виде порошков: мука, крахмал, сахарный песок, сахарная пудра, специи, молотые кофе и какао, сухое молоко и сливки, различные крупы и др. Некоторые пищевые продукты выпускаются в виде гранул и таблеток, например, гранулированные чай и кофе.

Многие виды пищевого сырья в технологических процессах используются в виде порошков: мука, крахмал, сухое молоко и сухие сливки, сахарная пудра, какао-порошок, поваренная соль, размолотые пряности, горчица и др. Качество получаемых продуктов во многом зависит от степени дисперсности используемого порошка и его предварительной подготовки. Так, своеобразная нежность шоколадных изделий определяется степенью размола какао-порошка. Для получения высококачественного шоколада исходный какао-порошок должен содержать частицы размером не более 10 – 16 мкм.

Для образования теста нормальной консистенции мука должка обладать определенной влагопоглотительной способностью, которая возрастает с увеличением тонкости помола муки. Кроме того, мука подвергается предварительной подготовке. Ее выдерживают в темном помещении при температуре не ниже 12°С, а затем просеивают. При этом мука освобождается от посторонних частиц и аэрируется, что оказывает благоприятное влияние на процессы брожения. Кроме того, при просеивании разрушаются комки, образующиеся при хранении муки за счет слипания частиц. И в домашних условиях при приготовлении теста рекомендуется предварительно просеивать муку. Если вместо муки используется манная крупа, которую получают в результате гораздо более грубого помола пшеницы, то технология приготовления теста (манника) изменяется, она включает в себя стадию предварительного набухания крупы.

ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Порошки – одна из наиболее распространенных форм применения веществ в химико – технологических процессах переработки и получения различных материалов. Достаточно отметить, что большинство продуктов химических предприятий выпускается в виде порошков, гранул или окатышей, например, минеральные удобрения, полимеры, красители, ионообменные смолы, флокулянты, химические реактивы для учебных, научно – исследовательских и заводских лабораторий и др.

Сверхтонкие металлические порошки являются эффективными катализаторами. В химических синтезах они часто используются в виде суспензий. Так, например, органозоли никеля успешно применяются в процессах гидрирования жиров и других ненасыщенных соединений в жидкой фазе. Скорость гидрирования в присутствии такого катализатора повышается в десятки раз, что объясняется высокой удельной поверхностью этих порошков.

Высокодисперсные порошки используются также в качестве стабилизаторов микрогетерогенных систем, в частности эмульсий.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Какие дисперсные системы называются порошками, по каким признакам

они классифицируются?

2. Какие методы получения порошков вам известны? Какие химические

реакции лежат в основе конденсационного метода?

3. Что называется когезией? Может ли когезия определять насыпную массу

порошка?

4. В чем состоит сущность аутогезии? Чем она определяется?

5. К чему приводит увеличение межфазной удельной поверхности

порошка? Что называется критическим размером порошка?

6. Перечислите характерные свойства порошков.

7. От чего зависит распыляемость порошка?

8. Что называется флуидизацией? Какими способами создают

псевдоожиженные системы?

9. Перечислите важнейшие методы гранулирования.

10. Какие факторы влияют на слеживание порошка? Как можно бороться со

слеживанием?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В IV части учебника (главы 15 – 19) рассмотрены пять типов дисперсных систем, различающихся природой дисперсной фазы и дисперсионной среды: суспензии (Т/Ж), эмульсии (Ж/Ж), пены (Г/Ж), аэрозоли (Ж/Г, Т/Г), порошки (Т/Г). Эти системы имеют много общего:

• частицы дисперсной фазы имеют размеры от 1 мкм и выше, т. е.

указанные системы занимают промежуточное положение между

коллоидными растворами и макросистемами;

• образование всех указанных систем возможно двумя путями:

диспергационным и конденсационным;

• все указанные системы характеризуются наличием большой межфазной

поверхности (до 1 м²/г), что обусловливает их термодинамическую

неустойчивость – стремление к укрупнению частиц дисперсной фазы;

различают седиментационную и агрегативную устойчивость;

• агрегативная устойчивость и длительное существование дисперсных

систем с сохранением их свойств обеспечивается введением

стабилизаторов: низкомолекулярных электролитов, ПАВ, полимеров.

В зависимости от природы стабилизатора реализуются несколько факторов устойчивости:

• электростатический;

• адсорбционно – сольватный;

• структурно – механический;

• энтропийный;

• гидродинамический.

Наряду с общими свойствами каждая из дисперсных систем имеет свои особенности, которые были рассмотрены в соответствующих главах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Амелин Л. Г. Теоретические основы образования туманов при конденсации ларов.

М.: Химия, 1972. 109 с.

Вейцер Ю. И., Минц Д. М. Высокомолекулярные флокулянты в процессе очистки

природных и сточных вод. М.: Стройиздат, 1984. С. 201.

Воюцкий С. С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1976. С. 512.

Зимон А. Д., Лещенко Я. Ф. Коллоидная химия. М.: Химия, 1991.

Ковалевич О. В. Коллоидная химия. Кемерово, 1997. 144 с.

Кругляков П. М., Ежерова Д. Р. Пены и пенные пленки. М.: Химия. 1990. 492 с.

Маркин А. П., Таубе П. Р. Непрочное чудо. М.: Химия, 1983. 224 с.

Методы испытаний водных растворов ПАВ. М.: НИИТЭМ, 1965. 86 с.

Раист Б. П. Аэрозоли. М.: Химия, 1987. 280 с.

Ребиндер П. А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная

химия. Избранные труды. М.: Наука, 1978. С. 398.

Сургутский В. П., Перевозова В. А. Физико-химические и коллоидные явления в

технологии продуктов общественного питания. Красноярск, 1992. 60 с.

Тихомиров В. К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения. М.: Химия,

1983. 254 с.

Урьев Н. Б. Физико – химические основы технологии дисперсных систем и

материалов. М.: Химия, 1988. 256 с.

Урьев Н. Б., Талейсник М. А. Пищевые дисперсные системы. М.: Агропромиздат,

1985. 296 с.

Фридрихсберг Д. А. Курс коллоидной химии. Л.: Химия, 1984. 308 с.

Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные

системы. М.: Химия, 1988. С. 464.

Цешлин В. М. Аэрозольные баллоны. Л.: Химия, 1970. 160 с.

Цюрупа Я. Я. Практикум по коллоидной химии. М., 1963.

Шварц А., Деррк Дж., Берг Дж. ПАВ и моющие средства. М.: Издатинлит, 1980.

329 с.

Шерман Ф. Эмульсии. Л.: Химия, 1972. 448 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие..................................................................................................... 2

Часть 1

ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ.

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯЕЛЕНИЯ

Глава 1. Дисперсные системы....................................................................... 4

1.1. Предмет коллоидной химии..................................................................... 4

1.2. Количественные характеристики ДС...................................................... 5

1.3. Классификация ДС................................................................................. 5

1.4. Краткий исторический очерк................................................................... 8

1.5. Значение коллоидной химии................................................................... 10

Глава 2. Поверхностные явления................................................................ 11

2.1. Природа поверхностной энергии............................................................ 11

2.2. Поверхностное натяжение....................................................................... 12

2.3. Зависимость поверхностного натяжения

от температуры......................................................................................... 13

2.4. Самопроизвольные процессы в поверхностном слое............................ 13

2.5. Адсорбция. Общие положения, классификация.................................... 14

Заключение........................................................................................................ 17

Вопросы и задачи для самоконтроля.............................................................. 17

Глава 3. Адсорбция на границе «жидкий раствор-газ»......................... 19

3.1. Зависимость поверхностного натяжения от природы

и концентрации растворенного вещества.............................................. 19

3.2. Уравнение адсорбции Гиббса.................................................................. 20

3.3. Поверхностная активность. Правило Дюкло – Траубе........................... 22

3.4. Ориентация молекул ПАВ в поверхностном слое................................ 24

3.5. Уравнение Шишковского........................................................................ 26

3.6. Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра................................ 27

Заключение....................................................................................................... 29

Вопросы и задачи для самоконтроля............................................................. 30