ОБ ОДНОМ СПОСОБЕ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКИХ ДИСПЕРСИЙ НА ОСНОВЕ ДЕСУБЛИМАЦИИ

Дайрабай Динара Дастанкызы

докторант
Южно-Казахстанского государственного университета им. М. Ауэзова,

Республика Казахстан, г. Шымкент

Голубев Владимир Григорьевич

д-р техн. наук, проф.
Южно-Казахстанского государственного университета им. М. Ауэзова,

Республика Казахстан, г. Шымкент

Досмаканбетова Айбарша Абылкасимовна

канд. техн. наук, доц.
Южно-Казахстанского государственного университета им. М. Ауэзова,

Республика Казахстан, г. Шымкент

Серикулы Жандос

д-р философии (PhD), доц.
Южно-Казахстанского государственного университета им. М. Ауэзова,

Республика Казахстан, г. Шымкент

E-mail: 77011022422@yandex.kz

ABOUT A METHOD FOR MANAGEMENT OF PRODUCTION FINE DISPERSION ON THE BASIS OF DESUBLIMATION

Dinara Dairabay

рhD student South-Kazakhstan State University named M. Auezov,

Kazakhstan, Shymkent

Vladimir Golubev

doctor of Science, professor South-Kazakhstan State University named M. Auezov,
Kazakhstan, Shymkent

Aibarsha Dosmakanbetova

candidate of Science,
assistant professor South-Kazakhstan State University named M. Auezov,

Kazakhstan, Shymkent

Serikuly Zhandos

phD, assistant professor South-Kazakhstan State University named M. Auezov,
Kazakhstan, Shymkent

АННОТАЦИЯ

В предлагаемой работе представлены результаты разработки способа управления процессом получения ультрадисперсных частиц на основе десублимации. В качестве экспериментального материала использованы пары серы.

ABSTRACT

This paper presents the results of a method for management of production fine dispersion on the basis of desublimation development. Sulfur vapor is used as an experimental material.

Ключевые слова: способ управления; рабочая линия; процесс десублимаци; фракции; ультрадисперсные частицы; параметры.

Keywords: management method; operating line; desublimation process; fraction; ultra-fine particles; options.

Получение нанодисперсий и тонких порошков является одной из актуальных задач современной химической технологии. Для этих целей используются процессы сублимации и десублимации, которые нужно осуществлять в тонко агрегатированных режимах с целью получения дисперсий определенного фракционного состава. Одной из важнейших составляющих этого процесса является способ тонкого регулирования процесса сублимации-десублимации с целью получения ультрадисперсных частиц [3–6].

Основные факторы, управляющие процессами сублимации и десублимации, не позволяют осуществлять процесс совместного протекания стадий первичной нуклеации и коагуляции кластеров [2]. Такое управление процессом десублимации значительно затрудняет получение частиц узкого фракционного состава. Кроме того, отсутствие четкого фиксированного диапазона температуры не позволяет получить ультрадисперсный порошок одной структуры, а, следовательно, и качества конечного продукта. В известном способе в исходной парогазовой смеси сначала осуществляют плавное снижение давления до критического значения при неизменной температуре, а затем интенсивное снижение температуры до значения точки росы при неизменном давлении. Десублимат, полученный в таких условиях, не имеет четкого гранулометрического состава и рыхлую, пористую структуру [1].

Задачей данной работы являлась разработка способа управления процессом десублимации с целью получения ультрадисперсных частиц. Сущность предлагаемого способа заключается в том, чтобы управление процессом десублимации производить в определенной последовательности. Рассмотрим рис. 1, на которой представлена рабочая линия процесса десублимации. Известно, что процесс десублимации представляет собой процесс конденсации сублимированного пара при давлении ниже тройной точки на поверхности охлаждения. При достижении в системе температуры начала кристаллизации происходит кристаллизация, которая заканчивается при температуре полной кристаллизации. Т. е. кристаллизация системы происходит в определенном критическом диапазоне температур. В эвтектической точке система находится в нонвариантном состоянии. На рис. 1 отмечены зоны, в которых система находится в твердом, жидком и газообразном состояниях. Причем состав жидкой фазы изменяется по линии до эвтектической точки, соответствующей температуре кристаллизации.

Рисунок 1. Рабочая линия процесса десублимации

Происходящие в этой зоне системы изменения способствуют неоднородному росту кристаллов и возможной флуктуации химического состава. При охлаждении расплавов первоначально образуются кристаллы чистого компонента, состав жидкой фазы изменяется вдоль всей линии. В этой зоне образуются кристаллы, существенно отличающиеся друг от друга по размерам. С понижением температуры, система полностью переходит в кристаллическое состояние, с образованием механической смеси кристаллов различных компонентов Высокий энергетический барьер соответствует каждому конкретному пути, вдоль которого может продолжаться переход. Следовательно, фактический путь процесса будет соответствовать требованию самых низких расходов энергии. В процессе десублимации необходимо пересечь линию раздела фазовых состояний, не заходя в область жидкой фазы. С целью гарантии того, чтобы в процессе десублимации не образовалась жидкая фаза необходимо управлять процессом правее точки росы. Согласно рабочей линии процесса десублимации (рис. 1), исходной точкой является т. О, которая располагается справа и ниже линии жидкости. Управление процессом осуществляется в следующей последовательности. Начинают плавное снижение давления парогазовой смеси из точки О до точки 1-критического значения, соответствующее конкретному исходному компоненту. Затем начинают осуществлять интенсивное снижение температуры парогазовой смеси из точки 1 до точки 2. При достижении ее значения, соответствующего расчетному и критическому, образуется десублимат в виде ультрадисперсного порошка. Возможность такого управления позволяет получать ультрадисперсный порошок стабильно узкой фракции с индивидуальными свойствами, присущими только в рамках этого диапазона. Это является крайне важным с точки зрения качества продукта в таких отраслях, как фармацевтика, нанотехнологии, радиоэлектроника и многие другие.

Эффективность способа выражается в возможности получения ультрадисперсных порошков стабилизированного фракционного состава, что оказывает непосредственное влияние на качество получаемого продукта. Рассмотрим в качестве примера фазовую диаграмму серы (рис. 2).

Рисунок 2. Фазовая диаграмма серы

Особенность фазовой диаграммы серы заключается в том, что твердая сера может существовать в нескольких модификациях в зависимости от того, при каких условиях происходит фазовый переход. В исходной парогазовой смеси, содержащей пары серы при Т=392.5 К и Р=2.4 Па начинают плавно снижать давление до Р=2 Па, являющегося критическим (поскольку оно находится вблизи точки росы), а затем интенсивно снижают температуру до значения Т=386 К. При достижении данной температуры пары серы, согласно диаграмме, на рис. 2, начинают десублимироваться. Причем, в диапазоне от Т=427,2 К и Р=130 КПа до Т=368 К и Р=0,5 Па образуется монокристаллическая сера с размером частиц 5 мкм. В диапазоне от Т=386 К и Р=1,729 Па до Т=368 К и Т=0,5 Па образуется ромбическая сера с размером частиц 2,5 мкм. Таким образом, достаточно наглядно доказывается возможность получения ультрадисперсных частиц с помощью изменения давления. Таким образом, авторами предложен способ управления процессом десублимации путем осуществления плавного снижения давления в исходной парогазовой смеси до критического значения при неизменной температуре, а затем интенсивное снижение температуры до значения точки росы при неизменном давлении.

Преимуществом данного способа по сравнению с ранее имеющимся заключается в наличии конкретных рекомендаций по управлению процесса десублимации путем выполнения действий в определенной последовательности по снижению давления, а затем температуры парогазовой смеси.

Предлагаемый способ управления процессом десублимации применим для получения ультрадисперсного порошка узкого фракционного состава таких веществ, как, например, серы, кремния и многих других, получаемых способом десублимации.

Список литературы:

1. Бражников С.М., Генералов М.Б., Трутнев Н.С. Вакуум – сублимационный способ получения ультрадисперсных порошков неорганических солей. // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2004. – Т. 2. № 12. – С. 12–15.
2. Генералов М.Б. Криохимическая нанотехнология: учеб. пос. для вузов. – М. ИКЦ. Академкнига, 2006, – С. 31.
3. Патент № 2295995 В01Д007/00, G01B015/02 авторов Скоба О.Ю., Смолкина Л.А. др. Заявка № 2004127671/15.
4. Adrian B. Burd, Moran S.B., George A. Jackson. A coupled adsorption – aggregation model of the POC th ratio of marine particles // Deep – Sea Research. – 2000. – № 47. – P. 103–120.
5. George A. Jackson, Adrian B. Burd. A model for the distribution of particle flux in the mid-water column controlled by subsurface biotic interactions // Deep-Sea Research – 2002. – № 49. – P. 193–217.
6. Ramkissoon H., Ramdath G., Comissiong D., Rahaman K. On thermal instabilities in a viscoelastic fluid // International Journal of Non – Linear Mechanics. – 2006. – P. 18–25.