Теплове управління механохімічною реакцією

Abstract

Механохімія вивчає та пояснює процеси хімічних та фізико-хімічних перетворень, які породжуються механічним впливом на речовину. При здійсненні глибоких механохімічних перетворень, як правило, необхідно передати твердим реагентам порцію енергії, порівняну до енергії міжатомних зв’язків. Для цього використовуються різноманітні машини та апарати, такі як екструдери, в яких механічна енергія постійно передається подрібненому матеріалу. У статті розглянута взаємодія двох реагентів у найпростішій хімічній реакції у стані суміші часток двох сортів, що відбувається при стисненні часток, що мають широкувату неправильну форму та стикаються одна з одною, утворюючі області контакту. У цих областях виникають значні концентрації напружень та нагрів речовини з утворенням нової фази. Теплове управління механохімічною реакцією полягає у підтримці оптимального балансу дисипативного тепла та тепла від теплоносія у черв’ячному реакторі для того, щоб швидкість протікання та кінцевий продукт реакції задовольняли поставленим технічним умовам. Надані у статті формули для розрахунку коефіцієнту швидкості механохімічної реакції, теплообміну між черв’ячним реактором та каналом рубашки, теплообміну між рубашкою та оточуючим середовищем дозволяють розрахувати умови балансу для теплового управління. Блок-схема технологічної лінії, що представлена у статті, є економічно вигіднішою у зрівнянні з проведенням цієї ж реакції у розчиннику. Економічна вигода полягає в елімінуванні стадій введення та видалення розчинника з продукту реакції. На завершення зазначено, що механохімічна реакція перетворення суміші двох дисперсних матеріалів, що складається з твердих часток, у рідину може бути реалізована у непереривних умовах у потоковому режимі у черв’ячній машині. А теплове керування ходом механохімічної реакції можна здійснити за допомогою керованого теплообміну з теплоносієм у рубашці в умовах погілковій просторової дисперсії.

Mechanochemistry studies and explains the processes of chemical and physicochemical transformations that are generated by mechanical action on a substance. When carrying out deep mechanochemical transformations, as a rule, it is necessary to transfer to solid reagents a portion of energy comparable to the energy of interatomic bonds. For this, various machines and apparatus are used, such as extruders, in which mechanical energy is constantly transferred to the crushed material. The article discusses the interaction of two reagents in a simple chemical reaction in the state of a mixture of particles of two types, which occurs during compression of particles having a rough irregular shape, and colliding with each other, forming areas of contact. Significant stress concentrations and heating of the substance with the formation of a new phase arise in these regions. Thermal control of the mechanochemical reaction is to maintain an optimal balance of dissipative heat and heat from the coolant in the worm reactor so that the rate of flow and the final product of the reaction meet the specified specifications. The formulas provided in the article for calculating the coefficient of the rate of mechanochemical reaction, heat transfer between worm reactor and jacket channel, heat exchange between jacket and environment allows to calculate the balance conditions for thermal management. The block diagram of the technological line, which is presented in the article, is more economical in comparison with carrying out the same reaction in a solvent. The economic benefit lies in the elimination of the steps of introducing and removing the solvent from the reaction product. At the end, it is indicated that the mechanochemical reaction of the transformation of a mixture of two dispersed materials consisting of solid particles into a liquid can be realized in continuous conditions in a flow mode in a worm machine. And thermal control of the course of a mechanochemical reaction can be carried out using controlled heat exchange with a coolant in a jacket under conditions of turn-around spatial dispersion.