Расчет роторного аппарата для производства графеносодержащих суспензий

Abstract

В статье рассмотрен расчет роторного аппарата с подвижными лопастями для производства графеносодержащих суспензий, которые используются для модифицирования конструкционных и функциональных материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Дано обоснование целесообразности получения графеновых пластин методом сдвиговой эксфолиации графита непосредственно в жидкостях, которые входят в состав данных материалов. Проведены экспериментальные исследования процесса эксфолиации с тремя вариантами роторного аппарата. В первом варианте использовали роторный смеситель с большими сдвиговыми усилиями (high-shear mixer). Во втором варианте использовали роторный аппарат с подвижными лопастями. Указанные два варианта реализуют процесс эксфолиации графита в периодическом режиме. В третьем варианте использовали роторный аппарат с подвижными лопастями, работающий в непрерывном режиме. При работе в периодическом режиме суспензия попадает в роторный аппарат случайным образом, что не дает гарантии ее равномерной обработки. При непрерывном режиме суспензия подается насосом с регулируемой производительностью, что позволяет не только равномерно обрабатывать всю суспензию, но и контролировать время пребывания суспензии в зоне эксфолиации. Исследована кинетика процесса эксфолиации в неорганических и органических жидкостях. Показано, что наиболее эффективно процесс эксфолиации реализуется в непрерывном режиме. По результатам анализа, предложены зависимости для расчета основных режимных и геометрических параметров роторных аппаратов с подвижными лопастями, что позволяет проектировать аппараты с заданной производительностью.