Pulver

Järnpulver

Ett pulver är ett torrt, bulkfast ämne som består av många mycket fina partiklar som kan flöda fritt när de skakas eller lutas. Pulver är en speciell underklass av granulära material , även om termerna pulver och granulär ibland används för att särskilja separata materialklasser. I synnerhet avser pulver de granulära material som har de finare kornstorlekarna och som därför har en större tendens att bilda klumpar när de flyter. Granulat hänvisar till de grövre granulära materialen som inte tenderar att bilda klumpar förutom när de är våta.

Typer

, såsom mjöl , socker , malet kaffe , pulveriserad mjölk , kopieringsmaskintoner , krut , kosmetiska pulver och vissa läkemedel . I naturen är damm , fin sand och snö , vulkanisk aska och det översta lagret av månregoliten också exempel.

På grund av deras betydelse för industri, medicin och geovetenskap, har pulver studerats i detalj av kemiingenjörer , maskiningenjörer , kemister , fysiker , geologer och forskare inom andra discipliner.

Mekaniska egenskaper

Typiskt kan ett pulver komprimeras eller lossas till ett mycket större område av skrymdensiteter än vad ett grövre granulärt material kan. När det avsätts genom strö kan ett pulver vara mycket lätt och fluffigt. När den vibreras eller komprimeras kan den bli mycket tät och till och med förlora sin förmåga att flyta. Bulkdensiteten hos grov sand varierar däremot inte över ett nämnvärt intervall.

Klumpbeteendet hos ett pulver uppstår på grund av den molekylära Van der Waals-kraften som får enskilda korn att klänga fast vid varandra. Denna kraft finns inte bara i pulver, utan även i sand och grus. I sådana grovkorniga material är emellertid vikten och trögheten hos de enskilda kornen mycket större än de mycket svaga Van der Waals-krafterna, och därför har den lilla klamringen mellan kornen inte en dominerande effekt på materialets bulkbeteende. Först när kornen är mycket små och lätta blir Van der Waals-kraften dominerande, vilket gör att materialet klumpar sig som ett pulver. Korsningen mellan flödesförhållanden och stickförhållanden kan bestämmas genom enkla experiment.

Många andra pulverbeteenden är gemensamma för alla granulära material. Dessa inkluderar segregering, stratifiering, fastsättning och upphävande, skörhet , förlust av kinetisk energi , friktionsskjuvning , kompaktering och Reynolds dilatans .

Transport

Pulver transporteras i atmosfären annorlunda än ett grovt kornigt material. För det första har små partiklar liten tröghet jämfört med dragkraften hos gasen som omger dem, och därför tenderar de att följa med strömmen istället för att färdas i raka linjer. Av denna anledning kan pulver utgöra en inandningsrisk. Större partiklar kan inte väva sig igenom kroppens försvar i näsa och bihålor utan kommer att slå till och fastna på slemhinnorna. Kroppen flyttar sedan ut slemhinnan ur kroppen för att driva ut partiklarna. De mindre partiklarna å andra sidan kan resa hela vägen till lungorna som de inte kan drivas ut ur. Allvarliga och ibland dödliga sjukdomar som silikos är ett resultat av att arbeta med vissa pulver utan adekvat andningsskydd.

Dessutom, om pulverpartiklar är tillräckligt små, kan de suspenderas i atmosfären under mycket lång tid. Slumpmässig rörelse av luftmolekylerna och turbulens ger uppåtriktade krafter som kan motverka tyngdkraften nedåt. Grova granulat, å andra sidan, är så tunga att de omedelbart faller tillbaka till marken. När det väl har störts kan damm bilda enorma dammstormar som korsar kontinenter och hav innan de sätter sig tillbaka till ytan. Detta förklarar varför det finns relativt lite farligt damm i den naturliga miljön. Väl uppe är det mycket sannolikt att dammet stannar uppe tills det möter vatten i form av regn eller en vattenmassa. Sedan fastnar den och spolas nedströms för att lägga sig som leravlagringar i en lugn sjö eller hav. När geologiska förändringar senare återexponerar dessa avlagringar för atmosfären, kan de redan ha cementerats ihop för att bli mudstone , en typ av sten. Som jämförelse har månen varken vind eller vatten, så dess regolit innehåller damm men ingen lersten.

De kohesiva krafterna mellan partiklarna tenderar att motstå att de blir luftburna, och vindens rörelse över ytan är mindre sannolikt att störa en lågt liggande dammpartikel än ett större sandkorn som sticker ut högre upp i vinden. Mekanisk agitation som fordonstrafik, grävning eller passerande av djurflockar är effektivare än en jämn vind för att röra upp ett pulver.

De aerodynamiska egenskaperna hos pulver används ofta för att transportera dem i industriella tillämpningar. Pneumatisk transport är transport av pulver eller spannmål genom ett rör genom att blåsa gas. En gasfluidiserad bädd är en behållare fylld med ett pulver eller granulärt ämne som fluffas upp genom att gas blåser uppåt genom den. Detta används för förbränning i fluidiserad bädd , där gasen reagerar kemiskt med pulvret.

Vissa pulver kan vara dammigare än andra. Tendensen hos ett pulver att generera partiklar i luften under en given energitillförsel kallas " dammighet ". Det är en viktig pulveregenskap som är relevant för pulveraerosoliseringsprocessen. Den har också indikationer för mänsklig exponering för aerosoliserade partiklar och tillhörande hälsorisker (via hudkontakter eller inandning) på arbetsplatser. Olika dammtestningsmetoder har etablerats i forskningslaboratorier för att förutsäga pulverbeteende under aerosolisering. Dessa metoder (laboratorieuppsättningar) tillåter tillämpning av ett brett utbud av energitillförsel till pulverformiga material, vilket simulerar olika verkliga scenarier.

Explosionsrisk

Många vanliga pulver tillverkade i industrin är brännbara; särskilt metaller eller organiska material såsom mjöl . Eftersom pulver har en mycket stor yta kan de antändas med explosiv kraft. Anläggningar som mjölkvarnar kan vara sårbara för sådana explosioner utan ordentliga dammreducerande insatser.

Vissa metaller blir särskilt farliga i pulverform, särskilt titan .

Jämförelse med andra ämnen

En pasta eller gel kan bli ett pulver efter att det har torkats ordentligt, men anses inte vara ett pulver när det är blött eftersom det inte flyter fritt. Ämnen som torkad lera , även om torra bulkfasta partiklar består av mycket fina partiklar, är inte pulver om de inte krossas eftersom de har för mycket sammanhållning mellan kornen och därför flyter de inte fritt som ett pulver. En vätska flyter annorlunda än ett pulver, eftersom en vätska inte kan motstå någon skjuvpåkänning och därför inte kan ligga i en lutande vinkel utan att flöda (det vill säga att den har noll vilovinkel . ) Ett pulver å andra sidan är ett fast ämne, inte en vätska, eftersom den kan stödja skjuvspänningar och därför kan uppvisa en vilovinkel.

Se även

Duran, J., Reisinger A., Sands, Powders, and Grains: An Introduction to the Physics of Granular Materials. November 1999, Springer-Verlag New York, Inc., New York, ISBN 0-387-98656-1 .
Rodhes, M (redaktör),Principles of powder technology, John Wiley & Sons, 1997 ISBN 0-471-92422-9
Fayed, ME, Otten L. (redaktör), Handbook of powder science & technology, andra upplagan, Chapman & Hall, ISBN 0-412-99621-9
Bagnold, RA , Physics of Blown Sand and Desert Dunes , First Springer-upplagan, 1971, ISBN 0-412-10270-6 .
Fundamentals of Particle Technology – gratis bok

externa länkar