Механоактивация – это повышение химической активности твердых веществ, путем их измельчения в ударном, ударно-истирающем или истирающем режимах, которое приводит к накоплению структурных дефектов, увеличению кривизны поверхности, фазовым превращениям и даже аморфизации кристаллов. Механоактивация происходит, когда скорость накопления дефектов превышает скорость, их исчезновения. Проведение механоактивации в магнитоожиженном слое позволяет интенсифицировать процесс и повысить его энергоэффективность.

Существуют различные устройства позволяющие осуществлять механоактивацию в магнитоожиженном слое [4, 8, 9, 10]. Наиболее эффективными из них являются аппараты, в которых для создания диспергирующего усилия используется постоянное по знаку и регулируемое по величине электромагнитное поле [7, 8]. К таким аппаратам относятся электромагнитные механоактиваторы – ЭММА [3, 7]. Аппараты данного типа перспективны для использования в шоколадном производстве [1, 2, 3, 4, 5]. В настоящее время разработан инновационный ЭММА (рис. 1), позволяющий осуществлять гомогенное перемешивание, тонкое и сверхтонкое измельчение, а также активацию продуктов различного целевого назначения.

Рис. 1. Электромагнитный механоактиватор (А.с. № 1457881): 1 – емкость; 2, 3 – загрузочный и разгрузочный патрубок; 4 – измельчающие ферромагнитные элементы; 5, 6 – постоянные электромагниты; 7, 8 – регулируемые токовые обмотки управления; 9 – вал; 10 – перегородки; 11 – щетки-контакты

По результатам проведенных на экспериментальной установке исследований наблюдалась зависимость магнитных характеристик аппарата от коэффициента объемного заполнения рабочего объема [5, 6]. В настоящее время нет единого объективного подхода к определению степени заполнения объема рабочего зазора тем или иным заполнителем. В этой связи необходимость проведения исследований в этой области не вызывают сомнений при рассмотрении ряда эмпирических формул, характеризующих величину силы взаимодействия между ведущей и ведомой частями ЭММА при различных значениях индукции Bδ в их рабочих зазорах. При различном заполнении (концентрации) рабочего зазора ферромагнитным заполнителем величина удельного усилия сдвига τ или f, определенные по формулам и (здесь KV – коэффициент объемного заполнения магнитной средой; χ или fB – постоянный коэффициент, зависящий от концентрации смеси, величины рабочего зазора и свойств ферромагнитной составляющей, кгм/см2кгс), при прочих равных условиях будут различными. Поэтому весьма важно однозначно охарактеризовать степень заполнения рабочего зазора заполнителем и, в частности, его ферромагнитной составляющей (магнитоожиженным слоем). В настоящее время на практике используют формулу зависимости средней магнитной проницаемости заполнителя от концентрации магнитной проницаемости магнитодиэлектрика (здесь µ – значение магнитной проницаемости ферромагнитного заполнителя), которая дает ошибку (по сравнению с экспериментом) при KV = 0,5 более 50 %. Насыпной вес заполнителя – это вес его единичного объема, не изменяющегося при его свободной утряске. Такой подход к определению связи между весом и объемом, заполняемым частицами заполнителя, является необъективным и вносит ошибку субъективного характера в определение величины коэффициента KV экспериментатором.

Выявлено, что коэффициент заполнения объема рабочего аппаратов с магнитоожиженным слоем наиболее достоверно определять по формуле:

, (*)

где Vзап – объем заполнителя (ферроэлементов магнитоожиженного слоя); VРЗ – объем рабочего объема.

В этом случае значение коэффициента заполнения объема рабочего аппаратов магнитоожиженным слоем не зависит от субъективных действий экспериментатора.

На рис. 2 представлена статистическая зависимость магнитной проницаемости ферромагнитного заполнителя рабочего объема µδ от индукции Bδ в зазоре при коэффициентах объемного заполнения KVзап, вычисленных по формуле (*).

Рис. 2. Зависимость проницаемости наполнителя µδ от индукции Bδ при различных коэффициентах объемного заполнения KVзап

Представленная зависимость использована в проектных расчетах типовых рядов ЭММА в программном комплексе ANSYS [7]. В результате исследований установлена адекватность математических моделей для определения коэффициента объемного заполнения рабочего объема ЭММА ферроэлементами магнитоожиженного слоя реальным процессам механоактивации продуктов шоколадного производства.