Befeuchtungsresultate

Befeuchtungsresultate in Pulvermischern geben an, wie homogen eine Flüssigkeit in einem Partikelkollektiv verteilt ist und welche Mikrostrukturen (Zwickelflüssigkeit, Kapillarbrücken, Filme, Sättigung) dabei entstehen. Ein zentrales Maß für die Benetzbarkeit ist der Kontaktwinkel θθ zwischen Flüssigkeit und Feststoffoberfläche, der über die Young-Gleichung mit den Grenzflächenspannungen verknüpft ist: 

γ_SG = γ_SL + γ_LG · cos(θ)

Dabei gilt: θ < 90° → gute Benetzung; θ > 90° → schlechte Benetzung.

• γ_SG = Grenzflächenspannung Feststoff–Gas
• γ_SL = Grenzflächenspannung Feststoff–Flüssigkeit
• γ_LG = Grenzflächenspannung Flüssigkeit–Gas
• θ = Kontaktwinkel

Kleine Kontaktwinkel (nahe 0°) begünstigen eine schnelle und vollständige Benetzung der Partikeloberflächen und Kapillaren, große Kontaktwinkel führen dagegen zu verzögerter Penetration und inhomogenen Befeuchtungsmustern.

Für die Dynamik der Flüssigkeitsaufnahme in ein Pulverbett wird häufig die Washburn-Gleichung verwendet. Sie verknüpft die Steighöhe l einer Flüssigkeit in einer Kapillare oder einem porösen Bett mit der Zeit t: 

l² = (γ · r · cos(θ)) / (2 · η) · t

• l = Steighöhe der Flüssigkeit (in m)
• γ = Oberflächenspannung der Flüssigkeit (in N/m)
• r = effektiver Kapillarradius (in m)
• θ = Kontaktwinkel (in °)
• η = dynamische Viskosität der Flüssigkeit (in Pa·s)
• t = Zeit (in s)

Die Gleichung zeigt, dass Benetzbarkeit (Kontaktwinkel θ) und Porenstruktur (Kapillarradius r) die Befeuchtungsgeschwindigkeit bestimmen. In der Praxis zeigen sich gute Befeuchtungsresultate im Pulvermischer dadurch, dass die Flüssigkeit fein versprüht unterhalb des Schüttgutspiegels zugegeben wird, der Mischraum hinreichend gefüllt ist und die Relativgeschwindigkeit der Partikel hoch genug ist.