Laisser entrer des récipients thermostatés séparés sous la même pression p il y a des gaz UN Et DANS, pris en quantités et en taupes. Lorsque ces récipients sont connectés, un mélange spontané de gaz se produira jusqu'à ce qu'une composition homogène du mélange gazeux soit établie dans tout le volume du système. Nous supposerons que les gaz sources et leurs mélanges obéissent aux équations d’état des gaz parfaits. Ensuite, tout en maintenant une pression totale de gaz constante p les pressions partielles des gaz dans le mélange résultant seront égales

Lorsque les gaz parfaits sont mélangés, il n'y a pas d'effets thermiques, donc il n'y a pas d'échange thermique entre les gaz et le thermostat, et le changement de l'entropie du système sera entièrement déterminé par l'irréversibilité des processus au sein du système.

Pour trouver le changement d'entropie souhaité, il est nécessaire de comparer le processus spontané décrit avec une transition d'équilibre mental entre les mêmes états initial et final du système.

Pour le mélange à l'équilibre des gaz, nous utiliserons un dispositif hypothétique spécial, par analogie avec un thermostat, appelé chimiostat . Ce dispositif est constitué d'un cylindre thermostaté équipé d'un piston mobile sans frottement ; à la base du cylindre se trouve une membrane qui est sélectivement perméable uniquement à un produit chimique individuel donné ; ce dernier sépare la substance individuelle chargée dans le chimiostat du mélange de substances étudiées situé dans un autre récipient. Contrairement à un thermostat, conçu pour maintenir une température donnée d'un corps immergé dans celui-ci, ou pour chauffer ou refroidir ce dernier en mode d'équilibre, à l'aide d'un chimiostat ils assurent le maintien d'une certaine valeur du potentiel chimique d'un corps donné. substance individuelle dans le mélange de substances étudiées, ainsi que l'apport et l'élimination à l'équilibre de la substance des mélanges. Potentiel chimique je - le composant chimique du chimiostat est uniquement déterminé par la température T et la pression créée sur le piston. En modifiant la pression sur le piston, il est possible de changer le sens de transition d'un composant donné à travers la membrane sélective : si le potentiel chimique du composant dans le mélange à l'étude est à l'étude, alors quand la substance sera ajoutée au mélange , quand – il sera retiré du mélange, et quand l’équilibre chimique sera maintenu entre le chimiostat et le mélange. Un changement de quasi-équilibre dans la composition du mélange correspond au transfert diffusif d'une substance à travers la membrane sous l'influence d'une très petite différence des valeurs de potentiel chimique de part et d'autre de la membrane.

Le potentiel chimique d'un gaz parfait, que ce gaz soit à l'état individuel ou en mélange avec d'autres gaz parfaits, s'exprime par la relation simple où p je est soit la pression du gaz pur, soit sa pression partielle dans le mélange. Ainsi, lorsqu'un gaz parfait est transféré à travers une membrane semi-perméable, l'équilibre entre le mélange et le chimiostat est caractérisé par l'égalité de la pression dans le chimiostat et de la pression partielle du gaz dans le mélange.

Riz. 2.3. Mélange à l'équilibre de deux gaz à l'aide de chimiostats : un– état initial du système ; b– état du système après détente isotherme des gaz ; V– état final après mélange des gaz à travers les membranes ; 1 – chimiostats de gaz individuels A et B ; 2 – des membranes semi-perméables ; 3 – un récipient pour le mélange équilibré des gaz.

Mélange à l'équilibre des gaz parfaits UN Et B sera réalisé dans un système thermostaté composé de deux chimiostats de composants individuels UN Et B, relié à un troisième récipient - une collection du mélange résultant, équipé, comme les chimiostats, d'un piston mobile (Fig. 2.3).

Supposons qu'au moment initial les chimiostats contiennent respectivement des taupes du composant UN et taupes du composant B sous la même pression p ; le piston dans le collecteur de mélange est en position zéro (le volume de gaz sous le piston est nul). Le processus de mélange s'effectue en deux étapes. Dans un premier temps, nous effectuons une détente isotherme réversible des gaz UN Et B; tandis que la pression UN réduire de p à la pression réglée et à la pression B en conséquence de p à . Les volumes occupés par les gaz dans les premier et deuxième chimiostats changeront respectivement de à et de à . Le travail effectué par le gaz en expansion dans le premier chimiostat est égal à ; dans la seconde . Ainsi, dans un premier temps, un travail total est effectué dans notre dispositif hypothétique. Étant donné que lors de la dilatation isotherme d'un gaz parfait, son énergie interne ne change pas, ce travail est effectué grâce à l'apport de chaleur équivalent du thermostat. Par conséquent, le changement réversible de l’entropie dans le système sera égal à

Lors de la deuxième étape du processus (mélange lui-même), nous transférons les gaz des chimiostats à travers des membranes sélectives vers le réservoir de mélange par le mouvement synchronisé de trois pistons. Dans le même temps, une pression constante est maintenue sur chacun des pistons, respectivement, à la fois dans les chimiostats et dans le collecteur, ce qui assure une transition d'équilibre des gaz à travers les membranes (plus précisément, une pression est créée dans le collecteur qui est un peu moins p , maintenant une force motrice non nulle pour la diffusion à travers les membranes). La réversibilité du processus de mélange dans ce cas est assurée par la possibilité de changer de manière synchrone le sens de mouvement des trois pistons, ce qui conduirait à la division inverse du mélange en composants individuels. Une fois l’opération terminée, le mélange occupera évidemment un volume de .

Puisque dans le cas du mélange des gaz parfaits ne s'accompagne d'aucun effet thermique, il n'y a pas d'échange thermique entre notre appareil et le thermostat lors de la deuxième étape de l'opération. Par conséquent, il n’y a aucun changement dans l’entropie du système à ce stade.

Il est utile de vérifier par calcul direct que le travail effectué par les gaz dans le deuxième étage est nul. En effet, le déplacement des pistons dans les chimiostats nécessite du travail, tandis que le même travail est effectué dans le collecteur de gaz. D'ici.

Ainsi, l’augmentation totale de l’entropie lors du mélange des gaz est déterminée par l’expression (2.9), . Si, dans la version d'équilibre du mélange, cette augmentation est associée à un apport de chaleur en retour et à la production d'une quantité de travail équivalente , puis avec un mélange direct (irréversible) de gaz, la même augmentation d'entropie se produit en raison de sa génération à l'intérieur du système ; le système n'effectue aucun travail.

Après substitution (2.8), l’expression (2.9) peut être réécrite comme

. (2.10)

Cette relation occupe une place obligatoire dans les cours de thermodynamique en raison de son apparent paradoxe. Il est à noter que pour les changements d'entropie (lors du mélange de gaz parfaits !), peu importe ce qui est mélangé avec quoi, ainsi qu'à quelle pression et température. Essentiellement, nous donnons ici une dérivation informelle (2.10).

Complétons la conclusion (2.10) par ses conséquences utiles. Présentation des fractions molaires des composants et , nous obtenons une expression de la variation d'entropie pour 1 mole du mélange résultant :

. (2.11)

Le maximum de cette fonction se produit avec un mélange équimolaire de gaz, 0,5.

Du point de vue de la théorie de la séparation des mélanges de substances, il est intéressant de retracer l'évolution de la production d'entropie lors de l'ajout d'un nombre suffisamment grand de moles d'un composant Bà une mole de composant UN. En mettant et dans (2.10), on obtient

Lors de la dérivation (2.12), la représentation mathématique de la fonction logarithmique a été utilisée

.

La formule (2.12) montre que les dilutions successives du mélange s'accompagnent d'une augmentation infinie de l'entropie par mole de composant impureté.

La formule (2.10) donne la valeur intégrale de l'incrément d'entropie lors du mélange de quantités finies de gaz. Afin d'arriver à une expression différentielle compacte similaire à la formule (2.7) pour le transfert de chaleur, nous modifions le modèle de mélange de composants (voir Fig. 2.4). Nous supposerons que le mélange s'effectue à travers une membrane perméable aux deux composants, ou à travers une vanne suffisamment étroite séparant les récipients remplis de mélanges. UN Et B de composition différente. Le système est thermostaté et une pression constante est maintenue dans les deux réservoirs à l'aide de pistons. p . Avec un taux de mélange limité, la composition du mélange dans chacune des cuves peut être considérée comme homogène sur le volume de la cuve. Ainsi, ce système s'apparente à un système d'échange thermique avec une cloison faiblement conductrice.

Mélange de gaz. Diffusion moléculaire et molaire (turbulente)

Diffusion moléculaire- le processus de pénétration mutuelle des molécules d'un gaz dans un autre, conduisant à la formation d'un mélange parfait, s'observe dans les gaz stationnaires et dans les écoulements laminaires.

En diffusion moléculaire, le mélange des gaz est déterminé par le mouvement thermique des molécules. Bien que la vitesse de déplacement des molécules W en moyenne est très grande, la longueur du libre parcours / est petite. La diffusion moléculaire se déroule donc assez lentement. La quantité de gaz diffusant d'une couche à l'autre, selon la loi de Fick, est égale à

où est le coefficient de diffusion moléculaire, m 2 /s ; dC/dn-

gradient de concentration du gaz diffusant, kg/m4.

À mesure que la température augmente D et l'intensité de la diffusion augmente. Taille D peut être déterminé à l'aide de la formule de Sutherland modifiée par N.D. Kosovo :

où D)12 est le coefficient de diffusion d'un gaz (1) dans un autre (2) gaz sous pression pQ et température 7o; Q et C2 sont les coefficients de Sutherland pour les composants du mélange, K (pour le méthane C = 198, l'air - 119, l'azote - 107,0 2 - 138, C0 2 - 255) ; p 0, G 0 - la valeur de la pression et de la température, respectivement, dans des conditions physiques normales (po= 1,01 10 5 Pa ; T 0= 273K).

Souvent utilisé pour déterminer le coefficient de diffusion moléculaire D une formule de puissance simple est utilisée

Où n- coefficient empirique

Les dépendances pour les coefficients de diffusion d'un mélange à plusieurs composants sont plus complexes (voir p. 80).

Dans un écoulement turbulent, la diffusion, ainsi que le transfert de chaleur et le frottement interne, sont associés au transfert turbulent et au mélange de masses macroscopiques finies de gaz - taupes turbulentes. Les tailles de ces taupes et les trajets de leur déplacement avant mélange sont variés ; il existe un spectre de valeurs pour ces quantités. Le mouvement des papillons est de nature pulsatoire, les vitesses de leur mouvement sont les vitesses des pulsations à travers le flux. Aux faibles nombres de Re, des pulsations à grande échelle sont observées ; les vitesses turbulentes ne changent de manière significative qu'à de grandes distances. Sous échelle de pulsations(turbulence) comprendre l’ordre de longueur sur lequel se produit un changement significatif de vitesse. Les fréquences des pulsations à grande échelle sont faibles.

À mesure que Re augmente, parallèlement aux pulsations à grande échelle, des pulsations à haute fréquence à petite échelle apparaissent également. L'échelle des pulsations à grande échelle est de l'ordre des dimensions déterminantes du système (. D, je canalise ou jet libre, etc.). Les pulsations à grande échelle déterminent les processus de mélange turbulent : frottement interne, diffusion et transfert de chaleur. Les pulsations à petite échelle effectuent une dissipation visqueuse. L'énergie des taupes à grande échelle est transférée aux taupes à petite échelle et dissipée par celles-ci. Le mélange lors de la diffusion turbulente est complété par la diffusion moléculaire.

En utilisant des considérations dimensionnelles et une analogie avec les processus de transfert moléculaire, nous introduisons le concept coefficient de transfert turbulent A T, qui caractérise le frottement interne, la diffusion et le transfert de chaleur dans un écoulement turbulent :

Où G- échelle de turbulence, durée du mouvement turbulent

prier jusqu'à ce que le mélange soit mélangé (analogique /); - moyenne quadratique

vitesse de pulsation.

Coefficient À est aussi le coefficient de diffusion turbulente DT diffusivité thermique turbulente à et viscosité (vT). Cela ne dépend pas des propriétés du gaz et est déterminé par les caractéristiques de turbulence.

En substituant (3.57) dans (3.56), on obtient la formule de Prandtl

La relation (3.58) permet d'estimer les coefficients de transfert dans un écoulement turbulent. Pour calculer les processus de transfert (diffusion), vous pouvez utiliser des relations (équations) liées aux processus moléculaires, en les remplaçant D, une, V sur D T, et t, vx. Lorsque l’influence du transport turbulent et moléculaire est comparable, des coefficients totaux sont introduits.

La résolution d’un grand nombre de problèmes techniques implique souvent de mélanger différents gaz (liquides) ou différentes quantités du même gaz (liquide) dans différents états thermodynamiques. Pour organiser les processus de déplacement, une gamme assez large d'une grande variété de dispositifs et d'appareils de mélange a été développée.

Dans l'analyse thermodynamique des processus de mélange, la tâche consiste généralement à déterminer les paramètres de l'état du mélange à partir des paramètres connus de l'état des composants initiaux du mélange.

La solution à ce problème sera différente selon les conditions dans lesquelles ce processus est réalisé. Toutes les méthodes de formation de mélanges de gaz ou de liquides qui se produisent dans des conditions réelles peuvent être divisées en trois groupes : 1) le processus de mélange dans un volume constant ; 2) le processus de mélange dans un flux ; 3) mélanger lors du remplissage du volume.

Les processus de mélange sont généralement considérés comme se produisant sans échange thermique entre le système de mélange et l'environnement, c'est-à-dire se produisant de manière adiabatique. Le mélange avec échange thermique peut être divisé en deux étapes : le mélange adiabatique sans échange thermique et l'échange thermique du mélange obtenu avec l'environnement.

Afin de simplifier les conclusions, considérons le mélange de deux gaz réels. Le mélange simultané de trois gaz ou plus peut être trouvé à l'aide de formules de calcul pour deux gaz en ajoutant séquentiellement un nouveau composant.

Tous les cas de mélange sont des processus irréversibles, ne serait-ce que parce que la séparation du mélange en ses composants nécessite nécessairement une dépense de travail. Comme dans tout processus irréversible, lors du mélange il y a une augmentation de l'entropie S c systèmes et perte de performance correspondante (exergie) : De = T o.s. S c , où Tо.с – température ambiante.

Lors du mélange de gaz ayant des pressions et des températures différentes, des pertes de performances supplémentaires résultent d'un échange thermique irréversible entre les gaz mélangés et de la non-utilisation de la différence de leurs pressions. Ainsi, une augmentation de l'entropie lors du mélange se produit à la fois en raison du mélange (diffusion) réel de gaz ou de liquides de nature différente et en raison de l'égalisation des températures et des pressions des substances mélangées.

Examinons les méthodes de mélange possibles.

2.1. Processus de mélange à volume constant

Laissez un récipient de volume isolé thermiquement V divisé par une cloison en deux compartiments dont l'un contient du gaz (liquide) avec paramètres p 1, toi 1, T 1 , U 1, dans l’autre – un autre gaz (liquide) avec paramètres p 2, toi 2, T 2 , U 2, (Fig. 2.1).

Riz. 2.1. Schéma du processus de mélange

à volume constant

On note respectivement la masse de gaz dans un compartiment et le volume de ce compartiment m 1 et V 1, et dans l'autre compartiment - m 2 et V 2. Lorsque la cloison de séparation est supprimée, chaque gaz se propagera par diffusion dans tout le volume, et le volume résultant du mélange sera évidemment égal à la somme V = V 1 + V 2. À la suite du mélange, la pression, la température et la densité du gaz dans tout le volume du récipient sont égalisées. Notons les valeurs des paramètres d'état du gaz après mélange p, toi, T, U.

Selon la loi de conservation de l'énergie, le mélange de gaz résultant aura une énergie interne égale à la somme des énergies internes de chaque gaz :

U = U 1 + U 2

m 1 toi 1 + m 2 toi 2 = (m 1 + m 2) toi = mu. (2.1)

L'énergie interne spécifique du gaz après mélange est déterminée comme suit :

. (2.2)

De même, le volume spécifique du mélange est égal à :

. (2.3)

Quant aux paramètres restants du gaz après mélange ( p, T, S), alors pour les gaz et les liquides, ils ne peuvent pas être calculés analytiquement sous une forme générale à travers les valeurs des paramètres des composants du mélange. Pour les déterminer, vous devez utiliser U, u-diagramme sur lequel les isobares et les isothermes sont tracées ou U, T- un diagramme avec les isochores et les isobares marqués dessus (pour mélanger le même gaz), ou des tableaux des propriétés thermodynamiques des gaz et des liquides. Après avoir déterminé à l'aide des relations (2.2) et (2.3) u du gaz après mélange, on peut trouver à partir de schémas ou de tableaux p, T, S.

Valeurs p, T Et S les gaz après mélange peuvent être directement exprimés à travers les valeurs connues des paramètres d'état des portions mélangées uniquement pour les gaz parfaits. Notons la valeur moyenne de la capacité calorifique du premier gaz dans la plage de température de T 1 à Tà travers , et un autre gaz dans la plage de température de T 2 à Tà travers
.

Considérant que
;
;
de l’expression (2.2), on obtient :

T =
ou T =
, (2.4)

Où g 1 et g 2 – fractions massiques des gaz parfaits composant le mélange.

De l’équation d’état des gaz parfaits il résulte :

m 1 = ;m 2 = .

Après avoir remplacé les valeurs de masse dans (2.4), la température du mélange gazeux peut être trouvée à partir de l'expression

T =
. (2.5)

Nous définissons la pression d'un mélange de gaz parfaits comme la somme des pressions partielles des composants du mélange gazeux
, où les pressions partielles Et sont déterminés à l’aide de l’équation de Clapeyron.

Incrément d'entropie S c les systèmes de mélange irréversible se trouvent par la différence des sommes d'entropie des gaz inclus dans le mélange après mélange et des composants initiaux avant mélange :

S = S – (m 1 S 1 + m 2 S 2).

Pour un mélange de gaz parfaits lorsque deux gaz sont mélangés.

S c = m[(g 1 C p 1 + g 2 C p 2)ln T – (g 1 R. 1 + g 2 R. 2)ln p]–

– [m 1 (C p 1 ln T 1 – R. dans p 1) + m 2 (C p 2 ln T 2 – R. dans p 2)]–

–m(R. 1 g 1 ln r 1 + R. 2 g 2 ln r 2),

Où r je– fraction volumique des gaz parfaits composant le mélange ;

R.– constante des gaz du mélange, déterminée par l'équation :

R. = g 1 R. 1 + g 2 R. 2 .

Le diagramme d'exergie et d'anergie pour le mélange dans un volume constant est présenté sur la Fig. 2.2.

Riz. 2.2. Diagramme d'exergie et d'anergie à

mélanger à volume constant :
– perte d’exergie spécifique lors du mélange

2. Mélange de gaz et de vapeurs ayant des températures différentes.

C'est ainsi que se forment les brouillards atmosphériques. Le plus souvent, le brouillard apparaît par temps clair la nuit, lorsque la surface de la Terre, dégageant intensément de la chaleur, se refroidit considérablement. L'air chaud et humide entre en contact avec la Terre en refroidissement ou avec l'air froid près de sa surface et des gouttelettes de liquide s'y forment. La même chose se produit lorsque les fronts d’air chaud et froid se mélangent.

3. Refroidissement du mélange gazeux contenant de la vapeur.

Ce cas peut être illustré par l’exemple d’une bouilloire dans laquelle de l’eau a bouilli. La vapeur d'eau s'échappe du bec, qui est invisible car ne diffuse pas la lumière. Ensuite, la vapeur d'eau se refroidit rapidement, l'eau qu'elle contient se condense et déjà à une courte distance du bec de la bouilloire, nous voyons un nuage laiteux - un brouillard devenu visible en raison de la capacité de diffuser la lumière. Un phénomène similaire est observé lorsque l’on ouvre la fenêtre par une journée glaciale. Un aérosol plus durable se forme lorsque l'huile bouillante dans une poêle crée un gaz (aérosol d'huile) dans la pièce, qui ne peut être éliminé qu'en aérant bien la pièce.

De plus, des aérosols de condensation peuvent se former à la suite de réactions gazeuses conduisant à la formation de produits non volatils :

· lors de la combustion du combustible, il se forme des fumées dont la condensation entraîne l'apparition de fumées de combustion ;

· lorsque le phosphore brûle dans l'air, une fumée blanche se forme (P 2 O 5) ;

· l'interaction du NH 3 gazeux et du HC1 produit de la fumée MH 4 C1 (sv) ;

· l'oxydation des métaux dans l'air, qui se produit dans divers processus métallurgiques et chimiques, s'accompagne de la formation de fumées constituées de particules d'oxydes métalliques.

MÉTHODES DE DISPERSION

Des aérosols dispersifs se forment lors du broyage (pulvérisation) de corps solides et liquides en milieu gazeux et lors de la transition de substances pulvérulentes en suspension sous l'action des courants d'air.

La pulvérisation de solides se déroule en deux étapes :

broyage puis pulvérisation. Le transfert de la substance à l'état d'aérosol doit être effectué au moment de l'application de l'aérosol, car, contrairement à d'autres systèmes dispersés, les émulsions, suspensions, aérosols ne peuvent pas être préparés à l'avance. Dans les conditions domestiques, presque le seul moyen d'obtenir des aérosols liquides et en poudre est un dispositif appelé « emballage aérosol » ou « bombe aérosol ». La substance qu'il contient est conditionnée sous pression et pulvérisée à l'aide de gaz liquéfiés ou comprimés.

CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES DES AÉROSOLS

Les propriétés des aérosols sont déterminées par :

La nature des substances de la phase dispersée et du milieu de dispersion ;

Concentration partielle et massique d'aérosol ;

Taille des particules et distribution granulométrique ;

Forme des particules primaires (non agrégées) ;

Structure de l'aérosol ;

Charge de particules.

Pour caractériser la concentration des aérosols, comme d'autres systèmes dispersés, la concentration massique et la concentration numérique (partielle) sont utilisées.

La concentration massique est la masse de toutes les particules en suspension par unité de volume de gaz.

La concentration numérique est le nombre de particules par unité de volume d'aérosol. Quelle que soit la concentration numérique au moment de la formation de l'aérosol, après quelques secondes elle ne peut pas dépasser 10 3 particules/cm 3 .

TAILLES DES PARTICULES D'AÉROSOL

La taille minimale des particules est déterminée par la possibilité que la substance existe dans un état d'agrégation. Ainsi, une molécule d’eau ne peut former un gaz, un liquide ou un solide. Pour former une phase, des agrégats d’au moins 20 à 30 molécules sont nécessaires. La plus petite particule d'un solide ou d'un liquide ne peut pas avoir une taille inférieure à 1 10 -3 microns. Pour considérer un gaz comme un milieu continu, il faut que la taille des particules soit bien supérieure au libre parcours des molécules de gaz. La limite supérieure de la taille des particules n'est pas strictement définie, mais les particules de plus de 100 microns ne sont pas capables de rester longtemps en suspension dans l'air.

PROPRIÉTÉS MOLÉCULAIRES-CINÉTIQUES DES AÉROSOLS

Les caractéristiques des propriétés cinétiques moléculaires des aérosols sont dues à :

Faible concentration de particules en phase dispersée - ainsi, si 1 cm 3 d'hydrolat d'or contient 10 16 particules, alors le même volume d'aérosol d'or contient moins de 10 7 particules ;

Faible viscosité du milieu de dispersion - air, donc faible coefficient de frottement (B) apparaissant lors du mouvement des particules ;

Faible densité du milieu de dispersion, donc partie ρ » gaz ρ.

Tout cela conduit au fait que le mouvement des particules dans les aérosols se produit beaucoup plus intensément que dans les lyosols.

Considérons le cas le plus simple, lorsque l'aérosol est dans un récipient fermé (c'est-à-dire que les flux d'air extérieurs sont exclus) et que les particules ont une forme sphérique de rayon r et de densité p. Une telle particule subit simultanément l’action d’une force de gravité dirigée verticalement vers le bas et d’une force de friction dans la direction opposée. De plus, la particule est en mouvement brownien dont la conséquence est la diffusion.

Pour quantifier les processus de diffusion et de sédimentation dans les aérosols, vous pouvez utiliser les valeurs

flux de diffusion spécifique i diff et

le flux de sédimentation spécifique est généré. .

Pour savoir quel flux prévaudra, considérez leur rapport :

Dans cette expression (p - p 0) » 0. Par conséquent, la taille de la fraction sera déterminée par la taille des particules.

Si r > 1 μm, alors i sed » i diff, c'est-à-dire que la diffusion peut être négligée - une sédimentation rapide se produit et les particules se déposent au fond du récipient.

Si r< 0,01 мкм, то i сед « i диф. В этом случае можно пренебречь седиментацией - идет интенсивная диффузия, в результате которой частицы достигают стенок сосуда и прилипают к ним. Если же частицы сталкиваются между собой, то они слипаются, что приводит к их укрупнению и уменьшению концентрации.

Ainsi, les très petites comme les très grosses particules disparaissent rapidement de l'aérosol : les premières par adhérence aux parois ou adhérence, les secondes par décantation au fond. Les particules de tailles intermédiaires ont une stabilité maximale. Par conséquent, quelle que soit la concentration numérique des particules au moment de la formation de l'aérosol, après quelques secondes, elle ne dépasse pas 10 3 parties/cm 3 .

PROPRIÉTÉS ÉLECTRIQUES DES AÉROSOLS

Les propriétés électriques des particules d'aérosol diffèrent considérablement des propriétés électriques des particules du lyosol.

1. L'EDL ne se produit pas sur les particules d'aérosol, car en raison de la faible constante diélectrique du milieu gazeux, la dissociation électrolytique ne s'y produit pratiquement pas.

2. La charge sur les particules résulte principalement de l'adsorption aveugle d'ions formés dans la phase gazeuse à la suite de l'ionisation du gaz par les rayons cosmiques, ultraviolets ou radioactifs.

3. La charge des particules est de nature aléatoire, et pour des particules de même nature et de même taille, elle peut être différente à la fois en ampleur et en signe.

4. La charge d'une particule change avec le temps, tant en ampleur qu'en signe.

5. En l'absence d'adsorption spécifique, les charges des particules sont très faibles et ne dépassent généralement pas la charge électrique élémentaire de plus de 10 fois.

6. L'adsorption spécifique est caractéristique des aérosols dont les particules sont formées par une substance hautement polaire, car dans ce cas, un saut de potentiel assez important se produit à la surface de l'interphase, en raison de l'orientation superficielle des molécules. Par exemple, à la surface interfaciale des aérosols d’eau ou de neige, il existe un potentiel électrique positif de l’ordre de 250 mV.

Il est connu par la pratique que les particules d'aérosols de métaux et leurs oxydes portent généralement une charge négative (Zn, ZnO, MgO, Fe 2 0 3), et les particules d'aérosols de non-métaux et leurs oxydes (SiO 2, P 2 O 5) sont chargés positivement. Les particules de NaCl et d’amidon sont chargées positivement, tandis que les particules de farine portent des charges négatives.

STABILITÉ AGRÉGATIVE. COAGULATION

Contrairement à d'autres systèmes dispersés, dans les aérosols, il n'y a pas d'interaction entre la surface des particules et le milieu gazeux, ce qui signifie qu'il n'y a pas de forces qui empêchent les particules d'adhérer les unes aux autres et aux corps macroscopiques en cas de collision. Ainsi, les aérosols sont des systèmes globalement instables. La coagulation s'y produit selon le type de coagulation rapide, c'est-à-dire que chaque collision de particules conduit à leur collage.

Le taux de coagulation augmente rapidement avec l'augmentation de la concentration numérique de l'aérosol.

Quelle que soit la concentration initiale de l'aérosol, au bout de quelques minutes il y a 10 8 -10 6 particules dans 1 cm 3 (à titre de comparaison, dans les lyosols il y a ~ 10 15 particules). Nous avons donc affaire à des systèmes très dilués.

MÉTHODES DE DESTRUCTION DES AÉROSOLS

Malgré le fait que les aérosols soient globalement instables, le problème de leur destruction est très aigu. Les principaux problèmes dont la solution nécessite la destruction des aérosols :

Purification de l'air atmosphérique des aérosols industriels ;

Capturer les produits précieux de la fumée industrielle ;

Aspersion ou dispersion artificielle des nuages ​​et du brouillard.

Les aérosols sont détruits par

· dispersion sous l'influence des courants d'air ou due aux charges de particules du même nom ;

· sédimentation ;

· diffusion vers les parois de la cuve ;

· coagulation;

· évaporation des particules en phase dispersée (dans le cas d'aérosols de substances volatiles).

La plus ancienne des installations de traitement est la cheminée. Ils essaient de libérer le plus haut possible des aérosols nocifs dans l'atmosphère, car certains composés chimiques, pénétrant dans la couche souterraine de l'atmosphère sous l'influence de la lumière du soleil et à la suite de diverses réactions, sont transformés en substances moins dangereuses (à Norilsk Mining et Metallurgical Combine, par exemple, un tuyau à trois canaux a une hauteur de 420 m).

Cependant, la concentration moderne de la production industrielle nécessite que les émissions de fumée soient prétraitées. De nombreuses méthodes ont été développées pour détruire les aérosols, mais chacune d'entre elles comprend deux étapes :

le premier est la capture des particules dispersées, leur séparation du gaz,

la seconde est d'empêcher les particules de rentrer dans le milieu gazeux ; cela est dû au problème de l'adhésion des particules capturées et de la formation d'un sédiment durable à partir d'elles.

BOUTEILLES AÉROSOL

Le principe de fonctionnement d'une bombe aérosol est que le médicament placé dans l'emballage est mélangé avec un liquide d'évacuation dont la pression de vapeur saturée dans la plage de température à laquelle l'emballage est utilisé est supérieure à la pression atmosphérique.

Le mélange est libéré du cylindre sous l'influence de la pression de vapeur saturée au-dessus du liquide.

On sait que la pression de vapeur saturée de toute substance stable est déterminée uniquement par la température et ne dépend pas du volume. Par conséquent, pendant toute la durée de fonctionnement du cylindre, la pression dans celui-ci restera constante, par conséquent, la plage de vol des particules et l'angle du cône de pulvérisation resteront pratiquement constants.

En fonction de la nature de l'interaction de la substance pulvérisée avec le liquide évacué et de son état d'agrégation, les systèmes en emballage aérosol seront constitués d'un nombre différent de phases. Dans le cas d'une solubilité mutuelle des composants, une solution liquide homogène se forme, dans d'autres cas - une émulsion ou une suspension et, enfin, un système hétérogène, lorsque le médicament et le liquide évacué forment un système macroscopiquement hétérogène. Évidemment, dans le premier cas, l'emballage aérosol contient un système à deux phases - liquide et vapeur saturée. Lorsqu'une émulsion ou une suspension est rejetée dans l'atmosphère, seul le milieu de dispersion est broyé - les particules résultantes auront, au mieux, les dimensions qu'elles avaient dans la phase liquide.

Lorsque le médicament et le liquide d'évacuation ne se mélangent pas ou se mélangent de manière limitée, l'un des liquides étant dispersé dans l'autre sous forme de petites gouttelettes, des émulsions se forment.

La nature du système formé lorsque le produit quitte l'emballage dans l'atmosphère dépend du liquide qui constitue la phase dispersée. Si la phase dispersée est un médicament, un aérosol se forme. Si la phase dispersée est un liquide qui s'évacue, on obtient alors de la mousse. La taille des particules obtenues à l'aide de bombes aérosols dépend des propriétés physico-chimiques des substances incluses dans la préparation, du rapport des composants, des caractéristiques de conception de la bombe et des conditions de température de son fonctionnement.

Le degré de dispersion peut être ajusté : « en faisant varier la taille de la prise ;

En modifiant la pression de vapeur saturée du liquide évacué ;

En modifiant le rapport quantitatif du médicament et de l'agent d'évacuation.

ÉVACUATION DES SUBSTANCES

Le composant auxiliaire le plus important est une substance qui assure la libération du médicament dans l'atmosphère et sa dispersion ultérieure. Ces substances sont appelées propulseurs (du latin « pro-peilere » – conduire). Le propulseur doit remplir deux fonctions :

Créer la pression nécessaire pour libérer le médicament ;

Disperser le produit libéré dans l'atmosphère. Les fréons et les gaz comprimés sont utilisés comme propulseurs. Les fréons sont des composés organofluorés de faible poids moléculaire de la série aliphatique.

Le système de notation suivant pour les fréons a été adopté : le dernier chiffre (nombre d'unités) signifie le nombre d'atomes de fluor dans la molécule, le chiffre précédent (nombre de dizaines) signifie le nombre d'atomes d'hydrogène augmenté d'un, et le troisième (nombre de centaines) signifie que le nombre d’atomes de carbone a diminué de un. Par exemple : F-22 est CHC1F 2, F-114 est C 2 C1 2 F 4.

Les substances constituées de molécules de structure cyclique ont également une désignation numérique, mais la lettre « C » est placée avant les chiffres, par exemple : C318 - C 4 F 8 (octafluorocyclobutane).

N2, N2O, CO2, etc. sont utilisés comme gaz comprimés.

AVANTAGES DES EMBALLAGES AÉROSOL

1. Le transfert du médicament dans un état finement dispersé se produit grâce à l'énergie potentielle du propulseur liquéfié et ne nécessite l'utilisation d'aucun dispositif étranger.

2. Aucun accessoire n'est nécessaire pour créer des aérosols.

3. Dans une unité de temps, une quantité importante de substance peut être dispersée pour produire de petites particules. Si d’autres méthodes étaient utilisées, il faudrait beaucoup plus d’énergie.

4. Le mode de nébulisation est stable : la taille des particules résultantes, leur plage de vol et l'angle au sommet du cône changent peu pendant toute la période de fonctionnement.

5. Vous pouvez pré-fixer le dosage de la substance pulvérisée.

6. Vous pouvez définir la taille des particules.

7. Le degré de polydispersité de l'aérosol est faible.

8. Toutes les particules ont la même composition chimique.

9. La stérilité des médicaments pulvérisés est assurée.

10. Le médicament contenu dans l'emballage n'entre pas en contact avec l'oxygène de l'air, ce qui garantit sa stabilité.

11. La vanne à fermeture automatique élimine la possibilité de perte due au déversement ou à l'évaporation de la partie inutilisée du produit.

12. L'emballage est toujours prêt à l'emploi.

13. L'emballage est compact. Permet un usage individuel ou collectif.

Les premiers emballages aérosols sont apparus dans les années 80. XXe siècle en Europe. Pendant la Seconde Guerre mondiale, les États-Unis ont pris l’initiative de leur développement. En 1941, l'emballage aérosol a été créé - un insecticide conditionné dans un récipient en verre. Le propulseur était du Fréon-12.

La production à l’échelle industrielle a commencé après la Seconde Guerre mondiale aux États-Unis puis dans d’autres pays du monde.

APPLICATION PRATIQUE DES AÉROSOLS

L'utilisation généralisée des aérosols est due à leur grande efficacité. On sait qu'une augmentation de la surface d'une substance s'accompagne d'une augmentation de son activité. Une petite quantité d'une substance pulvérisée sous forme d'aérosol occupe un volume important et présente une réactivité élevée. C'est l'avantage des aérosols par rapport aux autres systèmes dispersés.

Les aérosols sont utilisés :

Dans divers domaines technologiques, notamment militaires et spatiaux ;

En agriculture; « dans le domaine de la santé ;

En météorologie; dans la vie de tous les jours, etc.

Récemment, la préparation de formes posologiques sous forme d'aérosols a été largement utilisée dans la pratique pharmaceutique. L'utilisation de substances médicinales sous forme d'aérosols est pratique dans les cas où il est nécessaire d'appliquer le médicament sur de grandes surfaces (maladies respiratoires aiguës, brûlures, etc.). Les formes posologiques contenant des substances filmogènes liquides ont un grand effet. Lorsque ce médicament est pulvérisé sur la zone affectée, celle-ci est recouverte d’un mince film transparent qui remplace le pansement.

Arrêtons-nous plus en détail sur l'utilisation des emballages aérosols.

Actuellement, il existe plus de 300 types de produits conditionnés en aérosol.

Premier groupe : produits chimiques ménagers.

Les insecticides sont des préparations destinées à tuer les insectes.

Produits anti-mites.

Insecticides pour traiter les animaux domestiques.

Moyens pour protéger les plantes d'intérieur et les cultures de fruits et de baies contre les maladies fongiques et les ravageurs.

Vernis et peintures.

Désodorisants.

c Produits de polissage et de nettoyage.

Deuxième groupe :

Parfumerie et cosmétique. « Produits de soins capillaires (sprays, shampoings, etc.).

Mousses et gels à raser.

Crèmes pour les mains et les pieds.

Huile pour et contre le bronzage.

Déodorants.

Parfums, eaux de Cologne, eaux de toilette.

Troisième groupe : les aérosols médicaux.

Quatrième groupe : aérosols techniques.

Huiles lubrifiantes.

Revêtements anticorrosion.

Films de protection. "Lubrifiants secs.

Émulsions pour refroidir les fraises sur les perceuses.

Cinquième groupe : aérosols alimentaires.

AÉROSOLS ALIMENTAIRES

Les premiers contenants alimentaires sont apparus en 1947 aux États-Unis. Ils contenaient des crèmes pour finir les gâteaux et les pâtisseries et n'étaient utilisés que par les restaurants, qui les renvoyaient pour les remplir. La production en série de ce type d’emballage aérosol n’a commencé qu’en 1958.

Les emballages alimentaires en aérosol peuvent être divisés en trois groupes principaux :

colis nécessitant un stockage à basse température ;

emballage avec traitement thermique ultérieur;

emballage sans traitement thermique ultérieur.

Trois types de produits alimentaires sont fabriqués en emballages aérosols : crèmes, liquides, pâtes. En emballages aérosols, vous pouvez acheter des vinaigrettes, du fromage fondu, des jus de fruits, de la cannelle, de la mayonnaise, du jus de tomate, de la crème fouettée 30 %, etc.

La croissance de la production d’aérosols alimentaires est due aux éléments suivants :

avantages par rapport aux types d'emballages conventionnels ;

développement de nouveaux propulseurs ;

amélioration de la technologie de remplissage.

Avantages de l’emballage alimentaire en aérosol :

facilité d'utilisation;

gain de temps ;

les aliments sont emballés prêts à être consommés et sont libérés de l'emballage sous une forme uniforme ;

aucune fuite de produit ;

l'humidité n'est pas perdue et ne pénètre pas dans l'emballage ;

l'arôme n'est pas perdu ;

le produit est maintenu stérile.

Les exigences suivantes s’appliquent aux formulations d’aérosols alimentaires :

1. Le propulseur doit être d’une grande pureté, non toxique, insipide et inodore. Actuellement, du dioxyde de carbone, du protoxyde d'azote, de l'azote, de l'argon et du fréon C318 sont utilisés.

2. Les gaz comprimés, qui ont une solubilité très limitée dans les solutions aqueuses, ne peuvent pas participer à la formation de mousse, ce qui est nécessaire pour les chantilly, les crèmes décoratives, les mousses, etc. Il est préférable d'utiliser du fréon C318 avec ces produits, bien qu'il est beaucoup plus cher.

Tableau 18.4 Exemples de formulations pour divers aérosols alimentaires

3. L'utilisation de fréons offre un autre avantage : des gaz liquéfiés sont introduits dans les formulations de produits, qui sont libérés sous forme de mousse, en quantité ne dépassant pas 10 % en poids, alors qu'ils occupent un volume relativement faible. Cela vous permet de charger beaucoup plus de produits dans la bouteille - 90 % de la capacité de la bouteille (dans les emballages avec gaz comprimé seulement 50 %) et garantit une libération complète du produit de l'emballage.

4. Le choix du propulseur est dicté par le type de produit alimentaire et la forme de livraison prévue (crème, liquide, pâte). Les mélanges de CO2 et de protoxyde d’azote de haute pureté ont fait leurs preuves. Pour obtenir de la mousse, des mélanges de fréon C318 avec du protoxyde d'azote sont utilisés. La crème de finition pour gâteau conditionnée avec ce mélange produit une mousse stable qui conserve bien la couleur. Pour les sirops, le CO2 est considéré comme le propulseur le plus adapté.

La qualité de la distribution du contenu du cylindre dépend des facteurs suivants :

Technologies de préparation de produits ;

Stabilisant (la cellulose microcristalline est largement utilisée) ;

Choix correct du cylindre et de la vanne.

Pour la cannelle et le jus de citron, une tête de pulvérisation contrôlée a été développée, capable de distribuer les produits soit sous forme de gouttes, soit sous forme de jet, selon vos souhaits. Pour les édulcorants artificiels, on utilise des valves doseuses, une dose qu'elles distribuent correspond à un morceau de sucre semoule, etc.

TRANSPORT D'AÉROSOLS

Le transport pneumatique est largement utilisé dans les industries de la mouture de la farine, des céréales et des aliments pour animaux, ce qui crée les conditions nécessaires à l'introduction de l'automatisation, augmentant la productivité du travail et réduisant les coûts. Cependant, l'utilisation du transport pneumatique est associée à une dépense électrique importante pour déplacer un grand volume d'air (1 kg d'air déplace 5 à 6 kg de matériau en vrac).

Le transport par aérosol est plus progressif, dans lequel une grande concentration de matière dans le flux d'air est obtenue grâce à l'aération de la farine au début du transport et à une pression d'air élevée. L'aération brise l'adhésion entre les particules de farine et acquiert la propriété de fluidité, comme un liquide : 1 kg d'air déplace jusqu'à 200 kg de farine ;

L'installation de transport d'aérosols se compose d'un alimentateur, d'un compresseur, d'un pipeline de matériaux et d'un déchargeur. L'élément principal est le dispositif d'alimentation, dans lequel l'air est mélangé au matériau et la vitesse initiale est transmise au mélange, ce qui assure son alimentation vers le pipeline de matériau.

L'introduction du transport d'aérosols permet d'augmenter la productivité des usines et de réduire la consommation d'énergie spécifique.

Le transport d'aérosols détient l'avenir non seulement dans la minoterie, mais également dans d'autres industries liées à l'utilisation de matériaux en vrac et de poudres.

Les aérosols sont des systèmes microhétérogènes dans lesquels des particules solides ou des gouttelettes liquides sont en suspension dans un gaz (S/G ou L/G),

Selon l'état global de la phase dispersée, les aérosols sont divisés en : brouillard (L/G) ; fumée, poussière (T/G); smog [(F+T)/G)].

Selon leur dispersion, les aérosols se répartissent en : brouillard, fumée, poussière.

Comme d'autres systèmes microhétérogènes, les aérosols peuvent être obtenus à partir de solutions vraies (méthodes de condensation) ou de systèmes grossièrement dispersés (méthodes de dispersion).

Les gouttelettes d'eau dans les brouillards sont toujours sphériques, tandis que les particules solides de fumée peuvent avoir des formes différentes selon leur origine.

En raison de la très petite taille des particules de la phase dispersée, elles présentent une surface développée sur laquelle l'adsorption, la combustion et d'autres réactions chimiques peuvent se produire activement.

Les propriétés cinétiques moléculaires des aérosols sont déterminées par :

faible concentration de particules en phase dispersée ; faible viscosité du milieu de dispersion ; faible densité du milieu de dispersion.

Selon la taille des particules de la phase dispersée, elles peuvent soit sédimenter rapidement (à r < 1 μm), soit coller aux parois de la cuve, soit se coller entre elles (à r < 0,01 μm). Les particules de tailles intermédiaires ont la plus grande stabilité.

Les aérosols sont caractérisés par les phénomènes de thermophorèse, de thermoprécipitation et de photophorèse.

Les propriétés optiques des aérosols sont similaires aux propriétés des lyosols, mais la diffusion de la lumière par eux est beaucoup plus prononcée en raison des grandes différences dans les indices de réfraction de la phase dispersée et du milieu de dispersion.

La spécificité des propriétés électriques des aérosols est qu’aucun EDL ne se produit sur les particules ; la charge des particules est aléatoire et de faible ampleur. Lorsque les particules se rapprochent, aucune répulsion électrostatique ne se produit et une coagulation rapide se produit.

La destruction des aérosols est un problème important et s'effectue par sédimentation, coagulation, dépoussiérage et d'autres méthodes.

Les poudres sont des systèmes dispersés hautement concentrés dans lesquels la phase dispersée est constituée de particules solides et le milieu de dispersion est de l'air ou un autre gaz. Symbole : T/G.

Dans les poudres, les particules de la phase dispersée sont en contact les unes avec les autres. Traditionnellement, la plupart des matériaux en vrac sont classés comme poudres, cependant, dans un sens étroit, le terme « poudres » s'applique à des systèmes hautement dispersés avec une taille de particule inférieure à une certaine valeur critique à laquelle les forces d'interaction interparticulaire deviennent proportionnelles à la masse. des particules. Les plus courantes sont les poudres dont la granulométrie varie de 1 à 100 microns. La surface interfaciale spécifique de telles poudres varie de quelques m11.09.2011 (suie) à des fractions de m2/g (sables fins).

Les poudres se distinguent des aérosols à phase solide dispersée (également T/G) par une concentration beaucoup plus élevée de particules solides. La poudre est obtenue à partir d'un aérosol avec une phase solide dispersée lors de sa sédimentation. La suspension (S/L) se transforme également en poudre lorsqu'elle est séchée. D'un autre côté, un aérosol et une suspension peuvent être obtenus à partir d'une poudre.

CLASSIFICATION DES POUDRES

1. Selon la forme des particules :

Equiaxial (avoir approximativement les mêmes dimensions le long de trois axes) ;

Fibreux (la longueur des particules est bien supérieure à la largeur et à l'épaisseur) ;

Plat (la longueur et la largeur sont bien supérieures à l'épaisseur).

2. Selon l'interaction interparticulaire :

Dispersés de manière conjonctive (les particules sont liées les unes aux autres, c'est-à-dire que le système a une certaine structure) ;

Librement dispersé (la résistance au cisaillement est due uniquement au frottement entre les particules).

3. Classification par granulométrie de la phase dispersée :

Sable (2≤10 -5 ≤ d ≤ 2∙10 -3) m ;

Poussière (2∙10 -6 ≤ d ≤ 2∙10 -5) m ;

Poudre (d< 2∙10 -6) м.

MÉTHODES D'OBTENTION DE POUDRES

Les poudres, comme tout autre système dispersé, peuvent être obtenues par deux groupes de méthodes :

De la part des systèmes grossiers - par des méthodes de dispersion ;

Du côté des vraies solutions - par des méthodes de condensation.

Le choix de la méthode dépend de la nature du matériau, de la destination de la poudre et de facteurs économiques.

MÉTHODES DE DISPERSION

Les matières premières sont broyées dans des broyeurs à rouleaux, à boulets, vibrants ou colloïdaux, suivi d'une séparation en fractions, car à la suite du broyage, on obtient des poudres polydispersées (par exemple, la farine du même type peut contenir des particules de 5 à 60 microns) .

Une dispersion efficace peut être obtenue en broyant des suspensions très concentrées.

Pour faciliter la dispersion, des réducteurs de dureté sont utilisés, qui sont des tensioactifs. Conformément à la règle d'égalisation de polarité, lorsqu'ils sont adsorbés à la surface du solide broyé, ils réduisent la tension superficielle, réduisant ainsi la consommation d'énergie lors de la dispersion et augmentant la dispersion de la phase broyée.

Dans certains cas, le matériau est prétraité avant dispersion. Ainsi, le titane ou le tantale sont chauffés dans une atmosphère d'hydrogène, transformés en hydrures, qui sont broyés et chauffés sous vide - des poudres de métal pures sont obtenues.

Lors de la production de poudres en flocons, qui entrent dans les peintures et les compositions pyrotechniques, des broyeurs à boulets sont utilisés pour le broyage. Les billes aplatissent et roulent les particules du matériau broyé.

Des poudres à particules sphériques constituées de métaux réfractaires (tungstène, molybdène, niobium) sont obtenues dans un plasma à basse température d'un arc et une décharge à haute fréquence. En passant par la zone plasma, les particules fondent et prennent une forme sphérique, puis refroidissent et se solidifient.

Lors de la dispersion, la composition chimique du matériau ne change pas.

MÉTHODES DE CONDENSATION

Ces méthodes peuvent être divisées en deux groupes.

Le premier groupe de méthodes est associé au dépôt de particules dû à la coagulation des sols lyophobes. Suite à l'évaporation de la solution ou au remplacement partiel du solvant (diminution de la solubilité), une suspension se forme, et après sa filtration et son séchage, des poudres sont obtenues.

Le deuxième groupe de méthodes est associé aux réactions chimiques (condensation chimique). Les méthodes de condensation chimique peuvent être classées en fonction du type de réaction utilisé :

1. Réactions d’échange entre électrolytes. Par exemple, de la craie précipitée (poudre dentaire) est obtenue à la suite de la réaction :

Na 2 CO 3 + CaC1 2 = CaCO 3 + 2 NaCl.

2. Oxydation des métaux.

Par exemple, l'oxyde de zinc hautement dispersé, qui est le composant principal du blanc de zinc, est obtenu en oxydant de la vapeur de zinc avec de l'air à 300°C.

3. Oxydation des hydrocarbures.

Différents types de suie, utilisés dans la production de caoutchouc, de plastiques et d’encre d’imprimerie, sont produits par la combustion d’hydrocarbures gazeux ou liquides en l’absence d’oxygène.

4. Réduction des oxydes métalliques.

La réduction avec du gaz naturel, de l'hydrogène ou des agents réducteurs solides est utilisée pour produire des poudres métalliques hautement dispersées.

Et bien plus encore, sans lesquels la vie elle-même est impensable. Le corps humain tout entier est un monde de particules qui sont en mouvement constant strictement selon certaines règles obéissant à la physiologie humaine. Les systèmes colloïdaux des organismes ont un certain nombre de propriétés biologiques qui caractérisent un état colloïdal particulier : 2.2 Système colloïdal de cellules. Du point de vue de la physiologie colloïdale-chimique...

Laissez-les se mélanger n chimiquement non réactif entre eux idéal gaz On suppose que les paramètres thermodynamiques initiaux de l'état de tous les composants avant mélange et les conditions de mélange (conditions d'interaction avec l'environnement) sont connus. Il faut trouver équilibre paramètres de l'état des gaz après mélange.

Considérons deux cas de mélange, en supposant par souci de simplicité que ce processus se produit sans échange thermique avec l'environnement .

2.1. Mélange à W=Const

Dans ce cas, les conditions de mélange sont telles que le volume du mélange obtenu W cm est égal à la somme des volumes initiaux des composants du mélange W H je :

(à ne pas confondre W H je avec volumes partiels W je, discuté au paragraphe 1.4.3.)

Notons :

P H je– pression initiale je le gaz;

T H je,t Salut je– température initiale je-ème gaz respectivement à 0 À ou 0 AVEC.

Parce que tout le système depuis n gaz lorsqu'ils sont mélangés dans des conditions W=Const n'effectue pas de travail extérieur, alors conformément à la première loi de la thermodynamique pour ce cas () on peut écrire :

Ici: U cm – énergie interne d'un mélange de gaz pesant m cm kilogrammes

avec température T0K;

U H je- l'énergie interne je la masse de gaz je suis kilogrammes

avec température initiale T H je .

Introduisons la notation suivante :

toi cm – énergie interne spécifique d'un mélange de gaz à température T0K;

u Salut –énergie interne spécifique je-ième gaz avec température initiale T H je .

Alors l’équation (2.1.1) prend la forme suivante :

(2.1.2)

Comme on le sait, pour un gaz parfait du = C v dT, d'où, en comptant l'énergie interne de 0 0K peut s'écrire :

Ici : - moyenne dans la fourchette 0 T0K capacité calorifique isochore massique d’un mélange de gaz ;

Plage moyenne 0 T H i 0 K capacité thermique isochore de masse je le gaz.

Après avoir remplacé (2.1.3) dans (2.1.2) on obtient :

Mais conformément au paragraphe 1.4.10, la véritable capacité thermique massique d'un mélange de gaz est exprimée en termes de fractions massiques des composants g je et leurs véritables capacités thermiques comme suit :

De même, la moyenne dans la fourchette 0 T0K La capacité calorifique isochore massique d’un mélange de gaz est déterminée comme suit :

En substituant cette expression dans le côté gauche de l’équation (2.1.4), nous obtenons :

d'où (2.1.5)

Parce que à partir de l'équation d'état, puis après substitution je suis dans l'équation (2.1.5) on obtient finalement la formule de la température du mélange n gaz :

Comme on le sait, la formule (2.1.6) peut donc s'écrire sous la forme suivante :

(Il convient de rappeler que le produit est la moyenne comprise entre 0 et T H i 0 Kmolaire capacité thermique isochore je le gaz.)

Dans la littérature de référence, les dépendances empiriques de la capacité thermique sur la température sont souvent données pour la plage 0 t 0 C .

Après avoir remplacé (2.1.8) et (2.1.9) dans l'équation (2.1.2), nous obtenons :

Remplacement je suis sa valeur, on obtient finalement la formule de la température du mélange gazeux en degrés Celsius :

Exprimer R je grâce à la masse moléculaire, on obtient une autre formule :

Les dénominateurs des formules (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) et (2.1.11) contiennent des capacités thermiques moyennes, pour lesquelles la température du mélange est utilisée comme limite supérieure de moyenne ( t ou T), à déterminer. De ce fait, la température du mélange est déterminée par ces formules méthode d'approximations successives .

2.1.1. Cas particuliers de mélange de gaz lors W=Const

Considérons plusieurs cas particuliers de formules (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) et (2.1.11).

1. Supposons que les gaz soient mélangés, pour lesquels la dépendance de l'exposant adiabatique K je la température peut être négligée.

(En fait À diminue avec l'augmentation de la température, car

Où désolé , UN sont des coefficients empiriques positifs.

Pour les calculs techniques compris entre 0 et 2000 0 C, vous pouvez utiliser les formules suivantes :

a) pour les gaz diatomiques À 1,40 - 0,50 10 -4 t;

b) pour les produits de combustion À 1,35 - 0,55 10 -4 t.

De ces formules, il ressort clairement que l'effet de la température sur l'indice adiabatique À ne devient perceptible qu'à des températures de l'ordre de plusieurs centaines de degrés Celsius.)

Ainsi, si l'on suppose que

alors la formule (2.1.6) prendra la forme suivante :

La formule (2.1.12) peut être utilisée en première approximation pour les formules (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) et (2.1.11)

2. Soit mélangés des gaz dont les capacités calorifiques isochoriques molaires sont égales et la dépendance de ces capacités calorifiques à la température peut être négligée, c'est-à-dire :

L’équation (2.1.7) prend alors une forme très simple :

Si les gaz ont des capacités calorifiques isochoriques molaires égales, alors conformément à l’équation de Mayer

Les capacités calorifiques isobares molaires doivent être égales les unes aux autres et, par conséquent, les exposants adiabatiques doivent être égaux, c'est-à-dire

Dans cette condition, l'équation (2.1.12) se transforme en (2.1.13).

2.1.2. Pression après mélange des gaz à W=Const

La pression établie après mélange des gaz peut être déterminée soit par les formules du paragraphe 1.4.2, soit à partir de la condition :

R. cm W cm = m cm R. cm T= m cm T.