Külön termosztált edényeket engedjen be azonos nyomáson p gázok vannak AÉs IN, mennyiségben és anyajegyben vett. Amikor ezeket az edényeket csatlakoztatják, a gázok spontán keveredése megy végbe, amíg a gázkeverék homogén összetétele nem jön létre a rendszer teljes térfogatában. Feltételezzük, hogy a forrásgázok és keverékeik megfelelnek az ideális gázok állapotegyenleteinek. Ezután állandó teljes gáznyomás fenntartása mellett p a keletkező keverékben a gázok parciális nyomása egyenlő lesz

Ideális gázok keverésekor nincs hőhatás, így a gázok és a termosztát között nincs hőcsere, a rendszer entrópiájának változását pedig teljes mértékben meghatározza a rendszeren belüli folyamatok visszafordíthatatlansága.

Az entrópia kívánt változásának megtalálásához a leírt spontán folyamatot szembe kell állítani a rendszer azonos kezdeti és végső állapota közötti mentális egyensúlyi átmenettel.

A gázok egyensúlyi keveréséhez egy speciális hipotetikus eszközt fogunk használni, a termosztát analógiájára, az úgynevezett kemosztátot. . Ez az eszköz egy termosztatikusan szabályozott hengerből áll, amely súrlódásmentesen mozgó dugattyúval van felszerelve; a henger alján van egy membrán, amely szelektíven csak egy adott vegyi anyag számára áteresztő; ez utóbbi elválasztja a kemosztátba betöltött egyedi anyagot a másik edényben található vizsgált anyagok keverékétől. Ellentétben a termosztáttal, amelyet arra terveztek, hogy a benne elmerült test adott hőmérsékletét fenntartsa, vagy ez utóbbit egyensúlyi üzemmódban melegítse vagy hűtse, egy kemosztát segítségével biztosítják az adott kémiai potenciál egy bizonyos értékének fenntartását. egyedi anyag a vizsgált anyagok keverékében, valamint az anyag egyensúlyi ellátása és keverékekből való eltávolítása. Kémiai potenciál én - a kemosztátban lévő kémiai komponenst a hőmérséklet egyedileg határozza meg Tés a dugattyún keletkező nyomást. A dugattyúra gyakorolt ​​nyomás változtatásával megváltoztatható az adott komponens átmenetének iránya a szelektív membránon keresztül: ha a komponens kémiai potenciálja a vizsgált keverékben, akkor mikor kerül az anyag a keverékhez , amikor – eltávolítják a keverékből, és amikor a kémiai egyensúly megmarad a kemosztát és a keverék között. A keverék összetételének kvázi egyensúlyi változása egy anyag diffúziós átvitelének felel meg a membránon keresztül a membrán mindkét oldalán lévő kémiai potenciálértékek nagyon kis különbségének hatására.

Az ideális gáz kémiai potenciálját, függetlenül attól, hogy ez a gáz egyedi állapotú vagy más ideális gázokkal keverékben van, az egyszerű összefüggéssel fejezzük ki, ahol p én vagy a tiszta gáz nyomása, vagy parciális nyomása a keverékben. Ezért amikor egy ideális gázt egy féligáteresztő membránon átvezetünk, a keverék és a kemosztát közötti egyensúlyt a kemosztátban lévő nyomás és a keverékben lévő gáz parciális nyomásának egyenlősége jellemzi.

Rizs. 2.3. Két gáz egyensúlyi keverése kemosztátokkal: a– a rendszer kezdeti állapota; b– a rendszer állapota a gázok izotermikus expanziója után; V– végső állapot a gázok membránon történő átkeverése után; 1 – egyedi gázkemosztátok A és B ; 2 – félig áteresztő membránok; 3 – edény a gázok egyensúlyi keverésére.

Ideális gázok egyensúlyi keveredése AÉs B egy termosztátos rendszerben hajtják végre, amely két, egyedi komponensekből álló kemosztátból áll AÉs B, csatlakozik egy harmadik edényhez - a kapott keverék gyűjteménye, amely a kemosztátokhoz hasonlóan mozgatható dugattyúval van felszerelve (2.3. ábra).

Legyen a kezdeti pillanatban a kemosztátok rendre mol komponenst tartalmaznak Aés a komponens móljai B ugyanolyan nyomás alatt p ; a keverékgyűjtő dugattyúja nulla helyzetben van (a dugattyú alatti gáz térfogata nulla). A keverési folyamat két lépésben történik. Az első szakaszban a gázok reverzibilis izoterm expanzióját hajtjuk végre AÉs B; miközben a nyomás A csökkenteni től p a beállított nyomásra és nyomásra B ennek megfelelően től p hogy . Az első és a második kemosztátban a gázok által elfoglalt térfogatok sorrendben ról és -ről -re változnak. A táguló gáz által az első kemosztátban végzett munka egyenlő ; a másodikban . Így az első szakaszban a teljes munkavégzés a hipotetikus eszközünkben történik. Mivel az ideális gáz izotermikus tágulása során a belső energiája nem változik, ez a munka a termosztát egyenértékű hőellátása miatt történik. Ezért a rendszer entrópiájának reverzibilis változása egyenlő lesz

A folyamat második szakaszában (a keverés önmagában) három dugattyú szinkronmozgásával szállítjuk a gázokat a kemosztátokból szelektív membránokon keresztül a keveréktartályba. Ugyanakkor állandó nyomást tartanak fenn az egyes dugattyúkon, mind a kemosztátokban, mind a kollektorban, ami biztosítja a gázok egyensúlyi átmenetét a membránokon keresztül (pontosabban, a kollektorban nyomás keletkezik, amely valamivel kevesebb p , fenntartva a nullától eltérő hajtóerőt a membránokon keresztüli diffúzióhoz). A keverési folyamat visszafordíthatóságát ebben az esetben biztosítja mindhárom dugattyú mozgási irányának szinkron megváltoztatásának lehetősége, ami a keverék különálló komponensekre való fordított felosztásához vezetne. A művelet befejezése után a keverék nyilvánvalóan térfogata .

Mivel ideális gázok esetén a keverést nem kíséri hőhatás, ezért a működés második szakaszában nincs hőcsere készülékünk és a termosztát között. Következésképpen ebben a szakaszban nincs változás a rendszer entrópiájában.

Célszerű közvetlen számítással ellenőrizni, hogy a gázok által végzett munka a második szakaszban nulla. Valójában a kemosztátok dugattyúinak mozgatására van szükség, ugyanakkor ugyanannyi munkát végeznek a gázgyűjtőben. Innen.

Tehát az entrópia teljes növekedését a gázok keveredése során a (2.9) kifejezés határozza meg. Ha a keverés egyensúlyi változatában ez a növekedés a visszatérő hőellátáshoz és az ezzel egyenértékű munkamennyiség előállításához kapcsolódik , akkor a gázok közvetlen (irreverzibilis) keveredésével a rendszeren belüli keletkezése miatt ugyanilyen entrópianövekedés következik be; a rendszer nem végez semmilyen munkát.

A (2.8) behelyettesítés után a (2.9) kifejezés átírható így

. (2.10)

Ez a kapcsolat látszólagos paradoxona miatt kötelező helyet kap a termodinamikai kurzusokban. Figyelemre méltó, hogy az entrópia változásainál (ideális gázok keverésekor!) nem mindegy, hogy mit keverünk össze, és milyen nyomáson és hőmérsékleten. Lényegében itt egy informális levezetés (2.10).

Egészítsük ki a (2.10) következtetést annak hasznos következményeivel. A komponensek móltörteinek bemutatása és megkapjuk az entrópia változásának kifejezését 1 mól kapott keverékre:

. (2.11)

Ennek a függvénynek a maximuma ekvimoláris gázkeveréknél jelentkezik, 0,5.

Az anyagkeverékek elválasztásának elmélete szempontjából érdekes nyomon követni az entrópiaképződés változását, ha kellően nagy mennyiségű komponenst adunk hozzá. B egy mól komponensre A. Beállítása és (2.10), megkapjuk

A (2.12) származtatásnál a logaritmikus függvény matematikai ábrázolását használtuk

.

A (2.12) képlet azt mutatja, hogy a keverék egymást követő hígítását a szennyezőkomponens móljára vetített entrópia végtelen növekedése kíséri.

A (2.10) képlet megadja az entrópianövekmény integrálértékét véges mennyiségű gáz keverésekor. Annak érdekében, hogy a (2.7) képlethez hasonló kompakt differenciálkifejezést kapjunk a hőátadásra, módosítjuk a komponenskeverési modellt (lásd 2.4. ábra). Feltételezzük, hogy a keveredés mindkét komponens számára áteresztő membránon, vagy egy kellően keskeny szelepen keresztül történik, amely elválasztja a keverékekkel töltött edényeket. AÉs B különböző összetételű. A rendszer termosztált, és az állandó nyomást mindkét tartályban dugattyúkkal tartják fenn p . Korlátozott keverési sebesség mellett a keverék összetétele az edények mindegyikében homogénnek tekinthető az edény térfogatában. Így ez a rendszer hasonlít egy gyengén vezető válaszfallal rendelkező hőcserélő rendszerhez.

Gázok keverése. Molekuláris és moláris (turbulens) diffúzió

Molekuláris diffúzió- álló gázokban és lamináris áramlásokban megfigyelhető az egyik gáz molekuláinak a másikba való kölcsönös behatolásának folyamata, amely tökéletes keverék kialakulásához vezet.

A molekuláris diffúzióban a gázok keveredését a molekulák hőmozgása határozza meg. Bár a molekulák mozgási sebessége Wátlagosan nagyon nagy, a szabad úthossz / kicsi. Ezért a molekuláris diffúzió meglehetősen lassan megy végbe. Az egyik rétegből a másikba diffundáló gáz mennyisége Fick törvénye szerint egyenlő

ahol a molekuláris diffúziós együttható, m 2 /s; dC/dn -

a diffúz gáz koncentráció gradiense, kg/m4.

Ahogy a hőmérséklet emelkedik Dés a diffúzió intenzitása nő. Méret D az N.D. által módosított Sutherland-formula segítségével határozható meg. Koszova:

ahol D)12 az egyik gáz diffúziós együtthatója (1) egy másik (2) gázba nyomás alatt p Qés hőmérséklet 7o; Q és C2 a Sutherland-együttható a keverék komponenseire vonatkozóan, K (metánnál C = 198, levegőnél - 119, nitrogénnél - 107,0 2 - 138, C0 2 - 255); p 0, G 0 - a nyomás és a hőmérséklet értéke normál fizikai körülmények között (po= 1,01 105 Pa; T 0= 273 K).

Gyakran használják a molekuláris diffúziós együttható meghatározására D egyszerű teljesítményképletet használnak

Ahol n- tapasztalati együttható

A többkomponensű keverék diffúziós együtthatóinak függőségei összetettebbek (lásd: 80. oldal).

Turbulens áramlásban a diffúzió, valamint a hőátadás és a belső súrlódás a véges makroszkopikus gáztömegek - turbulens mólok - turbulens átviteléhez és keveredéséhez kapcsolódik. Ezeknek a vakondoknak a mérete és mozgásuk útja a keveredés előtt változó; A molylepkék mozgása pulzáló jellegű, mozgásuk sebessége az áramláson átívelő pulzáció sebessége. Alacsony Re-számok esetén a turbulens sebességek csak nagy távolságokon változnak jelentősen. Alatt pulzációs skála(turbulencia) megérti azt a hosszúsági sorrendet, amely alatt a sebesség jelentős változása következik be. A nagy léptékű pulzációk gyakorisága alacsony.

A Re növekedésével a nagy léptékűekkel együtt nagyfrekvenciás kis léptékű pulzációk is megjelennek. A nagy léptékű lüktetések léptéke a rendszer meghatározó méreteinek nagyságrendje (. D, I csatorna vagy ingyenes jet stb.). A nagy léptékű pulzációk határozzák meg a turbulens keveredés folyamatait: belső súrlódást, diffúziót és hőátadást. A kis léptékű pulzálás viszkózus disszipációt hajt végre. A nagyméretű vakondok energiája átkerül a kisméretű vakondokra, és eloszlatják őket. A turbulens diffúzió során a keveredés a molekuláris diffúzió következtében teljesedik ki.

A dimenziós megfontolások és a molekuláris transzfer folyamatokkal való analógia felhasználásával a koncepció turbulens átviteli együttható A T, amely a belső súrlódást, diffúziót és hőátadást jellemzi turbulens áramlásban:

Ahol G- turbulencia léptéke, turbulens mozgás hossza

imádkozás keveredésig (analóg /); - négyzetgyökér

pulzáló sebesség.

Együttható A t a turbulens diffúzió együtthatója is D T turbulens termikus diffúzió a tés viszkozitása (v T). Nem függ a gáz tulajdonságaitól, és a turbulencia jellemzői határozzák meg.

A (3.57)-et (3.56) behelyettesítve megkapjuk a Prandtl-képletet

A (3.58) reláció lehetővé teszi az átviteli együtthatók becslését turbulens áramlásban. Az átviteli (diffúziós) folyamatok kiszámításához molekuláris folyamatokhoz kapcsolódó összefüggéseket (egyenleteket) használhat, helyettesítve azokat. D, a, V a D T-n, és t, vx. Ha a turbulens és a molekuláris transzport hatása összehasonlítható, akkor teljes együtthatókat vezetünk be.

A nagyszámú műszaki probléma megoldása gyakran azzal jár, hogy különböző gázokat (folyadékokat) vagy különböző mennyiségű azonos gázt (folyadékot) kevernek össze különböző termodinamikai állapotokban. Az eltolási folyamatok megszervezésére a keverőeszközök és berendezések széles skáláját fejlesztették ki.

A keverési folyamatok termodinamikai elemzése során a feladat általában az, hogy a kiindulási keverési komponensek állapotának ismert paramétereiből meghatározzuk a keverék halmazállapotának paramétereit.

A probléma megoldása eltérő lesz attól függően, hogy milyen körülmények között hajtják végre ezt a folyamatot. Valamennyi, valós körülmények között előforduló gáz- vagy folyadékkeverék-képzési módszer három csoportra osztható: 1) az állandó térfogatú keverési folyamat; 2) a patakba keverés folyamata; 3) keverés a térfogat feltöltésekor.

A keverési folyamatokat általában úgy tekintik, hogy a keverőrendszer és a környezet közötti hőcsere nélkül, azaz adiabatikusan mennek végbe. A hőcsere jelenlétében végzett keverés két szakaszra osztható: adiabatikus keverés hőcsere nélkül és hőcsere a keletkező keverékben a környezettel.

A következtetések leegyszerűsítése érdekében tekintsük két valós gáz keveredését. Három vagy több gáz egyidejű összekeverése két gázra vonatkozó számítási képletekkel állapítható meg egy új komponens egymás utáni hozzáadásával.

A keverés minden esete visszafordíthatatlan folyamat, már csak azért is, mert a keverék komponensekre történő szétválasztása szükségszerűen munkaráfordítást igényel. Mint minden irreverzibilis folyamatnál, a keverés során az entrópia növekszik S c rendszerek és a megfelelő teljesítményvesztés (exergia): De = T o.s. S c , hol Tо.с – környezeti hőmérséklet.

Különböző nyomású és hőmérsékletű gázok keverésekor további teljesítményveszteség keletkezik a kevert gázok közötti visszafordíthatatlan hőcsere és a nyomáskülönbség felhasználásának elmulasztása miatt. Így az entrópia növekedése a keverés során mind a természetben eltérő gázok vagy folyadékok tényleges keveredése (diffúziója), mind pedig a kevert anyagok hőmérsékletének és nyomásának kiegyenlítődése következtében következik be.

Nézzük meg a lehetséges keverési módokat.

2.1. Állandó térfogatú keverési folyamatok

Legyen néhány hőszigetelt edény térfogata V válaszfallal két rekeszre osztva, amelyek közül az egyik gázt (folyadékot) tartalmaz paraméterekkel p 1, u 1, T 1 , U 1, a másikban egy másik gáz (folyadék) paraméterekkel p 2, u 2, T 2 , U 2, (2.1. ábra).

Rizs. 2.1. Keverési folyamat diagramja

állandó térfogatban

Jelöljük az egyik rekeszben lévő gáz tömegét, illetve ennek a rekesznek a térfogatát m 1 és V 1, a másik rekeszben pedig m 2 és V 2. Az elválasztó válaszfal eltávolításakor minden gáz diffúzió útján szétterjed a teljes térfogatra, és a kapott keverék térfogata nyilvánvalóan egyenlő lesz az összeggel. V = V 1 + V 2. A keverés eredményeként a gáz nyomása, hőmérséklete és sűrűsége az edény teljes térfogatában kiegyenlítődik. Jelöljük a gázállapot-paraméterek értékeit keverés után p,u, T, U.

Az energiamegmaradás törvénye szerint a keletkező gázkeverék belső energiája megegyezik az egyes gázok belső energiáinak összegével:

U = U 1 + U 2

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

A gáz fajlagos belső energiáját keverés után a következőképpen határozzuk meg:

. (2.2)

Hasonlóképpen, a keverék fajlagos térfogata egyenlő:

. (2.3)

Ami a keverés utáni gáz többi paraméterét illeti ( p, T, S), akkor gázokra és folyadékokra nem lehet általános formában analitikusan kiszámítani a keverék komponenseinek paramétereinek értékein keresztül. Meghatározásukhoz használnia kell U, u-diagram, amelyen izobárok és izotermák vannak ábrázolva, ill U, T- diagram, amelyen izokorokat és izobárokat jelöltek (ugyanazon gáz keverésére), vagy gázok és folyadékok termodinamikai tulajdonságait tartalmazó táblázatok. A keverés utáni gáz (2.2) és (2.3) u összefüggéseivel meghatározva diagramokból vagy táblázatokból megállapítható p, T, S.

Értékek p, TÉs S A keverés utáni gázok csak ideális gázok esetén közvetlenül kifejezhetők a kevert részek állapotparamétereinek ismert értékeivel. Jelöljük az első gáz hőkapacitásának átlagos értékét a tól kezdődő hőmérséklet-tartományban T 1-től T keresztül , és egy másik gáz a hőmérséklet-tartományban T 2 to T keresztül
.

Ezt figyelembe véve
;
;
a (2.2) kifejezésből kapjuk:

T =
vagy T =
, (2.4)

Ahol g 1 és g 2 – a keveréket alkotó ideális gázok tömeghányada.

Az ideális gázok állapotegyenletéből következik:

m 1 = ;m 2 = .

A tömegértékek (2.4)-be való behelyettesítése után a kifejezésből megtudható a gázelegy hőmérséklete

T =
. (2.5)

Az ideális gázok keverékének nyomását a gázelegy komponenseinek parciális nyomásának összegeként definiáljuk
, ahol a parciális nyomások És a Clapeyron-egyenlet segítségével határozzuk meg.

Entrópia növekmény S c az irreverzibilis keveredésből származó rendszereket a keverékben lévő gázok keverés utáni entrópiája és a keverés előtti kezdeti komponensek összegének különbsége alapján találjuk meg:

S = S – (m 1 S 1 + m 2 S 2).

Ideális gázok keverékéhez, ha két gáz keveredik.

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

–m(R 1 g 1 ln r 1 + R 2 g 2 ln r 2),

Ahol r én– a keveréket alkotó ideális gázok térfogathányada;

R– a keverék gázállandója, amelyet a következő egyenlet határoz meg:

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

Az állandó térfogatú keverés exergia- és anergiadiagramja az ábrán látható. 2.2.

Rizs. 2.2. Az exergia és az anergia diagramja at

állandó térfogatban keverve:
– fajlagos exergia elvesztése keverés közben

2. Különböző hőmérsékletű gázok és gőzök keverése.

Így keletkeznek a légköri ködök. Leggyakrabban éjszaka derült időben jelenik meg a köd, amikor a Föld intenzíven hőt adó felszíne erősen lehűl. Meleg, nedves levegő érintkezik a lehűlő Földdel, vagy annak felszínéhez közeli hideg levegővel, és folyadékcseppek képződnek benne. Ugyanez történik, ha meleg és hideg légfrontok keverednek.

3. A gőzt tartalmazó gázelegy hűtése.

Ezt az esetet egy vízforraló példájával illusztrálhatjuk, amelyben felforrt a víz. A kifolyóból vízgőz távozik, ami láthatatlan, mert nem szórja szét a fényt. Ezután a vízgőz gyorsan lehűl, a benne lévő víz lecsapódik, és már rövid távolságra a vízforraló kifolyójától tejszerű felhőt látunk - köd, amely láthatóvá vált a fényszóró képessége miatt. Hasonló jelenség figyelhető meg, amikor fagyos napon kinyitjuk az ablakot. Tartósabb aeroszol akkor keletkezik, ha a serpenyőben felforrt olaj gázt (olajaeroszolt) hoz létre a helyiségben, amelyet csak a helyiség jó szellőzésével lehet eltávolítani.

Ezenkívül kondenzációs aeroszol képződhet gázreakciók eredményeként, amelyek nem illékony termékek képződéséhez vezetnek:

· a tüzelőanyag elégetésekor füstgázok képződnek, amelyek páralecsapódása égési füst megjelenéséhez vezet;

· amikor a foszfor a levegőben ég, fehér füst képződik (P 2 O 5);

· gáznemű NH 3 és HC1 kölcsönhatása MH 4 C1 (sv) füstöt termel;

· a fémek levegőben történő oxidációja, amely különböző kohászati ​​és kémiai folyamatokban megy végbe, fémoxid-részecskékből álló gőzök képződésével jár együtt.

DISZPERZIÓS MÓDSZEREK

A diszperzív aeroszolok szilárd és folyékony testek őrlése (permetezése) során gáznemű környezetben, valamint porszerű anyagok szuszpenzióvá alakulása során keletkeznek légáramlatok hatására.

A szilárd anyagok permetezése két szakaszban történik:

csiszolás, majd permetezés. Az anyag aeroszolos állapotba való átvitelét az aeroszol alkalmazásakor kell végrehajtani, mivel más diszpergált rendszerekkel ellentétben - emulziók, szuszpenziók, aeroszolok nem készíthetők előre. Háztartási körülmények között a folyékony és por alakú aeroszolok előállításának szinte egyetlen módja egy „aeroszolos csomagnak” vagy „aeroszolos doboznak” nevezett eszköz. A benne lévő anyagot nyomás alatt csomagolják és cseppfolyósított vagy sűrített gázokkal permetezik.

AZ AEROSOLOK ÁLTALÁNOS JELLEMZŐI

Az aeroszolok tulajdonságait a következők határozzák meg:

A diszpergált fázis és a diszperziós közeg anyagainak jellege;

Az aeroszol részleges és tömegkoncentrációja;

Részecskeméret és részecskeméret-eloszlás;

Az elsődleges (nem aggregált) részecskék alakja;

Aeroszol szerkezete;

Részecsketöltés.

Az aeroszolok koncentrációjának jellemzésére a többi diszperz rendszerhez hasonlóan a tömegkoncentrációt és a numerikus (részleges) koncentrációt használjuk.

A tömegkoncentráció az összes lebegő részecske tömege térfogategységnyi gázra vonatkoztatva.

A numerikus koncentráció az aeroszol egységnyi térfogatára jutó részecskék száma. Bármilyen nagy is a számszerű koncentráció az aeroszolképződés pillanatában, néhány másodperc múlva nem haladhatja meg a 10 3 részecske/cm 3 értéket.

AEROSOL RÉSZÉKMÉRETEK

A minimális részecskeméretet az anyag aggregált állapotban való létezésének lehetősége határozza meg. Így egyetlen vízmolekula sem tud sem gázt, sem folyadékot, sem szilárd anyagot alkotni. Egy fázis kialakításához legalább 20-30 molekulából álló aggregátumok szükségesek. A szilárd vagy folyékony halmazállapotú legkisebb részecskék mérete nem lehet kisebb 1 10-3 mikronnál. Ahhoz, hogy egy gázt folytonos közegnek tekintsünk, szükséges, hogy a részecskék mérete jóval nagyobb legyen, mint a gázmolekulák szabad útja. A részecskeméret felső határa nincs szigorúan meghatározva, de a 100 mikronnál nagyobb részecskék nem képesek hosszú ideig a levegőben szuszpendálva maradni.

AZ AEROSOLOK MOLEKULÁRIS-KINETIKAI TULAJDONSÁGAI

Az aeroszolok molekuláris kinetikai tulajdonságai a következőkre vezethetők vissza:

Alacsony koncentrációjú diszpergált fázisú részecskék - tehát ha 1 cm 3 aranyhidroszol 10 16 részecskét tartalmaz, akkor ugyanennyi aranyaeroszol kevesebb, mint 10 7 részecskét tartalmaz;

A diszperziós közeg - levegő - alacsony viszkozitása, ezért a részecskék mozgása során fellépő alacsony súrlódási tényező (B);

A diszperziós közeg kis sűrűsége, ezért ρ rész » ρ gáz.

Mindez oda vezet, hogy az aeroszolokban a részecskék mozgása sokkal intenzívebben megy végbe, mint a lioszolokban.

Tekintsük a legegyszerűbb esetet, amikor az aeroszol zárt tartályban van (azaz a külső légáramlás kizárva), és a részecskék gömb alakúak, sugara r és sűrűsége p. Egy ilyen részecskére egyszerre hat a függőlegesen lefelé irányuló gravitációs erő és az ellenkező irányú súrlódási erő. Ráadásul a részecske Brown-mozgásban van, aminek a következménye a diffúzió.

Az aeroszolokban előforduló diffúziós és ülepedési folyamatok számszerűsítéséhez használhatja az értékeket

fajlagos diffúziós fluxus i diff és

fajlagos ülepedési fluxus i sed. .

Annak megállapításához, hogy melyik áramlás érvényesül, vegye figyelembe azok arányát:

Ebben a kifejezésben (p - p 0) » 0. Következésképpen a frakció méretét a részecskék mérete határozza meg.

Ha r > 1 μm, akkor i sed » i diff, azaz a diffúzió elhanyagolható - gyors ülepedés következik be, és a részecskék leülepednek az ér alján.

Ha 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.

Így a nagyon kicsi és nagyon nagy részecskék is gyorsan eltűnnek az aeroszolból: előbbi a falakhoz való tapadás vagy adhézió, utóbbi a fenékre való ülepedés következtében. A közepes méretű részecskék maximális stabilitásúak. Ezért bármilyen nagy is a részecskék számszerű koncentrációja az aeroszol képződés pillanatában, néhány másodperc múlva már nem haladja meg a 10 3 rész/cm 3 -t.

AZ AEROSOLOK ELEKTROMOS TULAJDONSÁGAI

Az aeroszol részecskék elektromos tulajdonságai jelentősen eltérnek a lioszolban lévő részecskék elektromos tulajdonságaitól.

1. Az aeroszol részecskéken EDL nem fordul elő, mivel a gáznemű közeg alacsony dielektromos állandója miatt elektrolitikus disszociáció gyakorlatilag nem következik be benne.

2. A részecskék töltése elsősorban a gázfázisban a gáz kozmikus, ultraibolya vagy radioaktív sugarak általi ionizációja következtében képződő ionok válogatás nélküli adszorpciója miatt keletkezik.

3. A részecskék töltése véletlenszerű természetű, az azonos természetű és azonos méretű részecskék esetében mind nagyságrendben, mind előjelben eltérő lehet.

4. Egy részecske töltése idővel változik mind nagyságrendben, mind előjelben.

5. Specifikus adszorpció hiányában a részecskék töltése nagyon kicsi, és általában legfeljebb 10-szer haladja meg az elemi elektromos töltést.

6. A fajlagos adszorpció jellemző az aeroszolokra, amelyek részecskéit egy erősen poláros anyag képezi, mivel ebben az esetben a molekulák felületi orientációja miatt meglehetősen nagy potenciálugrás következik be a fázisközi felületen. Például a víz- vagy hóaeroszolok határfelületén 250 mV nagyságrendű pozitív elektromos potenciál van.

A gyakorlatból ismert, hogy a fémek és oxidjaik aeroszoljainak részecskéi általában negatív töltést hordoznak (Zn, ZnO, MgO, Fe 2 0 3), a nemfémek és oxidjaik aeroszoljainak részecskéi (SiO 2, P 2 O) 5) pozitív töltésűek. A NaCl és a keményítőrészecskék pozitív töltésűek, míg a lisztrészecskék negatív töltésűek.

AGREGATÍV STABILITÁS. koaguláció

Más diszpergált rendszerekkel ellentétben az aeroszolokban nincs kölcsönhatás a részecskék felülete és a gáznemű közeg között, ami azt jelenti, hogy nincsenek olyan erők, amelyek megakadályozzák a részecskék egymáshoz és a makroszkopikus testekhez való tapadását ütközéskor. Így az aeroszolok aggregatívan instabil rendszerek. A koaguláció bennük a gyors koaguláció típusának megfelelően történik, azaz a részecskék minden ütközése összetapadáshoz vezet.

A koagulációs sebesség gyorsan növekszik az aeroszol számszerű koncentrációjának növekedésével.

Az aeroszol kezdeti koncentrációjától függetlenül néhány perc múlva 1 cm 3 -ben 10 8 -10 6 részecske van (összehasonlításképpen a lioszolokban ~ 10 15 részecske van). Így nagyon erősen híg rendszerekkel van dolgunk.

AZ AEROSOL MEGSEMMISÍTÉSÉNEK MÓDSZEREI

Annak ellenére, hogy az aeroszolok aggregatívan instabilak, megsemmisülésük problémája nagyon akut. A fő problémák, amelyek megoldása az aeroszolok megsemmisítését igényli:

Légköri levegő tisztítása ipari aeroszolokból;

Értékes termékek elkülönítése ipari füstből;

A felhők és a köd mesterséges permetezése vagy szétoszlatása.

Az aeroszolokat az

· diszperzió légáramlatok hatására vagy azonos nevű részecskék töltése miatt;

· ülepedés;

· diffúzió az ér falaira;

· koaguláció;

· diszpergált fázisú részecskék elpárologtatása (illékony anyagok aeroszoljai esetében).

A kezelő létesítmények közül a legősibb a kémény. Igyekeznek a káros aeroszolokat a lehető legmagasabbra juttatni a légkörbe, mivel egyes kémiai vegyületek, amelyek a napfény hatására és különféle reakciók hatására a légkör talajrétegébe kerülnek, kevésbé veszélyes anyagokká alakulnak (a norilszki bányászatban). és a Kohászati ​​Kombinát például egy háromcsatornás cső magassága 420 m).

Az ipari termelés modern koncentrációja azonban megköveteli a füstkibocsátás előkezelését. Az aeroszolok megsemmisítésére számos módszert fejlesztettek ki, de ezek bármelyike ​​két szakaszból áll:

az első a diszpergált részecskék befogása, elválasztásuk a gáztól,

a második a részecskék gázhalmazállapotú környezetbe való visszajutásának megakadályozása, ami a befogott részecskék tapadásának és a belőlük tartós üledékképződésnek a következménye.

AEROSOL HENGEREK

Az aeroszolos palack működési elve, hogy a csomagolásban elhelyezett gyógyszert olyan kiürítő folyadékkal keverjük össze, amelynek telített gőznyomása abban a hőmérséklet-tartományban, amelyen a csomagolás üzemel, magasabb a légkörinél.

A keverék a folyadék feletti telített gőznyomás hatására kiszabadul a hengerből.

Ismeretes, hogy bármely stabil anyag telített gőznyomását csak a hőmérséklet határozza meg, és nem függ a térfogattól. Ezért a henger teljes működési ideje alatt a nyomás állandó marad, így a részecskék repülési tartománya és a permetezőkúp szöge gyakorlatilag állandó marad.

A permetezett anyag és a kiürítő folyadék kölcsönhatásának természetétől és aggregációs állapotától függően az aeroszolos csomagolású rendszerek különböző számú fázisból állnak. A komponensek kölcsönös oldhatósága esetén homogén folyékony oldat képződik, más esetekben emulzió vagy szuszpenzió, és végül heterogén rendszer, amikor a gyógyszer és a kiürítő folyadék makroszkopikusan heterogén rendszert alkot. Nyilvánvaló, hogy az első esetben az aeroszolos csomag kétfázisú rendszert tartalmaz - folyékony és telített gőzt. Amikor egy emulziót vagy szuszpenziót kiengednek a légkörbe, csak a diszperziós közeget törik össze – a keletkező részecskék a legjobb esetben is olyan méretűek lesznek, mint a folyadékfázisban.

Ha a gyógyszer és a kiürítési folyadék nem, vagy korlátozott mértékben keveredik egymással, az egyik folyadék a másikban kis cseppek formájában diszpergálódik, emulziók keletkeznek.

A terméknek a csomagolásból a légkörbe való távozásakor kialakuló rendszer jellege attól függ, hogy a folyadékok közül melyik a diszpergált fázis. Ha a diszpergált fázis gyógyszer, akkor aeroszol képződik. Ha a diszpergált fázis egy evakuáló folyadék, akkor habot kapunk. Az aeroszolos palackokkal nyert részecskék mérete a készítményben lévő anyagok fizikai-kémiai tulajdonságaitól, az összetevők arányától, a palack tervezési jellemzőitől és működésének hőmérsékleti viszonyaitól függ.

A diszperzió mértéke állítható: „a kiömlőnyílás méretének változtatásával;

A kiürítő folyadék telített gőznyomásának megváltoztatásával;

A gyógyszer és az evakuálószer mennyiségi arányának megváltoztatásával.

KISZÁLLÍTÓ ANYAGOK

A legfontosabb segédkomponens egy olyan anyag, amely biztosítja a gyógyszer légkörbe jutását és az azt követő diszperziót. Ezeket az anyagokat hajtóanyagnak nevezik (latinul „pro-peilere” – vezetni). A hajtóanyagnak két funkciót kell ellátnia:

Hozza létre a szükséges nyomást a gyógyszer felszabadításához;

A légkörbe kerülő terméket diszpergálja. Hajtóanyagként freonokat és sűrített gázokat használnak. A freonok az alifás sorozat kis molekulatömegű szerves fluorvegyületei.

A freonokra a következő jelölési rendszert alkalmazták: az utolsó számjegy (egységek száma) a fluoratomok számát jelenti a molekulában, az előző számjegy (tízek száma) a hidrogénatomok számát eggyel növelve, a harmadik pedig (százak száma) azt jelenti, hogy a szénatomok száma eggyel csökkent. Például: F-22 jelentése CHC1F 2, F-114 jelentése C 2 C1 2 F 4.

A ciklikus szerkezetű molekulákból álló anyagok is numerikus jelöléssel rendelkeznek, de a „C” betű a számok elé kerül, például: C318 - C 4 F 8 (oktafluorciklobután).

Sűrített gázként N2, N2O, CO2 stb.

AZ AEROSOL CSOMAGOLÁS ELŐNYEI

1. A gyógyszer finoman eloszlatott állapotba kerülése a cseppfolyósított hajtóanyag potenciális energiája miatt következik be, és nem igényel semmilyen idegen eszközt.

2. Az aeroszolok létrehozásához nincs szükség rögzítésre.

3. Időegység alatt jelentős mennyiségű anyag diszpergálható szét kis részecskék előállítására – ha más módszereket alkalmaznának, sokkal több energiára lenne szükség.

4. A párásodási mód stabil: a keletkező részecskék mérete, repülési hatótávolsága, a kúp csúcsánál bezárt szög keveset változik a teljes működési idő alatt.

5. Előre rögzítheti a permetezett anyag adagját.

6. Beállíthatja a részecskeméretet.

7. Az aeroszol polidiszperzitási foka alacsony.

8. Minden részecske azonos kémiai összetételű.

9. A permetezett gyógyszerek sterilitása biztosított.

10. A csomagban lévő gyógyszer nem érintkezik a levegő oxigénjével, ami biztosítja annak stabilitását.

11. Az automatikusan záródó szelep kiküszöböli a termék fel nem használt részének kiömlése vagy elpárolgása miatti veszteség lehetőségét.

12. A csomagolás mindig használatra kész.

13. A csomagolás kompakt. Egyéni vagy közös használatot tesz lehetővé.

Az első aeroszolos csomagok a 80-as években jelentek meg. XX század Európában. A második világháború idején az Egyesült Államok kezdeményezte fejlesztésüket. 1941-ben létrehozták az aeroszolos csomagolást - egy üvegtartályba csomagolt rovarölőt. A hajtóanyag Freon-12 volt.

Az ipari léptékű gyártás a második világháború után kezdődött az Egyesült Államokban, majd a világ más országaiban.

AEROSOLOK GYAKORLATI ALKALMAZÁSA

Az aeroszolok széleskörű elterjedése nagy hatékonyságuknak köszönhető. Ismeretes, hogy egy anyag felületének növekedése aktivitásának növekedésével jár. Az aeroszol formájában kipermetezett anyag kis mennyisége nagy térfogatot foglal el és nagy reakcióképességű. Ez az aeroszolok előnye más diszpergált rendszerekkel szemben.

Aeroszolokat használnak:

A technológia különböző területein, beleértve a katonai és az űrkutatást is;

A mezőgazdaságban; „az egészségügyben;

A meteorológiában; a mindennapi életben stb.

A közelmúltban a gyógyszerészeti gyakorlatban széles körben alkalmazzák a dózisformák aeroszolok formájában történő előállítását. A gyógyászati ​​anyagok aeroszolok formájában történő alkalmazása kényelmes olyan esetekben, amikor a gyógyszert nagy felületekre kell alkalmazni (akut légúti betegségek, égési sérülések stb.). Nagy hatásúak a folyékony filmképző anyagokat tartalmazó adagolási formák. Amikor ezt a gyógyszert az érintett területre permetezzük, vékony, átlátszó film borítja, amely helyettesíti a kötést.

Foglalkozzunk részletesebben az aeroszolos csomagolások használatával.

Jelenleg több mint 300 féle termék található aeroszolos kiszerelésben.

Első csoport: háztartási vegyszerek.

A rovarölő szerek rovarok elpusztítására szolgáló készítmények.

Moly elleni termékek.

Rovarölő szerek háziállatok kezelésére.

Eszközök a beltéri növények, valamint a gyümölcs- és bogyós növények gombás betegségek és kártevők elleni védelmére.

Lakkok és festékek.

Légfrissítők.

c Polírozó és tisztítószerek.

Második csoport:

Illatszerek és kozmetikumok. „Hajápoló termékek (sprayek, samponok stb.).

Borotvahabok és -zselék.

Krémek kézre és lábra.

Olaj barnulás ellen és ellen.

Dezodorok.

Parfümök, kölnivizek, eau de toilette.

Harmadik csoport: orvosi aeroszolok.

Negyedik csoport: műszaki aeroszolok.

Kenőolajok.

Korróziógátló bevonatok.

Védőfóliák. "Száraz kenőanyagok.

Emulziók fúrógépek maróinak hűtéséhez.

Ötödik csoport: élelmiszer-aeroszolok.

ÉLELMISZER AEROSOLOK

Az első élelmiszer-tartályok 1947-ben jelentek meg az Egyesült Államokban. A sütemények és péksütemények befejezésére szolgáló krémeket tartalmaztak, és csak az éttermek használták, és visszaküldték őket újratöltésre. Az ilyen típusú aeroszolos csomagolások tömeggyártása csak 1958-ban kezdődött.

Az aeroszolos élelmiszerek csomagolása három fő csoportra osztható:

alacsony hőmérsékleten tárolást igénylő csomagok;

csomagolás utólagos hőkezeléssel;

csomagolás utólagos hőkezelés nélkül.

Háromféle élelmiszerterméket állítanak elő aeroszolos kiszerelésben: krémek, folyadékok, paszták. Aeroszolos kiszerelésben vásárolhatunk salátaöntetet, ömlesztett sajtot, gyümölcsleveket, fahéjat, majonézt, paradicsomlevet, 30%-os tejszínhabot stb.

Az élelmiszer-aeroszol-termelés növekedése a következőknek köszönhető:

előnyök a hagyományos csomagolástípusokkal szemben;

új hajtóanyagok fejlesztése;

töltési technológia fejlesztése.

Az aeroszolos élelmiszer-csomagolás előnyei:

könnyű használat;

időt takarít meg;

az élelmiszert fogyasztásra kész állapotban csomagolják, és egységes formában engedik ki a csomagolásból;

nincs termékszivárgás;

a nedvesség nem vész el vagy hatol be a csomagolásba;

az aroma nem vész el;

a terméket sterilen kell tartani.

A következő követelmények vonatkoznak az élelmiszer-aeroszolos készítményekre:

1. A hajtóanyagnak nagy tisztaságúnak, nem mérgezőnek, íztelennek és szagtalannak kell lennie. Jelenleg szén-dioxidot, nitrogén-oxidot, nitrogént, argont és C318 freont használnak.

2. A vizes oldatokban nagyon korlátozottan oldódó sűrített gázok nem vehetnek részt a habképződésben, ez szükséges tejszínhabokhoz, dekoratív krémekhez, habokhoz stb. Ezekhez a termékekhez célszerű C318 freont használni, bár sokkal drágább.

18.4. táblázat Példák különböző élelmiszer-aeroszolok készítményeire

3. A freonok alkalmazása további előnyt jelent: cseppfolyósított gázok kerülnek a termékkészítményekbe, amelyek hab formájában szabadulnak fel, legfeljebb 10 tömegszázalék mennyiségben, miközben viszonylag kis térfogatot foglalnak el. Ez lehetővé teszi, hogy lényegesen több terméket töltsön a hengerbe - a hengerűrtartalom 90%-át (a sűrített gázt tartalmazó csomagokban csak 50%), és garantálja a termék teljes kioldását a csomagolásból.

4. A hajtóanyag kiválasztását az élelmiszer típusa és a tervezett szállítási forma (krém, folyadék, paszta) határozza meg. A CO2 és a nagy tisztaságú dinitrogén-oxid keverékei jól beváltak. Hab előállításához C318 freon és dinitrogén-oxid keverékét használják. Az ezzel a keverékkel csomagolt tortabefejező krém stabil habot hoz létre, amely jól megtartja a színét. A szirupok esetében a CO2 a legalkalmasabb hajtóanyag.

A hengerből való tartalom kiadagolásának minősége a következő tényezőktől függ:

Termék-előkészítési technológiák;

Stabilizátor (széles körben használják a mikrokristályos cellulózt);

A henger és a szelep helyes megválasztása.

A fahéjhoz és a citromléhez vezérelt szórófejet fejlesztettek ki, amely kívánság szerint akár cseppenként, akár sugárban adagolja a termékeket. Mesterséges édesítőszerekhez adagolószelepeket használnak, egy adag fűrészelt cukornak felel meg, stb.

AEROSOL SZÁLLÍTÁS

A pneumatikus szállítást széles körben alkalmazzák a lisztőrlés, a gabona- és a takarmányőrlés területén, ami megteremti a feltételeket az automatizálás bevezetéséhez, növeli a munka termelékenységét és csökkenti a költségeket. A pneumatikus szállítás alkalmazása azonban nagy villamosenergia-ráfordítással jár nagy mennyiségű levegő mozgatásához (1 kg levegő 5-6 kg ömlesztett anyagot mozgat meg).

Progresszívebb az aeroszoltranszport, amelyben a légáramban nagy anyagkoncentráció érhető el a liszt szállítás kezdetén történő levegőztetése és a magas légnyomás miatt. A levegőztetés megszakítja a lisztrészecskék közötti tapadást, és folyékonyságra tesz szert, aminek eredményeként 1 kg levegő 200 kg liszthez jut.

Az aeroszol szállító berendezés egy adagolóból, egy feltöltőből, egy anyagvezetékből és egy kirakodóból áll. A fő elem az adagoló, amelyben levegő keveredik az anyaggal és a kezdeti sebességet adják a keveréknek, amely biztosítja az anyagvezeték ellátását.

Az aeroszol szállítás bevezetése lehetővé teszi a malmok termelékenységének növelését és a fajlagos energiafogyasztás csökkentését.

Az aeroszolos szállítás nemcsak a lisztőrlésben, hanem más, az ömlesztett anyagok és porok felhasználásával kapcsolatos iparágakban is a jövőt rejti.

Az aeroszolok mikroheterogén rendszerek, amelyekben szilárd részecskék vagy folyadékcseppek szuszpendálnak egy gázban (S/G vagy L/G),

A diszpergált fázis aggregált állapota szerint az aeroszolokat a következőkre osztják: köd (L/G); füst, por (T/G); szmog [(F+T)/G)].

Eloszlásuk szerint az aeroszolokat a következőkre osztják: köd, füst, por.

A többi mikroheterogén rendszerhez hasonlóan az aeroszolokat valódi oldatokból (kondenzációs módszerek) vagy durván diszpergált rendszerekből (diszperziós módszerek) lehet előállítani.

A ködben lévő vízcseppek mindig gömb alakúak, míg a szilárd füstrészecskék eredetüktől függően eltérő alakúak lehetnek.

A diszpergált fázis részecskéinek nagyon kis mérete miatt kialakult felületük van, amelyen aktívan lezajlik adszorpció, égés és egyéb kémiai reakciók.

Az aeroszolok molekuláris-kinetikai tulajdonságait a következők határozzák meg:

diszpergált fázisú részecskék alacsony koncentrációja; a diszperziós közeg alacsony viszkozitása; a diszperziós közeg alacsony sűrűsége.

A diszpergált fázis részecskéinek méretétől függően vagy gyorsan ülepedhetnek (r < 1 μm-nél), vagy megtapadhatnak az edény falán, vagy összetapadhatnak (r < 0,01 μm-nél). A közepes méretű részecskék a legnagyobb stabilitásúak.

Az aeroszolokat a termoforézis, a hőkicsapódás és a fotoforézis jelenségei jellemzik.

Az aeroszolok optikai tulajdonságai hasonlóak a lioszolokéhoz, de a diszpergált fázis és a diszperziós közeg törésmutatóiban mutatkozó nagy különbségek miatt sokkal hangsúlyosabb a fény általuk történő szórása.

Az aeroszolok elektromos tulajdonságainak sajátossága, hogy a részecskéken nem lép fel EDL, a részecskék töltése véletlenszerű és kis méretű. Amikor a részecskék közelednek egymáshoz, elektrosztatikus taszítás nem következik be, és gyors koaguláció következik be.

Az aeroszolok megsemmisítése fontos probléma, amelyet ülepítéssel, koagulációval, porgyűjtéssel és egyéb módszerekkel hajtanak végre.

A porok erősen koncentrált diszpergált rendszerek, amelyekben a diszpergált fázis szilárd részecskék, a diszperziós közeg pedig levegő vagy más gáz. Szimbólum: T/G.

A porokban a diszpergált fázis részecskéi érintkeznek egymással. Hagyományosan a legtöbb ömlesztett anyagot porként osztályozzák, szűk értelemben azonban a „porok” kifejezést olyan erősen diszpergált rendszerekre alkalmazzák, amelyek részecskemérete kisebb, mint egy bizonyos kritikus érték, amelynél a részecskék közötti kölcsönhatás erői arányossá válnak a tömeggel. a részecskékből. A leggyakoribbak az 1 és 100 mikron közötti részecskeméretű porok. Az ilyen porok fajlagos felületi felülete több m11.09.2011-től (korom) a m2/g-os frakciókig (finom homok) változik.

A porok a szilárd diszpergált fázisú (szintén T/G) aeroszoloktól a szilárd részecskék sokkal nagyobb koncentrációjában különböznek. A port olyan aeroszolból nyerik, amelynek ülepedése során szilárd diszpergált fázis van. A szuszpenzió (S/L) szárításkor is porrá válik. Másrészt porból aeroszol és szuszpenzió is előállítható.

A POROK OSZTÁLYOZÁSA

1. A részecskék alakja szerint:

Egyentengelyű (három tengely mentén megközelítőleg azonos méretűek);

Rostos (a részecskék hossza sokkal nagyobb, mint a szélesség és vastagság);

Lapos (a hosszúság és a szélesség sokkal nagyobb, mint a vastagság).

2. A részecskék közötti kölcsönhatás szerint:

Kapcsolódóan diszpergált (a részecskék egymáshoz kapcsolódnak, azaz a rendszernek van valamilyen szerkezete);

Szabadon eloszlik (a nyírási ellenállás csak a részecskék közötti súrlódásnak köszönhető).

3. Osztályozás a diszpergált fázis részecskemérete szerint:

Homok (2≤10 -5 ≤ d ≤ 2∙10 -3) m;

Por (2∙10 -6 ≤ d ≤ 2∙10 -5) m;

por (d< 2∙10 -6) м.

A POROK KISZERZÉSÉNEK MÓDSZEREI

A porok, akárcsak bármely más diszpergált rendszer, két módszercsoporttal állíthatók elő:

Durva rendszerek részéről - diszperziós módszerekkel;

A valódi megoldások részéről - kondenzációs módszerekkel.

A módszer megválasztása az anyag jellegétől, a por céljától és a gazdasági tényezőktől függ.

DISZPERZIÓS MÓDSZEREK

A nyersanyagokat hengeres, golyós, vibrációs vagy kolloid malomban aprítják, majd frakciókra osztják, mivel az őrlés eredményeként polidiszperz porok keletkeznek (például az azonos típusú liszt 5-60 mikronos részecskéket tartalmazhat) .

Hatékony diszperzió érhető el nagyon tömény szuszpenziók őrlésével.

A diszperzió megkönnyítésére keménységcsökkentőket használnak, amelyek felületaktív anyagok. A polaritáskiegyenlítés szabályának megfelelően az őrölt szilárd anyag felületén adszorbeálva csökkentik a felületi feszültséget, csökkentik az energiafogyasztást a diszperzió során és növelik az őrölt fázis diszperzióját.

Egyes esetekben az anyagot diszpergálás előtt előkezelik. Így a titánt vagy a tantálot hidrogénatmoszférában hevítik, hidridekké alakítják, amelyeket összezúznak és vákuumban melegítenek - tiszta fémporokat kapnak.

A festékekben és pirotechnikai készítményekben szereplő pehelyporok előállítása során golyósmalmot használnak az őrléshez. A golyók a zúzott anyag részecskéit lelapítják és görgetik.

Tűzálló fémekből (volfrám, molibdén, nióbium) készült, gömb alakú részecskéket tartalmazó porokat alacsony hőmérsékletű íves és nagyfrekvenciás kisülésű plazmában állítanak elő. A plazmazónán áthaladva a részecskék megolvadnak és gömb alakúak, majd lehűlnek és megszilárdulnak.

A diszperzió során az anyag kémiai összetétele nem változik.

KONDENZÁCIÓS MÓDSZEREK

Ezek a módszerek két csoportra oszthatók.

A módszerek első csoportja a liofób szolok koagulációja miatti részecskék lerakódásával kapcsolatos. Az oldat elpárologtatása vagy az oldószer részleges cseréje (az oldhatóság csökkenése) következtében szuszpenzió képződik, melynek szűrése és szárítása után porok keletkeznek.

A módszerek második csoportja a kémiai reakciókhoz (kémiai kondenzáció) kapcsolódik. A kémiai kondenzációs módszerek az alkalmazott reakció típusa alapján osztályozhatók:

1. Csere reakciók az elektrolitok között. Például a reakció eredményeként kicsapódott kréta (fogpor) keletkezik:

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

2. Fémek oxidációja.

Például a nagy diszperzitású cink-oxidot, amely a cinkfehér fő alkotóeleme, úgy állítják elő, hogy cinkgőzt levegővel 300 °C-on oxidálnak.

3. Szénhidrogének oxidációja.

Különféle típusú korom, amelyet gumi, műanyag és nyomdafesték előállításához használnak, gáz-halmazállapotú vagy folyékony szénhidrogének oxigén hiányában történő elégetésével keletkezik.

4. Fémoxidok redukciója.

A földgázzal, hidrogénnel vagy szilárd redukálószerekkel végzett redukciót nagy diszperzitású fémporok előállítására használják.

És még sok minden más, ami nélkül maga az élet elképzelhetetlen. Az egész emberi test részecskék világa, amelyek állandó mozgásban vannak, szigorúan bizonyos szabályok szerint, amelyek engedelmeskednek az emberi fiziológiának. Az élőlények kolloid rendszerei számos olyan biológiai tulajdonsággal rendelkeznek, amelyek egy adott kolloid állapotot jellemeznek: 2.2 A sejtek kolloid rendszere. Kolloid-kémiai élettani szempontból...

Hagyd keveredni n kémiailag nem reagál egymás között ideál gázok Feltételezzük, hogy az összes komponens keverés előtti állapotának kezdeti termodinamikai paraméterei és a keverési feltételek (a környezettel való kölcsönhatás feltételei) ismertek. Meg kell találni egyensúlyi a gázok keveredés utáni állapotának paraméterei.

Tekintsünk két keverési esetet, az egyszerűség kedvéért, feltételezve, hogy ez a folyamat megtörténik hőcsere nélkül a környezettel .

2.1. Keverés at W=Áll

Ebben az esetben a keverési körülmények olyanok, hogy a kapott keverék térfogata legyen W cm egyenlő a keverék komponenseinek kezdeti térfogatának összegével W H i:

(Nem szabad összekeverni W H i részkötetekkel W i pontban tárgyalt 1.4.3.)

Jelöljük:

P H i– kezdeti nyomás én th gáz;

T H i,t H i- kezdeti hőmérséklet én-edik gáz, illetve 0-nál TO vagy 0 VEL.

Mert az egész rendszert n körülmények között összekeverve gázok keletkeznek W=Áll nem végez külső munkát, akkor a termodinamika első törvényének megfelelően erre az esetre () írhatjuk:

Itt: U cm – gázkeverék belső energiája súlya m cm kilogramm

hőmérséklettel T 0 K;

U H i- belső energia én th gáztömeg m i kilogramm

kezdeti hőmérséklettel T H i .

Vezessük be a következő jelölést:

u cm – gázkeverék fajlagos belső energiája hőmérsékleten T 0 K;

u szia- fajlagos belső energia én-adik gáz kezdeti hőmérséklettel T H i .

Ekkor a (2.1.1) egyenlet a következő alakot veszi fel:

(2.1.2)

Mint ismeretes, ideális gázhoz du=C v dT, honnan, amikor a belső energiát számoljuk 0 0 Kírható:

Itt: - átlagos a tartományban 0 T 0 K gázkeverék tömegizochor hőkapacitása;

Átlagos a tartományban 0 T H i 0 K tömegizochor hőkapacitás én th gáz.

Miután behelyettesítettük (2.1.3)-t (2.1.2)-be, a következőt kapjuk:

Az 1.4.10. bekezdéssel összhangban azonban a gázkeverék valódi tömeghőkapacitása az összetevők tömegarányaiban van kifejezve g iés valós hőkapacitásaik a következők:

Hasonlóképpen a tartomány átlaga 0 T 0 K A gázkeverék tömegizochor hőkapacitását a következőképpen határozzuk meg:

Ha ezt a kifejezést behelyettesítjük a (2.1.4) egyenlet bal oldalába, a következőt kapjuk:

honnan (2.1.5)

Mert állapotegyenletből, majd behelyettesítés után m i a (2.1.5) egyenletbe végül megkapjuk a keverék hőmérsékletének képletét n gázok:

Mint ismeretes, ezért a (2.1.6) képlet a következő formában írható fel:

(Emlékeztetni kell arra, hogy a termék átlaga a 0- T H i 0 Kmól- izokór hőkapacitás én gáz.)

A referencia irodalomban gyakran adják meg a hőkapacitás hőmérséklettől való empirikus függését a tartományra 0 t 0 C .

Miután (2.1.8) és (2.1.9) behelyettesítjük a (2.1.2) egyenletbe, a következőt kapjuk:

Csere m iértékét, végül megkapjuk a gázelegy hőmérsékletének képletét fokban Celsius :

Kifejezése R i a molekulatömegen keresztül egy másik képletet kapunk:

A (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) és (2.1.11) képletek nevezői átlagos hőkapacitásokat tartalmaznak, amelyeknél a keverék hőmérséklete az átlagolás felső határa ( t vagy T), meghatározandó. Emiatt a keverék hőmérsékletét ezek a képletek határozzák meg egymást követő közelítések módszere .

2.1.1. A gázkeverés speciális esetei alatt W=Áll

Tekintsük a (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) és (2.1.11) képletek néhány speciális esetét.

1. Legyen olyan gázok keveredése, amelyekre az adiabatikus kitevő függése K i a hőmérséklet elhanyagolható.

(Tulajdonképpen TO a hőmérséklet emelkedésével csökken, mert

Ahol s o r , A empirikus pozitív együtthatók.

A 0 és 2000 0 C közötti tartományban végzett műszaki számításokhoz a következő képleteket használhatja:

a) kétatomos gázokra TO 1,40 - 0,50 10 -4 t;

b) égéstermékekre TO 1,35 - 0,55 10 -4 t.

Ezekből a képletekből kitűnik, hogy a hőmérséklet hatása az adiabatikus indexre TO csak több száz Celsius fok körüli hőmérsékleten válik észre.)

Így ha azt feltételezzük

akkor a (2.1.6) képlet a következő formában jelenik meg:

A (2.1.12) képlet első közelítésként használható a (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) és (2.1.11) képletekhez.

2. Keverjünk össze olyan gázokat, amelyek moláris izokhorikus hőkapacitása egyenlő, és ezeknek a hőkapacitásoknak a hőmérséklettől való függése elhanyagolható, azaz:

Ekkor a (2.1.7) egyenlet nagyon egyszerű formát ölt:

Ha a gázok moláris izokhorikus hőkapacitása azonos, akkor a Mayer-egyenlet szerint

A moláris izobár hőkapacitásoknak egyenlőnek kell lenniük egymással, és ezért az adiabatikus kitevőknek egyenlőnek kell lenniük, azaz.

Ebben a feltételben a (2.1.12) egyenletből (2.1.13) alakul.

2.1.2. Nyomás a gázok keverése után kb W=Áll

A gázok összekeverése után kialakult nyomás meghatározható az 1.4.2. szakasz képleteivel vagy a következő feltételekkel:

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