Aynı basınç altında ayrı termostatlı kaplara izin verin P gazlar var A Ve İÇİNDE miktar ve mol olarak alınır. Bu kaplar bağlandığında, sistemin tüm hacmi boyunca homojen bir gaz karışımı bileşimi oluşana kadar gazların kendiliğinden karışması meydana gelecektir. Kaynak gazların ve karışımlarının ideal gazların durum denklemlerine uyduğunu varsayacağız. Daha sonra sabit bir toplam gaz basıncını korurken P ortaya çıkan karışımdaki gazların kısmi basınçları eşit olacaktır

İdeal gazlar karıştırıldığında termal etki olmaz, dolayısıyla gazlar ile termostat arasında ısı alışverişi olmaz ve sistemin entropisindeki değişim tamamen sistem içindeki süreçlerin tersinmezliği tarafından belirlenecektir.

Entropide istenen değişikliği bulmak için, tanımlanan kendiliğinden süreci, sistemin aynı başlangıç ​​ve son durumları arasındaki zihinsel denge geçişiyle karşılaştırmak gerekir.

Gazların dengeli bir şekilde karıştırılması için, termostata benzer şekilde kemostat adı verilen özel bir varsayımsal cihaz kullanacağız. . Bu cihaz, sürtünmesiz hareket eden bir pistonla donatılmış, termostatik olarak kontrol edilen bir silindirden oluşur; silindirin tabanında yalnızca belirli bir kimyasal maddeye karşı seçici olarak geçirgen olan bir zar vardır; ikincisi, kemostata yüklenen bireysel maddeyi, başka bir kapta bulunan, üzerinde çalışılan maddelerin karışımından ayırır. İçine daldırılmış bir cismin belirli bir sıcaklığını korumak veya ikincisini denge modunda ısıtmak veya soğutmak için tasarlanmış bir termostattan farklı olarak, bir kemostatın yardımıyla belirli bir maddenin kimyasal potansiyelinin belirli bir değerinin korunmasını sağlarlar. incelenen maddelerin karışımındaki bireysel maddenin yanı sıra maddenin karışımlardan denge sağlanması ve uzaklaştırılması. Kimyasal Potansiyel Ben - kemostattaki kimyasal bileşen sıcaklığa göre benzersiz şekilde belirlenir T ve piston üzerinde oluşan basınç. Piston üzerindeki basıncı değiştirerek, belirli bir bileşenin seçici membrandan geçiş yönünü değiştirmek mümkündür: incelenen karışımdaki bileşenin kimyasal potansiyeli ise, o zaman madde karışıma ne zaman eklenecektir? , ne zaman – karışımdan çıkarılacağı ve kemostat ile karışım arasında kimyasal dengenin ne zaman sağlanacağı. Karışımın bileşimindeki yarı denge değişikliği, zarın her iki tarafındaki kimyasal potansiyel değerlerindeki çok küçük bir farkın etkisi altında bir maddenin zardan difüzyon transferine karşılık gelir.

İdeal bir gazın kimyasal potansiyeli, bu gazın tek başına veya diğer ideal gazlarla karışım halinde olmasına bakılmaksızın, aşağıdaki basit ilişkiyle ifade edilir: P Ben saf gazın basıncı veya karışımdaki kısmi basıncıdır. Bu nedenle, ideal bir gaz yarı geçirgen bir zardan aktarıldığında, karışım ile kemostat arasındaki denge, kemostattaki basınç ile karışımdaki gazın kısmi basıncının eşitliği ile karakterize edilir.

Pirinç. 2.3. Kemostatlar kullanılarak iki gazın dengede karıştırılması: A– sistemin başlangıç ​​durumu; B– gazların izotermal genleşmesinden sonra sistemin durumu; V– gazların membranlardan karıştırılmasından sonraki son durum; 1 – bireysel gaz kemostatları A ve B ; 2 – yarı geçirgen membranlar; 3 – gazların dengede karıştırılması için bir kap.

İdeal gazların denge karışımı A Ve B ayrı bileşenlerden oluşan iki kemostattan oluşan termostatlı bir sistemde gerçekleştirilecektir A Ve B, üçüncü bir kaba bağlı - kemostatlar gibi hareketli bir pistonla donatılmış, elde edilen karışımın bir koleksiyonu (Şekil 2.3).

İlk anda kemostatların sırasıyla bileşenin mollerini içermesine izin verin A ve bileşenin molleri B aynı baskı altında P ; karışım toplayıcıdaki piston sıfır konumundadır (pistonun altındaki gazın hacmi sıfırdır). Karıştırma işlemi iki aşamada gerçekleştirilir. İlk aşamada gazların tersinir izotermal genleşmesini gerçekleştiriyoruz A Ve B; baskı varken A azaltmak P ayarlanan basınç ve basınca B buna göre P ile . Birinci ve ikinci kemostattaki gazların kapladığı hacimler sırasıyla 'den'e ve 'den'ye değişecektir. Genişleyen gazın birinci kemostatta yaptığı iş şuna eşittir: ; ikincisinde . Böylece ilk aşamada varsayımsal cihazımızda toplam çalışma gerçekleştirilir. İdeal bir gazın izotermal genleşmesi sırasında iç enerjisi değişmediğinden, bu iş termostattan gelen eşdeğer ısı kaynağı nedeniyle gerçekleştirilir. Dolayısıyla sistemdeki entropinin tersinir değişimi şuna eşit olacaktır:

İşlemin ikinci aşamasında (kendi kendine karıştırma), üç pistonun senkronize hareketi ile gazları kemostatlardan seçici membranlar aracılığıyla karışım haznesine aktarıyoruz. Aynı zamanda, hem kemostatlarda hem de toplayıcıda sırasıyla pistonların her biri üzerinde sabit bir basınç korunur, bu da gazların membranlardan dengeli bir geçişini sağlar (daha kesin olarak, toplayıcıda bir basınç oluşturulur) biraz daha az P , membranlardan difüzyon için sıfırdan farklı bir itici gücün korunması). Bu durumda karıştırma işleminin tersine çevrilebilirliği, karışımın ayrı bileşenlere ters bölünmesine yol açacak olan üç pistonun hepsinin hareket yönünün eşzamanlı olarak değiştirilmesi olasılığı ile sağlanır. Operasyon tamamlandıktan sonra karışımın hacim kaplayacağı açıktır.

İdeal gazların karışması durumunda herhangi bir termal etki meydana gelmediğinden, operasyonun ikinci aşamasında cihazımız ile termostat arasında ısı alışverişi gerçekleşmez. Sonuç olarak bu aşamada sistemin entropisinde herhangi bir değişiklik olmaz.

İkinci aşamada gazların yaptığı işin sıfır olduğunu doğrudan hesaplamayla doğrulamak faydalıdır. Aslında kemostatlarda pistonları hareket ettirmek için iş tüketilirken aynı zamanda gaz toplayıcıda da aynı miktarda iş yapılır. Buradan.

Yani gazların karıştırılması sırasında entropideki toplam artış (2.9), ifadesiyle belirlenir. Karışımın denge versiyonunda bu artış, ısının geri dönüşü ve eşdeğer miktarda iş üretimi ile ilişkiliyse , daha sonra gazların doğrudan (geri döndürülemez) karıştırılmasıyla, sistem içinde oluşması nedeniyle entropide aynı artış meydana gelir; sistem herhangi bir iş yapmıyor.

(2.8) değiştirildikten sonra, ifade (2.9) şu şekilde yeniden yazılabilir:

. (2.10)

Bu ilişkiye bariz paradoksu nedeniyle termodinamik derslerinde zorunlu bir yer verilir. Entropideki değişiklikler için (ideal gazları karıştırırken!) Neyin neyle, hangi basınç ve sıcaklıkta karıştırıldığının önemli olmaması dikkat çekicidir. Esasen burada resmi olmayan bir türetme veriyoruz (2.10).

Sonucu (2.10) yararlı sonuçlarıyla tamamlayalım. Bileşenlerin mol kesirlerine giriş ve elde edilen karışımın 1 molü başına entropi değişimi için bir ifade elde ederiz:

. (2.11)

Bu fonksiyonun maksimumu eş molar gaz karışımında (0,5) meydana gelir.

Madde karışımlarının ayrılması teorisi açısından bakıldığında, bir bileşenin yeterince büyük sayıda molünü eklerken entropi üretimindeki değişikliği izlemek ilgi çekicidir. B bir mol bileşene A. Ayar ve (2.10)'da şunu elde ederiz:

(2.12)’yi türetirken logaritmik fonksiyonun matematiksel gösterimi kullanıldı.

.

Formül (2.12), karışımın ardışık seyreltilmesine, yabancı madde bileşeninin molü başına entropide sonsuz bir artışın eşlik ettiğini gösterir.

Formül (2.10), sonlu miktarda gaz karıştırıldığında entropi artışının integral değerini verir. Isı transferi için formül (2.7)'ye benzer kompakt diferansiyel ifadeye ulaşmak amacıyla bileşen karıştırma modelini değiştiriyoruz (bkz. Şekil 2.4). Karışımın, her iki bileşeni de geçiren bir membran yoluyla veya karışımlarla dolu kapları ayıran yeterince dar bir valf yoluyla gerçekleştiğini varsayacağız. A Ve B farklı bileşime sahip. Sistem termostatlıdır ve pistonlar kullanılarak her iki kapta da sabit basınç korunur. P . Sınırlı bir karıştırma oranıyla, kapların her birindeki karışımın bileşiminin kabın hacmine göre homojen olduğu düşünülebilir. Dolayısıyla bu sistem, zayıf iletken bölmeli bir ısı değişim sistemine benzer.

Gazların karıştırılması. Moleküler ve molar (türbülanslı) difüzyon

Moleküler difüzyon- Durağan gazlarda ve laminer akışlarda, bir gaz moleküllerinin diğerine karşılıklı nüfuz etme süreci, mükemmel bir karışımın oluşmasına yol açar.

Moleküler difüzyonda gazların karışımı moleküllerin termal hareketi ile belirlenir. Her ne kadar moleküllerin hareket hızı K ortalama olarak çok büyük, serbest yol uzunluğu / küçüktür. Bu nedenle moleküler difüzyon oldukça yavaş ilerler. Fick yasasına göre bir katmandan diğerine yayılan gaz miktarı şuna eşittir:

moleküler difüzyon katsayısı nerede, m2 /s; dC/dn -

yayılan gazın konsantrasyon gradyanı, kg/m4.

Sıcaklık arttıkça D ve difüzyon yoğunluğu artar. Boyut D N.D. tarafından değiştirilen Sutherland formülü kullanılarak belirlenebilir. Kosova:

burada D)12 basınçta bir gazın (1) başka bir (2) gaza difüzyon katsayısıdır pQ ve sıcaklık 7o; Q ve C2, karışımın bileşenleri için Sutherland katsayılarıdır, K (metan için C = 198, hava - 119, nitrojen - 107.0 2 - 138, C0 2 - 255); p 0, G 0 - normal fiziksel koşullar altında sırasıyla basınç ve sıcaklık değeri (po= 1,01 10 5 Pa; T 0= 273 K).

Genellikle moleküler difüzyon katsayısını belirlemek için kullanılır D basit bir güç formülü kullanılır

Nerede N- ampirik katsayı

Çok bileşenli bir karışımın difüzyon katsayılarının bağımlılıkları daha karmaşıktır (bkz. s. 80).

Türbülanslı bir akışta, difüzyonun yanı sıra ısı transferi ve iç sürtünme, türbülanslı transfer ve sonlu makroskobik gaz - türbülanslı mol kütlelerinin karıştırılmasıyla ilişkilidir. Bu mollerin boyutları ve karışmadan önceki hareket yolları değişkendir; bu miktarlar için bir değer yelpazesi vardır. Güvelerin hareketi doğada titreşimlidir, hareketlerinin hızları akış boyunca titreşimlerin hızlarıdır. Düşük Re sayılarında büyük ölçekli titreşimler gözlenir; türbülanslı hızlar yalnızca büyük mesafelerde önemli ölçüde değişir. Altında nabız ölçeği(türbülans) hızda önemli bir değişikliğin meydana geldiği uzunluk sırasını anlayın. Büyük ölçekli titreşimlerin frekansları düşüktür.

Re arttıkça büyük ölçekli titreşimlerin yanı sıra yüksek frekanslı küçük ölçekli titreşimler de ortaya çıkıyor. Büyük ölçekli titreşimlerin ölçeği, sistemin belirleyici boyutları düzeyindedir (. D, kanal veya serbest jet vb.). Büyük ölçekli titreşimler türbülanslı karıştırma süreçlerini belirler: iç sürtünme, difüzyon ve ısı transferi. Küçük ölçekli titreşimler viskoz dağılım gerçekleştirir. Büyük ölçekli mollerden gelen enerji, küçük ölçekli mollere aktarılır ve onlar tarafından dağıtılır. Türbülanslı difüzyon sırasında karıştırma, moleküler difüzyon nedeniyle tamamlanır.

Boyutsal değerlendirmeleri ve moleküler transfer süreçleriyle analojiyi kullanarak konsepti tanıtıyoruz. türbülanslı transfer katsayısı A T, türbülanslı bir akışta iç sürtünmeyi, difüzyonu ve ısı transferini karakterize eden:

Nerede G- türbülansın ölçeği, türbülanslı hareketin uzunluğu

karışıncaya kadar dua etmek (analog /); - ortalama karenin kökü

titreşimli hız.

Katsayı bir t aynı zamanda türbülanslı difüzyon katsayısıdır D T türbülanslı termal yayılma bir t ve viskozite (v T). Gazın özelliklerine bağlı değildir ve türbülansın özelliklerine göre belirlenir.

(3.57)'yi (3.56)'ya değiştirerek Prandtl formülünü elde ederiz.

İlişki (3.58), türbülanslı bir akışta transfer katsayılarını tahmin etmemizi sağlar. Transfer (difüzyon) süreçlerini hesaplamak için, moleküler süreçlerle ilgili ilişkileri (denklemleri) kullanarak bunların yerine kullanabilirsiniz. D, a, V D T'de, ve t, vx. Türbülanslı ve moleküler taşınımın etkisi karşılaştırılabilir olduğunda toplam katsayılar eklenir.

Çok sayıda teknik problemin çözümü genellikle farklı gazların (sıvılar) veya aynı gazın (sıvı) farklı miktarlarının farklı termodinamik durumlarda karıştırılmasını içerir. Yer değiştirme işlemlerini organize etmek için oldukça geniş bir yelpazede çok çeşitli karıştırma cihazları ve aparatları geliştirilmiştir.

Karıştırma işlemlerinin termodinamik analizinde görev genellikle karışımın durumunun parametrelerinin, ilk karıştırma bileşenlerinin durumunun bilinen parametrelerinden belirlenmesine indirgenir.

Bu sorunun çözümü, bu işlemin yapıldığı şartlara göre farklı olacaktır. Gerçek koşullar altında meydana gelen gaz veya sıvı karışımlarını oluşturmanın tüm yöntemleri üç gruba ayrılabilir: 1) sabit bir hacimde karıştırma işlemi; 2) bir akışta karıştırma işlemi; 3) hacmi doldururken karıştırma.

Karıştırma işlemlerinin genellikle karıştırma sistemi ile çevre arasında ısı alışverişi olmadan, yani adyabatik olarak meydana geldiği kabul edilir. Isı değişiminin varlığında karıştırma iki aşamaya ayrılabilir: ısı değişimi olmadan adyabatik karıştırma ve sonuçta ortaya çıkan karışımın çevre ile ısı değişimi.

Sonuçları basitleştirmek için iki gerçek gazın karışımını ele alalım. Üç veya daha fazla gazın eşzamanlı karışımı, iki gaz için hesaplama formülleri kullanılarak yeni bir bileşenin sırayla eklenmesiyle bulunabilir.

Karışımın bileşenlerine ayrılmasının mutlaka bir iş harcaması gerektirmesi nedeniyle, tüm karıştırma durumları geri dönüşü olmayan süreçlerdir. Geri dönüşü olmayan herhangi bir süreçte olduğu gibi karıştırma sırasında entropide bir artış olur S c sistemleri ve buna karşılık gelen performans kaybı (ekserji): De = T işletim sistemi S c, nerede Tо.с – ortam sıcaklığı.

Farklı basınç ve sıcaklıklara sahip gazlar karıştırıldığında, karıştırılan gazlar arasındaki geri dönüşü olmayan ısı alışverişinden ve basınç farklarının kullanılamamasından dolayı ilave performans kayıpları ortaya çıkar. Böylece, karıştırma sırasında entropide bir artış, hem doğası gereği farklı gazların veya sıvıların fiili karıştırılmasının (difüzyonunun) bir sonucu olarak hem de karışık maddelerin sıcaklık ve basınçlarının eşitlenmesi nedeniyle meydana gelir.

Olası karıştırma yöntemlerine bakalım.

2.1. Sabit hacimli karıştırma işlemleri

Hacimsel olarak termal olarak yalıtılmış bir kap olsun V bir bölmeyle iki bölmeye bölünmüştür; bunlardan biri parametrelerle gaz (sıvı) içerir P 1, sen 1, T 1 , sen 1, diğerinde – parametreleri olan başka bir gaz (sıvı) P 2, sen 2, T 2 , sen 2, (Şekil 2.1).

Pirinç. 2.1. Karıştırma işlemi diyagramı

sabit bir hacimde

Sırasıyla bir bölmedeki gazın kütlesini ve bu bölmenin hacmini belirtiriz. M 1 ve V 1 ve diğer bölmede - M 2 ve V 2. Bölücü bölme kaldırıldığında, her gaz difüzyon yoluyla tüm hacme yayılacak ve sonuçta ortaya çıkan karışımın hacmi açıkça toplam miktara eşit olacaktır. V = V 1 + V 2. Karıştırma sonucunda kabın tüm hacmi boyunca gazın basıncı, sıcaklığı ve yoğunluğu eşitlenir. Karıştırma sonrası gaz durumu parametrelerinin değerlerini belirtelim P sen T, sen.

Enerjinin korunumu yasasına göre, ortaya çıkan gaz karışımının iç enerjisi, her bir gazın iç enerjilerinin toplamına eşit olacaktır:

sen = sen 1 + sen 2

M 1 sen 1 + M 2 sen 2 = (M 1 + M 2) sen = sen. (2.1)

Gazın karıştırıldıktan sonraki özgül iç enerjisi aşağıdaki şekilde belirlenir:

. (2.2)

Benzer şekilde karışımın özgül hacmi şuna eşittir:

. (2.3)

Karıştırma sonrasında gazın kalan parametrelerine gelince ( P, T, S), daha sonra gazlar ve sıvılar için, karışım bileşenlerinin parametrelerinin değerleri aracılığıyla genel bir biçimde analitik olarak hesaplanamazlar. Bunları belirlemek için kullanmanız gerekir sen izobarların ve izotermlerin çizildiği u-diyagramı veya sen, T- üzerinde işaretlenmiş izokorları ve izobarları içeren bir diyagram (aynı gazı karıştırmak için) veya gazların ve sıvıların termodinamik özelliklerinin tabloları. Karışımdan sonra gazın (2.2) ve (2.3) u bağıntıları kullanılarak belirlendikten sonra diyagramlardan veya tablolardan bulunabilir. P, T, S.

Değerler P, T Ve S Karıştırıldıktan sonra gazlar, yalnızca ideal gazlar için, karışık kısımların durum parametrelerinin bilinen değerleri aracılığıyla doğrudan ifade edilebilir. Birinci gazın ısı kapasitesinin ortalama değerini aşağıdaki sıcaklık aralığında gösterelim: T 1 ila T başından sonuna kadar ve sıcaklık aralığındaki başka bir gaz T 2 ila T başından sonuna kadar
.

Bunu göz önünde bulundurarak
;
;
(2.2) ifadesinden şunu elde ederiz:

T =
veya T =
, (2.4)

Nerede G 1 ve G 2 – Karışımı oluşturan ideal gazların kütle kesirleri.

İdeal gazların durum denkleminden şu sonuç çıkar:

M 1 = ;M 2 = .

Kütle değerleri (2.4)'te değiştirildikten sonra gaz karışımının sıcaklığı ifadeden bulunabilir.

T =
. (2.5)

İdeal gaz karışımının basıncını, gaz karışımını oluşturan bileşenlerin kısmi basınçlarının toplamı olarak tanımlarız.
kısmi basınçların olduğu yer Ve Clapeyron denklemi kullanılarak belirlenir.

Entropi artışı S Geri dönüşümsüz karışımdan c sistemleri, karıştırmadan sonra karışıma dahil edilen gazların ve karıştırmadan önceki ilk bileşenlerin entropi toplamları arasındaki farkla bulunur:

S = S – (M 1 S 1 + M 2 S 2).

İki gaz karıştırıldığında ideal gazların karışımı için.

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 milyon T 1 – R içinde P 1) + M 2 (C P 2 inç T 2 – R içinde P 2)]–

–M(R 1 G 1 milyon R 1 + R 2 G 2 inç R 2),

Nerede R Ben- karışımı oluşturan ideal gazların hacim oranı;

R– aşağıdaki denklemle belirlenen karışımın gaz sabiti:

R = G 1 R 1 + G 2 R 2 .

Sabit bir hacimde karıştırma için ekserji ve anerji diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir. 2.2.

Pirinç. 2.2. Ekserji ve anerji diyagramı

sabit hacimde karıştırma:
– karıştırma sırasında spesifik ekserji kaybı

2. Sıcaklıkları farklı olan gaz ve buharların karıştırılması.

Atmosfer sisleri bu şekilde oluşur. Çoğu zaman sis, geceleri açık havalarda, yoğun bir şekilde ısı yayan Dünya yüzeyinin büyük ölçüde soğuduğunda ortaya çıkar. Sıcak, nemli hava, soğuyan Dünya ile veya yüzeyine yakın soğuk hava ile temas eder ve içinde sıvı damlacıkları oluşur. Aynı şey sıcak ve soğuk hava cepheleri karıştığında da olur.

3. Buhar içeren gaz karışımının soğutulması.

Bu durum, içinde suyun kaynadığı bir çaydanlık örneğiyle açıklanabilir. Su buharı, ışığı dağıtmadığı için görünmeyen ağızdan kaçar. Daha sonra, su buharı hızla soğur, içindeki su yoğunlaşır ve su ısıtıcısının ağzından kısa bir mesafede, ışığı dağıtma yeteneği nedeniyle görünür hale gelen sütlü bir bulut - sis görüyoruz. Soğuk bir günde pencereyi açtığımızda da benzer bir olay gözlemleniyor. Bir kızartma tavasında yağ kaynatıldığında, odada yalnızca odanın iyi havalandırılmasıyla giderilebilen bir gaz (yağ aerosolü) oluştuğunda daha dayanıklı bir aerosol oluşur.

Ek olarak, uçucu olmayan ürünlerin oluşumuna yol açan gaz reaksiyonlarının bir sonucu olarak yoğuşma aerosolü oluşabilir:

· yakıtın yanması sırasında, yoğunlaşması yanma dumanının ortaya çıkmasına neden olan baca gazları oluşur;

· havada fosfor yandığında beyaz duman oluşur (P 2 O 5);

· gaz halindeki NH3 ve HC1'in etkileşimi, MH4C1 (sv) dumanını üretir;

· Çeşitli metalurjik ve kimyasal işlemlerde meydana gelen havadaki metallerin oksidasyonuna, metal oksit parçacıklarından oluşan dumanların oluşumu eşlik eder.

DAĞITIM YÖNTEMLERİ

Dispersif aerosoller, katı ve sıvı cisimlerin gazlı bir ortamda öğütülmesi (püskürtülmesi) sırasında ve toz halindeki maddelerin hava akımlarının etkisi altında süspansiyona geçişi sırasında oluşur.

Katıların püskürtülmesi iki aşamada gerçekleşir:

taşlama ve ardından püskürtme. Maddenin aerosol durumuna aktarılması, aerosolün uygulanması sırasında gerçekleştirilmelidir, çünkü diğer dağınık sistemlerden farklı olarak emülsiyonlar, süspansiyonlar, aerosoller önceden hazırlanamaz. Ev koşullarında sıvı ve toz aerosol elde etmenin neredeyse tek yolu “aerosol paketi” veya “aerosol kutusu” adı verilen bir cihazdır. İçerisindeki madde basınç altında paketlenir ve sıvılaştırılmış veya sıkıştırılmış gazlar kullanılarak püskürtülür.

AEROSOLLERİN GENEL ÖZELLİKLERİ

Aerosollerin özellikleri şu şekilde belirlenir:

Dağınık fazın ve dağılım ortamının maddelerinin doğası;

Aerosolun kısmi ve kütle konsantrasyonu;

Parçacık boyutu ve parçacık boyutu dağılımı;

Birincil (toplanmamış) parçacıkların şekli;

Aerosol yapısı;

Parçacık yükü.

Aerosollerin konsantrasyonunu karakterize etmek için diğer dispers sistemler gibi kütle konsantrasyonu ve sayısal (kısmi) konsantrasyon kullanılır.

Kütle konsantrasyonu, birim gaz hacmi başına tüm asılı parçacıkların kütlesidir.

Sayısal konsantrasyon, birim aerosol hacmi başına parçacık sayısıdır. Aerosol oluşumu anında sayısal konsantrasyon ne kadar büyük olursa olsun, birkaç saniye sonra 103 partikül/cm3'ü aşamaz.

AEROSOL PARÇACIK BOYUTLARI

Minimum parçacık boyutu, maddenin topaklanma durumunda var olma olasılığına göre belirlenir. Dolayısıyla bir molekül su gaz, sıvı veya katı oluşturamaz. Bir faz oluşturmak için en az 20-30 molekülden oluşan agregatlar gereklidir. Bir katı veya sıvının en küçük parçacığı 1 10 -3 mikrondan küçük bir boyuta sahip olamaz. Bir gazı sürekli bir ortam olarak düşünmek için parçacık boyutlarının, gaz moleküllerinin serbest yolundan çok daha büyük olması gerekir. Partikül boyutunun üst sınırı kesin olarak tanımlanmamıştır ancak 100 mikrondan büyük partiküller uzun süre havada asılı kalamaz.

AEROSOLLERİN MOLEKÜLER-KİNETİK ÖZELLİKLERİ

Aerosollerin moleküler kinetik özelliklerinin özellikleri şunlardan kaynaklanmaktadır:

Dağınık faz parçacıklarının düşük konsantrasyonu - yani, 1 cm3 altın hidrosol 10 16 parçacık içeriyorsa, aynı hacimdeki altın aerosol 10 7'den az parçacık içerir;

Dispersiyon ortamının düşük viskozitesi - hava, dolayısıyla parçacıkların hareketi sırasında ortaya çıkan düşük sürtünme katsayısı (B);

Dispersiyon ortamının yoğunluğu düşük olduğundan ρ kısmı » ρ gazıdır.

Bütün bunlar, aerosollerdeki parçacıkların hareketinin liyosollere göre çok daha yoğun olduğu gerçeğine yol açmaktadır.

Aerosolün kapalı bir kapta olduğu (yani harici hava akışları hariç) ve parçacıkların yarıçapı r ve yoğunluğu p olan küresel bir şekle sahip olduğu en basit durumu ele alalım. Böyle bir parçacığa aynı anda dikey olarak aşağıya doğru yönlendirilen bir yerçekimi kuvveti ve zıt yönde bir sürtünme kuvveti etki eder. Ayrıca parçacık Brownian hareketindedir ve bunun sonucu difüzyondur.

Aerosollerdeki difüzyon ve sedimantasyon süreçlerini ölçmek için değerleri kullanabilirsiniz.

spesifik difüzyon akısı i diferansiyel ve

spesifik sedimantasyon akışı i sed. .

Hangi akışın geçerli olacağını bulmak için oranlarını göz önünde bulundurun:

Bu ifadede (p - p 0) » 0. Sonuç olarak fraksiyonun boyutu, parçacıkların boyutuna göre belirlenecektir.

r > 1 μm ise diffüze olur, yani difüzyon ihmal edilebilir - hızlı sedimantasyon meydana gelir ve parçacıklar kabın dibine çöker.

Eğer 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.

Böylece, hem çok küçük hem de çok büyük parçacıklar aerosolden hızla kaybolur: birincisi duvarlara yapışma veya yapışma nedeniyle, ikincisi ise dibe çökmenin bir sonucu olarak. Orta büyüklükteki parçacıklar maksimum stabiliteye sahiptir. Bu nedenle, aerosol oluşumu anında parçacıkların sayısal konsantrasyonu ne kadar büyük olursa olsun, birkaç saniye sonra 10 3 parça/cm3'ü aşmaz.

AEROSOLLERİN ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLERİ

Aerosol parçacıklarının elektriksel özellikleri, liyosoldeki parçacıkların elektriksel özelliklerinden önemli ölçüde farklıdır.

1. Gazlı ortamın düşük dielektrik sabiti nedeniyle, içinde elektrolitik ayrışma pratik olarak meydana gelmediğinden, aerosol parçacıklarında EDL oluşmaz.

2. Parçacıklar üzerindeki yük, esas olarak, gazın kozmik, ultraviyole veya radyoaktif ışınlar tarafından iyonlaşmasının bir sonucu olarak gaz fazında oluşan iyonların gelişigüzel adsorpsiyonu nedeniyle ortaya çıkar.

3. Parçacıkların yükü doğası gereği rastgeledir ve aynı yapıdaki ve aynı büyüklükteki parçacıklar için hem büyüklük hem de işaret bakımından farklı olabilir.

4. Bir parçacığın yükü zamanla hem büyüklük hem de işaret bakımından değişir.

5. Spesifik adsorpsiyonun yokluğunda, parçacıkların yükleri çok küçüktür ve genellikle temel elektrik yükünü 10 kattan fazla aşmaz.

6. Spesifik adsorpsiyon, parçacıkları oldukça polar bir maddeden oluşan aerosollerin karakteristiğidir, çünkü bu durumda moleküllerin yüzey oryantasyonundan dolayı fazlar arası yüzeyde oldukça büyük bir potansiyel sıçrama meydana gelir. Örneğin, su veya kar aerosollerinin arayüzey yüzeyinde 250 mV düzeyinde pozitif bir elektrik potansiyeli vardır.

Uygulamadan, metal aerosol parçacıklarının ve bunların oksitlerinin genellikle negatif yük (Zn, ZnO, MgO, Fe 2 0 3) ve metal olmayan aerosol parçacıklarının ve bunların oksitlerinin (SiO 2, P 2 O) taşıdığı bilinmektedir. 5) pozitif yüklüdür. NaCl ve nişasta parçacıkları pozitif yüklü, un parçacıkları ise negatif yüklüdür.

Agregatif Kararlılık. Pıhtılaşma

Diğer dağınık sistemlerden farklı olarak, aerosollerde parçacıkların yüzeyi ile gazlı ortam arasında herhangi bir etkileşim yoktur; bu, parçacıkların çarpışma sırasında birbirine ve makroskobik cisimlere yapışmasını engelleyen hiçbir kuvvetin olmadığı anlamına gelir. Dolayısıyla aerosoller toplu olarak kararsız sistemlerdir. İçlerindeki pıhtılaşma, hızlı pıhtılaşmanın türüne göre gerçekleşir, yani parçacıkların her çarpışması birbirine yapışmasına yol açar.

Aerosol sayısal konsantrasyonunun artmasıyla pıhtılaşma hızı hızla artar.

Aerosolün başlangıç ​​konsantrasyonuna bakılmaksızın, birkaç dakika sonra 1 cm3'te 10 8 -10 6 parçacık bulunur (karşılaştırma için liyosollerde ~ 10 15 parçacık vardır). Bu nedenle, oldukça seyreltik sistemlerle uğraşıyoruz.

AEROSOL İMHASI İÇİN YÖNTEMLER

Aerosollerin toplu olarak kararsız olmasına rağmen, bunların yok edilmesi sorunu çok ciddidir. Çözümü aerosollerin imhasını gerektiren ana problemler:

Atmosfer havasının endüstriyel aerosollerden arındırılması;

Endüstriyel dumandan değerli ürünlerin yakalanması;

Bulut ve sisin yapay olarak serpilmesi veya dağıtılması.

Aerosoller aşağıdakiler tarafından yok edilir:

· hava akımlarının etkisi altında veya aynı isimdeki parçacıkların yükleri nedeniyle dağılma;

· sedimantasyon;

· damarın duvarlarına yayılma;

· pıhtılaşma;

· Dağınık faz parçacıklarının buharlaşması (uçucu maddelerin aerosolleri durumunda).

Arıtma tesislerinin en eskisi bacadır. Güneş ışığının etkisi altında atmosferin zemin katmanına giren ve çeşitli reaksiyonlar sonucunda bazı kimyasal bileşiklerin daha az tehlikeli maddelere dönüştürülmesi nedeniyle zararlı aerosolleri mümkün olduğu kadar yüksek oranda atmosfere salmaya çalışırlar (Norilsk Madencilik'te). ve Metalurji Kombine, örneğin üç kanallı bir borunun yüksekliği 420 m'dir).

Bununla birlikte, endüstriyel üretimin modern yoğunlaşması, duman emisyonlarının ön arıtmaya tabi tutulmasını gerektirmektedir. Aerosolleri yok etmek için birçok yöntem geliştirilmiştir, ancak bunlardan herhangi biri iki aşamadan oluşur:

birincisi dağılmış parçacıkların yakalanması, gazdan ayrılması,

ikincisi, parçacıkların gazlı ortama yeniden girmesini önlemektir; bunun nedeni, yakalanan parçacıkların yapışması ve bunlardan dayanıklı bir tortu oluşması sorunudur.

AEROSOL SİLİNDİRLERİ

Bir aerosol kutusunun çalışma prensibi, ambalajın içine yerleştirilen ilacın, ambalajın çalıştırıldığı sıcaklık aralığında doymuş buhar basıncı atmosferik basınçtan daha yüksek olan bir tahliye sıvısı ile karıştırılmasıdır.

Karışım, sıvının üzerindeki doymuş buhar basıncının etkisi altında silindirden salınır.

Herhangi bir kararlı maddenin doymuş buhar basıncının yalnızca sıcaklıkla belirlendiği ve hacme bağlı olmadığı bilinmektedir. Bu nedenle, silindirin tüm çalışma süresi boyunca içindeki basınç sabit kalacaktır, dolayısıyla parçacıkların uçuş aralığı ve püskürtme konisinin açısı pratik olarak sabit kalacaktır.

Püskürtülen maddenin tahliye sıvısı ile etkileşiminin niteliğine ve toplanma durumuna bağlı olarak, aerosol ambalajlamadaki sistemler farklı sayıda fazdan oluşacaktır. Bileşenlerin karşılıklı çözünürlüğü durumunda, homojen bir sıvı çözelti, diğer durumlarda - bir emülsiyon veya süspansiyon ve son olarak ilaç ve tahliye sıvısı makroskopik olarak heterojen bir sistem oluşturduğunda heterojen bir sistem oluşur. Açıkçası, ilk durumda, aerosol paketi iki fazlı bir sistem içerir - sıvı ve doymuş buhar. Bir emülsiyon veya süspansiyon atmosfere salındığında, yalnızca dispersiyon ortamı ezilir; sonuçta ortaya çıkan parçacıklar, en iyi ihtimalle, sıvı fazdaki boyutlara sahip olacaktır.

İlaç ve tahliye sıvısı birbiriyle sınırlı ölçüde karışmadığında veya karışmadığında, sıvılardan biri diğerinin içinde küçük damlacıklar halinde dağılarak emülsiyonlar oluşur.

Ürünün ambalajdan atmosfere çıkmasıyla oluşan sistemin niteliği, sıvılardan hangisinin dağılmış faz olduğuna bağlıdır. Dağınık faz bir ilaç ise, o zaman bir aerosol oluşur. Dağınık fazın tahliye edici bir sıvı olması durumunda köpük elde edilir. Aerosol kutuları kullanılarak elde edilen parçacıkların boyutu, preparasyona dahil edilen maddelerin fiziko-kimyasal özelliklerine, bileşenlerin oranına, kutunun tasarım özelliklerine ve işleminin sıcaklık koşullarına bağlıdır.

Dağılım derecesi şu şekilde ayarlanabilir: “çıkışın boyutu değiştirilerek;

Tahliye edilen sıvının doymuş buhar basıncını değiştirerek;

İlacın ve tahliye maddesinin kantitatif oranını değiştirerek.

MADDELERİN TAHLİYESİ

En önemli yardımcı bileşen, ilacın atmosfere salınmasını ve daha sonra dağılmasını sağlayan maddedir. Bu maddelere itici gazlar (Latince "pro-peilere" - sürmek için) denir. İtici gazın iki işlevi yerine getirmesi gerekir:

İlacın salınması için gerekli basıncı yaratın;

Serbest bırakılan ürünü atmosfere dağıtın. İtici gaz olarak freonlar ve sıkıştırılmış gazlar kullanılır. Freonlar alifatik serinin düşük moleküler ağırlıklı organoflor bileşikleridir.

Freonlar için aşağıdaki notasyon sistemi benimsenmiştir: son rakam (birim sayısı) moleküldeki flor atomlarının sayısı anlamına gelir, önceki rakam (onlarca rakam) hidrojen atomlarının sayısının bir arttığı anlamına gelir ve üçüncü rakam (yüzlerce) karbon atomu sayısının bir azalması anlamına gelir. Örneğin: F-22, CHC1F2'dir, F-114, C2C12F4'tür.

Döngüsel yapıya sahip moleküllerden oluşan maddelerin de sayısal bir tanımı vardır, ancak sayıların önüne "C" harfi yerleştirilir, örneğin: C318 - C4F8 (oktaflorosiklobutan).

Sıkıştırılmış gaz olarak N2, N2O, CO2 vb. kullanılır.

AEROSOL AMBALAJLARIN AVANTAJLARI

1. İlacın ince dağılmış bir duruma aktarılması, sıvılaştırılmış itici gazın potansiyel enerjisinden dolayı meydana gelir ve herhangi bir yabancı cihazın kullanılmasını gerektirmez.

2. Aerosol oluşturmak için hiçbir ek parçaya gerek yoktur.

3. Birim zamanda önemli miktarda madde küçük parçacıklar oluşturacak şekilde dağıtılabilir. Başka yöntemler kullanılsaydı çok daha fazla enerji gerekirdi.

4. Sisleme modu kararlıdır: ortaya çıkan parçacıkların boyutu, uçuş menzili ve koninin tepe noktasındaki açı, tüm çalışma süresi boyunca çok az değişir.

5. Püskürtülen maddenin dozajını önceden sabitleyebilirsiniz.

6. Parçacık boyutunu ayarlayabilirsiniz.

7. Aerosolün çoklu dağılım derecesi düşüktür.

8. Bütün parçacıklar aynı kimyasal bileşime sahiptir.

9. Püskürtülen ilaçların sterilliği sağlanır.

10. Ambalajın içindeki ilaç havadaki oksijenle temas etmez, bu da stabilitesini sağlar.

11. Otomatik kapanan vana, ürünün kullanılmayan kısmının dökülmesi veya buharlaşması sonucu oluşabilecek kayıp olasılığını ortadan kaldırır.

12. Ambalaj her zaman kullanıma hazırdır.

13. Ambalaj kompakttır. Bireysel veya toplu kullanıma izin verir.

İlk aerosol paketleri 80'li yıllarda ortaya çıktı. XX yüzyıl Avrupa'da. İkinci Dünya Savaşı sırasında Amerika Birleşik Devletleri bunların geliştirilmesinde inisiyatif aldı. 1941'de, cam bir kapta paketlenmiş bir böcek öldürücü olan aerosol ambalajı oluşturuldu. İtici gaz Freon-12'ydi.

Endüstriyel ölçekte üretim, İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra Amerika Birleşik Devletleri'nde ve ardından dünyanın diğer ülkelerinde başladı.

AEROSOLLERİN PRATİK UYGULAMASI

Aerosollerin yaygın kullanımı yüksek verimliliklerinden kaynaklanmaktadır. Bir maddenin yüzeyindeki bir artışın, aktivitesinde bir artışın eşlik ettiği bilinmektedir. Aerosol şeklinde püskürtülen az miktarda madde büyük bir hacim kaplar ve yüksek reaktiviteye sahiptir. Bu, aerosollerin diğer dağınık sistemlere göre avantajıdır.

Aerosoller kullanılır:

Askeri ve uzay dahil teknolojinin çeşitli alanlarında;

Tarımda; “Sağlıkta;

Meteorolojide; günlük yaşamda vb.

Son zamanlarda, aerosol formundaki dozaj formlarının hazırlanması farmasötik uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. İlacın geniş yüzeylere uygulanmasının gerekli olduğu durumlarda (akut solunum yolu hastalıkları, yanıklar vb.) Tıbbi maddelerin aerosol formunda kullanılması uygundur. Sıvı film oluşturucu maddeler içeren dozaj formlarının büyük etkisi vardır. Bu ilaç etkilenen bölgeye püskürtüldüğünde, bandajın yerini alan ince, şeffaf bir filmle kaplanır.

Aerosol ambalajın kullanımı üzerinde daha ayrıntılı olarak duralım.

Şu anda aerosol ambalajlarda 300'den fazla ürün çeşidi bulunmaktadır.

Birinci grup: ev kimyasalları.

Böcek öldürücüler böcekleri öldürmeye yönelik preparatlardır.

Güve karşıtı ürünler.

Evcil hayvanları tedavi etmek için böcek öldürücüler.

İç mekan bitkilerini ve meyve ve meyve bitkilerini mantar hastalıklarından ve zararlılardan korumak için araçlar.

Vernikler ve boyalar.

Hava spreyleri.

c Parlatma ve temizleme bileşikleri.

İkinci grup:

Parfümeri ve kozmetik. “Saç bakım ürünleri (spreyler, şampuanlar vb.).

Tıraş köpükleri ve jelleri.

El ve ayaklar için kremler.

Bronzlaşmaya karşı ve bronzlaşmaya karşı yağ.

Deodorantlar.

Parfümler, kolonyalar, tuvalet suyu.

Üçüncü grup: tıbbi aerosoller.

Dördüncü grup: teknik aerosoller.

Yağlama yağları.

Korozyon önleyici kaplamalar.

Koruyucu filmler. "Kuru yağlayıcılar.

Delme makinelerinde kesicilerin soğutulması için emülsiyonlar.

Beşinci grup: gıda aerosolleri.

GIDA AEROSOLLERİ

İlk gıda kapları 1947'de ABD'de ortaya çıktı. Kek ve hamur işlerini bitirmek için kullanılan kremalar içeriyordu ve yalnızca bunları yeniden doldurulmak üzere iade eden restoranlar tarafından kullanılıyordu. Bu tip aerosol ambalajların seri üretimi ancak 1958'de başladı.

Aerosol gıda ambalajları üç ana gruba ayrılabilir:

düşük sıcaklıklarda saklanması gereken paketler;

müteakip ısıl işlemle paketleme;

Daha sonra ısıl işlem yapılmadan ambalajlama.

Aerosol ambalajlarda üç tür gıda ürünü üretilmektedir: kremler, sıvılar, macunlar. Aerosol ambalajlarda salata sosları, işlenmiş peynir, meyve suları, tarçın, mayonez, domates suyu, %30 krem ​​şanti vb. satın alabilirsiniz.

Gıda aerosol üretimindeki büyüme aşağıdakilerden kaynaklanmaktadır:

geleneksel ambalaj türlerine göre avantajları;

yeni itici gazların geliştirilmesi;

Doldurma teknolojisinin iyileştirilmesi.

Aerosol gıda ambalajının avantajları:

kullanım kolaylığı;

zamandan tasarruf;

yiyecekler yemeye hazır halde paketlenir ve paketten tekdüze bir biçimde çıkarılır;

ürün sızıntısı yok;

nem kaybolmaz veya ambalajın içine nüfuz etmez;

aroma kaybolmaz;

ürün steril tutulur.

Gıda aerosol formülasyonları için aşağıdaki gereklilikler geçerlidir:

1. İtici gaz yüksek saflıkta, toksik olmayan, tatsız ve kokusuz olmalıdır. Şu anda karbondioksit, nitröz oksit, nitrojen, argon ve C318 freon kullanılmaktadır.

2. Sulu çözeltilerde çözünürlüğü çok sınırlı olan sıkıştırılmış gazlar köpük oluşumuna katılamaz ve bu krem ​​şanti, dekoratif kremler, köpükler vb. için gereklidir. Bu ürünlerle birlikte C318 freon kullanılması tercih edilir. çok daha pahalıdır.

Tablo 18.4 Çeşitli gıda aerosollerine yönelik formülasyon örnekleri

3. Freonların kullanımı başka bir avantaj sağlar: köpük formunda salınan ürün formülasyonlarına, nispeten küçük bir hacim kaplarken, ağırlıkça %10'dan fazla olmayan bir miktarda sıvılaştırılmış gazlar dahil edilir. Bu, silindire önemli ölçüde daha fazla ürün yüklemenize olanak tanır - silindir kapasitesinin %90'ı (sıkıştırılmış gaz içeren paketlerde yalnızca %50) ve ürünün paketten tamamen çıkmasını garanti eder.

4. İtici gazın seçimi, gıda ürününün türüne ve amaçlanan dağıtım şekline (krem, sıvı, macun) göre belirlenir. CO2 ve yüksek saflıkta nitröz oksit karışımları kendilerini kanıtlamıştır. Köpük elde etmek için C318 freonun nitröz oksit ile karışımları kullanılır. Bu karışımla paketlenmiş kek bitirme kreması, rengi iyi koruyan stabil bir köpük üretir. Şuruplar için CO2 en uygun itici gaz olarak kabul edilir.

İçeriğin silindirden dağıtılmasının kalitesi aşağıdaki faktörlere bağlıdır:

Ürün hazırlama teknolojileri;

Stabilizatör (mikrokristalin selüloz yaygın olarak kullanılır);

Doğru silindir ve valf seçimi.

Tarçın ve limon suyu için ürünleri isteğe göre damla veya akış halinde dağıtabilen kontrollü bir püskürtme başlığı geliştirilmiştir. Yapay tatlandırıcılar için dozaj valfleri kullanılır; dağıttıkları bir doz, bir parça kesilmiş şekere karşılık gelir, vb.

AEROSOL TAŞIMACILIK

Pnömatik taşıma, un öğütme, tahıl ve yem değirmenciliği endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır; bu, otomasyonun uygulanması, işgücü verimliliğinin artırılması ve maliyetlerin azaltılması için koşullar yaratır. Bununla birlikte, pnömatik taşımanın kullanımı, büyük miktarda havayı taşımak için büyük miktarda elektrik harcamasıyla ilişkilidir (1 kg hava, 5-6 kg dökme malzemeyi taşır).

Daha ilerici olan, taşıma başlangıcında unun havalandırılması ve yüksek hava basıncı nedeniyle hava akışında büyük miktarda malzeme konsantrasyonunun elde edildiği aerosol taşımadır. Havalandırma, un parçacıkları arasındaki yapışmayı kırar ve sıvı gibi akışkanlık özelliği kazanır; bunun sonucunda 1 kg hava, 200 kg una kadar hareket eder.

Aerosol taşıma tesisatı bir besleyici, bir süper şarj cihazı, bir malzeme boru hattı ve bir boşaltıcıdan oluşur. Ana eleman, havanın malzeme ile karıştırıldığı ve karışıma ilk hızın verildiği, malzeme boru hattına beslenmesini sağlayan besleyicidir.

Aerosol taşımacılığının kullanıma sunulması, değirmenlerin verimliliğinin artırılmasını ve spesifik enerji tüketiminin azaltılmasını mümkün kılmaktadır.

Aerosol taşımacılığı, yalnızca un değirmenciliği alanında değil, aynı zamanda dökme malzeme ve tozların kullanımıyla ilgili diğer endüstrilerde de geleceği elinde tutuyor.

Aerosoller, katı parçacıkların veya sıvı damlacıkların bir gaz (S/G veya L/G) içinde süspanse edildiği mikroheterojen sistemlerdir.

Dağınık fazın toplam durumuna göre aerosoller şu şekilde ayrılır: sis (L/G); duman, toz (T/G); duman [(F+T)/G)].

Dağılımlarına göre aerosoller ikiye ayrılır: sis, duman, toz.

Diğer mikroheterojen sistemler gibi, aerosoller de gerçek çözeltilerden (yoğunlaştırma yöntemleri) veya kabaca dağılmış sistemlerden (dispersiyon yöntemleri) elde edilebilir.

Sislerdeki su damlacıkları her zaman küreseldir, katı duman parçacıkları ise kökenlerine bağlı olarak farklı şekillerde olabilir.

Dağınık fazın çok küçük parçacık boyutları nedeniyle adsorpsiyon, yanma ve diğer kimyasal reaksiyonların aktif olarak meydana gelebileceği gelişmiş bir yüzeye sahiptirler.

Aerosollerin moleküler kinetik özellikleri şu şekilde belirlenir:

dağınık faz parçacıklarının düşük konsantrasyonu; dispersiyon ortamının düşük viskozitesi; dispersiyon ortamının düşük yoğunluğu.

Dağınık fazın parçacıklarının boyutuna bağlı olarak, bunlar ya hızlı bir şekilde çökelebilir (r < 1 μm'de) ya da kabın duvarlarına yapışabilir veya birbirine yapışabilir (r < 0,01 μm'de). Orta büyüklükteki parçacıklar en yüksek stabiliteye sahiptir.

Aerosoller termoforez, termopresipitasyon ve fotoforez olgularıyla karakterize edilir.

Aerosollerin optik özellikleri liyosollerin özelliklerine benzer, ancak ışığın onlar tarafından saçılması, dağılmış fazın ve dağılım ortamının kırılma indislerindeki büyük farklılıklar nedeniyle çok daha belirgindir.

Aerosollerin elektriksel özelliklerinin özelliği, parçacıklar üzerinde EDL'nin oluşmamasıdır; parçacıkların yükünün rastgele ve küçük olmasıdır. Parçacıklar birbirine yaklaştığında elektrostatik itme oluşmaz ve hızlı pıhtılaşma meydana gelir.

Aerosollerin imhası önemli bir sorundur ve sedimantasyon, pıhtılaşma, toz toplama ve diğer yöntemlerle gerçekleştirilir.

Tozlar, dağılmış fazın katı parçacıklar ve dağılma ortamının hava veya başka bir gaz olduğu yüksek derecede konsantre dağılmış sistemlerdir. Sembol: T/G.

Tozlarda dağılmış fazın parçacıkları birbirleriyle temas halindedir. Geleneksel olarak, çoğu dökme malzeme toz olarak sınıflandırılır, ancak dar anlamda "toz" terimi, parçacık boyutu belirli bir kritik değerden daha küçük olan ve parçacıklar arası etkileşim kuvvetlerinin kütle ile orantılı hale geldiği yüksek oranda dağılmış sistemlere uygulanır. parçacıklardan. En yaygın olanı, parçacık boyutları 1 ila 100 mikron arasında olan tozlardır. Bu tür tozların spesifik ara yüzey yüzeyi birkaç m11.09.2011 (kurum) ile m2/g fraksiyonları (ince kumlar) arasında değişir.

Tozlar, katı dağılmış faza (aynı zamanda T/G) sahip aerosollerden çok daha yüksek katı parçacık konsantrasyonuyla farklılık gösterir. Toz, sedimantasyon sırasında katı dağılmış faza sahip bir aerosolden elde edilir. Süspansiyon (S/L) kurutulduğunda da toza dönüşür. Öte yandan tozdan hem aerosol hem de süspansiyon elde edilebilir.

TOZLARIN SINIFLANDIRILMASI

1. Parçacıkların şekline göre:

Eş eksenli (üç eksen boyunca yaklaşık olarak aynı boyutlara sahiptir);

Lifli (partiküllerin uzunluğu genişlik ve kalınlıktan çok daha fazladır);

Düz (uzunluk ve genişlik kalınlıktan çok daha fazladır).

2. Parçacıklar arası etkileşime göre:

Bağlantılı olarak dağılmış (parçacıklar birbirine bağlıdır, yani sistemin bir yapısı vardır);

Serbestçe dağılmış (kayma direnci yalnızca parçacıklar arasındaki sürtünmeden kaynaklanmaktadır).

3. Dağınık fazın parçacık boyutuna göre sınıflandırma:

Kum (2≤10 -5 ≤ d ≤ 2∙10 -3) m;

Toz (2∙10 -6 ≤ d ≤ 2∙10 -5) m;

Toz (d< 2∙10 -6) м.

TOZ ELDE ETME YÖNTEMLERİ

Tozlar, diğer herhangi bir dağınık sistem gibi, iki grup yöntemle elde edilebilir:

Kaba sistemler açısından - dispersiyon yöntemleriyle;

Gerçek çözümler açısından - yoğunlaştırma yöntemleriyle.

Yöntemin seçimi malzemenin doğasına, tozun amacına ve ekonomik faktörlere bağlıdır.

DAĞITIM YÖNTEMLERİ

Hammaddeler valsli, bilyalı, titreşimli veya kolloid değirmenlerde ezilir, ardından fraksiyonlara ayrılır, çünkü öğütme sonucunda polidispers tozlar elde edilir (örneğin, aynı tipteki un, 5 ila 60 mikron arası parçacıklar içerebilir) .

Çok konsantre süspansiyonların öğütülmesiyle etkili dispersiyon elde edilebilir.

Dispersiyonu kolaylaştırmak için yüzey aktif maddeler olan sertlik azaltıcılar kullanılır. Polarite eşitleme kuralına uygun olarak zemin katı yüzeyine adsorbe edildiklerinde yüzey gerilimini azaltır, dispersiyon sırasında enerji tüketimini azaltır ve zemin fazının dispersiyonunu arttırır.

Bazı durumlarda malzeme dispersiyondan önce ön işleme tabi tutulur. Böylece titanyum veya tantal hidrojen atmosferinde ısıtılır, hidritlere dönüştürülür, bunlar ezilir ve vakumda ısıtılır - saf metal tozları elde edilir.

Boyalarda ve piroteknik bileşimlerde bulunan pul tozları üretilirken öğütme için bilyalı değirmenler kullanılır. Toplar, ezilmiş malzemenin parçacıklarını düzleştirir ve yuvarlar.

Refrakter metallerden (tungsten, molibden, niyobyum) yapılmış küresel parçacıklara sahip tozlar, düşük sıcaklıktaki bir ark plazmasında ve yüksek frekanslı deşarjda elde edilir. Parçacıklar plazma bölgesinden geçerek erir ve küresel bir şekil alır, ardından soğuyup katılaşır.

Dispersiyon sırasında malzemenin kimyasal bileşimi değişmez.

YOĞUNLAŞTIRMA YÖNTEMLERİ

Bu yöntemleri iki gruba ayırmak mümkündür.

Birinci yöntem grubu, liyofobik sollerin pıhtılaşması nedeniyle parçacıkların birikmesiyle ilişkilidir. Çözeltinin buharlaşması veya çözücünün kısmen değiştirilmesi (çözünürlüğün azalması) sonucunda bir süspansiyon oluşur ve bunun filtrelenmesi ve kurutulmasından sonra tozlar elde edilir.

İkinci yöntem grubu kimyasal reaksiyonlarla (kimyasal yoğunlaşma) ilişkilidir. Kimyasal yoğunlaştırma yöntemleri, kullanılan reaksiyonun türüne göre sınıflandırılabilir:

1. Elektrolitler arasında reaksiyon alışverişi yapın. Örneğin, reaksiyon sonucunda çökelmiş tebeşir (diş tozu) elde edilir:

Na2C03 + CaC12 = CaC03 + 2 NaCl.

2. Metallerin oksidasyonu.

Örneğin çinko beyazının ana bileşeni olan yüksek oranda dağılmış çinko oksit, çinko buharının 300°C'de hava ile oksitlenmesiyle elde edilir.

3. Hidrokarbonların oksidasyonu.

Kauçuk, plastik ve matbaa mürekkebi üretiminde kullanılan çeşitli kurum türleri, gaz veya sıvı hidrokarbonların oksijen yokluğunda yakılmasıyla üretilir.

4. Metal oksitlerin azaltılması.

Yüksek oranda dağılmış metal tozları üretmek için doğal gaz, hidrojen veya katı indirgeyici maddelerle indirgeme kullanılır.

Ve çok daha fazlası, onsuz hayatın kendisi düşünülemez. İnsan vücudunun tamamı, insan fizyolojisine uyan belirli kurallara göre sürekli hareket halinde olan parçacıklardan oluşan bir dünyadır. Kolloidal organizma sistemleri, belirli bir kolloidal durumu karakterize eden bir dizi biyolojik özelliğe sahiptir: 2.2 Kolloidal hücre sistemi. Kolloid-kimyasal fizyoloji açısından...

Bırakın karışsınlar N kimyasal olarak reaksiyona girmeyen kendi aralarında ideal gazlar Karıştırmadan önce tüm bileşenlerin durumuna ilişkin başlangıç ​​termodinamik parametrelerinin ve karıştırma koşullarının (çevre ile etkileşim koşulları) bilindiği varsayılmaktadır. Bulması gerekiyor denge Karıştırma sonrası gazların durumunun parametreleri.

Basitlik açısından bu işlemin gerçekleştiğini varsayarak iki karıştırma durumunu ele alalım. çevre ile ısı alışverişi olmadan .

2.1. Karıştırma W=Sabit

Bu durumda, karıştırma koşulları, elde edilen karışımın hacminin K cm, karışım bileşenlerinin başlangıç ​​hacimlerinin toplamına eşittir N H ben:

(Kafanızı karıştırmamak için N H ben kısmi hacimli ben, paragraf 1.4.3'te tartışılmıştır.)

Şunu belirtelim:

PH ben– başlangıç ​​basıncı Ben gaz;

T H ben,t H ben– başlangıç ​​sıcaklığı Ben-inci gaz sırasıyla 0'da İLE veya 0 İLE.

Çünkü tüm sistem ondan N koşullar altında karıştırıldığında gazlar W=Sabit harici iş yapmıyorsa, bu durumda termodinamiğin birinci yasasına uygun olarak () şunu yazabiliriz:

Burada: sen cm - ağırlığındaki bir gaz karışımının iç enerjisi M santimetre kilogram

sıcaklık ile T 0 K;

U H ben- iç enerji Ben gaz kütlesi ben ben kilogram

başlangıç ​​sıcaklığı ile T H ben .

Aşağıdaki gösterimi tanıtalım:

sen cm - sıcaklıkta bir gaz karışımının spesifik iç enerjisi T 0 K;

merhaba ben – spesifik iç enerji Ben-th gaz başlangıç ​​sıcaklığı ile T H ben .

Bu durumda denklem (2.1.1) aşağıdaki formu alır:

(2.1.2)

Bilindiği gibi ideal bir gaz için du=C v dT, nereden, iç enerjiyi sayarken 0 0 bin yazılabilir:

Burada: - aralıktaki ortalama 0 T 0 K bir gaz karışımının kütle izokorik ısı kapasitesi;

Aralıktaki ortalama 0 T H i 0 K kütle izokorik ısı kapasitesi Ben gaz.

(2.1.3)'ü (2.1.2)'de değiştirdikten sonra şunu elde ederiz:

Ancak paragraf 1.4.10'a göre, bir gaz karışımının gerçek kütlesel ısı kapasitesi, bileşenlerin kütle kesirleri cinsinden ifade edilir. ben ve gerçek ısı kapasiteleri aşağıdaki gibidir:

Benzer şekilde aralıktaki ortalama 0 T 0 K Bir gaz karışımının kütle izokorik ısı kapasitesi şu şekilde belirlenir:

Bu ifadeyi denklemin (2.1.4) sol tarafında yerine koyarsak şunu elde ederiz:

nereden (2.1.5)

Çünkü durum denkleminden, sonra ikameden sonra ben ben denklem (2.1.5)'te nihayet karışımın sıcaklığına ilişkin formülü elde ederiz N gazlar:

Bilindiği gibi bu nedenle formül (2.1.6) aşağıdaki biçimde yazılabilir:

(Ürünün 0-0 aralığında ortalama olduğunu hatırlatmakta fayda var. T H i 0 Kazı dişleri izokorik ısı kapasitesi Ben gaz.)

Referans literatüründe, ısı kapasitesinin sıcaklığa ampirik bağımlılığı sıklıkla aralık için verilmektedir. 0 t 0 C .

(2.1.8) ve (2.1.9)'u denklem (2.1.2)'de değiştirdikten sonra şunu elde ederiz:

Değiştirme ben ben değeri, sonunda gaz karışımının sıcaklığının derece cinsinden formülünü elde ederiz. santigrat :

İfade etme R ben moleküler kütle aracılığıyla başka bir formül elde ederiz:

Formül (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) ve (2.1.11)'in paydaları ortalama ısı kapasitelerini içerir, bunun için karışımın sıcaklığı ortalamanın üst sınırı olarak kullanılır ( T veya T), belirlenecektir. Bu nedenle karışımın sıcaklığı bu formüllerle belirlenir. ardışık yaklaşımlar yöntemi .

2.1.1. Özel gaz karışım durumları W=Sabit

(2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) ve (2.1.11) formüllerinin birkaç özel durumunu ele alalım.

1. Adyabatik üssün bağımlılığının olduğu gazların karıştırılmasına izin verin Ki sıcaklık ihmal edilebilir.

(Aslında İLE sıcaklık arttıkça azalır çünkü

Nerede öyle mi , A ampirik pozitif katsayılardır.

0 ila 2000 0 C aralığındaki teknik hesaplamalar için aşağıdaki formülleri kullanabilirsiniz:

a) iki atomlu gazlar için İLE 1,40 - 0,50 10 -4 T;

b) yanma ürünleri için İLE 1,35 - 0,55 10 -4 T.

Bu formüllerden sıcaklığın adyabatik indeks üzerindeki etkisinin olduğu açıktır. İLE yalnızca yüzlerce santigrat derece civarındaki sıcaklıklarda fark edilebilir hale gelir.)

Yani eğer bunu varsayarsak

bu durumda formül (2.1.6) aşağıdaki formu alacaktır:

Formül (2.1.12), formüller (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) ve (2.1.11) için birinci yaklaşım olarak kullanılabilir.

2. Molar izokorik ısı kapasiteleri eşit olan gazların karıştırılmasına izin verin ve bu ısı kapasitelerinin sıcaklığa bağımlılığı ihmal edilebilir, yani:

O zaman denklem (2.1.7) çok basit bir forma bürünür:

Gazların molar izokorik ısı kapasiteleri eşitse Mayer denklemine göre

Molar izobarik ısı kapasiteleri birbirine eşit olmalıdır ve bu nedenle adyabatik üsler eşit olmalıdır;

Bu durumda denklem (2.1.12) (2.1.13)'e dönüşür.

2.1.2. Gazların karıştırılmasından sonraki basınç W=Sabit

Gazların karıştırılmasından sonra oluşturulan basınç ya paragraf 1.4.2'deki formüllerle ya da şu koşuldan belirlenebilir:

R santimetre K santimetre = M santimetre R santimetre T= M santimetre T.