Poglavlje 9. Opšte informacije o miješanju plinova.
Ciljevi i zadaci poglavlja:
Naučite pravila zaštite od požara pri radu s kisikom
Naučite o pravilima rukovanja i rada s kisikom
Saznajte više o primjeni "pravila 40%"
Saznajte više o različitim sistemima za miješanje plinova.
Novi pojmovi u ovom poglavlju.
Zapaljiv (opasan od požara) trougao
Mast kompatibilna sa kiseonikom
Adijabatsko grijanje (Diesel proces)
Čišćenje kiseonikom
40% pravilo
Mešanje parcijalnih pritisaka
Konstantno miješanje protoka
Upijanje uz periodično čišćenje upijača
Membransko odvajanje.
Kao ronilac koji koristi obogaćene mješavine u svojim ronjenjima, morate biti u mogućnosti nabaviti te mješavine. Ne morate znati kako sami pripremiti nitrox, međutim, trebali biste imati razumijevanje o tome kako se priprema i zahtjevima za čišćenje vaše opreme koje nitrox nameće. U ovom poglavlju su prikazane neke od najčešće korištenih metoda za proizvodnju obogaćenih mješavina, te su razmotrene njihove prednosti i nedostaci. Smjesa koju udišete mora imati odgovarajući sadržaj kisika.
1. Rukovanje i rad sa kiseonikom.
Kiseonik je neverovatan gas. On može biti i prijatelj i neprijatelj. Prilikom miješanja plinova za ronjenje, operater mora postići odgovarajući sadržaj kisika u mješavini pod visokim pritiskom. To se može postići miješanjem čistog kisika s dušikom ili zrakom, ili uklanjanjem dijela dušika iz zraka. Glavni problem sa mešanjem kiseonika pod visokim pritiskom je opasnost od požara. Sve što nije potpuno oksidirano - a to znači praktički sve - izgorjet će u kisiku pod visokim pritiskom ako je prisutan izvor paljenja. Postoji određeni rizik pri rukovanju mješavinama, ali rukovanje čistim komprimiranim kisikom predstavlja mnogo veći rizik. Ronilac koji koristi obogaćene mješavine ne mora biti iskusan u rukovanju čistim kisikom, ali bi trebao imati određeno razumijevanje povezanih rizika jer se kisik koristi kako aktivnosti ronioca postaju složenije i opsežnije.
2. Zapaljiv (opasan od požara) trougao.
Da biste spriječili požar, morate znati koje komponente uzrokuju i podržavaju požar. Ove komponente su prikazane na slici
u obliku takozvanog „zapaljivog ili požarno opasnog trougla“. Vatra je brza hemijska reakcija između goriva i kiseonika (oksidatora) koja se može javiti samo ako postoji izvor paljenja (toplina). Oksidacija se može desiti bez sagorevanja, kao, na primer, tokom procesa rđe. Požar nastaje kada postoji izvor paljenja (toplota). Nakon paljenja, hemijska reakcija sagorevanja oslobađa energiju (toplotu), koja podržava dalje sagorevanje. Ako uklonimo jednu od komponenti (gorivo, kisik, izvor paljenja), požar ne može doći. Ako, dakle, sve tri komponente nisu prisutne u isto vrijeme, požar će biti spriječen. Ako plamen već postoji, uklanjanje jedne od komponenti će uzrokovati da se plamen ugasi. Ovo su osnove teorije gašenja požara. Još jedna važna stvar je da se vatra mora širiti kako bi održala svoje postojanje. Ponekad se čak dodaje želja za širenjem vatre kao još jedna komponenta gore opisanog „trougla“.
3.Oxygen.
U situacijama o kojima se govori u nastavku, kisik je prisutan u koncentracijama većim od njegove koncentracije u zraku. To znači da je oksidant u "zapaljivom trokutu" uvijek prisutan prema zadanim postavkama i ne može se ukloniti iz ove "formule vatre". Svi znaju da atmosferski kisik može aktivno sudjelovati u reakcijama sagorijevanja pod odgovarajućim okolnostima, pa ne treba čuditi da veće koncentracije mogu samo povećati rizik. Nadalje, potrebno je zapamtiti da povećani sadržaj kisika u zraku znači smanjeni sadržaj inertnog plina. Iz ovog i nekih drugih razloga, intenzitet sagorevanja ne zavisi linearno od procenta kiseonika. Zavisi kako od procenta (udjela) kisika u smjesi tako i od njenog parcijalnog tlaka i značajno raste kako se ovi parametri povećavaju.
4.Fuel.
U ovom paragrafu ćemo govoriti o gorivu dostupnom u gasnom sistemu koji obezbeđuje upotrebu gasa za disanje. Pri visokim pritiscima kiseonika, ako dođe do požara, sam sistem može postati gorivo za hemijsku reakciju, ali je potrebno nešto zapaljivije da bi došlo do požara. To može biti neki odvojeni dio sistema, rastvarač, mazivo ili meke komponente sistema (guma, plastika).
Neka goriva koja se nalaze u gasnim sistemima mogu biti gotovo nezapaljiva u normalnim uslovima i vrlo zapaljiva u okruženju obogaćenom kiseonikom. Ove vrste goriva uključuju silikonsku mast, silikonsku gumu, neopren, maziva za kompresore, plastične i metalne strugotine i neravnine, organske tvari i materijale, prašinu raznih vrsta, čak i mast na obručima. Možda su najopasnija goriva razna maziva. Postoji uobičajena zabluda da je silikon (vjerovatno zbog egzotičnog imena) siguran kada se koristi s kisikom. Zapravo to nije istina. Postoje posebna maziva kompatibilna s kisikom, kao što su Christo-lube, Krytox, Halocarbon. Upravo ova sredstva za samopodmazivanje treba da se koriste u okruženju obogaćenom kiseonikom.
5. Paljenje.
Neki izvori paljenja su očigledni, međutim, većina njih je izvan gasnog sistema i mi ih ne razmatramo. Dva glavna izvora paljenja unutar sistema su trenje i kompresija gasa dok prolazi kroz sistem. Termin "trenje" se ovdje koristi u općenitom smislu: u smislu prisustva bilo koje čestice u struji plina ili u smislu kretanja samog toka plina i njegovog sudara s uglovima plinovoda ili drugim preprekama . Drugi fenomen - isti koji uzrokuje zagrijavanje cilindra - također može uzrokovati požar (ako se oslobodi dovoljno topline). To je isti efekat koji uzrokuje paljenje goriva u cilindrima dizel motora bez svjećice. Ovaj efekat se naziva "adijabatsko zagrijavanje (Diesel proces)".
Iznenadno otvaranje i zatvaranje ventila cilindra tokom kompresije plina može uzrokovati povećanje temperature do točke paljenja, a ako ima zagađivača u protoku plina i samo paljenje. Stoga kompresori ne koriste ventile za brzu promjenu („kuglasti ventili“).
6. Upotreba sistema kiseonika.
Važna poruka ovog poglavlja je da se rizik rukovanja kiseonikom može minimizirati pridržavanjem određenih pravila u dizajnu i rukovanju sistemima. Posebno je važno izbjegavati oštre uglove i ventile za brzo mijenjanje te koristiti odgovarajuće materijale. Metali koji se koriste za izradu vazdušnih sistema su takođe pogodni za izradu sistema kiseonika. Što se tiče "mekih komponenti", kao što su brtve, fleksibilni spojevi, dijafragme, moraju se zamijeniti onima kompatibilnim s kisikom. U nekim slučajevima glavni kriterij je manja zapaljivost u kisiku, ali u većini slučajeva povećana otpornost na kisik pod visokim pritiskom. Dostupni su specijalni kompleti koji vam omogućavaju da pretvorite vazdušnu opremu u opremu za korišćenje nitroksa.
To uključuje pravilno čišćenje i održavanje opreme, korištenje odgovarajućih maziva, rukovanje plinovima na način koji ne uzrokuje paljenje i polako i glatko otvaranje ventila.
7. Oprema za čišćenje za upotrebu sa kiseonikom. Neka razmatranja u vezi sa čišćenjem opreme.
Koncept “čišćenja kisikom” izaziva određenu zabunu među roniocima amaterima. Razlog je taj što nije sasvim jasno da li je potrebno čišćenje opreme za upotrebu s mješavinama koje sadrže 21% do 40% kisika. Ovaj problem ima dublje korijene: ne postoje razvijene i standardizirane industrijske procedure za rukovanje mješavinama koje sadrže neku srednju količinu kisika u rasponu od 21% (vazduh) do 100% (čisti kisik). Standardi postoje samo za rukovanje čistim kiseonikom; Dakle, svaka mješavina koja sadrži više od 21% kisika je ekvivalentna čistom kisiku prema trenutnim standardima. Stoga, da bi se sve operacije izvele u skladu sa industrijskim standardima, svaka obogaćena smjesa mora se tretirati kao čisti kisik.
Udruženje za komprimirani plin CGA, Nacionalno udruženje za zaštitu od požara NFPA, NASA i nekoliko drugih organizacija preporučuju tretiranje plinova srednje koncentracije kao čistog kisika. To ne znači da su radili bilo kakva istraživanja u ovom rasponu koncentracija. To samo znači da ne postoje industrijski razvijeni i prihvaćeni standardi, a ove organizacije radije zauzimaju konzervativnu poziciju. S druge strane, američka mornarica je razvila procedure koje navode da se mješavine s koncentracijom kisika do 40% mogu tretirati kao zrak za potrebe rukovanja. Nisu objavljeni rezultati ispitivanja koji bi sugerirali da je ovaj zaključak tačan, međutim, ovaj pristup se prakticira dugi niz godina i nije bilo izvještaja o nesrećama vezanim za ovu problematiku. NOAA je usvojila ovu granicu koncentracije pri radu sa obogaćenim smjesama; NAUI, općenito, također, međutim, uz određena ograničenja.
Čisti komprimovani vazduh.
Još jedna zabuna nastaje u vezi sa konceptom „čistoće vazduha“. Različiti "stepeni" čistoće gasa za disanje koje koriste razna udruženja i organizacije (CGA, US Navy) zbunjuju kada je u pitanju čistoća obogaćene mešavine. Standardi dozvoljavaju prisustvo neke uljne (ugljovodonične) pare u komprimovanom vazduhu (obično 5 mg/cu.m.). Ova količina je bezbedna sa tačke gledišta disanja, ali može biti opasna sa tačke gledišta požara kada se radi sa komprimovanim kiseonikom.
Dakle, ne postoje opšte prihvaćene i dogovorene gradacije čistoće vazduha koje određuju njegovu pogodnost za mešanje sa čistim kiseonikom. Uređivači industrijskih standarda su se složili da su nivoi ugljovodonika reda veličine 0,1 mg/m3. m može se smatrati prihvatljivim za vazduh, koji se „mora dalje mešati sa kiseonikom“. U posljednjih nekoliko godina, filterski sistemi (na slici) su postali dostupni za proizvodnju komprimovanog zraka koji ispunjava ove zahtjeve. Kompresori koji sprečavaju da vazduh dođe u kontakt sa mazivom, naravno, bolje se nose sa ovim zadatkom, ali su znatno skuplji.Formalizovan pristup čišćenju kiseonikom.
Izraz "čišćenje kisikom" također zvuči zastrašujuće iz razloga što njegova industrijska implementacija zahtijeva poštivanje prilično strogih procedura. Ove periodične procedure objavljuju CGA i druge organizacije. Dizajnirani su za održavanje sigurnosti pri radu sa komprimiranim kisikom.
NAUI navodi da svaka oprema namijenjena korištenju s čistim kisikom ili mješavinama koje sadrže više od 40% kisika pri pritiscima većim od 200 psi (približno 13 atm) mora biti kompatibilna s kisikom i pročišćena za korištenje s kisikom. Cilindar, prvi stepen regulatora i sva crijeva moraju se očistiti. Neki dijelovi opreme mogu se konvertirati za rukovanje takvim mješavinama korištenjem komponenti iz posebnih kompleta.
8. Neformalan pristup čišćenju kiseonikom: “pravilo 40%”
Unatoč nedostatku formalnog testiranja, takozvano „pravilo 40%“ se prilično uspješno koristi u ronilačkoj industriji, a njegova primjena nije otkrila nikakve probleme. Dogodili su se brojni požari u ronilačkim sistemima za miješanje plinova, ali su bili uzrokovani većom koncentracijom kisika.
NAUI prihvata ovo pravilo, ali zahteva da oprema bude pročišćena kiseonikom i da se koriste maziva kompatibilna sa kiseonikom. Ovaj pristup je manje striktan od formalnog, međutim, kada se radi ispravno, vrlo je efikasan. Čišćenje moraju obavljati kvalifikovani tehničari.
Oprema se mora očistiti od sve vidljive prljavštine i masnoće, zatim četkom ili ultrazvučno očistiti jakim deterdžentom u vrućoj vodi. Tečni proizvodi za čišćenje poput Joy dobri su za kućnu upotrebu. Čistoća ne bi trebala biti manja od one koja se očekuje od tanjira i srebrnog pribora. Nakon sušenja, meke komponente se moraju zamijeniti onima kompatibilnim s kisikom, nakon čega se oprema podmazuje mazivom kompatibilnim s kisikom.
Nakon čišćenja, opremu treba koristiti samo za obogaćene smjese i ne smije se koristiti sa komprimiranim zrakom, inače će se morati ponovo očistiti.
9. Priprema obogaćenih smeša.
Tradicionalna shema za izgradnju sistema za miješanje plina temelji se na dodavanju kisika u zrak na ovaj ili onaj način. Nedavno su razvijene i dostupne dvije nove metode koje obogaćuju zrak na drugačiji način - uklanjanjem dušika. Ovaj odeljak će pokriti 3 metode dodavanja kiseonika: mešanje težine, mešanje parcijalnog pritiska, mešanje konstantnog protoka; i 2 metode sa uklanjanjem dušika: apsorpcija uz periodično čišćenje upijača, odvajanje membrane (Ballantyne i Delp, 1996).
Tip sistema za miješanje plina koji se koristi je važan za krajnjeg korisnika jer određuje postupke punjenja boca i raspon mogućih koncentracija kisika u nastaloj smjesi.
Mešanje gasova po težini.
Najjednostavniji i najpouzdaniji način dobivanja smjesa točnog sastava je kupovina gotovih smjesa. Industrijski proizvođači plina obično miješaju čisti kisik i čisti dušik umjesto čistog kisika i zraka.
Gasovi se miješaju po težini. To omogućava zanemarivanje mnogih anomalija u ponašanju plinova uzrokovanih njihovim razlikama od idealnih i daje vrlo precizan plinski sastav mješavina. Miješanje se može vršiti u cilindrima, grupama cilindara ili rezervoarima. Neophodno je imati precizne vage, koje su prilično skupe, jer moraju biti sposobne mjeriti male promjene velikim tegovima. Ova metoda miješanja plinova je najpreciznija, a dobivene smjese se pažljivo analiziraju kako bi se osiguralo da stvarni sastav odgovara deklarisanom. Prilikom pripreme ovakvih mješavina, industrijska kompanija je prisiljena koristiti čisti kisik, ali trgovac mješavinama to može izbjeći. Ova metoda je prilično skupa, a njen trošak je povećan činjenicom da posude za skladištenje mješavina pripadaju dobavljaču mješavina, pa ih stoga iznajmljuje prodavač mješavina.
Mešanje parcijalnih pritisaka.
Kao što sam naziv metode kaže, zasniva se na omjeru parcijalnih pritisaka. Tehničar puni rezervoar određenom količinom kiseonika (mereno vrednošću pritiska), a zatim ga dopunjuje ultra čistim vazduhom do željenog konačnog pritiska. Prije svega, kisik se upumpava kada je cilindar još prazan, što smanjuje opasnost od požara postupka, jer nema potrebe za manipuliranjem kisikom pri punom tlaku napunjenog cilindra. Pošto se koristi čisti kiseonik, ceo sistem, uključujući i cilindar koji se puni, mora biti kompatibilan sa kiseonikom i očišćen. Kako pritisak zavisi od temperature, a cilindar se zagreva prilikom punjenja, potrebno je ili pustiti da se cilindar ohladi ili pri merenju pritiska uzeti u obzir uticaj temperature. Budući da se konačno podešavanje sastava često vrši nakon što se cilindar potpuno ohladi, cijeli proces pripreme smjese traje dosta vremena. Ovaj proces se također može koristiti za ponovno punjenje posude mješavinom poznatog sastava kako bi se dobila mješavina istog ili drugačijeg specifičnog sastava.
Kompresor za miješanje ovom metodom nije potreban ako se zrak dovodi pod pritiskom dovoljnim za punjenje rezervoara za ronjenje bez dodatne kompresije. Da bi se postigla maksimalna iskorištenost banke cilindara za punjenje, koriste se tzv. „kaskadna tehnologija“, koja se sastoji u tome da se prvo koristi cilindar za punjenje s najnižim tlakom, zatim cilindar s najvećim pritiskom i tako dalje. Ponekad se sama metoda naziva "kaskadna metoda miješanja".
Kompresori se također često koriste sa ovom metodom. Ne smiju koristiti uljna maziva ili moraju osigurati zrak ultra visoke čistoće pogodan za miješanje s kisikom. Drugi način upumpavanja zraka u cilindar je korištenje pneumatske pumpe koja komprimira zrak u setu cilindara različitih promjera, čiji su klipovi spojeni na istu bregastu osovinu. Ogna od najpopularnijih modela je Haskel.
Parcijalno miješanje pod pritiskom je vrlo popularno među ronilačkim centrima, koji pripremaju mnogo različitih mješavina u malim količinama za različite svrhe rekreativnog i tehničkog ronjenja, uključujući mješavine sa sadržajem kisika većim od 40%. U ovom slučaju, značajan dio troškova sistema je visokoprecizni manometar. U ovom slučaju, upotreba pneumatske pumpe je vrlo efikasna. Ova metoda se koristi na udaljenim ronilačkim mjestima. Pošto se kiseonik dodaje pod niskim pritiskom, neki tehničari ne čiste boce za kiseonik. Ovu praksu treba izbjegavati: cilindar uvijek treba čistiti za korištenje kisikom.
10. Konstantno miješanje protoka.
Ovu metodu (koja se naziva i metoda atmosferskog opterećenja) je prvi razvio NOAA (1979., 1991.) i predstavlja metodu koja je najprikladnija za upotrebu (slika 9-7). U ovoj metodi, kiseonik pod niskim pritiskom se dodaje u ulaznu struju vazduha koja ulazi u kompresor uz visok stepen uklanjanja uljne pare. Struja efluenta se kontinuirano analizira na sastav i rezultat ove analize se koristi za prilagođavanje dodatka kiseonika u ulaznoj struji. Izlazni protok može zaobići niz cilindara za punjenje dok se sastav smjese prilagođava. Nakon što se smjesa upumpava u cilindre za punjenje, može se prenijeti u cilindre za ronjenje bajpasom ili pomoću zračne pumpe. Postrojenje s konstantnim protokom također može koristiti apsorpcijski podsistem kao izvor kisika, uz periodično prečišćavanje PSA apsorbenta.
Postoji još jedna klasa jedinica sa konstantnim protokom koje obezbeđuju vazduh komercijalnom roniocu kroz crevo za dovod vazduha. Takve instalacije imaju sredstva za praćenje konstantnosti sastava mješavine - različite mjerače protoka i regulatore. Njihov izlazni pritisak je obično manji od 200 psi (13 atm).
11. Upijanje uz periodično čišćenje upijača (PSA).
Ova metoda se temelji na korištenju materijala nazvanog "molekularno sito" - sintetičkog poroznog materijala nalik glini čije pore pružaju vrlo veliku površinu. Ova površina adsorbuje gasove ("adsorbirati" znači "apsorbovati na površini"). Dušik se adsorbuje brže od kiseonika, pa vazduh koji prolazi kroz adsorbent postaje bogatiji kiseonikom (tačnije siromašniji azotom). Koriste se dvije upijajuće ploče, između kojih se mijenja protok zraka. Kada je tok usmjeren na jednu ploču, ona adsorbira dušik, dok se druga ploča u ovom trenutku čisti od prethodno adsorbiranog dušika. Tada ploče mijenjaju uloge.
Promjenom pritiska i učestalosti čišćenja ploča moguće je dobiti različite vrijednosti sadržaja kisika u izlaznoj smjesi. Maksimalni mogući sadržaj kiseonika je 95%, ostalo je argon. Argon se u odnosu na ovu vrstu adsorbenta ponaša skoro kao kiseonik (tj. nije adsorbovan), pa će se u izlaznoj smeši nalaziti u skoro istoj proporciji sa kiseonikom kao i u ulaznom vazduhu. Ovaj argon nema efekta na ronioca.
Instalacije ovog tipa ne zahtijevaju kisik pod visokim pritiskom, ali su složene i prilično skupe u smislu nabavke i održavanja; izlazni protok se mora pumpati u cilindre pomoću pročišćenog kompresora kompatibilnog s kisikom ili zračne pumpe (na slici).
12. Membransko odvajanje.
Ova metoda se zasniva na korištenju membrane, koja, kada čisti zrak prolazi kroz nju, omogućava molekulama kisika da bolje prolaze od molekula dušika. Tako je izlazna smjesa obogaćena kisikom, a koncentracija kisika određena je ulaznim protokom. Maksimalni mogući sadržaj kiseonika u komercijalno dostupnim sistemima je oko 40%. Ista tehnologija se, inače, koristi za odvajanje helijuma u nekim drugim procesima.
Slično kao kod PSA jedinica, nema potrebe za korištenjem kisika pod visokim pritiskom. Efluent se mora pumpati u cilindre pomoću pročišćenog kompresora kompatibilnog s kisikom ili zračne pumpe. Membranski sistemi su prilično pouzdani i ne zahtijevaju posebno održavanje, pod uslovom da je čistoća ulaznog toka dovoljna.
gasovi arhiva
Gasnu mješavinu vodonika i kisika, ako njihov maseni udjeli 1 i 2 su jednaki, respektivno... parametri koji karakteriziraju pojedinca svojstvagas, pa je prema tome... T=400 K. 8 POGLAVLJE 1 FIZIČKE OSNOVE MEHANIKE POGLAVLJE 1 FIZIČKE OSNOVE MEHANIKE...
Uvod 3 Poglavlje 1 Naučnici i njihova otkrića
Sažetak disertacije... poglavlja. Uvod Poglavlje 1: Naučnici i njihov otkrića. - Priestleyjevo iskustvo Poglavlje 2. Istorija fotosinteze. Poglavlje 3: Važnost fotosinteze u prirodi. Poglavlje... ugljen-dioksid gas u kiseonik. Carbonic gas potreban...elektrohemijski potencijal. Svojstva tilakoidna membrana...
Pustite ih da se izmešaju n hemijski nereaguje između sebe idealan gasovi Pretpostavlja se da su početni termodinamički parametri stanja svih komponenti prije miješanja i uslovi miješanja (uslovi interakcije sa okolinom) poznati. Treba pronaći ravnoteža parametri stanja gasova nakon mešanja.
Razmotrimo dva slučaja miješanja, radi jednostavnosti pod pretpostavkom da se ovaj proces odvija bez razmene toplote sa okolinom .
2.1. Miješanje na W=Const
U ovom slučaju, uslovi mešanja su takvi da zapremina dobijene smeše W cm jednak je zbiru početnih zapremina komponenti smeše W H i:
(Da ne bude zabune W H i sa delimičnim volumenima W i, razmatrano u paragrafu 1.4.3.)
Označimo:
P H i– početni pritisak i th gas;
T H i,t H i– početna temperatura i-ti gas na 0 TO ili 0 WITH.
Jer ceo sistem iz n gasovi kada se mešaju pod uslovima W=Const ne obavlja vanjski rad, onda u skladu s prvim zakonom termodinamike za ovaj slučaj () možemo napisati:
ovdje: U cm – unutrašnja energija mase mešavine gasova m cm kilograma
sa temperaturom T 0 K;
U H i- unutrašnja energija i th gas mase m i kilograma
sa početnom temperaturom T H i .
Hajde da uvedemo sljedeću notaciju:
u cm – specifična unutrašnja energija mešavine gasova na temperaturi T 0 K;
u H i – specifična unutrašnja energija i-ti gas sa početnom temperaturom T H i .
Tada jednačina (2.1.1) poprima sljedeći oblik:
(2.1.2)
Kao što je poznato, za idealan gas du=C v dT, odakle, kada se računa unutrašnja energija 0 0 K može se napisati:
Ovdje: - prosjek u rasponu 0 T 0 K maseni izohorni toplotni kapacitet mješavine plinova;
Prosjek u rasponu 0 T H i 0 K maseni izohorni toplotni kapacitet i th gas.
Nakon zamjene (2.1.3) u (2.1.2) dobijamo:
Ali u skladu sa paragrafom 1.4.10, pravi maseni toplotni kapacitet mešavine gasova izražava se u smislu masenih udela komponenti g i i njihov pravi toplotni kapacitet kako slijedi:
Slično, prosjek u rasponu 0 T 0 K Maseni izohorični toplotni kapacitet mješavine plinova određuje se kao:
Zamjenom ovog izraza u lijevu stranu jednačine (2.1.4) dobijamo:
odakle (2.1.5)
Jer iz jednadžbe stanja, zatim nakon zamjene m i u jednačinu (2.1.5) konačno dobijamo formulu za temperaturu smeše n gasovi:
Kao što je poznato, stoga se formula (2.1.6) može napisati u sljedećem obliku:
(Treba podsjetiti da je proizvod prosjek u rasponu 0- T H i 0 Kmolar izohorni toplotni kapacitet i gasa.)
U referentnoj literaturi se često daju empirijske zavisnosti toplotnog kapaciteta od temperature za opseg 0 t 0 C .
Nakon zamjene (2.1.8) i (2.1.9) u jednačinu (2.1.2) dobijamo:
Zamjena m i njegovu vrijednost, konačno dobijamo formulu za temperaturu mješavine plinova u stepenima Celzijus :
Izražavanje R i kroz molekularnu masu dobijamo drugu formulu:
Imenioci formula (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) i (2.1.11) sadrže prosječne toplotne kapacitete, za koje se kao gornja granica prosječenja koristi temperatura smjese ( t ili T), utvrditi. Zbog toga je temperatura smjese određena ovim formulama metoda uzastopnih aproksimacija .
2.1.1. Posebni slučajevi mešanja gasa tokom W=Const
Razmotrimo nekoliko posebnih slučajeva formula (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) i (2.1.11).
1. Neka se miješaju plinovi, za koje je ovisnost adijabatskog eksponenta K i temperatura se može zanemariti.
(Zapravo TO opada sa porastom temperature, jer
Gdje s o r , A su empirijski pozitivni koeficijenti.
Za tehničke proračune u rasponu od 0 do 2000 0 C, možete koristiti sljedeće formule:
a) za dvoatomske gasove TO 1,40 - 0,50 10 -4 t;
b) za proizvode sagorevanja TO 1,35 - 0,55 10 -4 t.
Iz ovih formula je jasno da je uticaj temperature na adijabatski indeks TO postaje primetno samo na temperaturama od nekoliko stotina stepeni Celzijusa.)
Dakle, ako pretpostavimo da
tada će formula (2.1.6) poprimiti sljedeći oblik:
Formula (2.1.12) se može koristiti kao prva aproksimacija za formule (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) i (2.1.11)
2. Neka se pomešaju gasovi čiji su molarni izohorni toplotni kapaciteti jednaki i zavisnost ovih toplotnih kapaciteta od temperature se može zanemariti, tj.
Tada jednačina (2.1.7) poprima vrlo jednostavan oblik:
Ako plinovi imaju jednake molarne izohorične toplinske kapacitete, onda u skladu s Mayerovom jednačinom
Molarni izobarični toplotni kapaciteti moraju biti međusobno jednaki, a samim tim i adijabatski eksponenti, tj.
Pod ovim uslovom, jednačina (2.1.12) se pretvara u (2.1.13).
2.1.2. Pritisak nakon miješanja plinova na W=Const
Pritisak uspostavljen nakon miješanja plinova može se odrediti ili formulama iz stava 1.4.2 ili iz uslova:
R cm W cm = m cm R cm T= m cm T.
Rješavanje velikog broja tehničkih problema često uključuje miješanje različitih plinova (tečnosti) ili različitih količina istog gasa (tečnosti) u različitim termodinamičkim stanjima. Za organizaciju procesa istiskivanja razvijen je prilično veliki raspon širokog spektra uređaja i aparata za miješanje.
U termodinamičkoj analizi procesa miješanja zadatak se obično svodi na određivanje parametara stanja smjese iz poznatih parametara stanja početnih komponenti miješanja.
Rješenje ovog problema bit će različito ovisno o uvjetima pod kojima se ovaj proces provodi. Sve metode formiranja mešavina gasova ili tečnosti koje se javljaju u realnim uslovima mogu se podeliti u tri grupe: 1) proces mešanja u konstantnoj zapremini; 2) proces mešanja u toku; 3) mešanje pri punjenju zapremine.
Obično se smatra da se procesi mešanja odvijaju bez razmene toplote između sistema za mešanje i okoline, odnosno da se odvijaju adijabatski. Mešanje uz prisustvo razmene toplote se može podeliti u dve faze: adijabatsko mešanje bez razmene toplote i razmena toplote u nastaloj mešavini sa okolinom.
Da bismo pojednostavili zaključke, razmotrimo miješanje dva stvarna plina. Istodobno miješanje tri ili više plinova može se pronaći korištenjem proračunskih formula za dva plina uzastopnim dodavanjem nove komponente.
Svi slučajevi miješanja su nepovratni procesi, makar samo zato što razdvajanje smjese na njene komponente nužno zahtijeva utrošak rada. Kao iu svakom ireverzibilnom procesu, tokom miješanja dolazi do povećanja entropije S c sistemi i odgovarajući gubitak performansi (eksergija): De
= T o.s. 
S c , gdje T o.s – temperatura okoline.
Prilikom miješanja plinova koji imaju različite pritiske i temperature, dodatni gubici u performansama nastaju zbog nepovratne razmjene topline između miješanih plinova i zbog neupotrebe razlike u njihovim pritiscima. Dakle, povećanje entropije tokom miješanja nastaje kako kao rezultat stvarnog miješanja (difuzije) plinova ili tekućina različitih po prirodi, tako i zbog izjednačavanja temperatura i pritisaka miješanih supstanci.
Pogledajmo moguće metode miješanja.
2.1. Procesi miješanja konstantne zapremine
Neka neka termoizolovana posuda zapremine V podijeljeno pregradom na dva odjeljka, od kojih jedan sadrži plin (tečnost) sa parametrima str 1, u 1, T 1 , U 1, u drugom – drugi gas (tečnost) sa parametrima str 2, u 2, T 2 , U 2, (sl. 2.1).
|
str 1 , T 1, u 1, U 1 , m 1 |
str 2 , T 2, u 2, U 2 , m 2 |
|
str, T,u, U, m |
Rice. 2.1. Dijagram procesa miješanja
u konstantnoj zapremini
Označavamo masu gasa u jednom odeljku i zapreminu ovog odeljka, respektivno m 1 i V 1, au drugom odeljku - m 2 i V 2. Kada se ukloni razdjelna pregrada, svaki plin će se difuzijom širiti do cijelog volumena, a rezultirajući volumen mješavine očito će biti jednak zbroju V = V 1 + V 2. Kao rezultat miješanja, tlak, temperatura i gustina plina u cijeloj zapremini posude su izjednačeni. Označimo vrijednosti parametara stanja plina nakon miješanja str,u, T, U.
Prema zakonu održanja energije, dobijena mešavina gasova će imati unutrašnju energiju jednaku zbiru unutrašnjih energija svakog gasa:
U = U 1 + U 2
m 1 u 1 + m 2 u 2 = (m 1 + m 2) u = mu. (2.1)
Specifična unutrašnja energija plina nakon miješanja određuje se na sljedeći način:
.
(2.2)
Slično tome, specifična zapremina smeše je jednaka:
.
(2.3)
Što se tiče preostalih parametara gasa nakon mešanja ( str, T, S), onda se za gasove i tečnosti ne mogu analitički izračunati u opštem obliku kroz vrednosti parametara komponenti smeše. Da biste ih odredili morate koristiti U, u-dijagram na kojem su ucrtane izobare i izoterme ili U, T- dijagram na kome su označene izohore i izobare (za mešanje istog gasa), ili tabele termodinamičkih svojstava gasova i tečnosti. Određivanjem relacija (2.2) i (2.3) u plina nakon miješanja, može se pronaći iz dijagrama ili tabela str, T, S.
Vrijednosti str,
T I S plinovi nakon miješanja mogu se direktno izraziti kroz poznate vrijednosti parametara stanja miješanih dijelova samo za idealne plinove. Označimo srednju vrijednost toplotnog kapaciteta prvog plina u temperaturnom rasponu od T 1 to T kroz 
, i drugi plin u temperaturnom rasponu od T 2 to T kroz 
.
S obzirom na to 
;
;
iz izraza (2.2) dobijamo:
T
=
ili T
=
,
(2.4)
Gdje g 1 i g 2 – maseni udjeli idealnih plinova koji čine smjesu.
Iz jednadžbe stanja idealnih plinova slijedi:
m 1
=
;m 2
=
.
Nakon zamjene vrijednosti mase u (2.4), temperatura plinske mješavine se može naći iz izraza
T
=
.
(2.5)
Pritisak mješavine idealnih plinova definiramo kao zbir parcijalnih pritisaka komponenti mješavine plinova 
, gdje su parcijalni pritisci 
I 
određuju se pomoću Clapeyronove jednadžbe.
Entropijski prirast 
S c sistemi iz ireverzibilnog miješanja nalaze se razlikom u zbiru entropije plinova uključenih u smjesu nakon miješanja i početnih komponenti prije miješanja:
S
= S
– (m 1 S 1
+ m 2 S 2).
Za mješavinu idealnih plinova kada se miješaju dva plina.
S c
= m[(g 1 C str 1
+ g 2 C str 2)ln T
– (g 1 R 1
+ g 2 R 2)ln str]–
– [m 1 (C str 1 ln T 1 – R ln str 1) + m 2 (C str 2 ln T 2 – R ln str 2)]–
–m(R 1 g 1 ln r 1 + R 2 g 2 ln r 2),
Gdje r i– zapreminski udeo idealnih gasova koji čine smešu;
R– plinska konstanta smjese, određena jednadžbom:
R = g 1 R 1 + g 2 R 2 .
Dijagram eksergije i anergije za miješanje u konstantnoj zapremini prikazan je na Sl. 2.2.
Rice. 2.2. Dijagram eksergije i anergije pri
mešanje u konstantnoj zapremini: 
– gubitak specifične eksergije tokom mešanja
2. Mešanje gasova i para različitih temperatura.
Tako nastaju atmosferske magle. Najčešće se magla pojavljuje po vedrim vremenskim prilikama noću, kada se površina Zemlje, intenzivno odajući toplinu, uvelike ohladi. Topli, vlažni vazduh dolazi u kontakt sa zemljom koja se hladi ili sa hladnim vazduhom blizu njene površine i u njoj se formiraju kapljice tečnosti. Ista stvar se dešava kada se pomešaju frontovi toplog i hladnog vazduha.
3. Hlađenje gasne mešavine koja sadrži paru.
Ovaj slučaj se može ilustrirati na primjeru kotlića u kojem je ključala voda. Iz izljeva izlazi vodena para, koja je nevidljiva jer ne raspršuje svjetlost. Zatim se vodena para brzo hladi, voda u njoj se kondenzira, a već na maloj udaljenosti od izljeva kotla vidimo mliječni oblak - maglu koja je postala vidljiva zbog sposobnosti raspršivanja svjetlosti. Sličan fenomen se opaža kada otvorimo prozor na mraznom danu. Izdržljiviji aerosol nastaje kada se ulje ključanjem u tavi stvara plin (uljni aerosol) u prostoriji, koji se može ukloniti samo dobrom ventilacijom prostorije.
Osim toga, kondenzacijski aerosol može nastati kao rezultat plinskih reakcija koje dovode do stvaranja neisparljivih proizvoda:
· prilikom sagorevanja goriva nastaju dimni gasovi čija kondenzacija dovodi do pojave dima od sagorevanja;
· pri sagorevanju fosfora na vazduhu nastaje beli dim (P 2 O 5);
· interakcijom gasovitih NH 3 i HC1 nastaje dim MH 4 C1 (sv);
· oksidacija metala u vazduhu, koja se javlja u raznim metalurškim i hemijskim procesima, praćena je stvaranjem dima koje se sastoje od čestica metalnih oksida.
METODE DISPERZIJE
Disperzivni aerosoli nastaju prilikom mlevenja (prskanja) čvrstih i tečnih tela u gasovitoj sredini i pri prelasku praškastih materija u suspendovana stanja pod dejstvom strujanja vazduha.
Prskanje čvrstih materija odvija se u dvije faze:
mljevenje i zatim prskanje. Prijenos tvari u aerosolno stanje mora se izvršiti u trenutku nanošenja aerosola, jer se, za razliku od drugih dispergiranih sistema - emulzije, suspenzije, aerosoli ne mogu pripremiti unaprijed. U kućnim uslovima, gotovo jedino sredstvo za dobijanje tečnih i praškastih aerosola je uređaj koji se zove "aerosol paket" ili "aerosolna konzerva". Supstanca u njoj se pakuje pod pritiskom i raspršuje pomoću tečnih ili komprimovanih gasova.
OPĆE KARAKTERISTIKE AEROSOLA
Svojstva aerosola određuju:
Priroda tvari dispergirane faze i disperzijskog medija;
Parcijalna i masena koncentracija aerosola;
Veličina čestica i distribucija veličine čestica;
Oblik primarnih (neagregiranih) čestica;
Struktura aerosola;
Naboj čestica.
Za karakterizaciju koncentracije aerosola, kao i drugih disperznih sistema, koriste se masena koncentracija i numerička (parcijalna) koncentracija.
Masena koncentracija je masa svih suspendovanih čestica po jedinici zapremine gasa.
Numerička koncentracija je broj čestica po jedinici zapremine aerosola. Koliko god bila velika numerička koncentracija u trenutku stvaranja aerosola, nakon nekoliko sekundi ne može preći 10 3 čestica/cm 3 .
VELIČINE AEROSOLNIH ČESTICA
Minimalna veličina čestica određena je mogućnošću postojanja supstance u stanju agregacije. Dakle, jedan molekul vode ne može formirati gas, tečnost ili čvrstu materiju. Da bi se formirala faza, potrebni su agregati od najmanje 20-30 molekula. Najmanja čestica čvrste ili tečne tvari ne može imati veličinu manju od 110-3 mikrona. Da bi se plin smatrao kontinuiranim medijem, potrebno je da veličine čestica budu mnogo veće od slobodnog puta molekula plina. Gornja granica veličine čestica nije striktno definirana, ali čestice veće od 100 mikrona ne mogu dugo ostati suspendirane u zraku.
MOLEKULARNO-KINETIČKA SVOJSTVA AEROSOLA
Karakteristike molekularno kinetičkih svojstava aerosola su zbog:
Niska koncentracija čestica dispergirane faze - dakle, ako 1 cm 3 hidrosola zlata sadrži 10 16 čestica, onda isti volumen aerosola zlata sadrži manje od 10 7 čestica;
Nizak viskozitet disperzione sredine - vazduha, dakle, nizak koeficijent trenja (B) koji nastaje tokom kretanja čestica;
Mala gustina disperzione sredine, dakle ρ deo » ρ gas.
Sve to dovodi do činjenice da se kretanje čestica u aerosolima događa mnogo intenzivnije nego u liosolima.
Razmotrimo najjednostavniji slučaj, kada se aerosol nalazi u zatvorenoj posudi (tj. vanjska strujanja zraka su isključena), a čestice imaju sferni oblik polumjera r i gustine p. Na takvu česticu istovremeno djeluju sila gravitacije usmjerena okomito prema dolje i sila trenja u suprotnom smjeru. Osim toga, čestica je u Brownovskom kretanju, čija je posljedica difuzija.
Za kvantificiranje procesa difuzije i sedimentacije u aerosolima, možete koristiti vrijednosti
specifični difuzijski tok i diff i
specifični tok sedimentacije i sed. .
Da biste saznali koji će protok prevladati, razmotrite njihov omjer:
U ovom izrazu (p - p 0) » 0. Prema tome, veličina frakcije će biti određena veličinom čestica.
Ako je r > 1 μm, onda i sed » i diff, tj. difuzija se može zanemariti – dolazi do brzog taloženja i čestice se talože na dno posude.
Ako je 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.
Dakle, i vrlo male i vrlo velike čestice brzo nestaju iz aerosola: prve zbog prianjanja na zidove ili adhezije, a druge kao rezultat taloženja na dno. Čestice srednjih veličina imaju maksimalnu stabilnost. Dakle, koliko god bila velika numerička koncentracija čestica u trenutku formiranja aerosola, nakon nekoliko sekundi ne prelazi 10 3 dijelova/cm 3 .
ELEKTRIČNA SVOJSTVA AEROSOLA
Električna svojstva čestica aerosola značajno se razlikuju od električnih svojstava čestica u liosolu.
1. EDL se ne javlja na česticama aerosola, jer zbog niske dielektrične konstante plinovitog medija u njemu praktično ne dolazi do elektrolitičke disocijacije.
2. Naboj na česticama nastaje uglavnom zbog neselektivne adsorpcije jona koji nastaju u gasnoj fazi kao rezultat jonizacije gasa kosmičkim, ultraljubičastim ili radioaktivnim zracima.
3. Naboj čestica je slučajne prirode, a za čestice iste prirode i iste veličine može biti različit i po veličini i po predznaku.
4. Naboj čestice se mijenja tokom vremena i po veličini i po predznaku.
5. U nedostatku specifične adsorpcije, naboji čestica su vrlo mali i obično premašuju elementarni električni naboj ne više od 10 puta.
6. Specifična adsorpcija je karakteristična za aerosole čije čestice formira visoko polarna supstanca, jer u ovom slučaju dolazi do prilično velikog potencijalnog skoka na međufaznoj površini, zbog površinske orijentacije molekula. Na primjer, na međufaznoj površini vodenih ili snježnih aerosola postoji pozitivan električni potencijal reda veličine 250 mV.
Iz prakse je poznato da čestice aerosola metala i njihovih oksida najčešće nose negativan naboj (Zn, ZnO, MgO, Fe 2 0 3), a čestice aerosola nemetala i njihovih oksida (SiO 2, P 2 O 5) su pozitivno nabijene. NaCl i čestice škroba su pozitivno nabijene, dok čestice brašna nose negativan naboj.
AGREGATIVNA STABILNOST. KOAGULACIJA
Za razliku od drugih dispergovanih sistema, u aerosolima ne postoji interakcija između površine čestica i gasovitog medija, što znači da ne postoje sile koje sprečavaju čestice da se prianjaju jedna za drugu i za makroskopska tela prilikom sudara. Dakle, aerosoli su agregatno nestabilni sistemi. Koagulacija se u njima odvija prema vrsti brze koagulacije, odnosno svaki sudar čestica dovodi do njihovog sljepljivanja.
Brzina koagulacije se brzo povećava sa povećanjem numeričke koncentracije aerosola.
Bez obzira na početnu koncentraciju aerosola, nakon nekoliko minuta ima 10 8 -10 6 čestica u 1 cm 3 (poređenja radi, u liosolima ima ~ 10 15 čestica). Dakle, imamo posla sa veoma razblaženim sistemima.
| Ovisnost brzine koagulacije o povećanju broja koncentracija aerosola | |
| Početna numerička koncentracija u 1 cm 3 | Vrijeme potrebno za smanjenje koncentracije aerosola za 2 puta |
| Delići sekunde | |
| 15-30 s | |
| 30 min | |
| Nekoliko dana | |
METODE ZA UNIŠTAVANJE AEROSOLA
Unatoč činjenici da su aerosoli agregatno nestabilni, problem njihovog uništavanja je vrlo akutan. Glavni problemi, čije rješenje zahtijeva uništavanje aerosola:
Pročišćavanje atmosferskog zraka od industrijskih aerosola;
Hvatanje vrijednih proizvoda iz industrijskog dima;
Vještačko prskanje ili raspršivanje oblaka i magle.
Aerosoli se uništavaju
· disperzija pod uticajem vazdušnih struja ili usled naelektrisanja istoimenih čestica;
· sedimentacija;
· difuzija na zidove posude;
· koagulacija;
· isparavanje čestica dispergirane faze (u slučaju aerosola isparljivih supstanci).
Najstariji objekat za tretman je dimnjak. Trude se da štetne aerosole ispuštaju u atmosferu što je više moguće, jer se neki hemijski spojevi, ulazeći u prizemni sloj atmosfere pod utjecajem sunčeve svjetlosti i kao rezultat različitih reakcija, pretvaraju u manje opasne tvari (u rudniku Norilsk i Metalurškog kombinata, na primjer, trokanalna cijev ima visinu 420 m).
Međutim, moderna koncentracija industrijske proizvodnje zahtijeva da se emisije dima prethodno tretiraju. Razvijene su mnoge metode za uništavanje aerosola, ali svaka od njih se sastoji od dvije faze:
prvi je hvatanje dispergovanih čestica, njihovo odvajanje od gasa,
drugi je da se spriječi ponovni ulazak čestica u plinovitu okolinu, a to je zbog problema prianjanja zarobljenih čestica i stvaranja trajnog sedimenta od njih.
AEROSOL CILINDRI
Princip rada aerosolne limenke je da se lijek koji se nalazi u pakovanju pomiješa s tekućinom za evakuaciju, čiji je tlak zasićene pare u temperaturnom rasponu na kojem pakovanje radi veći od atmosferskog.
Smjesa se oslobađa iz cilindra pod uticajem pritiska zasićene pare iznad tečnosti.
Poznato je da je pritisak zasićene pare bilo koje stabilne supstance određen samo temperaturom i ne zavisi od zapremine. Stoga će tijekom cijelog rada cilindra tlak u njemu ostati konstantan, pa će raspon leta čestica i kut konusa raspršivanja ostati gotovo konstantan.
U zavisnosti od prirode interakcije raspršene supstance sa tečnošću koja se evakuiše i njenog stanja agregacije, sistemi u aerosolnoj ambalaži će se sastojati od različitog broja faza. U slučaju međusobne rastvorljivosti komponenti nastaje homogena tečna otopina, u drugim slučajevima - emulzija ili suspenzija i, na kraju, heterogeni sistem, kada lijek i tečnost koja evakuiše formiraju makroskopski heterogeni sistem. Očigledno, u prvom slučaju, aerosolni paket sadrži dvofazni sistem - tekućinu i zasićenu paru. Kada se emulzija ili suspenzija ispusti u atmosferu, drobi se samo disperzioni medij - nastale čestice će u najboljem slučaju imati dimenzije koje su imale u tečnoj fazi.
Kada se lijek i tekućina za evakuaciju ne miješaju ili miješaju jedno s drugim u ograničenoj mjeri, pri čemu je jedna od tekućina dispergirana u drugoj u obliku malih kapljica, nastaju emulzije.
Priroda sistema koji nastaje kada proizvod napusti ambalažu u atmosferu zavisi od toga koja je od tečnosti disperzovana faza. Ako je disperzirana faza lijek, tada se formira aerosol. Ako je disperzirana faza tekućina za evakuaciju, onda se dobiva pjena. Veličina čestica dobivenih korištenjem aerosolnih limenki ovisi o fizičko-hemijskim svojstvima tvari uključenih u pripravak, omjeru komponenti, karakteristikama dizajna limenke i temperaturnim uvjetima njenog rada.
Stepen disperzije se može podesiti: „promjenom veličine izlaza;
Promjenom tlaka zasićene pare tekućine za evakuaciju;
Promjenom kvantitativnog omjera lijeka i sredstva za evakuaciju.
EVACING SUPSTANCE
Najvažnija pomoćna komponenta je tvar koja osigurava oslobađanje lijeka u atmosferu i njegovu naknadnu disperziju. Ove supstance se nazivaju pogonskim gorivom (latinski "pro-peilere" - voziti). Pogonsko gorivo mora obavljati dvije funkcije:
Stvoriti potreban pritisak za oslobađanje lijeka;
Raspršiti proizvod ispušten u atmosferu. Freoni i komprimovani gasovi se koriste kao pogonsko gorivo. Freoni su niskomolekularna organofluorova jedinjenja alifatske serije.
Usvojen je sljedeći sistem označavanja freona: zadnja cifra (broj jedinica) označava broj atoma fluora u molekuli, prethodna cifra (broj desetica) označava broj atoma vodika povećan za jedan, a treća (broj stotina) označava broj atoma ugljika smanjen za jedan. Na primjer: F-22 je CHC1F 2, F-114 je C 2 C1 2 F 4.
Tvari koje se sastoje od molekula cikličke strukture također imaju numeričku oznaku, ali slovo "C" se stavlja ispred brojeva, na primjer: C318 - C 4 F 8 (oktafluorciklobutan).
N2, N2O, CO2 itd. koriste se kao komprimovani gasovi.
PREDNOSTI AEROSOL Ambalaže
1. Prijenos lijeka u fino dispergirano stanje nastaje zbog potencijalne energije tečnog pogonskog goriva i ne zahtijeva upotrebu bilo kakvih stranih uređaja.
2. Za stvaranje aerosola nisu potrebni priključci.
3. U jedinici vremena, značajna količina supstance se može raspršiti kako bi se proizvele male čestice - ako bi se koristile druge metode, bilo bi potrebno mnogo više energije.
4. Režim zamagljivanja je stabilan: veličina nastalih čestica, njihov domet leta i ugao na vrhu konusa se malo menjaju tokom čitavog perioda rada.
5. Možete unaprijed odrediti dozu raspršene tvari.
6. Možete podesiti veličinu čestica.
7. Stepen polidisperznosti aerosola je nizak.
8. Sve čestice imaju isti hemijski sastav.
9. Osigurana je sterilnost raspršenih lijekova.
10. Lijek u pakovanju ne dolazi u kontakt sa kiseonikom vazduha, što osigurava njegovu stabilnost.
11. Automatsko zatvaranje ventila eliminiše mogućnost gubitka usled prosipanja ili isparavanja neiskorišćenog dela proizvoda.
12. Ambalaža je uvijek spremna za upotrebu.
13. Pakovanje je kompaktno. Omogućava individualnu ili kolektivnu upotrebu.
Prva aerosolna pakovanja pojavila su se 80-ih godina. XX vijek u evropi. Tokom Drugog svjetskog rata, Sjedinjene Države su preuzele inicijativu u njihovom razvoju. Godine 1941. stvorena je aerosolna ambalaža - ubica insekata upakovana u staklenu ambalažu. Pogon je bio freon-12.
Proizvodnja u industrijskim razmjerima počela je nakon Drugog svjetskog rata u Sjedinjenim Državama, a zatim iu drugim zemljama svijeta.
PRAKTIČNA PRIMJENA AEROSOLA
Široka upotreba aerosola je zbog njihove visoke efikasnosti. Poznato je da povećanje površine supstance prati povećanje njene aktivnosti. Mala količina supstance raspršena u obliku aerosola zauzima veliki volumen i ima visoku reaktivnost. To je prednost aerosola u odnosu na druge dispergovane sisteme.
Aerosoli se koriste:
U raznim oblastima tehnologije, uključujući vojsku i svemir;
U poljoprivredi; „u zdravstvu;
U meteorologiji; u svakodnevnom životu itd.
Nedavno se u farmaceutskoj praksi široko koristi priprema doznih oblika u obliku aerosola. Upotreba ljekovitih tvari u obliku aerosola pogodna je u slučajevima kada je potrebno nanijeti lijek na velike površine (akutne respiratorne bolesti, opekotine itd.). Odličan učinak imaju oblici doziranja koji sadrže tekuće filmotvorne tvari. Kada se ovaj lijek poprska na zahvaćeno područje, ono je prekriveno tankim, prozirnim filmom koji zamjenjuje zavoj.
Zaustavimo se detaljnije na upotrebi aerosolnog pakovanja.
Trenutno postoji više od 300 vrsta proizvoda u aerosol ambalaži.
Prva grupa: kućna hemija.
Insekticidi su preparati za uništavanje insekata.
Proizvodi protiv moljaca.
Insekticidi za tretiranje domaćih životinja.
Sredstvo za zaštitu sobnog bilja i voća i jagodičastog voća od gljivičnih bolesti i štetočina.
Lakovi i boje.
Osvježivači zraka.
c Sredstva za poliranje i čišćenje.
druga grupa:
Parfimerija i kozmetika. „Proizvodi za njegu kose (sprejevi, šamponi, itd.).
Pene i gelovi za brijanje.
Kreme za ruke i stopala.
Ulje za i protiv tamnjenja.
Dezodoransi.
Parfemi, kolonjske vode, toaletne vode.
Treća grupa: medicinski aerosoli.
Četvrta grupa: tehnički aerosoli.
Ulja za podmazivanje.
Antikorozivni premazi.
Zaštitne folije. „Suva maziva.
Emulzije za hlađenje rezača na mašinama za bušenje.
Peta grupa: aerosoli za hranu.
FOOD AEROSOLS
Prvi kontejneri za hranu pojavili su se 1947. godine u SAD-u. Sadržavale su kreme za završnu obradu torti i kolača i koristile su ih samo restorani, koji su ih vraćali na dopunu. Masovna proizvodnja ove vrste aerosol ambalaže počela je tek 1958. godine.
Aerosolna ambalaža za hranu može se podijeliti u tri glavne grupe:
pakovanja koja zahtijevaju skladištenje na niskim temperaturama;
pakovanje s naknadnom toplinskom obradom;
pakovanje bez naknadne termičke obrade.
U aerosol pakovanju proizvode se tri vrste prehrambenih proizvoda: kreme, tečnosti, paste. U aerosol pakovanjima možete kupiti prelive za salatu, topljeni sir, sokove, cimet, majonez, paradajz sok, 30% šlag itd.
Rast proizvodnje aerosola za hranu je posljedica sljedećeg:
prednosti u odnosu na konvencionalne vrste ambalaže;
razvoj novih pogonskih goriva;
poboljšanje tehnologije punjenja.
Prednosti aerosol ambalaže za hranu:
Jednostavnost upotrebe;
ušteda vremena;
hrana se pakuje u stanju spremnom za jelo i oslobađa se iz pakovanja u uniformnom obliku;
nema curenja proizvoda;
vlaga se ne gubi niti prodire u ambalažu;
aroma se ne gubi;
proizvod se čuva sterilnim.
Sljedeći zahtjevi primjenjuju se na formulacije aerosola za hranu:
1. Pogon mora biti visoke čistoće, netoksičan, bez ukusa i mirisa. Trenutno se koriste ugljični dioksid, dušikov oksid, dušik, argon i freon C318.
2. Komprimovani gasovi, koji imaju vrlo ograničenu rastvorljivost u vodenim rastvorima, ne mogu učestvovati u stvaranju pene, a to je neophodno za šlag, ukrasne kreme, mousse i sl. Poželjno je sa ovim proizvodima koristiti freon C318, iako je je mnogo skuplji.
Tabela 18.4 Primjeri formulacija za različite prehrambene aerosole
| Sastojci uključeni u aerosole | Količina, % mase | |
| 1. Krema za snack sendviče | ||
| Svježi sir sa kajmakom | 50-60 | |
| 25-30 | ||
| Biljno ulje i aromatični aditivi | 6-10 | |
| Freon S318 | 7 | |
| 2. Šećerna glazura za završnu obradu konditorskih proizvoda | ||
| Šećer | 55-60 | |
| Voda | 15-25 | |
| Biljno ulje | ||
| teško | 9-14 | |
| tečnost | 3-5 | |
| Kuhinjska so | 0,1-0,3 | |
| Mikrokristalna celuloza | 1,0 | |
| Mirisi | 1-4 | |
| Emulgatori | 0,5-1 | |
| Freon S318 | 7 | |
| 3. Mousse | ||
| Med ili voćni sirup | 78-83 | |
| Voda | 7-9 | |
| Biljno ulje (čvrsto) | 3-5 | |
| Mikrokristalna celuloza | 1-2 | |
| Monogliceridi | 0,5-1 | |
| Sorbitol poliesteri | 0,05-1 | |
| Freon SZ18 | 7 | |
| Nastavak iz tabele 18.4 | ||
| Sastojci uključeni u aerosole | Količina, % mase | |
| 4. Dekorativni sos u obliku pjene | ||
| Senf (sitno mljeveni prah) | 0,94 | |
| Limunov sok | 4,72 | |
| Sirće | 9,44 | |
| Voda | 34 | |
| polisorbat 80 | 0,5 | |
| Smjesa za emulziju | 2,25 | |
| Mikrokristalna celuloza | 2,5 | |
| Aditivi - stabilizatori pene | 4,59 | |
| Freon C318 + dušikov oksid (P=8 atm) | 7 | |
| 5. Uljano-sirćetni preliv u obliku pjene | ||
| Voda | 11,80 | |
| Sol | 1,96 | |
| Šećer | 1,47 | |
| Sirće | 22,81 | |
| Maslinovo ulje | 61,75 | |
| polisorbat 80 | 0,10 | |
| Ulje od belog luka | 0,12 | |
| Ulje crnog bibera | 0,10 | |
| Freon S318 | 10,0 | |
| 6. Preliv za pečena zrna kukuruza | ||
| sol (extra) | 10,00 | |
| Biljno ulje | 58,97 | |
| Ostali aditivi za ulje | 0,03 | |
| Dye | 1,00 | |
| Freon-S318 | 10,00 | |
3. Upotreba freona daje još jednu prednost: tečni plinovi se uvode u formulacije proizvoda, koji se oslobađaju u obliku pjene, u količini ne većoj od 10% po težini, dok zauzimaju relativno malu zapreminu. To vam omogućava da u cilindar ubacite znatno više proizvoda - 90% zapremine cilindra (u pakovanjima sa komprimovanim gasom samo 50%) i garantuje potpuno oslobađanje proizvoda iz pakovanja.
4. Izbor pogonskog goriva diktira vrsta prehrambenog proizvoda i predviđeni oblik isporuke (krema, tečnost, pasta). Mješavine CO2 i azot-oksida visoke čistoće su se dobro pokazale. Za dobivanje pjene koriste se mješavine freona C318 s dušikovim oksidom. Krema za završnu obradu kolača upakovana u ovu smjesu stvara stabilnu pjenu koja dobro zadržava boju. Za sirupe, CO2 se smatra najprikladnijim pogonskim gorivom.
Kvalitet doziranja sadržaja iz cilindra ovisi o sljedećim faktorima:
Tehnologije pripreme proizvoda;
Stabilizator (mikrokristalna celuloza se široko koristi);
Ispravan izbor cilindra i ventila.
Za sok od cimeta i limuna razvijena je kontrolirana glava za raspršivanje koja može dozirati proizvode bilo u kapima ili u mlazu po želji. Za umjetne zaslađivače koriste se ventili za doziranje, jedna doza koju izdaju odgovara jednom komadu rezanog šećera itd.
AEROSOL TRANSPORT
Pneumatski transport ima široku primenu u industriji mlevenja brašna, žitarica i stočne hrane, što stvara uslove za uvođenje automatizacije, povećanje produktivnosti rada i smanjenje troškova. Međutim, upotreba pneumatskog transporta povezana je s velikim utroškom električne energije za kretanje velike količine zraka (1 kg zraka pomiče 5-6 kg rasutih materijala).
Progresivniji je transport aerosola, u kojem se zbog aeracije brašna na početku transporta i visokog pritiska vazduha postiže velika koncentracija materijala u struji vazduha. Prozračivanjem se razbija prianjanje između čestica brašna i ono dobija svojstvo tečnosti poput tečnosti; kao rezultat toga, 1 kg vazduha kreće do 200 kg brašna.
Instalacija za transport aerosola sastoji se od hranilice, kompresora, cjevovoda za materijal i istovarivača. Glavni element je hranilica, u kojoj se zrak miješa s materijalom i mješavini se daje početna brzina, čime se osigurava dovod materijala u cjevovod materijala.
Uvođenje aerosolnog transporta omogućava povećanje produktivnosti mlinova i smanjenje specifične potrošnje energije.
Aerosolni transport drži budućnost ne samo u mljevenju brašna, već iu drugim industrijama koje se odnose na upotrebu rasutih materijala i praha.
Aerosoli su mikroheterogeni sistemi u kojima su čvrste čestice ili tečne kapljice suspendovane u gasu (S/G ili L/G),
Prema agregatnom stanju dispergovane faze, aerosoli se dele na: maglu (L/G); dim, prašina (T/G); smog [(F+T)/G)].
Prema svojoj disperziji, aerosoli se dijele na: maglu, dim, prašinu.
Kao i drugi mikroheterogeni sistemi, aerosoli se mogu dobiti iz pravih rastvora (kondenzacione metode) ili iz grubo dispergovanih sistema (metode disperzije).
Kapljice vode u magli su uvijek sferne, dok čvrste čestice dima mogu imati različite oblike ovisno o porijeklu.
Zbog vrlo male veličine čestica dispergirane faze, imaju razvijenu površinu na kojoj se mogu aktivno odvijati adsorpcija, sagorijevanje i druge kemijske reakcije.
Molekularno-kinetička svojstva aerosola određena su:
niska koncentracija čestica dispergirane faze; niska viskoznost disperzijskog medija; niska gustina disperzione sredine.
Ovisno o veličini čestica dispergirane faze, mogu se ili brzo taložiti (pri r < 1 μm), ili se zalijepiti za zidove posude ili se zalijepiti (pri r < 0,01 μm). Najveću stabilnost imaju čestice srednjih veličina.
Aerosole karakteriziraju fenomeni termoforeze, termoprecipitacije i fotoforeze.
Optička svojstva aerosola su slična svojstvima liosola, ali je raspršivanje svjetlosti njima mnogo izraženije zbog velikih razlika u indeksima loma dispergirane faze i disperzijskog medija.
Specifičnost električnih svojstava aerosola je da se na česticama ne javlja EDL; naboj čestica je nasumičan i male veličine. Kada se čestice približavaju jedna drugoj, ne dolazi do elektrostatičkog odbijanja i dolazi do brze koagulacije.
Uništavanje aerosola je važan problem i vrši se sedimentacijom, koagulacijom, sakupljanjem prašine i drugim metodama.
Praškovi su visoko koncentrirani disperzni sistemi u kojima su disperzna faza čvrste čestice, a disperzioni medij vazduh ili drugi gas. Simbol: T/G.
U prahu su čestice dispergirane faze u kontaktu jedna s drugom. Tradicionalno, većina rasutih materijala se klasifikuje kao prah, međutim, u užem smislu, termin "praškovi" se primenjuje na visoko dispergovane sisteme sa veličinom čestica manjom od određene kritične vrednosti pri kojoj sile interakcije između čestica postaju srazmerne masi. od čestica. Najčešći su praškovi veličine čestica od 1 do 100 mikrona. Specifična međufazna površina takvih prahova varira od nekoliko m11.09.2011 (čađ) do frakcija m2/g (sitni pijesak).
Puderi se razlikuju od aerosola sa čvrstom disperznom fazom (također T/G) po mnogo većoj koncentraciji čvrstih čestica. Prašak se dobija iz aerosola sa čvrstom disperznom fazom tokom sedimentacije. Suspenzija (S/L) se takođe pretvara u prah kada se osuši. S druge strane, iz praha se mogu dobiti i aerosol i suspenzija.
KLASIFIKACIJA PUDROVA
1. Prema obliku čestica:
Ekviaksijalni (imaju približno iste dimenzije duž tri ose);
Vlaknaste (dužina čestica je mnogo veća od širine i debljine);
Ravne (dužina i širina su mnogo veće od debljine).
2. Prema interakciji između čestica:
Vezivno dispergovani (čestice su međusobno povezane, tj. sistem ima neku strukturu);
Slobodno raspršen (otpor na smicanje nastaje samo zbog trenja između čestica).
3. Klasifikacija prema veličini čestica dispergirane faze:
Pijesak (2≤10 -5 ≤ d ≤ 2∙10 -3) m;
Prašina (2∙10 -6 ≤ d ≤ 2∙10 -5) m;
Puder (d< 2∙10 -6) м.
METODE ZA DOBIJANJE PRAŠKA
Prahovi se, kao i svaki drugi dispergovani sistem, mogu dobiti dvema grupama metoda:
Na strani grubih sistema - metodama disperzije;
Što se tiče pravih rješenja - kondenzacijskim metodama.
Izbor metode ovisi o prirodi materijala, namjeni praha i ekonomskim faktorima.
METODE DISPERZIJE
Sirovine se usitnjavaju u valjkastim, kugličnim, vibracionim ili koloidnim mlinovima, nakon čega slijedi razdvajanje na frakcije, jer se kao rezultat mljevenja dobivaju polidisperzni prahovi (npr. brašno istog tipa može sadržavati čestice od 5 do 60 mikrona) .
Efikasna disperzija se može postići mlevenjem veoma koncentrisanih suspenzija.
Da bi se olakšala disperzija, koriste se reduktori tvrdoće, koji su surfaktanti. U skladu sa pravilom izjednačavanja polariteta, kada se adsorbuju na površini mlevene čvrste materije, smanjuju površinsku napetost, smanjujući potrošnju energije tokom disperzije i povećavajući disperziju prizemne faze.
U nekim slučajevima, materijal je prethodno obrađen prije disperzije. Tako se titan ili tantal zagrijavaju u atmosferi vodika, pretvaraju u hidride, koji se drobe i zagrijavaju u vakuumu - dobijaju se čisti metalni prahovi.
Prilikom proizvodnje praha u pahuljicama, koji su uključeni u boje i pirotehničke kompozicije, za mljevenje se koriste kuglični mlinovi. Kuglice spljoštite i kotrljajte čestice usitnjenog materijala.
U niskotemperaturnoj plazmi lučnog i visokofrekventnog pražnjenja dobijaju se prahovi sa sfernim česticama od vatrostalnih metala (volfram, molibden, niobij). Prolazeći kroz zonu plazme, čestice se tope i poprimaju sferni oblik, a zatim se hlade i skrućuju.
Tokom disperzije, hemijski sastav materijala se ne menja.
KONDENZACIONE METODE
Ove metode se mogu podijeliti u dvije grupe.
Prva grupa metoda je povezana sa taloženjem čestica usled koagulacije liofobnih solova. Kao rezultat isparavanja otopine ili djelomične zamjene otapala (smanjenje rastvorljivosti), nastaje suspenzija, a nakon njenog filtriranja i sušenja dobijaju se prahovi.
Druga grupa metoda je povezana sa hemijskim reakcijama (hemijska kondenzacija). Metode hemijske kondenzacije mogu se klasifikovati na osnovu tipa reakcije:
1. Reakcije razmjene između elektrolita. Na primjer, istaložena kreda (zubi u prahu) dobije se kao rezultat reakcije:
Na 2 CO 3 + CaC1 2 = CaCO 3 + 2 NaCl.
2. Oksidacija metala.
Na primjer, visoko dispergirani cink oksid, koji je glavna komponenta cink bijele boje, dobiva se oksidacijom cinkove pare zrakom na 300°C.
3. Oksidacija ugljovodonika.
Različite vrste čađi, koje se koriste u proizvodnji gume, plastike i tiskarske boje, nastaju sagorijevanjem plinovitih ili tekućih ugljikovodika u odsustvu kisika.
4. Redukcija metalnih oksida.
Redukcija prirodnim gasom, vodonikom ili čvrstim redukcionim agensima koristi se za proizvodnju visoko dispergovanih metalnih prahova.
I još mnogo toga, bez čega je sam život nezamisliv. Čitavo ljudsko tijelo je svijet čestica koje su u stalnom kretanju striktno prema određenim pravilima koja se pokoravaju ljudskoj fiziologiji. Koloidni sistemi organizama imaju niz bioloških svojstava koja karakterišu određeno koloidno stanje: 2.2 Koloidni sistem ćelija. Sa stanovišta koloidno-hemijske fiziologije...
Zamislimo tri horizontalna sloja A, B i C našeg gasnog stuba, sa slojem B koji se nalazi iznad A, a A iznad C. Uvek je moguće dobiti bilo koju količinu mešavine sastava A mešanjem određene zapremine iz sloja C sa zapreminom iz sloja B. Nasuprot tome, bilo koja količina mješavine sastava A može se podijeliti na dvije mješavine sastava B i C.
Ovo miješanje i razdvajanje dva plina također se može postići na reverzibilan način jačanjem horizontalnih cijevi u A, B i C. Kraj svake takve cijevi koja izlazi iz plinskog stupa zatvoren je klipom. Sada ćemo gurnuti klipove prema unutra u slojevima B i C, pomjerajući ih, recimo, s lijeva na desno, a u tački A, naprotiv, gurnut ćemo klip prema van, odnosno s desna na lijevo. Tada će u B i C neke mase gasa napustiti kolonu, au A, naprotiv, ući će neki volumen mješavine. Pretpostavit ćemo da svaka takva cijev sadrži određenu masu mješavine istog sastava kao i horizontalni sloj plinskog stupa s kojim ova cijev komunicira.
Vrijednosti će se tada odrediti iz jednačina
Iz toga slijedi
Podijelimo sada smjesu na neki reverzibilan način i izračunajmo utrošeni rad.
Uvedemo u A jediničnu zapreminu smeše, a iz B ćemo, shodno tome, izvesti zapremine
Ukupan rad utrošen u ovom procesu je jednak
Zamjenom vrijednosti ovdje vidimo da je ovaj rad jednak nuli.
Ovdje postoji neka suptilnost: mješavine B i u koju se smjesa A raspala su podignute na različite visine i tako dobile različitu potencijalnu energiju. Ali pošto je rad nula, a temperatura sistema konstantna, to je moguće samo ako je sistem dao ili primio određenu količinu toplote. Znajući promjenu potencijalne energije, naći ćemo količinu topline koja je prenesena sistemu, a time i promjenu entropije.
Prirast potencijalne energije će biti
ali je jednaka količini toplote koja je data sistemu, pa će povećanje entropije biti jednako
Za ovaj iznos, zbir entropija zapremine smeše B i zapremine smeše C je veći od entropije jedinične zapremine smeše A. Odavde možemo pronaći zapremine smeše B i C, zbir čija je entropija jednaka entropiji jedinične zapremine smeše A; Da bismo to uradili, dovodimo zapremine smeša B i C na reverzibilan izotermni način na zapremine i izjednačavamo zbir prirasta entropije obe smeše tokom ovog procesa sa izrazom (75), uzetom sa suprotnim predznakom.
Entropijski prirast za smjesu B će biti
Zamijenimo u jednačinu (76) izraz za pritiske u terminima gustoće
