Mischen von Gasen bei konstantem Volumen und konstanter Temperatur. Gasmischung

Technologie

24.11.202227.05.2017

Kapitel 9. Allgemeine Informationen zum Mischen von Gasen.

Ziele und Zielsetzungen des Kapitels:

Informieren Sie sich über die Brandschutzregeln beim Arbeiten mit Sauerstoff

Erfahren Sie mehr über die Regeln für den Umgang und die Arbeit mit Sauerstoff

Erfahren Sie mehr über die Anwendung der „40 %-Regel“

Erfahren Sie mehr über die verschiedenen Gasmischsysteme.

Neue Begriffe in diesem Kapitel.

Brennbares (brennbares) Dreieck

Sauerstoffverträgliches Schmiermittel

Adiabatische Erwärmung (Dieselverfahren)

Sauerstoffreinigung

40 %-Regel

Partialdruckmischen

Mischen mit konstantem Durchfluss

Absorption mit regelmäßiger Reinigung des Absorptionsmittels

Membrantrennung.

Als Taucher, der bei seinen Tauchgängen angereicherte Mischungen verwendet, sollten Sie in der Lage sein, diese Mischungen zu erhalten. Sie müssen nicht wissen, wie man Nitrox selbst zubereitet, Sie sollten jedoch ein Verständnis dafür haben, wie Nitrox zubereitet wird, und sich der Reinigungsanforderungen für Ihre Ausrüstung bewusst sein, wenn Sie Nitrox verwenden. In diesem Kapitel werden einige der häufig verwendeten Anreicherungsmethoden besprochen und ihre Vor- und Nachteile diskutiert. Das Gemisch, das Sie einatmen, muss den richtigen Sauerstoffgehalt haben.

1. Umgang und Arbeiten mit Sauerstoff.

Sauerstoff ist ein erstaunliches Gas. Er kann sowohl ein Freund als auch ein Feind sein. Beim Mischen von Gasen für den Tauchgebrauch muss der Bediener den geeigneten Sauerstoffgehalt des Hochdruckgemisches sicherstellen. Dies kann durch Mischen von reinem Sauerstoff mit Stickstoff oder Luft oder durch Entfernen eines Teils des Stickstoffs aus der Luft erfolgen. Das Hauptproblem beim Mischen von Hochdrucksauerstoff ist die Brandgefahr. Alles, was nicht vollständig oxidiert ist – was praktisch alles bedeutet – verbrennt unter hohem Sauerstoffdruck, wenn eine Zündquelle vorhanden ist. Beim Umgang mit Gemischen besteht ein gewisses Risiko, beim Umgang mit reinem komprimiertem Sauerstoff ist das Risiko jedoch viel größer. Ein Taucher, der angereicherte Gemische verwendet, muss nicht in der Lage sein, mit reinem Sauerstoff umzugehen, aber er sollte ein gewisses Verständnis für die damit verbundenen Risikofaktoren haben, da Sauerstoff verwendet wird, wenn die Aktivitäten des Tauchers komplexer und umfangreicher werden.

2. Entflammbares (feuergefährliches) Dreieck.

Um einen Brand zu verhindern, ist es notwendig zu wissen, welche Inhaltsstoffe einen Brand verursachen und aufrechterhalten. Diese Komponenten sind in der Abbildung dargestellt.

in Form des sogenannten „brennbaren oder feuergefährlichen Dreiecks“. Feuer ist eine schnelle chemische Reaktion zwischen Brennstoff und Sauerstoff (Oxidationsmittel), die nur in Gegenwart einer Zündquelle (Wärme) stattfinden kann. Oxidation kann ohne Entzündung ablaufen, wie zum Beispiel beim Rosten. Ein Brand entsteht, wenn eine Zündquelle (Wärme) vorhanden ist. Nach der Zündung wird bei der chemischen Reaktion der Verbrennung Energie (Wärme) freigesetzt, die die weitere Verbrennung unterstützt. Wenn wir einen der Bestandteile (Brennstoff, Sauerstoff, Zündquelle) entfernen, kann kein Brand entstehen. Wenn also nicht alle drei Komponenten gleichzeitig vorhanden sind, wird die Zündung verhindert. Wenn die Flamme bereits vorhanden ist, führt das Entfernen einer der Komponenten zum Erlöschen der Flamme. Dies sind die Grundlagen der Brandbekämpfungstheorie. Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass sich Feuer ausbreiten muss, um seine Existenz aufrechtzuerhalten. Manchmal kommt als weiterer Bestandteil des oben genannten „Dreiecks“ sogar der Wunsch hinzu, Feuer zu verbreiten.

3. Sauerstoff.

In den unten diskutierten Situationen ist Sauerstoff in Konzentrationen vorhanden, die höher sind als die Konzentration in der Luft. Das bedeutet, dass das Oxidationsmittel im „brennbaren Dreieck“ standardmäßig immer vorhanden ist und nicht aus dieser „Brandformel“ entfernt werden kann. Jeder weiß, dass Luftsauerstoff unter geeigneten Umständen aktiv an der Verbrennungsreaktion teilnehmen kann, daher sollte es nicht überraschen, dass eine höhere Konzentration davon das Risiko nur erhöhen kann. Darüber hinaus muss berücksichtigt werden, dass ein erhöhter Sauerstoffgehalt in der Luft einen verringerten Gehalt an Inertgas bedeutet. Aus diesem und anderen Gründen hängt die Intensität der Verbrennung nicht linear vom Sauerstoffanteil ab. Sie hängt sowohl vom prozentualen Anteil (Anteil) des Sauerstoffs im Gemisch als auch von dessen Partialdruck ab und nimmt mit einer Erhöhung dieser Parameter deutlich zu.

4. Kraftstoff.

In diesem Absatz werden wir über den im Gassystem verfügbaren Brennstoff sprechen, der die Verwendung von Gas zum Atmen ermöglicht. Bei hohen Sauerstoffdrücken kann im Brandfall das System selbst zum Brennstoff für eine chemische Reaktion werden, aber um ein Feuer zu entfachen, ist etwas leichter Entflammbares erforderlich. Es kann sich um einen separaten Teil des Systems, Lösungsmittel, Schmiermittel oder weiche Komponenten des Systems (Gummi, Kunststoff) handeln.

Einige in Gassystemen verfügbare Kraftstoffarten können unter normalen Bedingungen praktisch nicht brennbar und in sauerstoffangereicherten Umgebungen sehr brennbar sein. Zu diesen Arten von Kraftstoffen gehören Silikonfett, Silikonkautschuk, Neopren, Kompressorschmiermittel, Kunststoff- und Metallspäne und -grate, organische Stoffe und Materialien, Staub verschiedener Art und sogar Fett am Reifen. Die vielleicht gefährlichsten Kraftstoffe sind Schmierstoffe. Es gibt ein weit verbreitetes Missverständnis, dass Silikon (vielleicht wegen des exotischen Namens) sicher ist, wenn es mit Sauerstoff verwendet wird. Eigentlich ist es das nicht. Es gibt spezielle sauerstoffverträgliche Gleitmittel wie Christo-lube, Krytox, Halocarbon. Es sind diese Selbstschmiermittel, die in einer mit Sauerstoff angereicherten Umgebung verwendet werden sollten.

5. Zündung.

Einige Zündquellen sind offensichtlich, die meisten liegen jedoch außerhalb des Gassystems und werden hier nicht berücksichtigt. Die beiden Hauptzündquellen innerhalb eines Systems sind Reibung und Kompression des Gases beim Durchgang durch das System. Der Begriff „Reibung“ wird hier im allgemeinen Sinne verwendet: im Sinne der Anwesenheit von Partikeln im Gasstrom oder im Sinne der Bewegung des Gasstroms selbst und seiner Kollision mit den Ecken von Gasleitungen oder anderen Hindernissen . Ein anderes Phänomen – das gleiche, das die Erwärmung des Zylinders verursacht – kann ebenfalls einen Brand verursachen (sofern ausreichend Wärme freigesetzt wird). Dies ist der gleiche Effekt, der den Kraftstoff in einem Dieselmotor ohne Zündkerze entzündet. Dieser Effekt wird als „adiabatische Erwärmung (Dieselprozess)“ bezeichnet.

Das abrupte Öffnen und Schließen des Flaschenventils während der Gasverdichtung kann zu einem Temperaturanstieg bis hin zur Entzündung führen, und wenn sich Verunreinigungen im Gasstrom befinden, kann es zu einer Entzündung selbst kommen. Daher kommen bei den Kompressoren keine Schnellumschaltventile („Kugelhähne“) zum Einsatz.

6. Verwendung von Sauerstoffsystemen.

Der wichtige Punkt in diesem Kapitel ist, dass das Risiko beim Umgang mit Sauerstoff durch die Einhaltung bestimmter Regeln bei der Systemkonstruktion und -handhabung minimiert werden kann. Insbesondere ist es wichtig, scharfe Ecken und Schnellwechselventile zu vermeiden und entsprechende Materialien zu verwenden. Die zur Herstellung von Luftsystemen verwendeten Metalle eignen sich auch zur Herstellung von Sauerstoffsystemen. Die „weichen Teile“ wie Dichtungen, flexible Verbindungen und Membranen müssen durch sauerstoffverträgliche Teile ersetzt werden. In einigen Fällen ist das Hauptkriterium eine geringere Entflammbarkeit in Sauerstoff, in den meisten Fällen jedoch eine erhöhte Beständigkeit gegenüber Sauerstoff unter hohem Druck. Für den Umbau von Fluggeräten in Geräte für den Einsatz von Nitrox sind spezielle Bausätze erhältlich.

Insbesondere ist es notwendig, die Ausrüstung ordnungsgemäß zu reinigen und sauber zu halten, geeignete Schmiermittel zu verwenden, mit Gasen umzugehen, um keine Entzündung zu verursachen, und die Ventile langsam und gleichmäßig zu öffnen.

7. Reinigungsgeräte zur Verwendung mit Sauerstoff. Einige Überlegungen zur Reinigung von Geräten.

Das Konzept der „Sauerstoffreinigung“ sorgt in den Reihen der Sporttaucher für einige Verwirrung. Der Grund dafür ist, dass nicht ganz klar ist, ob Geräte für den Einsatz mit Gemischen mit 21 % bis 40 % Sauerstoff gereinigt werden müssen. Dieses Problem geht tiefer: Es gibt keine entwickelten und standardisierten Industrieverfahren für den Umgang mit Gemischen, die eine mittlere Sauerstoffmenge im Bereich von 21 % (Luft) bis 100 % (reiner Sauerstoff) enthalten. Es gibt lediglich Normen für den Umgang mit reinem Sauerstoff; Daher ist jedes Gemisch, das mehr als 21 % Sauerstoff enthält, im Sinne der geltenden Normen gleichbedeutend mit reinem Sauerstoff. Um alle Vorgänge gemäß den Industriestandards durchführen zu können, ist es daher notwendig, jede angereicherte Mischung als reinen Sauerstoff zu behandeln.

Die Compressed Gas Association (CGA), die National Fire Protection Association (NFPA), die NASA und eine Reihe anderer Organisationen empfehlen, Gase mit unterschiedlichen Konzentrationen als reinen Sauerstoff zu behandeln. Dies bedeutet nicht, dass sie irgendwelche Studien in diesem Konzentrationsbereich durchgeführt haben. Dies zeigt nur, dass es keine industriell entwickelten und akzeptierten Normen gibt und diese Organisationen lieber eine konservative Haltung einnehmen. Andererseits hat die US-Marine Verfahren entwickelt, die besagen, dass Gemische mit bis zu 40 % Sauerstoff zu Handhabungszwecken wie Luft behandelt werden können. Es wurden keine Testergebnisse veröffentlicht, die darauf hindeuten, dass diese Schlussfolgerung wahr ist. Dieser Ansatz wird jedoch seit vielen Jahren praktiziert und es liegen keine Berichte über Vorfälle im Zusammenhang mit diesem Problem vor. NOAA hat diesen Konzentrationsgrenzwert übernommen, wenn mit angereicherten Gemischen gearbeitet wird; Auch NAUI im Allgemeinen, jedoch mit einigen Einschränkungen.

Saubere Druckluft.

Eine weitere Verwirrung entsteht im Zusammenhang mit dem Begriff „saubere Luft“. Die verschiedenen „Grade“ der Atemgasreinheit, die von verschiedenen Verbänden und Organisationen (CGA, US Navy) verwendet werden, sind verwirrend, wenn es um die Reinheit angereicherter Gase geht. Die Normen erlauben einen gewissen Öldampf (Kohlenwasserstoffe) in der Druckluft (typischerweise 5 mg/m3). Diese Menge ist aus atemtechnischer Sicht ungefährlich, kann jedoch aus brandtechnischer Sicht gefährlich sein, wenn mit komprimiertem Sauerstoff gearbeitet wird.

Daher gibt es keine allgemein anerkannten und vereinbarten Abstufungen der Luftreinheit, die ihre Eignung für die Vermischung mit reinem Sauerstoff bestimmen. Die Gesetzgeber für Industriestandards haben vereinbart, dass der Kohlenwasserstoffgehalt in der Größenordnung von 0,1 mg/cu liegt. m kann für Luft als akzeptabel angesehen werden, die „weiter mit Sauerstoff vermischt werden muss“. Um Druckluft zu erzeugen, die diesen Anforderungen gerecht wird, sind in den letzten Jahren Filtersysteme (im Bild) verfügbar geworden. Kompressoren, die verhindern, dass Luft mit dem Schmierstoff in Kontakt kommt, leisten natürlich bessere Arbeit, sind aber deutlich teurer. Ein formalisierter Ansatz zur Sauerstoffreinigung.

Der Begriff „Sauerstoffreinigung“ klingt auch deshalb beängstigend, weil seine industrielle Umsetzung die Einhaltung recht strenger Verfahren erfordert. Diese regelmäßig durchgeführten Verfahren werden von der CGA und anderen Organisationen veröffentlicht. Sie dienen dazu, die Sicherheit beim Arbeiten mit komprimiertem Sauerstoff zu gewährleisten.

NAUI gibt an, dass alle Geräte, die für die Verwendung mit reinem Sauerstoff oder Gemischen mit mehr als 40 % Sauerstoff bei Drücken über 200 psi (ca. 13 atm) vorgesehen sind, sauerstoffverträglich und für die Verwendung mit Sauerstoff gereinigt sein müssen. Der Zylinder, die erste Stufe des Atemreglers und alle Schläuche müssen gereinigt werden. Einige Ausrüstungsgegenstände können mithilfe von Komponenten aus speziellen Bausätzen für die Verwendung mit diesen Mischungen umgerüstet werden.

8. Nicht formalisierter Ansatz zur Sauerstoffreinigung: „die 40 %-Regel“

Trotz des Fehlens formeller Tests wurde die sogenannte „40 %-Regel“ in der Tauchbranche recht erfolgreich angewendet und ihre Anwendung hat keine Probleme ergeben. Es kam zu zahlreichen Bränden in Tauchmischsystemen, die jedoch durch höhere Sauerstoffkonzentrationen verursacht wurden.

NAUI akzeptiert diese Regel, verlangt jedoch, dass die Ausrüstung mit Sauerstoff gereinigt wird und sauerstoffverträgliche Schmiermittel verwendet werden. Dieser Ansatz ist weniger streng als der formale, ist jedoch bei richtiger Umsetzung sehr effektiv. Die Reinigung muss von qualifiziertem Fachpersonal durchgeführt werden.

Das Gerät muss von allen sichtbaren Verschmutzungen und Fetten gereinigt und anschließend mit einer Bürste oder einer Ultraschallreinigung mit einem starken Reinigungsmittel in heißem Wasser gereinigt werden. Gute Flüssigreiniger für den Heimgebrauch wie Joy. Die Sauberkeit sollte nicht schlechter sein als die, die von Tellern und Silberbesteck erwartet wird. Nach dem Trocknen müssen die weichen Komponenten durch sauerstoffverträgliche ersetzt werden, anschließend wird das Gerät mit einem sauerstoffverträglichen Schmiermittel geschmiert.

Nach der Reinigung darf das Gerät nur für fette Gemische verwendet werden und darf nicht mit Druckluft betrieben werden, da es sonst erneut gereinigt werden muss.

9. Herstellung angereicherter Mischungen.

Das traditionelle Schema zum Aufbau eines Gasmischsystems basiert auf der Zugabe von Sauerstoff zur Luft auf die eine oder andere Weise. Kürzlich wurden zwei neue Methoden entwickelt und verfügbar gemacht, die die Luft auf andere Weise anreichern – durch die Entfernung von Stickstoff. In diesem Absatz werden 3 Methoden mit Sauerstoffzugabe betrachtet: Mischen nach Gewicht, Mischen von Partialdrücken, Mischen mit konstantem Durchfluss; und 2 Stickstoffentfernungsmethoden: Absorption mit periodischer Reinigung des Absorptionsmittels, Membrantrennung (Ballantyne und Delp, 1996).

Die Art des verwendeten Gasmischsystems ist für den Endverbraucher wichtig, da sie die Flaschenfüllvorgänge und den Bereich möglicher Sauerstoffkonzentrationen in der resultierenden Mischung bestimmt.

Gase nach Gewicht mischen.

Die einfachste und zuverlässigste Methode, Mischungen mit einer genauen Zusammensetzung zu erhalten, ist der Kauf von Fertigmischungen. Industriegasproduzenten mischen in der Regel reinen Sauerstoff und reinen Stickstoff anstelle von reinem Sauerstoff und Luft.

Die Gase werden nach Gewicht gemischt. Dies ermöglicht es, viele Anomalien im Verhalten von Gasen zu ignorieren, die durch ihre Abweichung vom Idealzustand verursacht werden, und liefert eine sehr genaue Gaszusammensetzung von Gemischen. Das Mischen kann in Flaschen, Dosen oder Tanks erfolgen. Es sind genaue Waagen erforderlich, die sehr teuer sind, da sie in der Lage sein müssen, kleine Änderungen bei großem Gewicht zu messen. Diese Methode zum Mischen von Gasen ist die genaueste und die resultierenden Gemische werden sorgfältig auf Übereinstimmung mit der tatsächlichen Zusammensetzung der angegebenen Gase analysiert. Bei der Formulierung solcher Gemische ist der Industriebetrieb gezwungen, reinen Sauerstoff zu verwenden, der Gemischhändler kann dies jedoch vermeiden. Dieses Verfahren ist ziemlich teuer und seine Kosten werden durch die Tatsache erhöht, dass die Behälter zur Lagerung der Mischungen dem Lieferanten der Mischungen gehören und daher vom Verkäufer der Mischungen gemietet werden.

Partialdrücke mischen.

Wie der Name der Methode schon sagt, basiert sie auf dem Verhältnis der Partialdrücke. Der Techniker füllt die Flasche mit einer vorgegebenen Menge Sauerstoff (die anhand des Drucks gemessen wird) und füllt sie dann mit hochreiner Luft auf, bis der gewünschte Enddruck erreicht ist. Sauerstoff wird zuerst gepumpt, wenn die Flasche noch leer ist, was die Brandgefahr des Verfahrens verringert, da keine Manipulation des Sauerstoffs bei vollem Druck der gefüllten Flasche erforderlich ist. Da reiner Sauerstoff verwendet wird, muss das gesamte System, einschließlich der zu füllenden Flasche, sauerstoffverträglich und gereinigt sein. Da der Druck temperaturabhängig ist und sich der Ballon beim Befüllen erwärmt, müssen Sie den Ballon entweder abkühlen lassen oder den Temperatureinfluss bei der Druckmessung berücksichtigen. Da die endgültige Einstellung der Zusammensetzung häufig nach dem endgültigen Abkühlen des Zylinders erfolgt, dauert der gesamte Prozess der Mischungsvorbereitung recht lange. Mit diesem Verfahren kann auch ein Behälter mit einer Mischung bekannter Zusammensetzung bis hin zu einer Mischung gleicher oder einer anderen definierten Zusammensetzung befüllt werden.

Ein Kompressor zum Mischen nach dieser Methode ist nicht erforderlich, wenn die Luft mit einem Druck zugeführt wird, der ausreicht, um Tauchflaschen ohne zusätzliche Kompression zu füllen. Um die Füllflaschenbank optimal auszunutzen, kommt die sogenannte „Kaskadentechnik“ zum Einsatz, die darin besteht, dass zuerst die Füllflasche mit dem niedrigsten Druck und dann die Flasche mit dem höchsten Druck verwendet wird verwendet, und so weiter. Manchmal wird die Methode selbst als „Kaskadenmischmethode“ bezeichnet.

Auch Kompressoren kommen bei dieser Methode häufig zum Einsatz. Sie dürfen keine Ölschmierung verwenden oder müssen hochreine Luft bereitstellen, die sich mit Sauerstoff vermischen lässt. Eine andere Möglichkeit, Luft in einen Zylinder zu pumpen, besteht darin, eine pneumatische Pumpe zu verwenden, die Luft in einer Reihe von Zylindern mit unterschiedlichen Durchmessern komprimiert, deren Kolben mit einer Nockenwelle verbunden sind. Feuer der beliebtesten Modelle - Haskel.

Das Partialdruckmischen ist bei Tauchzentren sehr beliebt, die viele verschiedene Mischungen in kleinen Mengen für verschiedene Freizeit- und technische Tauchzwecke herstellen, darunter auch Mischungen mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 40 %. In diesem Fall entfällt ein erheblicher Teil der Systemkosten auf ein hochpräzises Manometer. In diesem Fall ist der Einsatz einer pneumatischen Pumpe sehr effektiv. Diese Methode wird an abgelegenen Tauchplätzen eingesetzt. Da der Sauerstoff bei niedrigem Druck zugeführt wird, reinigen manche Techniker die Sauerstoffflaschen nicht. Diese Praxis sollte vermieden werden: Die Flasche sollte vor der Verwendung mit Sauerstoff immer gereinigt werden.

10. Mischen mit konstantem Durchfluss.

Diese Methode (auch Umgebungsluftbeladungsmethode genannt) wurde von der NOAA (1979, 1991) entwickelt und ist die benutzerfreundlichste Methode (Abb. 9-7). Bei dieser Methode wird Sauerstoff bei niedrigem Druck dem in den Kompressor eintretenden Einlassluftstrom zugesetzt, wobei ein hoher Grad an Öldampfentfernung erfolgt. Der Ausgangsstrom wird kontinuierlich auf seine Zusammensetzung analysiert und das Ergebnis dieser Analyse wird verwendet, um die Sauerstoffbeimischung zum Eingangsstrom entsprechend anzupassen. Der Auslassstrom kann beim Einstellen der Mischung die Reihe der Füllzylinder umgehen. Sobald die Mischung in die Füllzylinder gepumpt wurde, kann sie per Bypass oder mithilfe einer Luftpumpe in die Tauchflaschen überführt werden. In einer Anlage mit konstantem Durchfluss kann auch ein Absorptionssubsystem mit periodischer Reinigung des PSA-Absorptionsmittels als Sauerstoffquelle verwendet werden.

Es gibt eine weitere Klasse von Installationen mit konstantem Luftstrom, die einen Berufstaucher über einen Luftzufuhrschlauch mit Luft versorgen. Solche Anlagen verfügen über Mittel zur Überwachung der Konstanz der Gemischzusammensetzung – verschiedene Durchflussmesser und Regler. Ihr Ausgangsdruck liegt normalerweise im Bereich von weniger als 200 psi (13 atm).

11. Absorption mit regelmäßiger Reinigung des Absorptionsmittels (PSA).

Diese Methode basiert auf der Verwendung eines Materials namens „Molekularsieb“ – einem synthetischen porösen tonähnlichen Material, dessen Poren eine sehr große Oberfläche bieten. Diese Oberfläche adsorbiert Gase („adsorb“ bedeutet „an der Oberfläche absorbieren“). Stickstoff wird schneller adsorbiert als Sauerstoff, sodass die durch das Adsorptionsmittel strömende Luft sauerstoffreicher (genauer gesagt stickstoffärmer) wird. Es werden zwei Adsorptionsplatten verwendet, zwischen denen der Luftstrom umgeschaltet wird. Wenn der Strom auf eine Platte geleitet wird, adsorbiert er Stickstoff, die zweite Platte wird zu diesem Zeitpunkt von zuvor adsorbiertem Stickstoff befreit. Dann wechseln die Platten ihre Rollen.

Durch Änderung des Drucks und der Häufigkeit der Plattenreinigung ist es möglich, unterschiedliche Werte des Sauerstoffgehalts im Ausgangsgemisch zu erhalten. Der maximal erreichbare Sauerstoffgehalt beträgt 95 %, der Rest ist Argon. Argon verhält sich gegenüber dieser Art von Adsorptionsmittel fast wie Sauerstoff (d. h. es wird nicht adsorbiert), daher ist es im Auslassgemisch in fast demselben Verhältnis zu Sauerstoff enthalten wie in der Einlassluft. Dieses Argon hat keine Wirkung auf den Taucher.

Anlagen dieser Art benötigen keinen Sauerstoff unter hohem Druck, sind jedoch aufwendig und recht teuer in der Anschaffung und Wartung; Das Abwasser muss mit einem sauerstoffverträglichen, gereinigten Kompressor oder einer pneumatischen Pumpe (siehe Abbildung) in die Zylinder gepumpt werden.

12. Membrantrennung.

Diese Methode basiert auf der Verwendung einer Membran, die beim Durchströmen sauberer Luft Sauerstoffmoleküle besser durchlässt als Stickstoff. Dadurch wird das Austrittsgemisch mit Sauerstoff angereichert und die Sauerstoffkonzentration wird durch den Eintrittsstrom bestimmt. Der maximal erreichbare Wert des Sauerstoffgehalts in handelsüblichen Systemen liegt bei etwa 40 %. Die gleiche Technologie wird übrigens auch bei der Gewinnung von Helium und in einigen anderen Prozessen eingesetzt.

Ähnlich wie bei PSA-Geräten ist die Verwendung von Hochdrucksauerstoff nicht erforderlich. Das Abwasser muss mit einem sauerstoffverträglichen, gereinigten Kompressor oder einer Pneumatikpumpe in die Zylinder gepumpt werden. Membransysteme sind recht zuverlässig und erfordern keinen großen Wartungsaufwand, sofern die Reinheit des Einlassstroms ausreichend ist.

Gase Archiv

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Zusammenfassung der Dissertation

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Lassen Sie sie vermischen N chemisch nicht wechselwirkend untereinander Ideal Gase. Es wird davon ausgegangen, dass die anfänglichen thermodynamischen Parameter des Zustands aller Komponenten vor dem Mischen und die Mischbedingungen (Wechselwirkungsbedingungen mit der Umgebung) bekannt sind. Wollte finden Gleichgewicht Parameter des Zustands von Gasen nach dem Mischen.

Betrachten wir der Einfachheit halber zwei Fälle der Vermischung unter der Annahme, dass dieser Prozess stattfindet ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung .

2.1. Mischen bei W=Konst

In diesem Fall sind die Mischbedingungen so, dass das Volumen der resultierenden Mischung W cm ist gleich der Summe der Anfangsvolumina der Komponenten der Mischung W H ich:

(um nicht verwirrt zu sein W H i mit Teilbänden Wi, besprochen in Abschnitt 1.4.3.)

Bezeichnen:

P H ich- Anfangsdruck ich das Gas;

T H ich,t H i– Starttemperatur ich th Gas bzw. auf 0 ZU oder 0 MIT.

Weil das ganze System aus N Gase, wenn sie unter bestimmten Bedingungen gemischt werden W=Konst keine externe Arbeit verrichtet, dann können wir gemäß dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik für diesen Fall () schreiben:

Hier: U cm ist die innere Energie eines Gasgemisches mit einer Masse M cm Kilogramm

mit Temperatur T 0 K;

U H i- innere Energie ich-te Gasmasse m i Kilogramm

mit Anfangstemperatur T H ich .

Lassen Sie uns die Notation einführen:

u cm ist die spezifische innere Energie eines Gasgemisches bei einer bestimmten Temperatur T 0 K;

u H i – spezifische innere Energie ich-tes Gas mit Anfangstemperatur T H ich .

Dann nimmt Gleichung (2.1.1) die folgende Form an:

(2.1.2)

Bekanntlich für ein ideales Gas du=C v dT, woher, wenn man die innere Energie zählt 0 0 K kann geschrieben werden:

Hier: - Durchschnitt im Bereich 0 T 0 K isochore Massenwärmekapazität eines Gasgemisches;

Durchschnittlich in der Reichweite 0 T H i 0 K isochore Massenwärmekapazität ich das Gas.

Nachdem wir (2.1.3) in (2.1.2) eingesetzt haben, erhalten wir:

Aber gemäß Abschnitt 1.4.10 wird die wahre Massenwärmekapazität eines Gasgemisches in Form der Massenanteile der Komponenten ausgedrückt gi und ihre wahren Wärmekapazitäten wie folgt:

Ebenso der Durchschnitt im Bereich 0 T 0 K Die massenisochore Wärmekapazität eines Gasgemisches ist definiert als:

Wenn wir diesen Ausdruck in die linke Seite der Gleichung (2.1.4) einsetzen, erhalten wir:

woher (2.1.5)

Weil aus der Zustandsgleichung, dann nach Substitution m i In Gleichung (2.1.5) erhält man schließlich die Formel für die Temperatur des Gemisches N Gase:

Bekanntlich kann die Formel (2.1.6) daher in folgender Form geschrieben werden:

(Es sollte daran erinnert werden, dass das Produkt der Durchschnitt im Bereich 0- ist. T H i 0 KBackenzahn isochore Wärmekapazität ich tes Gas.)

In der Referenzliteratur werden für den Bereich häufig empirische Abhängigkeiten der Wärmekapazität von der Temperatur angegeben 0 t 0 С .

Nachdem wir (2.1.8) und (2.1.9) in Gleichung (2.1.2) eingesetzt haben, erhalten wir:

Ersetzen m i seinen Wert erhalten wir schließlich die Formel für die Temperatur des Gasgemisches in Grad Celsius :

ausdrücken R i Durch das Molekulargewicht erhalten wir eine weitere Formel:

Die Nenner der Formeln (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) und (2.1.11) enthalten die durchschnittlichen Wärmekapazitäten, für die die Gemischtemperatur als Obergrenze der Mittelung verwendet wird ( T oder T) bestimmt werden. Aus diesem Grund wird die Temperatur der Mischung gemäß diesen Formeln bestimmt Methode der sukzessiven Approximation .

2.1.1. Sonderfälle der Gasmischung bei W=Konst

Betrachten wir einige Sonderfälle der Formeln (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) und (2.1.11).

1. Lassen Sie Gase gemischt werden, in denen die Abhängigkeit des adiabatischen Exponenten besteht K i Die Temperatur kann vernachlässigt werden.

(In der Wirklichkeit ZU nimmt mit steigender Temperatur ab, weil

Wo s o r , A sind empirische positive Koeffizienten.

Für technische Berechnungen im Bereich von 0 bis 2000 0 С können Sie folgende Formeln verwenden:

a) für zweiatomige Gase ZU 1,40 - 0,50 10 -4 T;

b) für Verbrennungsprodukte ZU 1,35 - 0,55 10 -4 T.

Aus diesen Formeln ist ersichtlich, dass der Einfluss der Temperatur auf den adiabatischen Exponenten ZU macht sich erst bei Temperaturen in der Größenordnung von mehreren Hundert Grad Celsius bemerkbar.)

Wenn wir also davon ausgehen

dann nimmt die Formel (2.1.6) die folgende Form an:

Formel (2.1.12) kann als erste Näherung für die Formeln (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) und (2.1.11) verwendet werden.

2. Es seien Gase gemischt, in denen die molaren isochoren Wärmekapazitäten gleich sind und die Abhängigkeit dieser Wärmekapazitäten von der Temperatur vernachlässigt werden kann, d. h.:

Dann nimmt Gleichung (2.1.7) eine sehr einfache Form an:

Wenn die Gase gleiche molare isochore Wärmekapazitäten haben, dann gemäß der Mayer-Gleichung

Die molaren isobaren Wärmekapazitäten müssen einander gleich sein und folglich müssen auch die adiabatischen Exponenten gleich sein, d. h.

Unter dieser Bedingung geht Gleichung (2.1.12) in (2.1.13) über.

2.1.2. Druck nach dem Mischen von Gasen bei W=Konst

Der nach dem Mischen der Gase entstehende Druck kann entweder nach den Formeln des Absatzes 1.4.2 oder aus der Bedingung bestimmt werden:

R cm W cm = M cm R cm T= M cm T.

Die Lösung einer Vielzahl technischer Probleme erfordert häufig das Mischen verschiedener Gase (Flüssigkeiten) oder unterschiedlicher Mengen desselben Gases (Flüssigkeit) in unterschiedlichen thermodynamischen Zuständen. Zur Organisation von Verdrängungsvorgängen wurde eine ausreichend große Anzahl unterschiedlichster Mischgeräte und -apparate entwickelt.

Bei der thermodynamischen Analyse von Mischungsprozessen reduziert sich das Problem üblicherweise auf die Bestimmung der Zustandsparameter der Mischung aus den bekannten Zustandsparametern der anfänglichen Mischkomponenten.

Die Lösung dieses Problems wird je nach den Bedingungen, unter denen dieser Prozess durchgeführt wird, unterschiedlich ausfallen. Alle unter realen Bedingungen auftretenden Methoden zur Bildung von Gemischen aus Gasen oder Flüssigkeiten können in drei Gruppen eingeteilt werden: 1) der Prozess des Mischens in einem konstanten Volumen; 2) Inline-Mischprozess; 3) Mischen beim Füllen des Volumens.

Unter Mischvorgängen versteht man üblicherweise, dass sie ohne Wärmeaustausch zwischen dem Mischsystem und der Umgebung ablaufen, also adiabatisch ablaufen. Das Mischen bei vorhandener Wärmeübertragung kann in zwei Stufen unterteilt werden: adiabatisches Mischen ohne Wärmeübertragung und Wärmeaustausch der resultierenden Mischung mit der Umgebung.

Um die Schlussfolgerungen zu vereinfachen, betrachten wir die Mischung zweier realer Gase. Die gleichzeitige Vermischung von drei oder mehr Gasen kann mithilfe von Berechnungsformeln für zwei Gase durch sukzessive Zugabe einer neuen Komponente ermittelt werden.

Bei allen Vermischungen handelt es sich um irreversible Vorgänge, schon allein deshalb, weil die Zerlegung des Gemisches in seine Bestandteile notwendigerweise einen Arbeitsaufwand erfordert. Wie bei jedem irreversiblen Prozess kommt es beim Mischen zu einer Entropiezunahme S c des Systems und der entsprechende Verlust der Arbeitsfähigkeit (Exergie): De = T o.s S c, wo T o.c – Umgebungstemperatur.

Beim Mischen von Gasen mit unterschiedlichen Drücken und Temperaturen kommt es zu zusätzlichen Leistungseinbußen durch irreversible Wärmeübertragung zwischen den Mischgasen und durch die Nichtnutzung ihrer Druckdifferenz. Die Entropiezunahme beim Mischen erfolgt also sowohl durch die eigentliche Vermischung (Diffusion) von Gasen oder Flüssigkeiten unterschiedlicher Natur als auch durch den Temperatur- und Druckausgleich der vermischten Stoffe.

Erwägen Sie mögliche Mischmethoden.

2.1. Mischvorgänge bei konstantem Volumen

Lassen Sie ein wärmeisoliertes Gefäß mit Volumen V durch eine Trennwand in zwei Kammern unterteilt, von denen eine ein Gas (Flüssigkeit) mit Parametern enthält P 1 , u 1 , T 1 , U 1 , im anderen - ein anderes Gas (Flüssigkeit) mit Parametern P 2 , u 2 , T 2 , U 2, (Abb. 2.1).

P 1 , T 1 , u 1 ,

U 1 , M 1

P 2 , T 2 , u 2 ,

U 2 , M 2

P, T,du, U, M

Reis. 2.1. Schema des Mischvorgangs

in konstanter Lautstärke

Wir bezeichnen die Gasmasse in einem Kompartiment bzw. das Volumen dieses Kompartiments M 1 und V 1 und in einem anderen Fach - M 2 und V 2. Wenn die Trennwand entfernt wird, diffundiert jedes Gas durch das gesamte Volumen und das resultierende Volumen der Mischung wird offensichtlich gleich der Summe sein V = V 1 + V 2. Durch die Vermischung werden Druck, Temperatur und Dichte des Gases im gesamten Behältervolumen ausgeglichen. Bezeichnen wir die Werte der Parameter des Gaszustands nach dem Mischen P,du, T, U.

Gemäß dem Energieerhaltungssatz hat das resultierende Gasgemisch eine innere Energie, die der Summe der inneren Energien jedes Gases entspricht:

U = U 1 + U 2

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

Die spezifische innere Energie des Gases nach dem Mischen wird wie folgt bestimmt:

. (2.2)

Ebenso beträgt das spezifische Volumen der Mischung:

. (2.3)

Was die übrigen Gasparameter nach dem Mischen betrifft ( P, T, S), dann können sie für Gase und Flüssigkeiten nicht allgemein über die Werte der Parameter der Gemischkomponenten analytisch berechnet werden. Um sie zu bestimmen, verwenden Sie U, ein U-Diagramm mit Isobaren und Isothermen, oder U, T- ein Diagramm mit eingezeichneten Isochoren und Isobaren (zum Mischen desselben Gases) oder Tabellen mit thermodynamischen Eigenschaften von Gasen und Flüssigkeiten. Nachdem man mit Hilfe der Beziehungen (2.2) und (2.3) und u des Gases nach dem Mischen bestimmt hat, kann man es aus Diagrammen oder Tabellen ermitteln P, T, S.

Werte P, T Und S Gase nach dem Mischen können nur für ideale Gase direkt durch die bekannten Werte der Zustandsparameter der gemischten Anteile ausgedrückt werden. Bezeichnen wir den Durchschnittswert der Wärmekapazität des ersten Gases im Temperaturbereich mit T 1 zu T durch , und ein anderes Gas im Temperaturbereich von T 2 bis T durch
.

Angesichts dessen
;
;
Aus Ausdruck (2.2) erhalten wir:

T =
oder T =
, (2.4)

Wo G 1 und G 2 – Massenanteile der idealen Gase, aus denen die Mischung besteht.

Aus der Zustandsgleichung für ideale Gase folgt:

M 1 = ;M 2 = .

Nach Einsetzen der Massenwerte in (2.4) kann die Temperatur des Gasgemisches aus dem Ausdruck ermittelt werden

T =
. (2.5)

Der Druck einer Mischung idealer Gase ist definiert als die Summe der Partialdrücke der Komponenten der Gasmischung
, wo Partialdrücke Und werden mit der Clapeyron-Gleichung bestimmt.

Entropieinkrement S c-Systeme aus irreversiblem Mischen werden durch die Differenz zwischen den Summen der Entropie der in der Mischung enthaltenen Gase nach dem Mischen und den ursprünglichen Komponenten vor dem Mischen ermittelt:

S = S – (M 1 S 1 + M 2 S 2).

Für eine Mischung idealer Gase beim Mischen zweier Gase.

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 1ln T 1 – R ln P 1) + M 2 (C P 2ln T 2 – R ln P 2)]–

–M(R 1 G 1ln R 1 + R 2 G 2ln R 2),

Wo R ich ist der Volumenanteil der idealen Gase, aus denen die Mischung besteht;

R ist die Gaskonstante der Mischung, bestimmt durch die Gleichung:

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

Das Diagramm der Exergie und Anergie beim Mischen in einem konstanten Volumen ist in Abb. 1 dargestellt. 2.2.

Reis. 2.2. Diagramm von Exergie und Anergie bei

Mischen bei konstantem Volumen:
– Verlust spezifischer Exergie beim Mischen

2. Vermischung von Gasen und Dämpfen unterschiedlicher Temperatur.

So entstehen atmosphärische Nebel. Am häufigsten tritt Nebel bei klarem Wetter in der Nacht auf, wenn die Erdoberfläche, die intensiv Wärme abgibt, stark abgekühlt ist. Warme feuchte Luft kommt mit der abkühlenden Erde oder mit kalter Luft nahe ihrer Oberfläche in Kontakt und es bilden sich darin Flüssigkeitströpfchen. Das Gleiche geschieht, wenn sich die Fronten warmer und kalter Luft vermischen.

3. Kühlung eines dampfhaltigen Gasgemisches.

Dieser Fall lässt sich am Beispiel eines Wasserkochers veranschaulichen, in dem Wasser kocht. Aus dem Auslauf entweicht Wasserdampf, der unsichtbar ist, da er das Licht nicht streut. Außerdem kühlt der Wasserdampf schnell ab, das darin enthaltene Wasser kondensiert und bereits in geringer Entfernung vom Ausguss der Teekanne sehen wir eine milchige Wolke – einen Nebel, der durch die Fähigkeit zur Lichtstreuung sichtbar geworden ist. Ein ähnliches Phänomen lässt sich beobachten, wenn wir an einem frostigen Tag das Fenster öffnen. Ein stärkeres Aerosol entsteht, wenn in einer Bratpfanne gekochtes Öl im Raum ein Gas (Ölaerosol) erzeugt, das nur durch einen gut belüfteten Raum entfernt werden kann.

Darüber hinaus kann durch Gasreaktionen Kondensationsaerosol entstehen, das zur Bildung nichtflüchtiger Produkte führt:

Bei der Verbrennung von Brennstoff entstehen Rauchgase, deren Kondensation zur Entstehung von Ofenrauch führt;

Beim Verbrennen von Phosphor an der Luft entsteht weißer Rauch (P 2 O 5);

· wenn gasförmiges NH 3 und HC1 interagieren, entsteht Rauch MH 4 C1 (tv);

· Die Oxidation von Metallen in der Luft, die bei verschiedenen metallurgischen und chemischen Prozessen auftritt, geht mit der Bildung von Dämpfen einher, die aus Metalloxidpartikeln bestehen.

DISPERSIONSMETHODEN

Dispersionsaerosole entstehen beim Mahlen (Sprühen) von festen und flüssigen Körpern in einem gasförmigen Medium und beim Übergang pulverförmiger Stoffe in suspendierte Zustände unter Einwirkung von Luftströmen.

Das Versprühen von Feststoffen erfolgt in zwei Schritten:

Schleifen und dann sprühen. Die Überführung eines Stoffes in einen Aerosolzustand muss zum Zeitpunkt der Aerosolapplikation erfolgen, da im Gegensatz zu anderen dispergierten Systemen – Emulsionen, Suspensionen, Aerosole – nicht im Voraus hergestellt werden können. Im häuslichen Bereich ist fast die einzige Möglichkeit, flüssige und pulverförmige Aerosole zu erhalten, ein Gerät namens „Aerosolverpackung“ oder „Aerosoldose“. Der darin enthaltene Stoff wird unter Druck verpackt und mit verflüssigten oder komprimierten Gasen versprüht.

ALLGEMEINE EIGENSCHAFTEN VON AEROSOLEN

Die Eigenschaften von Aerosolen werden bestimmt durch:

Die Art der Substanzen der dispergierten Phase und des Dispersionsmediums;

Teil- und Massenkonzentration von Aerosolen;

Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung;

Die Form primärer (nicht aggregierter) Partikel;

Aerosolstruktur;

Teilchenladung.

Zur Charakterisierung der Konzentration von Aerosolen sowie anderen dispergierten Systemen werden Massenkonzentration und numerische (Teil-)Konzentration verwendet.

Massenkonzentration – die Masse aller suspendierten Partikel in einer Gasvolumeneinheit.

Numerische Konzentration – die Anzahl der Partikel pro Volumeneinheit des Aerosols. Egal wie hoch die numerische Konzentration zum Zeitpunkt der Aerosolbildung ist, nach wenigen Sekunden kann sie 10 3 Partikel/cm 3 nicht überschreiten.

AEROSOL-PARTIKELGRÖSSEN

Die Mindestpartikelgröße wird durch die Möglichkeit der Existenz eines Stoffes im Aggregatzustand bestimmt. Somit kann ein Wassermolekül weder ein Gas noch eine Flüssigkeit noch einen Feststoff bilden. Für die Phasenbildung sind Aggregate von mindestens 20–30 Molekülen erforderlich. Das kleinste Teilchen eines Feststoffs oder einer Flüssigkeit kann nicht kleiner als 1 · 10 -3 µm sein. Um ein Gas als kontinuierliches Medium zu betrachten, ist es notwendig, dass die Partikelgrößen viel größer sind als die freie Weglänge der Gasmoleküle. Die Obergrenze der Partikelgröße ist nicht streng definiert, aber Partikel, die größer als 100 Mikrometer sind, können nicht lange in der Luft schweben.

MOLEKULAR-KINETISCHE EIGENSCHAFTEN VON AEROSOLEN

Merkmale der molekularkinetischen Eigenschaften von Aerosolen sind zurückzuführen auf:

Eine geringe Konzentration an Partikeln der dispergierten Phase – wenn also 1 cm 3 Goldhydrosol 10 16 Partikel enthält, dann sind im gleichen Volumen Goldaerosol weniger als 10 7 Partikel enthalten;

Die niedrige Viskosität des Dispersionsmediums – Luft, daher der niedrige Reibungskoeffizient (B), der durch die Bewegung der Partikel entsteht;

Die geringe Dichte des Dispersionsmediums, daher ρ Teil » ρ Gas.

All dies führt dazu, dass die Bewegung von Partikeln in Aerosolen viel intensiver ist als in Lyosolen.

Betrachten wir den einfachsten Fall, wenn sich das Aerosol in einem geschlossenen Gefäß befindet (d. h. externe Luftströme sind ausgeschlossen) und die Partikel kugelförmig mit Radius r und Dichte p sind. Auf ein solches Teilchen wirken gleichzeitig die senkrecht nach unten gerichtete Schwerkraft und die Reibungskraft in die entgegengesetzte Richtung. Darüber hinaus befindet sich das Teilchen in einer Brownschen Bewegung, die zur Diffusion führt.

Um die Prozesse der Diffusion und Sedimentation in Aerosolen zu quantifizieren, kann man die Werte nutzen

spezifischer Diffusionsfluss i diff i

spezifischer Sedimentationsfluss i sed. .

Um herauszufinden, welche Strömung vorherrscht, betrachten Sie deren Verhältnis:

In diesem Ausdruck ist (p - p 0) » 0. Daher wird die Größe der Fraktion durch die Größe der Partikel bestimmt.

Wenn r > 1 μm, dann ist die Diffusion gleich, d. h. die Diffusion kann vernachlässigt werden – es kommt zu einer schnellen Sedimentation und die Partikel setzen sich am Boden des Gefäßes ab.

Wenn 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.

So verschwinden sowohl sehr kleine als auch sehr große Partikel schnell aus dem Aerosol: Erstere durch Anhaften an den Wänden oder Zusammenkleben, Letztere durch Absetzen am Boden. Partikel mittlerer Größe weisen die maximale Stabilität auf. Unabhängig davon, wie hoch die numerische Partikelkonzentration zum Zeitpunkt der Aerosolbildung ist, überschreitet sie nach einigen Sekunden nicht 10 3 Teile/cm 3 .

ELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN VON AEROSOLEN

Die elektrischen Eigenschaften von Aerosolpartikeln unterscheiden sich deutlich von den elektrischen Eigenschaften von Partikeln in Lyosol.

1. DES kommt auf Aerosolpartikeln nicht vor, da aufgrund der niedrigen Dielektrizitätskonstante des gasförmigen Mediums dort praktisch keine elektrolytische Dissoziation auftritt.

2. Die Ladung der Partikel entsteht hauptsächlich durch die wahllose Adsorption von Ionen, die in der Gasphase durch Gasionisation durch kosmische, ultraviolette oder radioaktive Strahlung entstehen.

3. Die Ladung von Teilchen ist zufällig und kann bei Teilchen gleicher Art und Größe sowohl in der Größe als auch im Vorzeichen unterschiedlich sein.

4. Die Ladung eines Teilchens ändert sich mit der Zeit sowohl in der Größe als auch im Vorzeichen.

5. Ohne spezifische Adsorption sind die Teilchenladungen sehr gering und übersteigen die elektrische Elementarladung in der Regel um nicht mehr als das Zehnfache.

6. Die spezifische Adsorption ist charakteristisch für Aerosole, deren Partikel von einem stark polaren Stoff gebildet werden, da in diesem Fall aufgrund der Oberflächenorientierung der Moleküle ein ausreichend großer Potentialsprung an der Grenzfläche auftritt. Beispielsweise liegt an der Grenzfläche von Wasser- oder Schneeaerosolen ein positives elektrisches Potential von etwa 250 mV vor.

Aus der Praxis ist bekannt, dass Aerosolpartikel von Metallen und deren Oxiden meist eine negative Ladung tragen (Zn, ZnO, MgO, Fe 2 0 3) und Aerosolpartikel von Nichtmetallen und deren Oxiden (SiO 2, P 2 O 5) sind positiv geladen. NaCl- und Stärkepartikel sind positiv geladen, während Mehlpartikel negative Ladungen tragen.

AGGREGATIVE STABILITÄT. KOAGULATION

Im Gegensatz zu anderen dispergierten Systemen gibt es bei Aerosolen keine Wechselwirkung zwischen der Oberfläche der Partikel und dem gasförmigen Medium, was bedeutet, dass es keine Kräfte gibt, die die Adhäsion der Partikel aneinander und an makroskopischen Körpern beim Aufprall verhindern. Somit sind Aerosole aggregiert instabile Systeme. Die Koagulation erfolgt in ihnen nach der Art der Schnellkoagulation, d. h. jede Kollision von Partikeln führt zu deren Zusammenkleben.

Die Koagulationsgeschwindigkeit nimmt mit zunehmender numerischer Konzentration des Aerosols schnell zu.

Unabhängig von der Anfangskonzentration des Aerosols befinden sich nach wenigen Minuten 10 8 -10 6 Partikel in 1 cm 3 (zum Vergleich: bei Lyosolen ~ 10 15 Partikel). Es handelt sich also um stark verdünnte Systeme.

Abhängigkeit der Gerinnungsrate vom Anstieg der Aerosolkonzentration
Anfängliche numerische Konzentration in 1 cm 3	Die Zeit, die benötigt wird, um die Aerosolkonzentration um das Zweifache zu reduzieren
	Bruchteile einer Sekunde
	15-30 s
	30 Minuten
	Einige Tage

VERFAHREN ZUR ZERSTÖRUNG VON AEROSOLEN

Trotz der Tatsache, dass Aerosole insgesamt instabil sind, ist das Problem ihrer Zerstörung sehr akut. Die Hauptprobleme, bei deren Lösung es notwendig wird, Aerosole zu zerstören:

Reinigung der atmosphärischen Luft von Industrieaerosolen;

Gewinnung wertvoller Produkte aus Industrierauch;

Künstliche Berieselung oder Zerstreuung von Wolken und Nebel.

Aerosole werden abgebaut

Streuung unter Einwirkung von Luftströmungen oder aufgrund gleicher Partikelladungen;

· Sedimentation;

Diffusion an die Gefäßwände

· Koagulation;

· Verdunstung von Partikeln der dispergierten Phase (bei Aerosolen flüchtiger Stoffe).

Von den Aufbereitungsanlagen ist der Schornstein die älteste. Sie versuchen, schädliche Aerosole so weit wie möglich in die Atmosphäre freizusetzen, da einige chemische Verbindungen, die unter dem Einfluss von Sonnenlicht in die Oberflächenschicht der Atmosphäre gelangen und durch verschiedene Reaktionen in weniger gefährliche Substanzen umgewandelt werden (im Norilsk-Bergbau). und Metallurgisches Kombinat, zum Beispiel hat ein Dreikanalrohr eine Höhe von 420 m).

Die derzeitige Konzentration der industriellen Produktion erfordert jedoch eine Vorbehandlung der Abgase. Zur Zerstörung von Aerosolen wurden viele Methoden entwickelt, jede davon besteht jedoch aus zwei Schritten:

Das erste ist das Einfangen dispergierter Partikel, ihre Trennung vom Gas,

Die zweite besteht darin, den Wiedereintritt von Partikeln in das gasförmige Medium zu verhindern. Dies ist auf das Problem der Adhäsion der eingeschlossenen Partikel und der Bildung einer starken Ablagerung aus ihnen zurückzuführen.

SPRAYDOSEN

Das Funktionsprinzip einer Aerosoldose besteht darin, dass das in der Verpackung befindliche Arzneimittel mit einer Evakuierungsflüssigkeit vermischt wird, deren gesättigter Dampfdruck in dem Temperaturbereich, in dem die Verpackung betrieben wird, höher ist als der Atmosphärendruck.

Die Mischung wird unter der Wirkung des gesättigten Dampfdrucks über der Flüssigkeit aus dem Zylinder ausgestoßen.

Es ist bekannt, dass der Sättigungsdampfdruck jeder stabilen Substanz nur von der Temperatur bestimmt wird und nicht vom Volumen abhängt. Daher bleibt während der gesamten Betriebszeit des Zylinders der Druck darin konstant, sodass die Partikelreichweite und der Winkel des Sprühkegels praktisch konstant bleiben.

Abhängig von der Art der Wechselwirkung des versprühten Stoffes mit der Evakuierungsflüssigkeit und seinem Aggregatzustand bestehen Systeme in Aerosolverpackungen aus einer unterschiedlichen Anzahl von Phasen. Bei gegenseitiger Löslichkeit der Komponenten entsteht eine homogene flüssige Lösung, in anderen Fällen eine Emulsion oder Suspension und schließlich ein heterogenes System, wenn das Arzneimittel und die Evakuierungsflüssigkeit ein makroskopisch heterogenes System bilden. Offensichtlich enthält die Aerosolpackung im ersten Fall ein Zweiphasensystem – Flüssigkeit und gesättigten Dampf. Bei der Freisetzung einer Emulsion oder Suspension in die Atmosphäre wird nur das Dispersionsmedium zerkleinert – die resultierenden Partikel haben im besten Fall die Abmessungen, die sie in der flüssigen Phase hatten.

Wenn sich das Medikament und die Evakuierungsflüssigkeit nicht oder nur begrenzt miteinander vermischen und eine der Flüssigkeiten in Form kleiner Tröpfchen in der anderen dispergiert ist, entstehen Emulsionen.

Die Art des Systems, das entsteht, wenn das Produkt aus der Verpackung in die Atmosphäre gelangt, hängt davon ab, welche der Flüssigkeiten die dispergierte Phase darstellt. Handelt es sich bei der dispergierten Phase um ein Präparat, so entsteht ein Aerosol. Handelt es sich bei der dispergierten Phase um eine evakuierende Flüssigkeit, entsteht Schaum. Die Größe der mit Aerosoldosen erhaltenen Partikel hängt von den physikalisch-chemischen Eigenschaften der Stoffe ab, aus denen das Präparat besteht, dem Verhältnis der Komponenten, den Konstruktionsmerkmalen der Dose und den Temperaturbedingungen ihres Betriebs.

Der Grad der Zerstreuung kann eingestellt werden: „durch Variation der Größe des Auslasses;

Durch Ändern des Drucks des gesättigten Dampfes der Evakuierungsflüssigkeit;

Durch Änderung des Mengenverhältnisses des Arzneimittels und des evakuierenden Mittels.

Stoffe evakuieren

Die wichtigste Hilfskomponente ist eine Substanz, die für die Freisetzung des Arzneimittels in die Atmosphäre und dessen anschließende Verteilung sorgt. Diese Stoffe nennt man Treibstoffe (lateinisch „pro-peilere“ – fahren). Der Treibstoff muss zwei Funktionen erfüllen:

Erzeugen Sie den nötigen Druck, um das Medikament freizusetzen.

Verteilen Sie das freigesetzte Produkt in der Atmosphäre. Als Treibmittel werden Freone und Druckgase verwendet. Freone sind Organofluorverbindungen der aliphatischen Reihe mit niedrigem Molekulargewicht.

Das folgende Freon-Bezeichnungssystem wird übernommen: Die letzte Ziffer (die Anzahl der Einheiten) bedeutet die Anzahl der Fluoratome im Molekül, die vorherige Ziffer (die Anzahl der Zehner) ist die um eins erhöhte Anzahl der Wasserstoffatome und die dritte ( die Zahl der Hunderter) ist die um eins reduzierte Zahl der Kohlenstoffatome. Beispiel: F-22 ist CHC1F 2 , F-114 ist C 2 C1 2 F 4 .

Stoffe, die aus Molekülen mit zyklischer Struktur bestehen, haben ebenfalls eine numerische Bezeichnung, allerdings wird den Zahlen der Buchstabe „C“ vorangestellt, zum Beispiel: C318 - C 4 F 8 (Octafluorcyclobutan).

Als Druckgase werden N 2, N 2 O, CO 2 usw. verwendet.

VORTEILE VON AEROSOLPACKUNGEN

1. Die Übertragung des Arzneimittels in einen fein dispergierten Zustand erfolgt aufgrund der potentiellen Energie des verflüssigten Treibmittels und erfordert keine Verwendung von Fremdgeräten.

2. Zur Erzeugung von Aerosolen sind keine Düsen erforderlich.

3. In einer Zeiteinheit kann eine erhebliche Menge eines Stoffes dispergiert werden, um Partikel kleiner Größe zu erhalten – bei Verwendung anderer Methoden wäre viel mehr Energie erforderlich.

4. Der Nebelmodus ist stabil: Die Größe der erhaltenen Partikel, ihre Flugreichweite und der Winkel an der Spitze des Kegels ändern sich während der gesamten Betriebsdauer kaum.

5. Sie können die Dosierung der versprühten Substanz im Voraus festlegen.

6. Sie können die Partikelgröße einstellen.

7. Der Polydispersitätsgrad des Aerosols ist gering.

8. Alle Partikel haben die gleiche chemische Zusammensetzung.

9. Die Sterilität der versprühten Präparate ist gewährleistet.

10. Das Medikament in der Verpackung kommt nicht mit Luftsauerstoff in Kontakt, was seine Stabilität gewährleistet.

11. Das selbstschließende Ventil eliminiert die Möglichkeit eines Verlusts durch Verschütten oder Verdunsten des nicht verwendeten Teils des Produkts.

12. Die Verpackung ist immer griffbereit.

13. Die Verpackung ist kompakt. Ermöglicht die Nutzung durch Einzelpersonen oder Gruppen.

Die ersten Aerosolverpackungen erschienen in den 80er Jahren. 20. Jahrhundert in Europa. Während des Zweiten Weltkriegs übernahmen die Vereinigten Staaten die Führung bei der Entwicklung. 1941 wurde eine Aerosolverpackung entwickelt – ein Insektizid, verpackt in einem Glasgefäß. Als Treibstoff diente Freon-12.

Im industriellen Maßstab begann die Produktion nach dem Zweiten Weltkrieg in den Vereinigten Staaten und dann in anderen Ländern der Welt.

PRAKTISCHE ANWENDUNGEN VON AEROSOLEN

Der weit verbreitete Einsatz von Aerosolen ist auf ihre hohe Effizienz zurückzuführen. Es ist bekannt, dass eine Vergrößerung der Oberfläche eines Stoffes mit einer Zunahme seiner Aktivität einhergeht. Eine kleine Menge einer Substanz, die in Form eines Aerosols versprüht wird, nimmt ein großes Volumen ein und weist eine hohe Reaktivität auf. Dies ist der Vorteil von Aerosolen gegenüber anderen dispergierten Systemen.

Aerosole werden verwendet:

In verschiedenen Technologiebereichen, einschließlich Militär und Raumfahrt;

In der Landwirtschaft; « im Gesundheitswesen;

In der Meteorologie; im Alltag usw.

In jüngster Zeit findet die Herstellung von Darreichungsformen in Form von Aerosolen in der pharmazeutischen Praxis breite Anwendung. Der Einsatz von Arzneimitteln in Form von Aerosolen ist dann sinnvoll, wenn eine Einwirkung des Arzneimittels auf große Flächen erforderlich ist (akute Atemwegserkrankungen, Verbrennungen etc.). Eine große Wirkung erzielen Darreichungsformen, die in ihrer Zusammensetzung flüssige filmbildende Substanzen enthalten. Wenn ein solches Medikament auf die betroffene Stelle gesprüht wird, wird diese mit einem dünnen, transparenten Film bedeckt, der den Verband ersetzt.

Lassen Sie uns näher auf die Verwendung von Aerosolverpackungen eingehen.

Derzeit gibt es mehr als 300 Produkttypen in Aerosolverpackungen.

Die erste Gruppe: Haushaltschemikalien.

Insektizide sind Präparate zur Vernichtung von Insekten.

Mittel gegen Motten.

Insektizide für Haustiere.

Mittel zum Schutz von Zimmerpflanzen sowie Obst- und Beerenkulturen vor Pilzkrankheiten und Schädlingen.

Lacke und Farben.

Lufterfrischer.

c Polier- und Reinigungsmittel.

Zweite Gruppe:

Parfüme und Kosmetika. « Haarpflegeprodukte (Lacke, Shampoos usw.).

Rasierschäume und -gele.

Cremes für Hände und Füße.

Öl für und gegen Sonnenbrand.

Deodorants.

Parfüms, Eau de Cologne, Eau de Toilette.

Dritte Gruppe: medizinische Aerosole.

Vierte Gruppe: technische Aerosole.

Schmieröle.

Korrosionsschutzbeschichtungen.

Schutzfolien. Trockenschmierstoffe.

Emulsionen zur Kühlung von Fräsern an Bohrmaschinen.

Fünfte Gruppe: Lebensmittelaerosole.

LEBENSMITTELAEROSOLE

Die ersten Lebensmittelbehälter erschienen 1947 in den USA. Sie enthielten Cremes zum Dekorieren von Kuchen und Gebäck und wurden nur von Restaurants verwendet, die sie zum Nachfüllen zurückgaben. Die Massenproduktion dieser Art von Aerosolverpackungen begann erst 1958.

Aerosol-Lebensmittelverpackungen lassen sich in drei Hauptgruppen einteilen:

Verpackungen, die eine Lagerung bei niedrigen Temperaturen erfordern;

Verpackung mit anschließender Wärmebehandlung;

Verpackung ohne weitere Wärmebehandlung.

In Aerosolverpackungen werden drei Arten von Lebensmitteln hergestellt: Cremes, Flüssigkeiten, Pasten. Salatdressings, Schmelzkäse, Säfte, Zimt, Mayonnaise, Tomatensaft, 30 % Schlagsahne usw. können Sie in Aerosolpackungen kaufen.

Der Anstieg der Produktion von Lebensmittelaerosolen lässt sich wie folgt erklären:

Vorteile gegenüber herkömmlichen Verpackungsarten;

Entwicklung neuer Treibstoffe;

Verbesserung der Abfülltechnik.

Vorteile der Lebensmittel-Aerosolverpackung:

Benutzerfreundlichkeit;

Zeit sparen;

Lebensmittel werden in verzehrfertigem Zustand verpackt und in homogener Form aus der Verpackung abgegeben;

kein Auslaufen von Produkten;

Feuchtigkeit geht nicht verloren und dringt nicht in die Verpackung ein;

Aroma geht nicht verloren;

Das Produkt wird steril gehalten.

An Lwerden folgende Anforderungen gestellt:

1. Treibstoffe müssen von hoher Reinheit, ungiftig, geschmacks- und geruchlos sein. Derzeit werden Kohlendioxid, Lachgas, Stickstoff, Argon und C318-Freon verwendet.

2. Komprimierte Gase, die in wässrigen Lösungen nur eine sehr begrenzte Löslichkeit aufweisen, können nicht an der Schaumbildung beteiligt sein, die für Schlagsahne, Dekorcremes, Mousse usw. erforderlich ist. Bei diesen Produkten wird vorzugsweise C318-Freon verwendet, obwohl dies der Fall ist ist viel teurer.

Tabelle 18.4 Beispielformulierungen verschiedener Lebensmittelaerosole

Aerosolbestandteile	Menge, % Masse
1. Schlagsahne für Snack-Sandwiches
Quark mit Sahne	50-60
	25-30
Pflanzenöl und aromatische Zusätze	6-10
Freon С318	7
2. Puderzucker zur Dekoration von Süßwaren
Zucker	55-60
Wasser	15-25
Pflanzenfett
solide	9-14
flüssig	3-5
Salz	0,1-0,3
Mikrokristalline Cellulose	1,0
Düfte	1-4
Emulgatoren	0,5-1
Freon С318	7
3. Mousse
Honig oder Fruchtsirup	78-83
Wasser	7-9
Pflanzenöl (fest)	3-5
Mikrokristalline Cellulose	1-2
Monoglyceride	0,5-1
Sorbit-Polyester	0,05-1
Freon SZ18	7
Fortsetzung der Tabelle 18.4
Aerosolbestandteile		Menge, % Masse
4. Dekorative Soße in Form von Schaum
Senf (fein gemahlenes Pulver)		0,94
Zitronensaft		4,72
Essig		9,44
Wasser		34
Polysorbat 80		0,5
emulgierende Mischung		2,25
Mikrokristalline Cellulose		2,5
Zusatzstoffe – Schaumstabilisatoren		4,59
Freon С318 + Lachgas (Р=8 atm)		7
5. Öl-Essig-Dressing in Schaumform
Wasser		11,80
Salz		1,96
Zucker		1,47
Essig		22,81
Olivenöl		61,75
Polysorbat 80		0,10
Knoblauchöl		0,12
schwarzes Pfefferöl		0,10
Freon С318		10,0
6. Dressing für geröstete Maiskörner
Salz (extra)		10,00
Pflanzenfett		58,97
Andere Ölzusätze		0,03
Farbstoff		1,00
Freon-S318		10,00

3. Die Verwendung von Freonen bietet einen weiteren Vorteil: In die Formulierungen von Produkten, die in Form von Schaum freigesetzt werden, werden verflüssigte Gase in einer Menge von nicht mehr als 10 Gew.-% eingebracht, während sie ein relativ kleines Volumen einnehmen. Dadurch können Sie deutlich mehr Produkte in die Flasche laden – 90 % des Fassungsvermögens der Flasche (bei Verpackungen mit Druckgas nur 50 %) – und die vollständige Freisetzung des Produkts aus der Verpackung gewährleisten.

4. Die Wahl des Treibmittels richtet sich nach der Art des Lebensmittelprodukts und der beabsichtigten Darreichungsform (Sahne, Flüssigkeit, Paste). Bewährt haben sich Mischungen aus hochreinem CO2 und Lachgas. Um Schaum zu erhalten, werden Mischungen aus C318-Freon mit Lachgas verwendet. Mit dieser Mischung gefüllte Kuchendekorationscreme ergibt einen stabilen Schaum, der die Farbe gut behält. Für Sirupe gilt CO2 als das am besten geeignete Treibmittel.

Die Qualität der Ausgabe des Inhalts aus der Flasche hängt von folgenden Faktoren ab:

Produktvorbereitungstechnologien;

Stabilisator (mikrokristalline Cellulose wird häufig verwendet);

Richtige Auswahl von Zylinder und Ventil.

Für Zimt und Zitronensaft wurde ein steuerbarer Sprühkopf entwickelt, der Produkte je nach Wunsch entweder in Tropfenform oder in Strahlform abgeben kann. Für künstliche Süßstoffe werden Dosierventile verwendet, eine von ihnen abgegebene Dosis entspricht einem Stück Sägezucker usw.

AEROSOL-TRANSPORT

Der pneumatische Transport wird häufig in der Mehlmahl-, Getreide- und Futtermittelindustrie eingesetzt, was die Voraussetzungen für die Einführung von Automatisierung schafft, die Arbeitsproduktivität erhöht und die Kosten senkt. Allerdings ist der Einsatz der pneumatischen Förderung mit einem hohen Stromaufwand verbunden, um ein großes Luftvolumen zu bewegen (1 kg Luft bewegt 5-6 kg Schüttgut).

Fortschrittlicher ist der Aerosoltransport, bei dem durch die Belüftung des Mehls zu Beginn des Transports und den hohen Luftdruck eine hohe Materialkonzentration im Luftstrom erreicht wird. Durch die Belüftung wird die Adhäsion zwischen Mehlpartikeln aufgehoben und es erhält die Eigenschaft der Fließfähigkeit, wie eine Flüssigkeit, wodurch 1 kg Luft bis zu 200 kg Mehl bewegt.

Die Aerosoltransportanlage besteht aus einem Zubringer, einem Kompressor, einer Materialleitung und einem Entlader. Das Hauptelement ist der Zubringer, in dem Luft mit dem Material vermischt wird und dem Gemisch eine Anfangsgeschwindigkeit verliehen wird, die seine Zuführung zur Materialleitung sicherstellt.

Durch die Einführung des Aerosoltransports ist es möglich, die Produktivität von Mühlen zu steigern und den spezifischen Stromverbrauch zu senken.

Der Aerosoltransport ist nicht nur in der Getreidemühle die Zukunft, sondern auch in anderen Branchen, die mit der Verwendung von Schüttgütern und Pulvern verbunden sind.

Aerosole sind mikroheterogene Systeme, in denen feste Partikel oder Flüssigkeitströpfchen in einem Gas (S/G oder L/G) suspendiert sind.

Je nach Aggregatzustand der dispergierten Phase werden Aerosole unterteilt in: Nebel (F/G); Rauch, Staub (T/G); Smog [(W+T)/G)].

Aerosole sind je nach Ausbreitung: Nebel, Rauch, Staub.

Wie andere mikroheterogene Systeme können Aerosole aus echten Lösungen (Kondensationsverfahren) oder aus groben Systemen (Dispersionsverfahren) gewonnen werden.

Wassertröpfchen in Nebeln sind immer kugelförmig und partikulärer Rauch kann je nach Herkunft unterschiedliche Formen haben.

Aufgrund der sehr geringen Größe der Partikel der dispergierten Phase verfügen sie über eine entwickelte Oberfläche, auf der Adsorption, Verbrennung und andere chemische Reaktionen aktiv ablaufen können.

Die molekularkinetischen Eigenschaften von Aerosolen sind zurückzuführen auf:

geringe Konzentration an Partikeln der dispergierten Phase; niedrige Viskosität des Dispersionsmediums; geringe Dichte des Dispersionsmediums.

Abhängig von der Größe der Partikel der dispergierten Phase können diese entweder schnell sedimentieren (bei r » 1 µm) oder an den Gefäßwänden haften bzw. zusammenkleben (bei r » 0,01 µm). Partikel mittlerer Größe weisen die größte Stabilität auf.

Aerosole zeichnen sich durch die Phänomene Thermophorese, Thermopräzipitation und Photophorese aus.

Die optischen Eigenschaften von Aerosolen ähneln denen von Lyosolen; allerdings ist die Lichtstreuung durch sie aufgrund großer Unterschiede in den Brechungsindizes der dispergierten Phase und des Dispersionsmediums viel ausgeprägter.

Die Besonderheit der elektrischen Eigenschaften von Aerosolen besteht darin, dass DES nicht auf den Partikeln auftritt, die Ladung der Partikel zufällig und von geringer Größe ist. Wenn sich Partikel einander nähern, kommt es zu keiner elektrostatischen Abstoßung und es kommt zu einer schnellen Koagulation.

Die Zerstörung von Aerosolen ist ein wichtiges Problem und erfolgt durch Sedimentation, Koagulation, Staubabscheidung und andere Methoden.

Pulver sind hochkonzentrierte Dispersionssysteme, bei denen die dispergierte Phase aus festen Partikeln besteht und das Dispersionsmedium Luft oder ein anderes Gas ist. Symbol: T/G.

Bei Pulvern stehen die Partikel der dispergierten Phase miteinander in Kontakt. Herkömmlicherweise werden die meisten Schüttgüter als Pulver bezeichnet. Im engeren Sinne wird der Begriff „Pulver“ jedoch für hochdisperse Systeme verwendet, deren Partikelgröße kleiner als ein bestimmter kritischer Wert ist, bei dem die Kräfte der Wechselwirkung zwischen den Partikeln dem entsprechenden Wert entsprechen Masse der Teilchen. Am gebräuchlichsten sind Pulver mit Partikelgrößen von 1 bis 100 Mikrometer. Die spezifische Grenzflächenoberfläche solcher Pulver variiert von mehreren Monaten (Ruß) bis zu Bruchteilen von m2/g (Feinsande).

Pulver unterscheiden sich von Aerosolen mit fester disperser Phase (auch T/G) durch eine deutlich höhere Konzentration an Feststoffpartikeln. Das Pulver wird aus einem Aerosol mit einer festen dispergierten Phase während seiner Sedimentation gewonnen. Auch beim Trocknen wird die Suspension (S/L) zu Pulver. Andererseits kann aus einem Pulver sowohl ein Aerosol als auch eine Suspension hergestellt werden.

PULVERKLASSIFIZIERUNG

1. Entsprechend der Form der Partikel:

Äquiaxial (entlang drei Achsen ungefähr die gleichen Abmessungen haben);

Faserig (die Länge der Partikel ist viel größer als die Breite und Dicke);

Flach (Länge und Breite sind viel größer als die Dicke).

2. Durch interpartikuläre Wechselwirkung:

Verbunden dispergiert (Teilchen sind miteinander verbunden, d. h. das System hat eine bestimmte Struktur);

Frei dispergiert (Scherwiderstand beruht nur auf der Reibung zwischen den Partikeln).

3. Klassifizierung nach Partikelgröße der dispergierten Phase:

Sand (2≤10 -5 ≤ d ≤ 2∙10 -3) m;

Staub (2∙10 -6 ≤ d ≤ 2∙10 -5) m;

Pulver (gest< 2∙10 -6) м.

VERFAHREN ZUR GEWINNUNG VON PULVER

Pulver können, wie jedes andere Dispersionssystem auch, durch zwei Methodengruppen gewonnen werden:

Seitens grobdisperser Systeme – durch Dispersionsverfahren;

Von der Seite echter Lösungen – durch Kondensationsmethoden.

Die Wahl der Methode hängt von der Art des Materials, dem Verwendungszweck des Pulvers und wirtschaftlichen Faktoren ab.

DISPERSIONSMETHODEN

Rohstoffe werden auf Walzen-, Kugel-, Vibrations- oder Kolloidmühlen zerkleinert und anschließend in Fraktionen getrennt, da durch das Mahlen polydisperse Pulver entstehen (z. B. kann Mehl gleicher Qualität Partikel von 5 bis 60 Mikrometer enthalten).

Eine effiziente Dispergierung kann durch Mahlen hochkonzentrierter Suspensionen erreicht werden.

Um die Dispergierung zu erleichtern, werden Härtereduzierer eingesetzt, bei denen es sich um Tenside handelt. Gemäß der Regel des Polaritätsausgleichs reduzieren sie durch Adsorption an der Oberfläche des gemahlenen Feststoffs die Oberflächenspannung, reduzieren den Energieverbrauch bei der Dispergierung und erhöhen die Feinheit der gemahlenen Phase.

In einigen Fällen wird vor der Dispergierung eine Vorbehandlung des Materials durchgeführt. So wird Titan oder Tantal in einer Wasserstoffatmosphäre erhitzt und in Hydride umgewandelt, die zerkleinert und im Vakuum erhitzt werden – es entstehen reine Metallpulver.

Bei der Gewinnung von Flockenpulvern, die Bestandteil von Farben und pyrotechnischen Zusammensetzungen sind, werden Kugelmühlen zum Mahlen verwendet. Die Kugeln glätten und rollen die Partikel des zerkleinerten Materials.

Pulver mit kugelförmigen Partikeln aus hochschmelzenden Metallen (Wolfram, Molybdän, Niob) werden im Niedertemperaturplasma eines Lichtbogens und einer Hochfrequenzentladung gewonnen. Beim Durchlaufen der Plasmazone schmelzen die Partikel und nehmen eine Kugelform an, kühlen dann ab und erstarren.

Während der Dispergierung ändert sich die chemische Zusammensetzung des Materials nicht.

KONDENSATIONSMETHODEN

Diese Methoden lassen sich in zwei Gruppen einteilen.

Die erste Gruppe von Methoden ist mit der Ablagerung von Partikeln aufgrund der Koagulation lyophober Sole verbunden. Durch Verdunstung der Lösung oder teilweisen Ersatz des Lösungsmittels (Verringerung der Löslichkeit) entsteht eine Suspension, aus der nach dem Filtrieren und Trocknen Pulver erhalten werden.

Die zweite Gruppe von Methoden ist mit chemischen Reaktionen (chemische Kondensation) verbunden. Chemische Kondensationsverfahren können nach der Art der verwendeten Reaktion klassifiziert werden:

1. Austauschreaktionen zwischen Elektrolyten. Als Ergebnis der Reaktion entsteht beispielsweise ausgefällte Kreide (Zahnpulver):

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

2. Oxidation von Metallen.

Beispielsweise wird hochdisperses Zinkoxid, das den Hauptbestandteil von Zinkoxid darstellt, durch Oxidation von Zinkdampf mit Luft bei 300 °C gewonnen.

3. Oxidation von Kohlenwasserstoffen.

Verschiedene Arten von Ruß, der bei der Herstellung von Gummi, Kunststoffen und Druckfarben verwendet wird, werden durch die Verbrennung von gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen unter Sauerstoffmangel gewonnen.

4. Rückgewinnung von Metalloxiden.

Durch Reduktion mit Erdgas, Wasserstoff oder festen Reduktionsmitteln werden hochdisperse Metallpulver hergestellt.

Und noch viel mehr, ohne das das Leben selbst undenkbar ist. Der gesamte menschliche Körper ist eine Welt aus Teilchen, die sich streng nach bestimmten Regeln der menschlichen Physiologie in ständiger Bewegung befinden. Kolloidale Systeme von Organismen verfügen über eine Reihe biologischer Eigenschaften, die einen bestimmten kolloidalen Zustand charakterisieren: 2.2 Kolloidales Zellsystem. Aus Sicht der kolloidchemischen Physiologie...

Stellen wir uns drei horizontale Schichten A, B und C unserer Gassäule vor, wobei Schicht B über A und A über C liegt. Es ist immer möglich, eine beliebige Menge einer Mischung der Zusammensetzung A zu erhalten, indem man etwas Volumen aus Schicht C mit a mischt Volumen aus Schicht B. Umgekehrt kann jede Menge einer Mischung der Zusammensetzung A in zwei Mischungen der Zusammensetzung B und C zerlegt werden.

Diese Vermischung und Trennung der beiden Gase kann auch reversibel erfolgen, indem die horizontalen Rohre in A, B und C verstärkt werden. Das Ende jedes dieser Rohre, das aus der Gassäule nach außen austritt, ist durch einen Kolben verschlossen. Wir werden nun die Kolben in den Schichten B und C nach innen drücken und sie beispielsweise von links nach rechts bewegen, und im Punkt A hingegen werden wir den Kolben herausdrücken, also von rechts nach links. Dann verlassen in B und C einige Gasmassen die Säule, und im Gegenteil, ein Teil des Gemischvolumens gelangt in A. Wir gehen davon aus, dass jedes dieser Rohre eine bestimmte Masse einer Mischung derselben Zusammensetzung enthält wie die horizontale Schicht der Gassäule, mit der dieses Rohr kommuniziert.

Aus den Gleichungen werden dann die Werte ermittelt

Daraus folgt daraus

Wir teilen nun die Mischung auf eine reversible Weise auf und berechnen die aufgewendete Arbeit.

Wir führen in A das Einheitsvolumen der Mischung ein und aus B bzw. leiten wir die Volumina ab

Die in diesem Prozess geleistete Gesamtarbeit beträgt

Wenn wir hier die Werte ersetzen, sehen wir, dass diese Arbeit gleich Null ist.

Hier gibt es eine gewisse Feinheit: Mischungen B und in die Mischung A zerfiel, werden auf unterschiedliche Höhen angehoben und erhalten dadurch unterschiedliche potentielle Energien. Da aber die Arbeit Null ist und die Temperatur des Systems konstant ist, ist dies nur möglich, wenn das System eine bestimmte Wärmemenge abgegeben oder aufgenommen hat. Wenn wir die Änderung der potentiellen Energie kennen, ermitteln wir die an das System übertragene Wärmemenge und damit die Änderung der Entropie.

Der Zuwachs an potentieller Energie wird sein

aber sie ist gleich der dem System zugeführten Wärmemenge, sodass die Entropiezunahme gleich ist

Durch einen solchen Wert ist die Summe der Entropien des Volumens der Mischung B und des Volumens der Mischung C größer als die Entropie einer Volumeneinheit der Mischung A. Von hier aus kann man die Volumina der Mischungen B und ermitteln C, deren Summe der Entropien gleich der Entropie einer Volumeneinheit der Mischung A ist; Dazu bringen wir die Volumina der Mischungen B und C auf reversible isotherme Weise in Volumina um und setzen die Summe der Entropieinkremente beider Mischungen in diesem Prozess mit dem umgekehrten Vorzeichen dem Ausdruck (75) gleich.

Der Entropiezuwachs für Mischung B beträgt