Κεφάλαιο 9. Γενικές πληροφορίες για την ανάμιξη αερίων.
Στόχοι και στόχοι του κεφαλαίου:
Μάθετε για τους κανόνες πυρασφάλειας όταν εργάζεστε με οξυγόνο
Μάθετε για τους κανόνες χειρισμού και εργασίας με οξυγόνο
Μάθετε για την εφαρμογή του κανόνα "40%"
Μάθετε για διάφορα συστήματα ανάμειξης αερίων.
Νέοι όροι σε αυτό το κεφάλαιο.
Εύφλεκτο (πυρκαγιά) τρίγωνο
Γράσο συμβατό με οξυγόνο
Αδιαβατική θέρμανση (διεργασία ντίζελ)
Καθαρισμός με οξυγόνο
Κανόνας 40%.
Ανάμιξη μερικών πιέσεων
Ανάμιξη σταθερής ροής
Απορρόφηση με περιοδικό καθαρισμό του απορροφητικού
Διαχωρισμός μεμβράνης.
Ως δύτης που χρησιμοποιεί εμπλουτισμένα μείγματα στις καταδύσεις σας, πρέπει να μπορείτε να αποκτήσετε αυτά τα μείγματα. Δεν χρειάζεται να ξέρετε πώς να παρασκευάζετε μόνοι σας το nitrox, ωστόσο, θα πρέπει να έχετε κατανόηση του τρόπου παρασκευής του και των απαιτήσεων καθαρισμού του εξοπλισμού σας που επιβάλλει το nitrox. Μερικές από τις κοινώς χρησιμοποιούμενες μεθόδους για την παραγωγή ενισχυμένων μειγμάτων εξετάζονται σε αυτό το κεφάλαιο και συζητούνται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους. Το μείγμα που αναπνέετε πρέπει να έχει την κατάλληλη περιεκτικότητα σε οξυγόνο.
1. Χειρισμός και εργασία με οξυγόνο.
Το οξυγόνο είναι ένα καταπληκτικό αέριο. Μπορεί να είναι και φίλος και εχθρός. Κατά την ανάμειξη αερίων για χρήση κατάδυσης, ο χειριστής πρέπει να λάβει την κατάλληλη περιεκτικότητα σε οξυγόνο στο μείγμα υψηλής πίεσης. Αυτό μπορεί να γίνει με την ανάμειξη καθαρού οξυγόνου με άζωτο ή αέρα, ή με την αφαίρεση μέρους του αζώτου από τον αέρα. Το κύριο πρόβλημα με την ανάμειξη οξυγόνου υψηλής πίεσης είναι ο κίνδυνος πυρκαγιάς. Οτιδήποτε δεν έχει οξειδωθεί πλήρως - και αυτό σημαίνει πρακτικά τα πάντα - θα καεί σε οξυγόνο υψηλής πίεσης εάν υπάρχει πηγή ανάφλεξης. Υπάρχει κάποιος κίνδυνος κατά το χειρισμό μειγμάτων, αλλά ο χειρισμός καθαρού συμπιεσμένου οξυγόνου ενέχει πολύ μεγαλύτερο κίνδυνο. Ένας δύτης που χρησιμοποιεί εμπλουτισμένα μείγματα δεν χρειάζεται να είναι ικανός στο χειρισμό καθαρού οξυγόνου, αλλά θα πρέπει να έχει κάποια κατανόηση των σχετικών κινδύνων καθώς χρησιμοποιείται οξυγόνο καθώς οι δραστηριότητες του δύτη γίνονται πιο περίπλοκες και εκτεταμένες.
2. Εύφλεκτο (πυρκαγιά) τρίγωνο.
Για να αποτρέψετε μια πυρκαγιά, πρέπει να γνωρίζετε ποια εξαρτήματα προκαλούν και υποστηρίζουν μια πυρκαγιά. Αυτά τα εξαρτήματα φαίνονται στο σχήμα
με τη μορφή ενός λεγόμενου «εύφλεκτου ή επικίνδυνου τριγώνου». Η φωτιά είναι μια ταχεία χημική αντίδραση μεταξύ καυσίμου και οξυγόνου (οξειδωτικό) που μπορεί να συμβεί μόνο εάν υπάρχει πηγή ανάφλεξης (θερμότητα). Η οξείδωση μπορεί να συμβεί χωρίς καύση, όπως, για παράδειγμα, κατά τη διαδικασία σκουριάς. Πυρκαγιά εμφανίζεται όταν υπάρχει πηγή ανάφλεξης (θερμότητα). Μετά την ανάφλεξη, μια αντίδραση χημικής καύσης απελευθερώνει ενέργεια (θερμότητα), η οποία υποστηρίζει περαιτέρω καύση. Εάν αφαιρέσουμε ένα από τα εξαρτήματα (καύσιμο, οξυγόνο, πηγή ανάφλεξης), δεν μπορεί να προκληθεί πυρκαγιά. Εάν, επομένως, δεν υπάρχουν και τα τρία εξαρτήματα ταυτόχρονα, θα αποτραπεί η πυρκαγιά. Εάν υπάρχει ήδη φλόγα, η αφαίρεση ενός από τα εξαρτήματα θα προκαλέσει το σβήσιμο της φλόγας. Αυτά είναι τα βασικά στοιχεία της θεωρίας πυρόσβεσης. Ένα άλλο σημαντικό σημείο είναι ότι η φωτιά πρέπει να εξαπλωθεί για να διατηρήσει την ύπαρξή της. Μερικές φορές η επιθυμία να εξαπλωθεί η φωτιά προστίθεται ακόμη και ως ένα άλλο συστατικό του «τριγώνου» που περιγράφεται παραπάνω.
3.Οξυγόνο.
Στις περιπτώσεις που συζητούνται παρακάτω, το οξυγόνο υπάρχει σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες από τη συγκέντρωσή του στον αέρα. Αυτό σημαίνει ότι το οξειδωτικό στο "εύφλεκτο τρίγωνο" είναι πάντα παρόν από προεπιλογή και δεν μπορεί να αφαιρεθεί από αυτήν τη "φόρμουλα πυρκαγιάς". Όλοι γνωρίζουν ότι το ατμοσφαιρικό οξυγόνο μπορεί να συμμετέχει ενεργά στις αντιδράσεις καύσης υπό κατάλληλες συνθήκες, επομένως δεν πρέπει να προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι υψηλότερες συγκεντρώσεις μπορούν μόνο να αυξήσουν τον κίνδυνο. Επιπλέον, είναι απαραίτητο να θυμόμαστε ότι μια αυξημένη περιεκτικότητα σε οξυγόνο στον αέρα σημαίνει μειωμένη περιεκτικότητα σε αδρανές αέριο. Για αυτόν και για κάποιους άλλους λόγους, η ένταση της καύσης δεν εξαρτάται γραμμικά από το ποσοστό του οξυγόνου. Εξαρτάται τόσο από το ποσοστό (μερίδιο) του οξυγόνου στο μείγμα όσο και από τη μερική του πίεση και αυξάνεται σημαντικά όσο αυξάνονται αυτές οι παράμετροι.
4.Καύσιμα.
Σε αυτή την παράγραφο θα μιλήσουμε για το καύσιμο που διατίθεται στο σύστημα αερίου που παρέχει τη χρήση αερίου για την αναπνοή. Σε υψηλές πιέσεις οξυγόνου, εάν εκδηλωθεί πυρκαγιά, το ίδιο το σύστημα μπορεί να γίνει το καύσιμο για μια χημική αντίδραση, αλλά χρειάζεται κάτι πιο εύφλεκτο για να ξεκινήσει μια πυρκαγιά. Αυτό μπορεί να είναι κάποιο ξεχωριστό μέρος του συστήματος, ένας διαλύτης, ένα λιπαντικό ή μαλακά εξαρτήματα του συστήματος (καουτσούκ, πλαστικό).
Ορισμένα καύσιμα που βρίσκονται σε συστήματα αερίου μπορεί να είναι ουσιαστικά μη εύφλεκτα υπό κανονικές συνθήκες και πολύ εύφλεκτα σε περιβάλλον εμπλουτισμένο με οξυγόνο. Αυτοί οι τύποι καυσίμων περιλαμβάνουν γράσο σιλικόνης, καουτσούκ σιλικόνης, νεοπρένιο, λιπαντικά συμπιεστών, πλαστικά και μεταλλικά ρινίσματα και γρέζια, οργανικές ουσίες και υλικά, σκόνη διαφόρων τύπων, ακόμη και γράσο σε κρίκους. Ίσως τα πιο επικίνδυνα καύσιμα είναι τα διάφορα λιπαντικά. Υπάρχει μια κοινή παρανόηση ότι η σιλικόνη (πιθανώς λόγω του εξωτικού ονόματος) είναι ασφαλής όταν χρησιμοποιείται με οξυγόνο. Στην πραγματικότητα αυτό δεν είναι αλήθεια. Υπάρχουν ειδικά λιπαντικά συμβατά με οξυγόνο, όπως Christo-lube, Krytox, Halocarbon. Αυτά ακριβώς τα αυτο-λιπαντικά πρέπει να χρησιμοποιούνται σε περιβάλλον εμπλουτισμένο με οξυγόνο.
5. Ανάφλεξη.
Ορισμένες πηγές ανάφλεξης είναι προφανείς, ωστόσο, οι περισσότερες από αυτές βρίσκονται εκτός του συστήματος αερίου και δεν λαμβάνονται υπόψη από εμάς. Οι δύο κύριες πηγές ανάφλεξης μέσα σε ένα σύστημα είναι η τριβή και η συμπίεση του αερίου καθώς περνά μέσα από το σύστημα. Ο όρος "τριβή" χρησιμοποιείται εδώ με μια γενική έννοια: με την έννοια της παρουσίας οποιωνδήποτε σωματιδίων στη ροή του αερίου ή με την έννοια της κίνησης της ίδιας της ροής αερίου και της σύγκρουσής της με τις γωνίες των αγωγών αερίου ή άλλα εμπόδια . Ένα άλλο φαινόμενο - το ίδιο που προκαλεί τη θέρμανση του κυλίνδρου - μπορεί επίσης να προκαλέσει πυρκαγιά (αν απελευθερωθεί αρκετή θερμότητα). Αυτό είναι το ίδιο αποτέλεσμα που προκαλεί την ανάφλεξη του καυσίμου στους κυλίνδρους ενός κινητήρα ντίζελ χωρίς μπουζί. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται «αδιαβατική θέρμανση (διεργασία Diesel)».
Το ξαφνικό άνοιγμα και κλείσιμο μιας βαλβίδας κυλίνδρου κατά τη συμπίεση αερίου μπορεί να προκαλέσει αύξηση της θερμοκρασίας στο σημείο ανάφλεξης και εάν υπάρχουν ρύποι στη ροή του αερίου, η ίδια η ανάφλεξη. Επομένως, οι συμπιεστές δεν χρησιμοποιούν βαλβίδες ταχείας αλλαγής («σφαιρικές βαλβίδες»).
6.Χρήση συστημάτων οξυγόνου.
Το σημαντικό μήνυμα αυτού του κεφαλαίου είναι ότι ο κίνδυνος χειρισμού του οξυγόνου μπορεί να ελαχιστοποιηθεί ακολουθώντας ορισμένους κανόνες στο σχεδιασμό και το χειρισμό των συστημάτων. Ειδικότερα, είναι σημαντικό να αποφεύγετε τις αιχμηρές γωνίες και τις βαλβίδες γρήγορης αλλαγής και να χρησιμοποιείτε κατάλληλα υλικά. Τα μέταλλα που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή συστημάτων αέρα είναι επίσης κατάλληλα για την κατασκευή συστημάτων οξυγόνου. Όσον αφορά τα «μαλακά εξαρτήματα», όπως παρεμβύσματα, εύκαμπτες ενώσεις, διαφράγματα, πρέπει να αντικατασταθούν με συμβατά με οξυγόνο. Σε ορισμένες περιπτώσεις το κύριο κριτήριο είναι η μικρότερη ευφλεκτότητα σε οξυγόνο, αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις είναι η αυξημένη αντίσταση στο οξυγόνο υπό υψηλή πίεση. Διατίθενται ειδικά κιτ που σας επιτρέπουν να μετατρέψετε τον εξοπλισμό αέρα σε εξοπλισμό για τη χρήση του nitrox.
Αυτά περιλαμβάνουν σωστό καθαρισμό και συντήρηση του εξοπλισμού, χρήση κατάλληλων λιπαντικών, χειρισμό αερίων με τρόπο που δεν προκαλεί ανάφλεξη και άνοιγμα των βαλβίδων αργά και ομαλά.
7.Εξοπλισμός καθαρισμού για χρήση με οξυγόνο. Μερικές σκέψεις σχετικά με τον καθαρισμό του εξοπλισμού.
Η έννοια του «καθαρισμού με οξυγόνο» προκαλεί κάποια σύγχυση στους ερασιτέχνες δύτες. Ο λόγος είναι ότι δεν είναι απολύτως σαφές εάν ο εξοπλισμός απαιτεί καθαρισμό για χρήση με μείγματα που περιέχουν 21% έως 40% οξυγόνο. Αυτό το πρόβλημα έχει βαθύτερες ρίζες: δεν υπάρχουν ανεπτυγμένες και τυποποιημένες βιομηχανικές διαδικασίες για το χειρισμό μειγμάτων που περιέχουν κάποια ενδιάμεση ποσότητα οξυγόνου στην περιοχή από 21% (αέρας) έως 100% (καθαρό οξυγόνο). Υπάρχουν πρότυπα μόνο για το χειρισμό καθαρού οξυγόνου. Έτσι, κάθε μείγμα που περιέχει περισσότερο από 21% οξυγόνο είναι ισοδύναμο με καθαρό οξυγόνο σύμφωνα με τα τρέχοντα πρότυπα. Επομένως, για να εκτελεστούν όλες οι εργασίες σύμφωνα με τα βιομηχανικά πρότυπα, κάθε εμπλουτισμένο μείγμα πρέπει να αντιμετωπίζεται ως καθαρό οξυγόνο.
Η Ένωση Συμπιεσμένου Αερίου CGA, η Εθνική Ένωση Πυροπροστασίας NFPA, η NASA και αρκετοί άλλοι οργανισμοί συνιστούν να αντιμετωπίζονται τα αέρια με ενδιάμεσες συγκεντρώσεις ως καθαρό οξυγόνο. Αυτό δεν σημαίνει ότι έχουν πραγματοποιήσει μελέτες σε αυτό το εύρος συγκέντρωσης. Αυτό σημαίνει μόνο ότι δεν υπάρχουν βιομηχανικά ανεπτυγμένα και αποδεκτά πρότυπα και αυτοί οι οργανισμοί προτιμούν να τηρούν μια συντηρητική θέση. Από την άλλη πλευρά, το Ναυτικό των ΗΠΑ έχει αναπτύξει διαδικασίες που δηλώνουν ότι τα μείγματα με συγκέντρωση οξυγόνου έως και 40% μπορούν να αντιμετωπίζονται ως αέρας για λόγους χειρισμού. Δεν έχουν δημοσιευθεί αποτελέσματα δοκιμών που να υποδηλώνουν ότι αυτό το συμπέρασμα είναι αληθές, ωστόσο, αυτή η προσέγγιση εφαρμόζεται εδώ και πολλά χρόνια και δεν υπάρχουν αναφορές για ατυχήματα που να σχετίζονται με αυτό το ζήτημα. Η NOAA έχει υιοθετήσει αυτό το όριο συγκέντρωσης όταν εργάζεται με ενισχυμένα μείγματα. Το NAUI, γενικά, επίσης, με κάποιους περιορισμούς.
Καθαρός πεπιεσμένος αέρας.
Μια άλλη σύγχυση προκύπτει σε σχέση με την έννοια της «καθαρότητας του αέρα». Οι διαφορετικοί «βαθμοί» καθαρότητας αναπνευστικού αερίου που χρησιμοποιούνται από διάφορες ενώσεις και οργανισμούς (CGA, US Navy) προκαλούν σύγχυση όσον αφορά την καθαρότητα του εμπλουτισμένου μείγματος. Τα πρότυπα επιτρέπουν την παρουσία κάποιου ατμού λαδιού (υδρογονάνθρακα) σε πεπιεσμένο αέρα (συνήθως 5 mg/cu.m.). Αυτή η ποσότητα είναι ασφαλής από την άποψη της αναπνοής, αλλά μπορεί να είναι επικίνδυνη από την άποψη της φωτιάς όταν εργάζεστε με συμπιεσμένο οξυγόνο.
Έτσι, δεν υπάρχουν γενικά αποδεκτές και συμφωνημένες διαβαθμίσεις της καθαρότητας του αέρα που να καθορίζουν την καταλληλότητά του για ανάμιξη με καθαρό οξυγόνο. Οι βιομηχανικοί ρυθμιστές προτύπων συμφώνησαν ότι τα επίπεδα υδρογονανθράκων είναι της τάξης του 0,1 mg/m3. m μπορεί να θεωρηθεί αποδεκτό για τον αέρα, ο οποίος "πρέπει περαιτέρω να αναμιχθεί με οξυγόνο." Τα τελευταία χρόνια, συστήματα φίλτρων (στη φωτογραφία) έχουν γίνει διαθέσιμα για την παραγωγή πεπιεσμένου αέρα που πληροί αυτές τις απαιτήσεις. Οι συμπιεστές που εμποδίζουν την επαφή του αέρα με το λιπαντικό, φυσικά, αντιμετωπίζουν καλύτερα αυτή την εργασία, αλλά είναι σημαντικά πιο ακριβοί.Μια επίσημη προσέγγιση στον καθαρισμό με οξυγόνο.
Η φράση «καθαρισμός οξυγόνου» ακούγεται επίσης τρομακτική για το λόγο ότι η βιομηχανική εφαρμογή του απαιτεί συμμόρφωση με αρκετά αυστηρές διαδικασίες. Αυτές οι περιοδικές διαδικασίες δημοσιεύονται από την CGA και άλλους οργανισμούς. Έχουν σχεδιαστεί για να διατηρούν την ασφάλεια κατά την εργασία με συμπιεσμένο οξυγόνο.
Η NAUI δηλώνει ότι οποιοσδήποτε εξοπλισμός που προορίζεται για χρήση με καθαρό οξυγόνο ή με μείγματα που περιέχουν περισσότερο από 40% οξυγόνο σε πιέσεις μεγαλύτερες από 200 psi (περίπου 13 atm) πρέπει να είναι συμβατός με το οξυγόνο και να καθαρίζεται για χρήση με οξυγόνο. Ο κύλινδρος, το πρώτο στάδιο του ρυθμιστή και όλοι οι σωλήνες πρέπει να καθαριστούν. Ορισμένα κομμάτια εξοπλισμού μπορούν να μετατραπούν για να χειριστούν τέτοια μείγματα χρησιμοποιώντας εξαρτήματα από ειδικά κιτ.
8. Άτυπη προσέγγιση στον καθαρισμό με οξυγόνο: «Κανόνας 40%»
Παρά την έλλειψη επίσημων δοκιμών, ο λεγόμενος «κανόνας 40%» έχει χρησιμοποιηθεί με μεγάλη επιτυχία στη βιομηχανία των καταδύσεων και η εφαρμογή του δεν έχει αποκαλύψει κανένα πρόβλημα. Πολλές πυρκαγιές σε καταδυτικά συστήματα ανάμειξης αερίων έχουν συμβεί αλλά προκλήθηκαν από υψηλότερες συγκεντρώσεις οξυγόνου.
Η NAUI αποδέχεται αυτόν τον κανόνα, αλλά απαιτεί ο εξοπλισμός να καθαρίζεται με οξυγόνο και να χρησιμοποιούνται λιπαντικά συμβατά με οξυγόνο. Αυτή η προσέγγιση είναι λιγότερο αυστηρή από την επίσημη, ωστόσο, όταν γίνεται σωστά είναι πολύ αποτελεσματική. Ο καθαρισμός πρέπει να πραγματοποιείται από ειδικευμένους τεχνικούς.
Ο εξοπλισμός πρέπει να καθαριστεί από κάθε ορατή βρωμιά και λίπη, στη συνέχεια να βουρτσιστεί ή να καθαριστεί με υπερήχους χρησιμοποιώντας ισχυρό απορρυπαντικό σε ζεστό νερό. Τα υγρά προϊόντα καθαρισμού όπως το Joy είναι καλά για οικιακή χρήση. Η καθαριότητα δεν πρέπει να είναι μικρότερη από αυτή που αναμένεται για τα πιάτα και τα ασημικά. Μετά το στέγνωμα, τα μαλακά εξαρτήματα πρέπει να αντικατασταθούν με συμβατά με οξυγόνο, μετά τα οποία ο εξοπλισμός λιπαίνεται με λιπαντικό συμβατό με οξυγόνο.
Μετά τον καθαρισμό, ο εξοπλισμός πρέπει να χρησιμοποιείται μόνο για εμπλουτισμένα μείγματα και δεν πρέπει να χρησιμοποιείται με πεπιεσμένο αέρα, διαφορετικά θα πρέπει να καθαριστεί ξανά.
9. Παρασκευή εμπλουτισμένων μειγμάτων.
Το παραδοσιακό σχέδιο για την κατασκευή ενός συστήματος ανάμειξης αερίων βασίζεται στην προσθήκη οξυγόνου στον αέρα με τον ένα ή τον άλλο τρόπο. Πρόσφατα αναπτύχθηκαν και έγιναν διαθέσιμες δύο νέες μέθοδοι που εμπλουτίζουν τον αέρα με διαφορετικό τρόπο - αφαιρώντας το άζωτο. Αυτή η ενότητα θα καλύπτει 3 μεθόδους προσθήκης οξυγόνου: ανάμειξη βάρους, ανάμειξη μερικής πίεσης, ανάμειξη σταθερής ροής. και 2 μέθοδοι με αφαίρεση αζώτου: απορρόφηση με περιοδικό καθαρισμό του απορροφητικού, διαχωρισμός μεμβράνης (Ballantyne and Delp, 1996).
Ο τύπος του συστήματος ανάμειξης αερίων που χρησιμοποιείται είναι σημαντικός για τον τελικό χρήστη καθώς καθορίζει τις διαδικασίες πλήρωσης του κυλίνδρου και το εύρος των πιθανών συγκεντρώσεων οξυγόνου στο μείγμα που προκύπτει.
Ανάμιξη αερίων κατά βάρος.
Η απλούστερη και πιο αξιόπιστη μέθοδος λήψης μιγμάτων που είναι ακριβή στη σύνθεση είναι η αγορά έτοιμων μιγμάτων. Οι βιομηχανικοί παραγωγοί αερίου συνήθως αναμιγνύουν καθαρό οξυγόνο και καθαρό άζωτο παρά καθαρό οξυγόνο και αέρα.
Τα αέρια αναμειγνύονται κατά βάρος. Αυτό καθιστά δυνατή την παράβλεψη πολλών ανωμαλιών στη συμπεριφορά των αερίων που προκαλούνται από τις διαφορές τους από τα ιδανικά και παρέχει μια πολύ ακριβή σύνθεση αερίων μειγμάτων. Η ανάμιξη μπορεί να γίνει σε κυλίνδρους, συστοιχίες κυλίνδρων ή δεξαμενές. Είναι απαραίτητο να υπάρχουν ακριβείς ζυγαριές, οι οποίες είναι αρκετά ακριβές, αφού πρέπει να μπορούν να μετρούν μικρές αλλαγές με μεγάλα βάρη. Αυτή η μέθοδος ανάμειξης αερίων είναι η πιο ακριβής και τα μείγματα που προκύπτουν αναλύονται προσεκτικά για να διασφαλιστεί ότι η πραγματική σύνθεση ταιριάζει με τη δηλωθείσα. Κατά την παρασκευή τέτοιων μειγμάτων, η βιομηχανική εταιρεία αναγκάζεται να χρησιμοποιεί καθαρό οξυγόνο, αλλά ο λιανοπωλητής των μειγμάτων μπορεί να το αποφύγει. Αυτή η μέθοδος είναι αρκετά δαπανηρή και το κόστος της αυξάνεται από το γεγονός ότι τα δοχεία για την αποθήκευση των μειγμάτων ανήκουν στον προμηθευτή των μειγμάτων και ως εκ τούτου ενοικιάζονται από τον πωλητή των μειγμάτων.
Ανάμιξη μερικών πιέσεων.
Όπως λέει και το ίδιο το όνομα της μεθόδου, βασίζεται στον λόγο των μερικών πιέσεων. Ο τεχνικός γεμίζει τη δεξαμενή με την καθορισμένη ποσότητα οξυγόνου (μετρούμενη με την τιμή πίεσης) και στη συνέχεια τη συμπληρώνει με εξαιρετικά καθαρό αέρα μέχρι την επιθυμητή τελική πίεση. Πρώτα απ 'όλα, το οξυγόνο αντλείται όταν ο κύλινδρος είναι ακόμη άδειος, γεγονός που μειώνει τον κίνδυνο πυρκαγιάς της διαδικασίας, καθώς δεν χρειάζεται να χειριστείτε το οξυγόνο στην πλήρη πίεση του γεμάτου κυλίνδρου. Εφόσον χρησιμοποιείται καθαρό οξυγόνο, ολόκληρο το σύστημα, συμπεριλαμβανομένου του κυλίνδρου που γεμίζει, πρέπει να είναι συμβατό με οξυγόνο και να καθαρίζεται. Δεδομένου ότι η πίεση εξαρτάται από τη θερμοκρασία και ο κύλινδρος θερμαίνεται κατά την πλήρωση, είναι απαραίτητο είτε να αφήσετε τον κύλινδρο να κρυώσει είτε να λάβετε υπόψη την επίδραση της θερμοκρασίας κατά τη μέτρηση της πίεσης. Δεδομένου ότι η τελική ρύθμιση της σύνθεσης γίνεται συχνά μετά την πλήρη ψύξη του κυλίνδρου, η όλη διαδικασία προετοιμασίας του μείγματος απαιτεί πολύ χρόνο. Αυτή η διαδικασία μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να ξαναγεμίσει ένα δοχείο ενός μείγματος γνωστής σύνθεσης για να ληφθεί ένα μείγμα της ίδιας ή διαφορετικής ειδικής σύνθεσης.
Δεν απαιτείται συμπιεστής για ανάμιξη χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο εάν ο αέρας παρέχεται σε πίεση επαρκή για να γεμίσει δεξαμενές κατάδυσης χωρίς πρόσθετη συμπίεση. Για να επιτύχουν τη μέγιστη αξιοποίηση της συστοιχίας κυλίνδρων αναπλήρωσης, χρησιμοποιούν τη λεγόμενη «τεχνολογία καταρράκτη», η οποία συνίσταται στη χρήση του κυλίνδρου επαναπλήρωσης με τη χαμηλότερη πίεση πρώτα, ακολουθούμενο από τον κύλινδρο με την υψηλότερη πίεση κ.λπ. Μερικές φορές η ίδια η μέθοδος ονομάζεται "μέθοδος ανάμειξης καταρράκτη".
Συχνά χρησιμοποιούνται επίσης συμπιεστές με αυτή τη μέθοδο. Δεν πρέπει να χρησιμοποιούν λιπαντικά λαδιού ή πρέπει να παρέχουν αέρα εξαιρετικά υψηλής καθαρότητας κατάλληλο για ανάμιξη με οξυγόνο. Ένας άλλος τρόπος για την άντληση αέρα σε έναν κύλινδρο είναι η χρήση μιας πνευματικής αντλίας που συμπιέζει τον αέρα σε ένα σύνολο κυλίνδρων διαφορετικών διαμέτρων, τα έμβολα των οποίων συνδέονται στον ίδιο εκκεντροφόρο άξονα. Το Ogna από τα πιο δημοφιλή μοντέλα είναι η Haskel.
Η ανάμειξη μερικής πίεσης είναι πολύ δημοφιλής στα καταδυτικά κέντρα, τα οποία παρασκευάζουν πολλά διαφορετικά μείγματα σε μικρούς όγκους για διάφορους σκοπούς ψυχαγωγικής και τεχνικής κατάδυσης, συμπεριλαμβανομένων μιγμάτων με περιεκτικότητα σε οξυγόνο μεγαλύτερη από 40%. Σε αυτή την περίπτωση, ένα σημαντικό μέρος του κόστους του συστήματος είναι ένα μανόμετρο υψηλής ακρίβειας. Σε αυτή την περίπτωση, η χρήση πνευματικής αντλίας είναι πολύ αποτελεσματική. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται σε απομακρυσμένες τοποθεσίες κατάδυσης. Επειδή το οξυγόνο προστίθεται σε χαμηλή πίεση, ορισμένοι τεχνικοί δεν καθαρίζουν τις φιάλες οξυγόνου. Αυτή η πρακτική πρέπει να αποφεύγεται: ο κύλινδρος πρέπει πάντα να καθαρίζεται για χρήση με οξυγόνο.
10. Ανάμιξη σταθερής ροής.
Αυτή η μέθοδος (ονομάζεται επίσης μέθοδος ατμοσφαιρικής φόρτισης) αναπτύχθηκε για πρώτη φορά από την NOAA (1979, 1991) και είναι η πιο φιλική προς τον χρήστη μέθοδο (Εικόνα 9-7). Σε αυτή τη μέθοδο, οξυγόνο σε χαμηλή πίεση προστίθεται στο ρεύμα εισόδου αέρα που εισέρχεται στον συμπιεστή με υψηλό βαθμό αφαίρεσης ατμών λαδιού. Το ρεύμα εκροής αναλύεται συνεχώς ως προς τη σύστασή του και το αποτέλεσμα αυτής της ανάλυσης χρησιμοποιείται για να ρυθμίσει ανάλογα το μίγμα οξυγόνου στο ρεύμα εισόδου. Η ροή εξόδου μπορεί να παρακάμψει τη συστοιχία των κυλίνδρων πλήρωσης ενώ ρυθμίζεται η σύνθεση του μείγματος. Μόλις το μείγμα αντληθεί στους κυλίνδρους επαναπλήρωσης, μπορεί στη συνέχεια να μεταφερθεί στους κυλίνδρους κατάδυσης με παράκαμψη ή χρησιμοποιώντας μια αντλία αέρα. Μια μονάδα σταθερής ροής μπορεί επίσης να χρησιμοποιεί ένα υποσύστημα απορρόφησης ως πηγή οξυγόνου, με περιοδικό καθαρισμό του απορροφητικού PSA.
Υπάρχει μια άλλη κατηγορία μονάδων σταθερής ροής που παρέχουν αέρα στον εμπορικό δύτη μέσω ενός εύκαμπτου σωλήνα παροχής αέρα. Τέτοιες εγκαταστάσεις διαθέτουν μέσα παρακολούθησης της σταθερότητας της σύνθεσης του μείγματος - διάφορους μετρητές ροής και ρυθμιστές. Η πίεση εξόδου τους είναι συνήθως μικρότερη από 200 psi (13 atm).
11. Απορρόφηση με περιοδικό καθαρισμό του απορροφητικού (PSA).
Αυτή η μέθοδος βασίζεται στη χρήση ενός υλικού που ονομάζεται "μοριακό κόσκινο" - ένα συνθετικό πορώδες υλικό που μοιάζει με πηλό του οποίου οι πόροι παρέχουν μια πολύ μεγάλη επιφάνεια. Αυτή η επιφάνεια απορροφά αέρια («προσρόφηση» σημαίνει «απορροφώ σε μια επιφάνεια»). Το άζωτο απορροφάται γρηγορότερα από το οξυγόνο, επομένως ο αέρας που διέρχεται από το προσροφητικό γίνεται πλουσιότερος σε οξυγόνο (ακριβέστερα, φτωχότερος σε άζωτο). Χρησιμοποιούνται δύο απορροφητικές πλάκες, μεταξύ των οποίων εναλλάσσεται η ροή του αέρα. Όταν η ροή κατευθύνεται σε μια πλάκα, απορροφά άζωτο, ενώ η δεύτερη πλάκα αυτή τη στιγμή καθαρίζεται από το προηγουμένως προσροφημένο άζωτο. Στη συνέχεια οι πλάκες αλλάζουν ρόλους.
Αλλάζοντας την πίεση και τη συχνότητα καθαρισμού των πλακών, είναι δυνατό να ληφθούν διαφορετικές τιμές περιεκτικότητας σε οξυγόνο στο μείγμα εξόδου. Η μέγιστη δυνατή περιεκτικότητα σε οξυγόνο είναι 95%, το υπόλοιπο είναι αργό. Το αργό συμπεριφέρεται σε σχέση με αυτόν τον τύπο προσροφητικού σχεδόν όπως το οξυγόνο (δηλαδή δεν προσροφάται), επομένως θα περιέχεται στο μείγμα εξόδου σχεδόν στην ίδια αναλογία με το οξυγόνο όπως στον αέρα εισόδου. Αυτό το αργό δεν έχει καμία επίδραση στον δύτη.
Οι εγκαταστάσεις αυτού του τύπου δεν απαιτούν οξυγόνο υπό υψηλή πίεση, αλλά είναι πολύπλοκες και αρκετά δαπανηρές όσον αφορά την απόκτηση και τη συντήρηση. η ροή εξόδου πρέπει να αντλείται σε κυλίνδρους χρησιμοποιώντας έναν καθαρισμένο συμπιεστή συμβατό με οξυγόνο ή αντλία αέρα (εικόνα).
12. Διαχωρισμός μεμβράνης.
Αυτή η μέθοδος βασίζεται στη χρήση μιας μεμβράνης, η οποία, όταν διέρχεται καθαρός αέρας, επιτρέπει στα μόρια οξυγόνου να περάσουν καλύτερα από τα μόρια αζώτου. Το μίγμα εξόδου εμπλουτίζεται έτσι με οξυγόνο και η συγκέντρωση οξυγόνου προσδιορίζεται από τη ροή εισόδου. Η μέγιστη δυνατή περιεκτικότητα σε οξυγόνο στα εμπορικά διαθέσιμα συστήματα είναι περίπου 40%. Η ίδια τεχνολογία, παρεμπιπτόντως, χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό του ηλίου σε ορισμένες άλλες διαδικασίες.
Παρόμοια με τις μονάδες PSA, δεν υπάρχει ανάγκη χρήσης οξυγόνου υψηλής πίεσης. Τα απόβλητα πρέπει να αντλούνται σε κυλίνδρους χρησιμοποιώντας καθαρισμένο συμπιεστή συμβατό με οξυγόνο ή αντλία αέρα. Τα συστήματα μεμβράνης είναι αρκετά αξιόπιστα και δεν απαιτούν ειδική συντήρηση, με την προϋπόθεση ότι η καθαρότητα της ροής εισόδου είναι επαρκής.
αέρια αρχείο
Ένα αέριο μείγμα υδρογόνου και οξυγόνου, αν δικα τουςτα κλάσματα μάζας 1 και 2 είναι ίσα, αντίστοιχα... παράμετροι που χαρακτηρίζουν μεμονωμένα ιδιότητεςαέριο, και επομένως είναι... Τ=400 Κ. 8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΦΥΣΙΚΕΣ ΒΑΣΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΦΥΣΙΚΕΣ ΒΑΣΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ...
Εισαγωγή 3 Κεφάλαιο 1 Οι επιστήμονες και οι ανακαλύψεις τους
Περίληψη της διατριβής... Κεφάλαια. Εισαγωγή Κεφάλαιο 1: Επιστήμονες και δικα τουςανακαλύψεις. - Priestley's Experience Κεφάλαιο 2. Ιστορία της φωτοσύνθεσης. Κεφάλαιο 3: Η σημασία της φωτοσύνθεσης στη φύση. Κεφάλαιο... διοξείδιο του άνθρακα αέριοσε οξυγόνο. Ανθρακικός αέριοαπαιτείται...ηλεκτροχημικό δυναμικό. ΙδιότητεςΘυλακοειδής μεμβράνη...
Αφήστε τα να ανακατευτούν n χημικά δεν αντιδρούν μεταξύ τους ιδανικό αέρια Υποτίθεται ότι είναι γνωστές οι αρχικές θερμοδυναμικές παράμετροι της κατάστασης όλων των συστατικών πριν από την ανάμειξη και οι συνθήκες ανάμειξης (συνθήκες αλληλεπίδρασης με το περιβάλλον). Πρέπει να βρεθεί ισορροπία παραμέτρους της κατάστασης των αερίων μετά την ανάμειξη.
Ας εξετάσουμε δύο περιπτώσεις ανάμειξης, για λόγους απλότητας υποθέτοντας ότι αυτή η διαδικασία συμβαίνει χωρίς ανταλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον .
2.1. Ανάμιξη σε W=Συν
Στην περίπτωση αυτή, οι συνθήκες ανάμιξης είναι τέτοιες ώστε ο όγκος του προκύπτοντος μίγματος W cm είναι ίσο με το άθροισμα των αρχικών όγκων των συστατικών του μείγματος W H i:
(για να μην συγχέεται W H iμε μερικούς όγκους W i, που συζητήθηκε στην παράγραφο 1.4.3.)
Ας υποδηλώσουμε:
P H i– αρχική πίεση Εγώαέριο?
T H i,t H i– αρχική θερμοκρασία Εγώ-ο αέριο αντίστοιχα στο 0 ΠΡΟΣ ΤΗΝή 0 ΜΕ.
Επειδή όλο το σύστημα από nαέρια όταν αναμειγνύονται υπό συνθήκες W=Συνδεν εκτελεί εξωτερική εργασία, τότε σύμφωνα με τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής για αυτήν την περίπτωση () μπορούμε να γράψουμε:
Εδώ: U cm – εσωτερική ενέργεια μείγματος αερίων που ζυγίζει Μ cm κιλά
με θερμοκρασία Τ 0 Κ;
U H i- εσωτερική ενέργεια Εγώαέρια μάζα m iκιλά
με αρχική θερμοκρασία T H i .
Ας εισάγουμε τον ακόλουθο συμβολισμό:
u cm – ειδική εσωτερική ενέργεια μείγματος αερίων σε θερμοκρασία Τ 0 Κ;
u H i –συγκεκριμένη εσωτερική ενέργεια Εγώ-ο αέριο με αρχική θερμοκρασία T H i .
Τότε η εξίσωση (2.1.1) παίρνει την ακόλουθη μορφή:
(2.1.2)
Ως γνωστόν, για ένα ιδανικό αέριο du=C v dT, από πού, όταν μετράμε την εσωτερική ενέργεια από 0 0 Κμπορεί να γραφτεί:
Εδώ: - μέσος όρος στην περιοχή 0 Τ 0 Κισοχωρική θερμοχωρητικότητα μάζας μείγματος αερίων.
Μέσος όρος στο εύρος 0 T H i 0 Kισοχωρική θερμοχωρητικότητα μάζας Εγώαέριο.
Αφού αντικαταστήσουμε το (2.1.3) στο (2.1.2) παίρνουμε:
Ωστόσο, σύμφωνα με την παράγραφο 1.4.10, η πραγματική θερμική ικανότητα μάζας ενός μείγματος αερίων εκφράζεται ως προς τα κλάσματα μάζας των συστατικών g iκαι τις πραγματικές θερμικές τους ικανότητες ως εξής:
Ομοίως, ο μέσος όρος στο εύρος 0 Τ 0 ΚΗ ισοχωρική θερμοχωρητικότητα μάζας ενός μείγματος αερίων προσδιορίζεται ως εξής:
Αντικαθιστώντας αυτή την έκφραση στην αριστερή πλευρά της εξίσωσης (2.1.4) παίρνουμε:
από όπου (2.1.5)
Επειδή από την εξίσωση της κατάστασης, στη συνέχεια μετά την αντικατάσταση m iστην εξίσωση (2.1.5) λαμβάνουμε τελικά τον τύπο για τη θερμοκρασία του μείγματος nαέρια:
Ως γνωστόν, ο τύπος (2.1.6) μπορεί να γραφτεί με την ακόλουθη μορφή:
(Θα πρέπει να υπενθυμίσουμε ότι το προϊόν είναι ο μέσος όρος στην περιοχή 0- T H i 0 Kτραπεζίτης ισοχωρική θερμοχωρητικότητα Εγώαέριο.)
Στη βιβλιογραφία αναφοράς, συχνά δίνονται εμπειρικές εξαρτήσεις της θερμοχωρητικότητας από τη θερμοκρασία για το εύρος 0 t 0 C .
Μετά την αντικατάσταση των (2.1.8) και (2.1.9) στην εξίσωση (2.1.2) παίρνουμε:
Αντικατάσταση m iτην τιμή του, τελικά λαμβάνουμε τον τύπο για τη θερμοκρασία του μείγματος αερίων σε μοίρες Κελσίου :
εκφράζοντας R iμέσω της μοριακής μάζας, παίρνουμε έναν άλλο τύπο:
Οι παρονομαστές των τύπων (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) και (2.1.11) περιέχουν μέσες θερμοχωρητικότητες, για τις οποίες η θερμοκρασία του μείγματος χρησιμοποιείται ως το ανώτερο όριο του μέσου όρου ( tή Τ), θα καθοριστεί. Εξαιτίας αυτού, η θερμοκρασία του μείγματος προσδιορίζεται από αυτούς τους τύπους μέθοδος διαδοχικών προσεγγίσεων .
2.1.1. Ειδικές περιπτώσεις ανάμειξης αερίων κατά τη διάρκεια W=Συν
Ας εξετάσουμε μερικές ειδικές περιπτώσεις τύπων (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) και (2.1.11).
1. Έστω αναμεμιγμένα αέρια, για τα οποία εξαρτάται η εξάρτηση του αδιαβατικού εκθέτη K iη θερμοκρασία μπορεί να παραμεληθεί.
(Στην πραγματικότητα ΠΡΟΣ ΤΗΝμειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, γιατί
Οπου s o r , ΕΝΑείναι εμπειρικοί θετικοί συντελεστές.
Για τεχνικούς υπολογισμούς στην περιοχή από 0 έως 2000 0 C, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τους ακόλουθους τύπους:
α) για διατομικά αέρια ΠΡΟΣ ΤΗΝ 1,40 - 0,50 10 -4 t;
β) για προϊόντα καύσης ΠΡΟΣ ΤΗΝ 1,35 - 0,55 10 -4 t.
Από αυτούς τους τύπους είναι σαφές ότι η επίδραση της θερμοκρασίας στον αδιαβατικό δείκτη ΠΡΟΣ ΤΗΝγίνεται αισθητή μόνο σε θερμοκρασίες της τάξης των εκατοντάδων βαθμών Κελσίου.)
Έτσι, αν υποθέσουμε ότι
τότε ο τύπος (2.1.6) θα έχει την ακόλουθη μορφή:
Ο τύπος (2.1.12) μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρώτη προσέγγιση για τους τύπους (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) και (2.1.11)
2. Ας αναμειχθούν αέρια των οποίων οι μοριακές ισοχωρικές θερμικές ικανότητες είναι ίσες και η εξάρτηση αυτών των θερμοχωρητικοτήτων από τη θερμοκρασία μπορεί να αγνοηθεί, δηλ.:
Τότε η εξίσωση (2.1.7) παίρνει μια πολύ απλή μορφή:
Εάν τα αέρια έχουν ίση γραμμομοριακή ισοχορική θερμοχωρητικότητα, τότε σύμφωνα με την εξίσωση του Mayer
Οι μοριακές ισοβαρικές θερμοχωρητικότητες πρέπει να είναι ίσες μεταξύ τους και, επομένως, οι αδιαβατικοί εκθέτες πρέπει να είναι ίσοι, δηλ.
Υπό αυτή την προϋπόθεση, η εξίσωση (2.1.12) μετατρέπεται σε (2.1.13).
2.1.2. Πίεση μετά την ανάμιξη αερίων στο W=Συν
Η πίεση που δημιουργείται μετά την ανάμειξη των αερίων μπορεί να προσδιοριστεί είτε από τους τύπους της παραγράφου 1.4.2 είτε από την προϋπόθεση:
Rεκ W cm = Μεκ Rεκ Τ= Μεκ Τ.
Η επίλυση ενός μεγάλου αριθμού τεχνικών προβλημάτων συχνά περιλαμβάνει την ανάμειξη διαφορετικών αερίων (υγρά) ή διαφορετικών ποσοτήτων του ίδιου αερίου (υγρού) σε διαφορετικές θερμοδυναμικές καταστάσεις. Για την οργάνωση των διαδικασιών μετατόπισης, έχει αναπτυχθεί μια αρκετά μεγάλη γκάμα από μια μεγάλη ποικιλία συσκευών και συσκευών ανάμιξης.
Στη θερμοδυναμική ανάλυση των διεργασιών ανάμειξης, το καθήκον συνήθως καταλήγει στον προσδιορισμό των παραμέτρων της κατάστασης του μείγματος από τις γνωστές παραμέτρους της κατάστασης των αρχικών συστατικών ανάμιξης.
Η λύση σε αυτό το πρόβλημα θα είναι διαφορετική ανάλογα με τις συνθήκες υπό τις οποίες διεξάγεται αυτή η διαδικασία. Όλες οι μέθοδοι σχηματισμού μιγμάτων αερίων ή υγρών που εμφανίζονται υπό πραγματικές συνθήκες μπορούν να χωριστούν σε τρεις ομάδες: 1) τη διαδικασία ανάμειξης σε σταθερό όγκο. 2) η διαδικασία της ανάμειξης σε ένα ρεύμα. 3) ανάμειξη κατά την πλήρωση του όγκου.
Οι διεργασίες ανάμιξης συνήθως θεωρείται ότι λαμβάνουν χώρα χωρίς ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ του συστήματος ανάμειξης και του περιβάλλοντος, δηλ. λαμβάνουν χώρα αδιαβατικά. Η ανάμιξη παρουσία ανταλλαγής θερμότητας μπορεί να χωριστεί σε δύο στάδια: αδιαβατική ανάμειξη χωρίς ανταλλαγή θερμότητας και ανταλλαγή θερμότητας στο μείγμα που προκύπτει με το περιβάλλον.
Για να απλοποιήσουμε τα συμπεράσματα, ας εξετάσουμε την ανάμειξη δύο πραγματικών αερίων. Η ταυτόχρονη ανάμειξη τριών ή περισσότερων αερίων μπορεί να βρεθεί χρησιμοποιώντας τύπους υπολογισμού για δύο αέρια με τη διαδοχική προσθήκη ενός νέου συστατικού.
Όλες οι περιπτώσεις ανάμειξης είναι μη αναστρέψιμες διεργασίες, έστω και μόνο επειδή ο διαχωρισμός του μείγματος στα συστατικά του απαιτεί αναγκαστικά μια δαπάνη εργασίας. Όπως σε κάθε μη αναστρέψιμη διαδικασία, κατά τη διάρκεια της ανάμειξης υπάρχει αύξηση της εντροπίας μικρό c συστήματα και αντίστοιχη απώλεια απόδοσης (εξεργία): De
= Το.σ. 
μικρόγ , όπου Τо.с – θερμοκρασία περιβάλλοντος.
Κατά την ανάμιξη αερίων που έχουν διαφορετικές πιέσεις και θερμοκρασίες, προκύπτουν πρόσθετες απώλειες στην απόδοση από τη μη αναστρέψιμη ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ των αναμεμειγμένων αερίων και από την αδυναμία χρήσης της διαφοράς στις πιέσεις τους. Έτσι, μια αύξηση της εντροπίας κατά τη διάρκεια της ανάμειξης συμβαίνει τόσο ως αποτέλεσμα της πραγματικής ανάμειξης (διάχυσης) αερίων ή υγρών που είναι διαφορετικής φύσης, όσο και λόγω της εξισορρόπησης των θερμοκρασιών και των πιέσεων των μικτών ουσιών.
Ας δούμε πιθανές μεθόδους ανάμειξης.
2.1. Διαδικασίες ανάμιξης σταθερού όγκου
Αφήστε κάποιο θερμομονωμένο δοχείο όγκου Vχωρίζεται από ένα χώρισμα σε δύο διαμερίσματα, το ένα από τα οποία περιέχει αέριο (υγρό) με παραμέτρους Π 1, u 1, Τ 1 , U 1, στο άλλο – άλλο αέριο (υγρό) με παραμέτρους Π 2, u 2, Τ 2 , U 2, (Εικ. 2.1).
|
Π 1 , Τ 1, u 1, U 1 , Μ 1 |
Π 2 , Τ 2, u 2, U 2 , Μ 2 |
|
Π, Τ, εσύ, U, Μ |
Ρύζι. 2.1. Διάγραμμα διαδικασίας ανάμιξης
σε σταθερό όγκο
Δηλώνουμε τη μάζα του αερίου σε ένα διαμέρισμα και τον όγκο αυτού του διαμερίσματος αντίστοιχα Μ 1 και V 1, και στο άλλο διαμέρισμα - Μ 2 και V 2. Όταν αφαιρεθεί το διαχωριστικό τμήμα, κάθε αέριο θα εξαπλωθεί μέσω διάχυσης σε ολόκληρο τον όγκο και ο όγκος του μείγματος που προκύπτει θα είναι προφανώς ίσος με το άθροισμα V = V 1 + V 2. Ως αποτέλεσμα της ανάμειξης, η πίεση, η θερμοκρασία και η πυκνότητα του αερίου σε όλο τον όγκο του δοχείου εξισώνονται. Ας υποδηλώσουμε τις τιμές των παραμέτρων της κατάστασης αερίου μετά την ανάμειξη Π, εσύ, Τ, U.
Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της ενέργειας, το μείγμα αερίων που προκύπτει θα έχει εσωτερική ενέργεια ίση με το άθροισμα των εσωτερικών ενεργειών κάθε αερίου:
U = U 1 + U 2
Μ 1 u 1 + Μ 2 u 2 = (Μ 1 + Μ 2) u = mu. (2.1)
Η ειδική εσωτερική ενέργεια του αερίου μετά την ανάμιξη προσδιορίζεται ως εξής:
.
(2.2)
Ομοίως, ο ειδικός όγκος του μείγματος είναι ίσος με:
.
(2.3)
Όσον αφορά τις υπόλοιπες παραμέτρους του αερίου μετά την ανάμιξη ( Π, Τ, μικρό), τότε για αέρια και υγρά δεν μπορούν να υπολογιστούν αναλυτικά σε γενική μορφή μέσω των τιμών των παραμέτρων των συστατικών του μείγματος. Για να τα προσδιορίσετε πρέπει να χρησιμοποιήσετε U, u-διάγραμμα στο οποίο απεικονίζονται ισοβαρείς και ισόθερμες ή U, Τ- ένα διάγραμμα με ισόχωρες και ισοβαρείς σημειώσεις (για ανάμειξη του ίδιου αερίου), ή πίνακες θερμοδυναμικών ιδιοτήτων αερίων και υγρών. Έχοντας καθορίσει χρησιμοποιώντας τις σχέσεις (2.2) και (2.3) u του αερίου μετά την ανάμειξη, μπορεί κανείς να βρει από διαγράμματα ή πίνακες Π, Τ, μικρό.
Αξίες Π,
ΤΚαι μικρότα αέρια μετά την ανάμειξη μπορούν να εκφραστούν απευθείας μέσω των γνωστών τιμών των παραμέτρων κατάστασης των μικτών μερίδων μόνο για ιδανικά αέρια. Ας υποδηλώσουμε τη μέση τιμή της θερμοχωρητικότητας του πρώτου αερίου στο εύρος θερμοκρασίας από Τ 1 έως Τδιά μέσου 
, και ένα άλλο αέριο στο εύρος θερμοκρασίας από Τ 2 έως Τδιά μέσου 
.
Λαμβάνοντας υπ 'όψιν ότι 
;
;
από την έκφραση (2.2), παίρνουμε:
Τ
=
ή Τ
=
,
(2.4)
Οπου σολ 1 και σολ 2 – κλάσματα μάζας ιδανικών αερίων που αποτελούν το μείγμα.
Από την εξίσωση κατάστασης των ιδανικών αερίων προκύπτει:
Μ 1
=
;Μ 2
=
.
Αφού αντικατασταθούν οι τιμές μάζας σε (2.4), η θερμοκρασία του μείγματος αερίων μπορεί να βρεθεί από την έκφραση
Τ
=
.
(2.5)
Ορίζουμε την πίεση ενός μείγματος ιδανικών αερίων ως το άθροισμα των μερικών πιέσεων των συστατικών του μείγματος αερίων 
, όπου οι μερικές πιέσεις 
Και 
προσδιορίζονται χρησιμοποιώντας την εξίσωση Clapeyron.
Αύξηση εντροπίας 
μικρόΤα συστήματα από μη αναστρέψιμη ανάμιξη βρίσκονται από τη διαφορά στα αθροίσματα της εντροπίας των αερίων που περιλαμβάνονται στο μείγμα μετά την ανάμειξη και των αρχικών συστατικών πριν από την ανάμειξη:
μικρό
= μικρό
– (Μ 1 μικρό 1
+ Μ 2 μικρό 2).
Για ένα μείγμα ιδανικών αερίων όταν αναμιγνύονται δύο αέρια.
μικρό ντο
= Μ[(σολ 1 ντο Π 1
+ σολ 2 ντο Π 2) ln Τ
– (σολ 1 R 1
+ σολ 2 R 2) ln Π]–
– [Μ 1 (ντο Π 1 ln Τ 1 – R ln Π 1) + Μ 2 (ντο Π 2 ln Τ 2 – R ln Π 2)]–
–Μ(R 1 σολ 1 ln r 1 + R 2 σολ 2 ln r 2),
Οπου r Εγώ– κλάσμα όγκου των ιδανικών αερίων που αποτελούν το μείγμα.
R– σταθερά αερίου του μείγματος, που προσδιορίζεται από την εξίσωση:
R = σολ 1 R 1 + σολ 2 R 2 .
Ένα διάγραμμα εξεργίας και ανεργίας για ανάμιξη σε σταθερό όγκο φαίνεται στο Σχ. 2.2.
Ρύζι. 2.2. Διάγραμμα εξεργίας και ανεργίας στο
ανάμιξη σε σταθερό όγκο: 
– απώλεια ειδικής εξέργειας κατά την ανάμιξη
2. Ανάμιξη αερίων και ατμών με διαφορετικές θερμοκρασίες.
Έτσι σχηματίζονται οι ατμοσφαιρικές ομίχλες. Τις περισσότερες φορές, η ομίχλη εμφανίζεται σε καθαρό καιρό τη νύχτα, όταν η επιφάνεια της Γης, που εκπέμπει έντονα θερμότητα, κρυώνει πολύ. Ο θερμός, υγρός αέρας έρχεται σε επαφή με τη Γη που ψύχεται ή με τον ψυχρό αέρα κοντά στην επιφάνειά της και σχηματίζονται σταγονίδια υγρού σε αυτήν. Το ίδιο συμβαίνει όταν τα μέτωπα ζεστού και κρύου αέρα αναμειγνύονται.
3. Ψύξη του μείγματος αερίων που περιέχει ατμό.
Αυτή η περίπτωση μπορεί να απεικονιστεί με το παράδειγμα ενός βραστήρα στον οποίο έχει βράσει νερό. Από το στόμιο διαφεύγουν υδρατμοί, οι οποίοι είναι αόρατοι γιατί δεν διαχέουν το φως. Στη συνέχεια, οι υδρατμοί ψύχονται γρήγορα, το νερό σε αυτό συμπυκνώνεται και ήδη σε μικρή απόσταση από το στόμιο του βραστήρα βλέπουμε ένα γαλακτώδες σύννεφο - ομίχλη που έχει γίνει ορατό λόγω της ικανότητας διάχυσης του φωτός. Παρόμοιο φαινόμενο παρατηρείται όταν ανοίγουμε το παράθυρο σε μια παγωμένη μέρα. Ένα πιο ανθεκτικό αεροζόλ σχηματίζεται όταν το λάδι που βράζει σε ένα τηγάνι δημιουργεί ένα αέριο (αεροζόλ λαδιού) στο δωμάτιο, το οποίο μπορεί να αφαιρεθεί μόνο με καλό αερισμό του δωματίου.
Επιπλέον, το αεροζόλ συμπύκνωσης μπορεί να σχηματιστεί ως αποτέλεσμα αντιδράσεων αερίων που οδηγούν στο σχηματισμό μη πτητικών προϊόντων:
· κατά την καύση του καυσίμου, σχηματίζονται καυσαέρια, η συμπύκνωση των οποίων οδηγεί στην εμφάνιση καπνού καύσης.
· όταν ο φώσφορος καίγεται στον αέρα, σχηματίζεται λευκός καπνός (P 2 O 5).
· η αλληλεπίδραση των αερίων NH 3 και HC1 παράγει καπνό MH 4 C1 (sv).
· η οξείδωση των μετάλλων στον αέρα, που συμβαίνει σε διάφορες μεταλλουργικές και χημικές διεργασίες, συνοδεύεται από το σχηματισμό αναθυμιάσεων που αποτελούνται από σωματίδια οξειδίων μετάλλων.
ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΙΑΣΟΡΦΗΣ
Τα αερολύματα διασποράς σχηματίζονται κατά την άλεση (ψεκασμό) στερεών και υγρών σωμάτων σε αέριο περιβάλλον και κατά τη μετάβαση των ουσιών πούδρας σε αιωρούμενες καταστάσεις υπό τη δράση των ρευμάτων αέρα.
Ο ψεκασμός των στερεών γίνεται σε δύο στάδια:
άλεση και μετά ψεκασμός. Η μεταφορά μιας ουσίας σε κατάσταση αερολύματος πρέπει να πραγματοποιείται κατά τη στιγμή της εφαρμογής του αερολύματος, καθώς, σε αντίθεση με άλλα διεσπαρμένα συστήματα - τα γαλακτώματα, τα εναιωρήματα, τα αερολύματα δεν μπορούν να παρασκευαστούν εκ των προτέρων. Σε οικιακές συνθήκες, σχεδόν το μόνο μέσο για την απόκτηση αερολυμάτων υγρού και σκόνης είναι μια συσκευή που ονομάζεται «πακέτο αεροζόλ» ή «δοχείο αερολύματος». Η ουσία σε αυτό συσκευάζεται υπό πίεση και ψεκάζεται χρησιμοποιώντας υγροποιημένα ή συμπιεσμένα αέρια.
ΓΕΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΑΕΡΟΛΥΜΑΤΩΝ
Οι ιδιότητες των αερολυμάτων καθορίζονται από:
Η φύση των ουσιών της διεσπαρμένης φάσης και του μέσου διασποράς.
Μερική και μαζική συγκέντρωση αερολύματος.
Μέγεθος σωματιδίων και κατανομή μεγέθους σωματιδίων.
Σχήμα πρωτογενών (μη συσσωματωμένων) σωματιδίων.
Δομή αερολύματος;
Φορτίο σωματιδίων.
Για τον χαρακτηρισμό της συγκέντρωσης των αερολυμάτων, όπως και άλλα συστήματα διασποράς, χρησιμοποιούνται συγκέντρωση μάζας και αριθμητική (μερική) συγκέντρωση.
Η συγκέντρωση μάζας είναι η μάζα όλων των αιωρούμενων σωματιδίων ανά μονάδα όγκου αερίου.
Αριθμητική συγκέντρωση είναι ο αριθμός των σωματιδίων ανά μονάδα όγκου αερολύματος. Ανεξάρτητα από το πόσο μεγάλη είναι η αριθμητική συγκέντρωση τη στιγμή του σχηματισμού του αερολύματος, μετά από λίγα δευτερόλεπτα δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 10 3 σωματίδια/cm 3 .
ΜΕΓΕΘΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΑΕΡΟΖΟΛΙΟΥ
Το ελάχιστο μέγεθος σωματιδίων καθορίζεται από την πιθανότητα ύπαρξης της ουσίας σε κατάσταση συσσωμάτωσης. Έτσι, ένα μόριο νερού δεν μπορεί να σχηματίσει αέριο, υγρό ή στερεό. Για να σχηματιστεί μια φάση, απαιτούνται συσσωματώματα τουλάχιστον 20-30 μορίων. Το μικρότερο σωματίδιο ενός στερεού ή υγρού δεν μπορεί να έχει μέγεθος μικρότερο από 1 10 -3 μικρά. Για να θεωρηθεί ένα αέριο ως συνεχές μέσο, είναι απαραίτητο τα μεγέθη των σωματιδίων να είναι πολύ μεγαλύτερα από την ελεύθερη διαδρομή των μορίων αερίου. Το ανώτερο όριο μεγέθους σωματιδίων δεν είναι αυστηρά καθορισμένο, αλλά σωματίδια μεγαλύτερα από 100 μικρά δεν μπορούν να παραμείνουν αιωρούμενα στον αέρα για μεγάλο χρονικό διάστημα.
ΜΟΡΙΑΚΕΣ-ΚΙΝΗΤΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΑΕΡΟΣΟΛΩΝ
Τα χαρακτηριστικά των μοριακών κινητικών ιδιοτήτων των αερολυμάτων οφείλονται στα εξής:
Χαμηλή συγκέντρωση σωματιδίων διεσπαρμένης φάσης - έτσι, εάν 1 cm 3 υδρολύματος χρυσού περιέχει 10 16 σωματίδια, τότε ο ίδιος όγκος αερολύματος χρυσού περιέχει λιγότερα από 10 7 σωματίδια.
Χαμηλό ιξώδες του μέσου διασποράς - αέρας, επομένως, χαμηλός συντελεστής τριβής (Β) που προκύπτει κατά την κίνηση των σωματιδίων.
Χαμηλή πυκνότητα του μέσου διασποράς, επομένως ρ μέρος » ρ αέριο.
Όλα αυτά οδηγούν στο γεγονός ότι η κίνηση των σωματιδίων στα αερολύματα συμβαίνει πολύ πιο έντονα από ότι στα λυοσόλ.
Ας εξετάσουμε την απλούστερη περίπτωση, όταν το αεροζόλ βρίσκεται σε κλειστό δοχείο (δηλαδή, οι εξωτερικές ροές αέρα αποκλείονται) και τα σωματίδια έχουν σφαιρικό σχήμα με ακτίνα r και πυκνότητα p. Σε ένα τέτοιο σωματίδιο επιδρά ταυτόχρονα μια δύναμη βαρύτητας που κατευθύνεται κάθετα προς τα κάτω και μια δύναμη τριβής προς την αντίθετη κατεύθυνση. Επιπλέον, το σωματίδιο βρίσκεται σε κίνηση Brown, συνέπεια της οποίας είναι η διάχυση.
Για να ποσοτικοποιήσετε τις διαδικασίες διάχυσης και καθίζησης στα αερολύματα, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τις τιμές
συγκεκριμένη ροή διάχυσης i diff και
ειδική ροή καθίζησης i sed. .
Για να μάθετε ποια ροή θα επικρατήσει, εξετάστε την αναλογία τους:
Σε αυτή την έκφραση (p - p 0) » 0. Κατά συνέπεια, το μέγεθος του κλάσματος θα καθοριστεί από το μέγεθος των σωματιδίων.
Εάν r > 1 μm, τότε i sed » i diff, δηλ. η διάχυση μπορεί να παραμεληθεί - συμβαίνει ταχεία καθίζηση και τα σωματίδια κατακάθονται στον πυθμένα του δοχείου.
Αν 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.
Έτσι, τόσο τα πολύ μικρά όσο και τα πολύ μεγάλα σωματίδια εξαφανίζονται γρήγορα από το αεροζόλ: το πρώτο λόγω προσκόλλησης στα τοιχώματα ή πρόσφυση, το δεύτερο ως αποτέλεσμα της καθίζησης στον πυθμένα. Τα σωματίδια ενδιάμεσων μεγεθών έχουν μέγιστη σταθερότητα. Επομένως, όσο μεγάλη κι αν είναι η αριθμητική συγκέντρωση των σωματιδίων τη στιγμή του σχηματισμού αερολύματος, μετά από λίγα δευτερόλεπτα δεν υπερβαίνει τα 10 3 μέρη/cm 3 .
ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΑΕΡΟΣΟΛΩΝ
Οι ηλεκτρικές ιδιότητες των σωματιδίων αερολύματος διαφέρουν σημαντικά από τις ηλεκτρικές ιδιότητες των σωματιδίων στη λυοσόλη.
1. Η EDL δεν εμφανίζεται σε σωματίδια αερολύματος, αφού λόγω της χαμηλής διηλεκτρικής σταθεράς του αέριου μέσου, πρακτικά δεν συμβαίνει ηλεκτρολυτική διάσταση σε αυτό.
2. Το φορτίο στα σωματίδια προκύπτει κυρίως λόγω της αδιάκριτης προσρόφησης ιόντων που σχηματίζονται στην αέρια φάση ως αποτέλεσμα ιονισμού του αερίου από κοσμικές, υπεριώδεις ή ραδιενεργές ακτίνες.
3. Το φορτίο των σωματιδίων είναι τυχαίο στη φύση και για σωματίδια ίδιας φύσης και ίδιου μεγέθους μπορεί να είναι διαφορετικό τόσο σε μέγεθος όσο και σε πρόσημο.
4. Το φορτίο ενός σωματιδίου αλλάζει με την πάροδο του χρόνου τόσο σε μέγεθος όσο και σε πρόσημο.
5. Ελλείψει ειδικής προσρόφησης, τα φορτία των σωματιδίων είναι πολύ μικρά και συνήθως υπερβαίνουν το στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο όχι περισσότερο από 10 φορές.
6. Η ειδική προσρόφηση είναι χαρακτηριστική των αερολυμάτων, τα σωματίδια των οποίων σχηματίζονται από μια εξαιρετικά πολική ουσία, αφού σε αυτή την περίπτωση συμβαίνει ένα αρκετά μεγάλο άλμα δυναμικού στην επιφάνεια μεσοφάσεως, λόγω του επιφανειακού προσανατολισμού των μορίων. Για παράδειγμα, στη διεπιφανειακή επιφάνεια των αερολυμάτων νερού ή χιονιού υπάρχει θετικό ηλεκτρικό δυναμικό της τάξης των 250 mV.
Είναι γνωστό από την πρακτική ότι τα σωματίδια αερολυμάτων μετάλλων και τα οξείδια τους συνήθως φέρουν αρνητικό φορτίο (Zn, ZnO, MgO, Fe 2 0 3) και σωματίδια αερολυμάτων από αμέταλλα και τα οξείδια τους (SiO 2, P 2 O 5) είναι θετικά φορτισμένα. Τα σωματίδια NaCl και αμύλου είναι θετικά φορτισμένα, ενώ τα σωματίδια του αλευριού φέρουν αρνητικά φορτία.
ΣΥΝΘΕΤΙΚΗ ΣΤΑΘΕΡΟΤΗΤΑ. ΠΗΞΗ
Σε αντίθεση με άλλα διεσπαρμένα συστήματα, στα αερολύματα δεν υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ της επιφάνειας των σωματιδίων και του αερίου μέσου, πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχουν δυνάμεις που εμποδίζουν τα σωματίδια να προσκολληθούν μεταξύ τους και σε μακροσκοπικά σώματα κατά τη σύγκρουση. Έτσι, τα αερολύματα είναι αθροιστικά ασταθή συστήματα. Η πήξη σε αυτά συμβαίνει ανάλογα με τον τύπο της ταχείας πήξης, δηλαδή, κάθε σύγκρουση σωματιδίων οδηγεί στο να κολλήσουν μεταξύ τους.
Ο ρυθμός πήξης αυξάνεται γρήγορα με την αύξηση της αριθμητικής συγκέντρωσης αερολύματος.
Ανεξάρτητα από την αρχική συγκέντρωση του αερολύματος, μετά από λίγα λεπτά υπάρχουν 10 8 -10 6 σωματίδια σε 1 cm 3 (για σύγκριση, στα λυοσόλ υπάρχουν ~ 10 15 σωματίδια). Έτσι, έχουμε να κάνουμε με συστήματα πολύ υψηλής αραίωσης.
| Εξάρτηση του ρυθμού πήξης από την αύξηση του αριθμού των συγκεντρώσεων αερολύματος | |
| Αρχική αριθμητική συγκέντρωση σε 1 cm 3 | Ο χρόνος που απαιτείται για τη μείωση της συγκέντρωσης του αερολύματος κατά 2 φορές |
| Κλάσματα του δευτερολέπτου | |
| 15-30 δευτ | |
| 30 λεπτά | |
| Μερικές μέρες | |
ΜΕΘΟΔΟΙ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΗΣ ΑΕΡΟΖΟΛΙΟΥ
Παρά το γεγονός ότι τα αερολύματα είναι αθροιστικά ασταθή, το πρόβλημα της καταστροφής τους είναι πολύ οξύ. Τα κύρια προβλήματα, η επίλυση των οποίων απαιτεί την καταστροφή των αερολυμάτων:
Καθαρισμός ατμοσφαιρικού αέρα από βιομηχανικά αερολύματα.
Καταγραφή πολύτιμων προϊόντων από βιομηχανικό καπνό.
Τεχνητό ράντισμα ή διασπορά νεφών και ομίχλης.
Τα αερολύματα καταστρέφονται από
· διασπορά υπό την επίδραση ρευμάτων αέρα ή λόγω φορτίων σωματιδίων με το ίδιο όνομα.
· καθίζηση;
· διάχυση στα τοιχώματα του αγγείου.
· πήξη;
· εξάτμιση σωματιδίων διεσπαρμένης φάσης (στην περίπτωση αερολυμάτων πτητικών ουσιών).
Η αρχαιότερη από τις εγκαταστάσεις επεξεργασίας είναι η καμινάδα. Προσπαθούν να απελευθερώσουν επιβλαβή αερολύματα στην ατμόσφαιρα όσο το δυνατόν ψηλότερα, καθώς ορισμένες χημικές ενώσεις, που εισέρχονται στο στρώμα εδάφους της ατμόσφαιρας υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός και ως αποτέλεσμα διαφόρων αντιδράσεων, μετατρέπονται σε λιγότερο επικίνδυνες ουσίες (στο Norilsk Mining και Μεταλλουργικός Συνδυασμός, για παράδειγμα, ένας σωλήνας τριών καναλιών έχει ύψος 420 m).
Ωστόσο, η σύγχρονη συγκέντρωση της βιομηχανικής παραγωγής απαιτεί την προεπεξεργασία των εκπομπών καπνού. Πολλές μέθοδοι έχουν αναπτυχθεί για την καταστροφή αερολυμάτων, αλλά οποιαδήποτε από αυτές αποτελείται από δύο στάδια:
το πρώτο είναι η σύλληψη των διασκορπισμένων σωματιδίων, ο διαχωρισμός τους από το αέριο,
το δεύτερο είναι να αποτραπεί η επανείσοδος των σωματιδίων στο αέριο περιβάλλον· αυτό οφείλεται στο πρόβλημα της προσκόλλησης των δεσμευμένων σωματιδίων και του σχηματισμού ενός ανθεκτικού ιζήματος από αυτά.
ΚΥΛΙΝΔΡΟΙ ΑΕΡΟΖΟΛ
Η αρχή λειτουργίας ενός δοχείου αεροζόλ είναι ότι το φάρμακο που τοποθετείται στη συσκευασία αναμιγνύεται με ένα υγρό εκκένωσης, η πίεση κορεσμένων ατμών του οποίου στο εύρος θερμοκρασίας στο οποίο λειτουργεί η συσκευασία είναι υψηλότερη από την ατμοσφαιρική.
Το μείγμα απελευθερώνεται από τον κύλινδρο υπό την επίδραση της πίεσης κορεσμένων ατμών πάνω από το υγρό.
Είναι γνωστό ότι η πίεση κορεσμένων ατμών οποιασδήποτε σταθερής ουσίας καθορίζεται μόνο από τη θερμοκρασία και δεν εξαρτάται από τον όγκο. Επομένως, κατά τη διάρκεια ολόκληρης της λειτουργίας του κυλίνδρου, η πίεση σε αυτόν θα παραμείνει σταθερή, επομένως, η περιοχή πτήσης των σωματιδίων και η γωνία του κώνου ψεκασμού θα παραμείνουν σχεδόν σταθερές.
Ανάλογα με τη φύση της αλληλεπίδρασης της ψεκαζόμενης ουσίας με το υγρό εκκένωσης και την κατάσταση συσσώρευσής του, τα συστήματα στη συσκευασία αεροζόλ θα αποτελούνται από διαφορετικό αριθμό φάσεων. Στην περίπτωση της αμοιβαίας διαλυτότητας των συστατικών, σχηματίζεται ένα ομοιογενές υγρό διάλυμα, σε άλλες περιπτώσεις - ένα γαλάκτωμα ή εναιώρημα και, τέλος, ένα ετερογενές σύστημα, όταν το φάρμακο και το υγρό εκκένωσης σχηματίζουν ένα μακροσκοπικά ετερογενές σύστημα. Προφανώς, στην πρώτη περίπτωση, η συσκευασία αεροζόλ περιέχει ένα σύστημα δύο φάσεων - υγρό και κορεσμένο ατμό. Όταν ένα γαλάκτωμα ή εναιώρημα απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα, μόνο το μέσο διασποράς συνθλίβεται - τα προκύπτοντα σωματίδια, στην καλύτερη περίπτωση, θα έχουν τις διαστάσεις που είχαν στην υγρή φάση.
Όταν το φάρμακο και το υγρό εκκένωσης δεν αναμιγνύονται ή αναμιγνύονται μεταξύ τους σε περιορισμένο βαθμό, με το ένα από τα υγρά να διασπείρεται στο άλλο με τη μορφή μικρών σταγονιδίων, σχηματίζονται γαλακτώματα.
Η φύση του συστήματος που σχηματίζεται όταν το προϊόν φεύγει από τη συσκευασία στην ατμόσφαιρα εξαρτάται από το ποιο από τα υγρά είναι η διασπαρμένη φάση. Εάν η διεσπαρμένη φάση είναι φάρμακο, τότε σχηματίζεται αεροζόλ. Εάν η διασπαρμένη φάση είναι ένα υγρό εκκένωσης, τότε λαμβάνεται αφρός. Το μέγεθος των σωματιδίων που λαμβάνονται με δοχεία αεροζόλ εξαρτάται από τις φυσικοχημικές ιδιότητες των ουσιών που περιλαμβάνονται στο παρασκεύασμα, την αναλογία των συστατικών, τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού του δοχείου και τις συνθήκες θερμοκρασίας λειτουργίας του.
Ο βαθμός διασποράς μπορεί να ρυθμιστεί: «με την αλλαγή του μεγέθους της πρίζας.
Μεταβάλλοντας την πίεση κορεσμένων ατμών του υγρού εκκένωσης.
Με την αλλαγή της ποσοτικής αναλογίας του φαρμάκου και του παράγοντα εκκένωσης.
ΔΙΑΦΕΡΟΝΤΑΣ ΟΥΣΙΕΣ
Το πιο σημαντικό βοηθητικό συστατικό είναι μια ουσία που εξασφαλίζει την απελευθέρωση του φαρμάκου στην ατμόσφαιρα και την επακόλουθη διασπορά του. Αυτές οι ουσίες ονομάζονται προωθητικά (λατινικά «pro-peilere» - οδηγώ). Το προωθητικό πρέπει να εκτελεί δύο λειτουργίες:
Δημιουργήστε την απαραίτητη πίεση για την απελευθέρωση του φαρμάκου.
Διασκορπίστε το προϊόν που απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα. Ως προωθητικά χρησιμοποιούνται φρέον και συμπιεσμένα αέρια. Τα φρέον είναι οργανοφθοριούχες ενώσεις χαμηλού μοριακού βάρους της αλειφατικής σειράς.
Έχει υιοθετηθεί το ακόλουθο σύστημα σημειογραφίας για τα φρέον: το τελευταίο ψηφίο (αριθμός μονάδων) σημαίνει τον αριθμό των ατόμων φθορίου στο μόριο, το προηγούμενο ψηφίο (αριθμός δεκάδων) σημαίνει τον αριθμό των ατόμων υδρογόνου αυξημένο κατά ένα και το τρίτο (αριθμός εκατοντάδων) σημαίνει ότι ο αριθμός των ατόμων άνθρακα μειώθηκε κατά ένα. Για παράδειγμα: το F-22 είναι CHC1F 2, το F-114 είναι C 2 C1 2 F 4.
Οι ουσίες που αποτελούνται από μόρια κυκλικής δομής έχουν επίσης αριθμητικό προσδιορισμό, αλλά το γράμμα "C" τοποθετείται πριν από τους αριθμούς, για παράδειγμα: C318 - C 4 F 8 (οκταφθοροκυκλοβουτάνιο).
Ως συμπιεσμένα αέρια χρησιμοποιούνται N2, N2O, CO2 κ.λπ.
ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΣΥΣΚΕΥΑΣΙΩΝ ΑΕΡΟΖΟΛ
1. Η μεταφορά του φαρμάκου σε κατάσταση λεπτής διασποράς συμβαίνει λόγω της δυνητικής ενέργειας του υγροποιημένου προωθητικού και δεν απαιτεί τη χρήση ξένων συσκευών.
2. Δεν χρειάζονται προσαρτήματα για τη δημιουργία αερολυμάτων.
3. Σε μια μονάδα χρόνου, μια σημαντική ποσότητα ουσίας μπορεί να διασκορπιστεί για να παραχθούν μικρά σωματίδια - εάν χρησιμοποιούνταν άλλες μέθοδοι, θα απαιτούνταν πολύ περισσότερη ενέργεια.
4. Η λειτουργία ομίχλης είναι σταθερή: το μέγεθος των σωματιδίων που προκύπτουν, το εύρος πτήσης τους και η γωνία στην κορυφή του κώνου αλλάζουν ελάχιστα κατά τη διάρκεια ολόκληρης της περιόδου λειτουργίας.
5. Μπορείτε να προκαθορίσετε τη δόση της ψεκασμένης ουσίας.
6. Μπορείτε να ορίσετε το μέγεθος των σωματιδίων.
7. Ο βαθμός πολυδιασποράς του αερολύματος είναι χαμηλός.
8. Όλα τα σωματίδια έχουν την ίδια χημική σύσταση.
9. Εξασφαλίζεται η στειρότητα των ψεκαζόμενων φαρμάκων.
10. Το φάρμακο στη συσκευασία δεν έρχεται σε επαφή με το οξυγόνο του αέρα, γεγονός που εξασφαλίζει τη σταθερότητά του.
11. Η βαλβίδα αυτόματου κλεισίματος εξαλείφει την πιθανότητα απώλειας λόγω διαρροής ή εξάτμισης αχρησιμοποίητου τμήματος του προϊόντος.
12. Η συσκευασία είναι πάντα έτοιμη για χρήση.
13. Η συσκευασία είναι συμπαγής. Επιτρέπει ατομική ή συλλογική χρήση.
Τα πρώτα πακέτα αεροζόλ εμφανίστηκαν τη δεκαετία του '80. ΧΧ αιώνα στην Ευρώπη. Κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, οι Ηνωμένες Πολιτείες ανέλαβαν την πρωτοβουλία για την ανάπτυξή τους. Το 1941, δημιουργήθηκε η συσκευασία αεροζόλ - ένας εντομοκτόνος συσκευασμένος σε γυάλινο δοχείο. Το προωθητικό ήταν Freon-12.
Η παραγωγή σε βιομηχανική κλίμακα ξεκίνησε μετά τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο στις Ηνωμένες Πολιτείες και στη συνέχεια σε άλλες χώρες σε όλο τον κόσμο.
ΠΡΑΚΤΙΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΑΕΡΟΖΟΛΩΝ
Η ευρεία χρήση των αερολυμάτων οφείλεται στην υψηλή τους απόδοση. Είναι γνωστό ότι η αύξηση της επιφάνειας μιας ουσίας συνοδεύεται από αύξηση της δραστηριότητάς της. Μια μικρή ποσότητα μιας ουσίας που ψεκάζεται με τη μορφή αερολύματος καταλαμβάνει μεγάλο όγκο και έχει υψηλή αντιδραστικότητα. Αυτό είναι το πλεονέκτημα των αερολυμάτων έναντι άλλων διασκορπισμένων συστημάτων.
Τα αερολύματα χρησιμοποιούνται:
Σε διάφορους τομείς της τεχνολογίας, συμπεριλαμβανομένων των στρατιωτικών και του διαστήματος.
Στη γεωργία? «στην υγειονομική περίθαλψη·
Στη μετεωρολογία? στην καθημερινότητα κ.λπ.
Πρόσφατα, η παρασκευή δοσολογικών μορφών με τη μορφή αερολυμάτων έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στη φαρμακευτική πρακτική. Η χρήση φαρμακευτικών ουσιών με τη μορφή αερολυμάτων είναι βολική σε περιπτώσεις όπου είναι απαραίτητο να εφαρμοστεί το φάρμακο σε μεγάλες επιφάνειες (οξείες αναπνευστικές παθήσεις, εγκαύματα κ.λπ.). Οι δοσολογικές μορφές που περιέχουν υγρές ουσίες που σχηματίζουν φιλμ έχουν μεγάλη επίδραση. Όταν αυτό το φάρμακο ψεκάζεται στην πληγείσα περιοχή, καλύπτεται με ένα λεπτό, διαφανές φιλμ που αντικαθιστά τον επίδεσμο.
Ας σταθούμε λεπτομερέστερα στη χρήση της συσκευασίας αεροζόλ.
Επί του παρόντος, υπάρχουν περισσότερα από 300 είδη προϊόντων σε συσκευασίες αεροζόλ.
Πρώτη ομάδα: οικιακά χημικά.
Τα εντομοκτόνα είναι παρασκευάσματα για τη θανάτωση εντόμων.
Προϊόντα κατά του σκόρου.
Εντομοκτόνα για τη θεραπεία οικόσιτων ζώων.
Μέσα για την προστασία των φυτών εσωτερικού χώρου και των καλλιεργειών φρούτων και μούρων από μυκητιασικές ασθένειες και παράσιτα.
Βερνίκια και χρώματα.
Αποσμητικά χώρου.
γ Γυαλιστικές και καθαριστικές ενώσεις.
Δεύτερη ομάδα:
Αρωματοποιία και καλλυντικά. «Προϊόντα περιποίησης μαλλιών (σπρέι, σαμπουάν κ.λπ.).
Αφροί και τζελ ξυρίσματος.
Κρέμες για χέρια και πόδια.
Λάδι για και κατά του μαυρίσματος.
Αποσμητικά.
Αρώματα, κολώνιες, eau de toilette.
Τρίτη ομάδα: ιατρικά αερολύματα.
Τέταρτη ομάδα: τεχνικά αερολύματα.
Λιπαντικά λάδια.
Αντιδιαβρωτικά επιχρίσματα.
Προστατευτικές μεμβράνες. «Ξηρά λιπαντικά.
Γαλακτώματα για ψύξη κοπτικών σε μηχανήματα διάτρησης.
Πέμπτη ομάδα: αεροζόλ τροφίμων.
ΑΕΡΟΖΟΛΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ
Τα πρώτα δοχεία τροφίμων εμφανίστηκαν το 1947 στις ΗΠΑ. Περιείχαν κρέμες για το φινίρισμα κέικ και αρτοσκευασμάτων και χρησιμοποιήθηκαν μόνο από εστιατόρια, τα οποία τα επέστρεφαν για αναπλήρωση. Η μαζική παραγωγή αυτού του τύπου συσκευασίας αεροζόλ ξεκίνησε μόλις το 1958.
Οι συσκευασίες τροφίμων αεροζόλ μπορούν να χωριστούν σε τρεις κύριες ομάδες:
συσκευασίες που απαιτούν αποθήκευση σε χαμηλές θερμοκρασίες·
συσκευασία με επακόλουθη θερμική επεξεργασία.
συσκευασία χωρίς μεταγενέστερη θερμική επεξεργασία.
Τρία είδη τροφίμων παράγονται σε συσκευασίες αεροζόλ: κρέμες, υγρά, πάστες. Σε συσκευασίες αεροζόλ μπορείτε να αγοράσετε ντρέσινγκ για σαλάτες, επεξεργασμένο τυρί, χυμούς, κανέλα, μαγιονέζα, χυμό ντομάτας, σαντιγί 30% κ.λπ.
Η αύξηση της παραγωγής αεροζόλ τροφίμων οφείλεται στα ακόλουθα:
πλεονεκτήματα έναντι των συμβατικών τύπων συσκευασίας·
ανάπτυξη νέων προωθητικών ουσιών·
βελτίωση της τεχνολογίας πλήρωσης.
Πλεονεκτήματα της συσκευασίας τροφίμων αεροζόλ:
Ευκολία στη χρήση;
εξοικονόμηση χρόνου?
τα τρόφιμα συσκευάζονται σε κατάσταση έτοιμα προς κατανάλωση και απελευθερώνονται από τη συσκευασία σε ομοιόμορφη μορφή.
καμία διαρροή προϊόντος?
η υγρασία δεν χάνεται ή διεισδύει στη συσκευασία.
το άρωμα δεν χάνεται.
το προϊόν διατηρείται αποστειρωμένο.
Οι ακόλουθες απαιτήσεις ισχύουν για τα σκευάσματα αεροζόλ τροφίμων:
1. Το προωθητικό πρέπει να είναι υψηλής καθαρότητας, μη τοξικό, άγευστο και άοσμο. Επί του παρόντος, χρησιμοποιούνται διοξείδιο του άνθρακα, υποξείδιο του αζώτου, άζωτο, αργό και φρέον C318.
2. Τα συμπιεσμένα αέρια, τα οποία έχουν πολύ περιορισμένη διαλυτότητα σε υδατικά διαλύματα, δεν μπορούν να συμμετάσχουν στο σχηματισμό αφρού, και αυτό είναι απαραίτητο για σαντιγί, διακοσμητικές κρέμες, μους κ.λπ. Είναι προτιμότερο να χρησιμοποιείτε φρέον C318 με αυτά τα προϊόντα, αν και είναι πολύ πιο ακριβό.
Πίνακας 18.4 Παραδείγματα σκευασμάτων για διάφορα αερολύματα τροφίμων
| Συστατικά που περιλαμβάνονται στα αερολύματα | Ποσότητα, % μάζα | |
| 1. Κρέμα για σάντουιτς σνακ | ||
| Τυρί κότατζ με κρέμα | 50-60 | |
| 25-30 | ||
| Φυτικό λάδι και αρωματικά πρόσθετα | 6-10 | |
| Φρέον S318 | 7 | |
| 2. Γλάσο ζάχαρης για φινίρισμα προϊόντων ζαχαροπλαστικής | ||
| Ζάχαρη | 55-60 | |
| Νερό | 15-25 | |
| Φυτικό λάδι | ||
| σκληρά | 9-14 | |
| υγρό | 3-5 | |
| Επιτραπέζιο αλάτι | 0,1-0,3 | |
| Μικροκρυσταλλική κυτταρίνη | 1,0 | |
| Αρώματα | 1-4 | |
| Γαλακτωματοποιητές | 0,5-1 | |
| Φρέον S318 | 7 | |
| 3. Μους | ||
| Μέλι ή σιρόπι φρούτων | 78-83 | |
| Νερό | 7-9 | |
| Φυτικό λάδι (στερεό) | 3-5 | |
| Μικροκρυσταλλική κυτταρίνη | 1-2 | |
| Μονογλυκερίδια | 0,5-1 | |
| Πολυεστέρες σορβιτόλης | 0,05-1 | |
| Φρέον SZ18 | 7 | |
| Συνέχεια από τον Πίνακα 18.4 | ||
| Συστατικά που περιλαμβάνονται στα αερολύματα | Ποσότητα, % μάζα | |
| 4. Διακοσμητική σάλτσα σε μορφή αφρού | ||
| Μουστάρδα (λεπτοαλεσμένη σκόνη) | 0,94 | |
| χυμό λεμονιού | 4,72 | |
| Ξύδι | 9,44 | |
| Νερό | 34 | |
| Πολυσορβικό 80 | 0,5 | |
| Μίγμα γαλακτωματοποίησης | 2,25 | |
| Μικροκρυσταλλική κυτταρίνη | 2,5 | |
| Πρόσθετα - σταθεροποιητές αφρού | 4,59 | |
| Φρέον C318 + οξείδιο του αζώτου (P=8 atm) | 7 | |
| 5. Ντρέσινγκ λάδι-ξύδι σε μορφή αφρού | ||
| Νερό | 11,80 | |
| Αλας | 1,96 | |
| Ζάχαρη | 1,47 | |
| Ξύδι | 22,81 | |
| Ελαιόλαδο | 61,75 | |
| Πολυσορβικό 80 | 0,10 | |
| Λάδι σκόρδου | 0,12 | |
| Λάδι μαύρου πιπεριού | 0,10 | |
| Φρέον S318 | 10,0 | |
| 6. Ντρέσινγκ για ψητές κόκκους καλαμποκιού | ||
| Αλάτι (επιπλέον) | 10,00 | |
| Φυτικό λάδι | 58,97 | |
| Άλλα πρόσθετα λαδιού | 0,03 | |
| Βαφή | 1,00 | |
| Φρέον-S318 | 10,00 | |
3. Η χρήση φρέον παρέχει ένα άλλο πλεονέκτημα: υγροποιημένα αέρια εισάγονται σε σκευάσματα προϊόντων, τα οποία απελευθερώνονται με τη μορφή αφρού, σε ποσότητα όχι μεγαλύτερη από 10% κατά βάρος, ενώ καταλαμβάνουν σχετικά μικρό όγκο. Αυτό σας επιτρέπει να φορτώσετε σημαντικά περισσότερα προϊόντα στον κύλινδρο - το 90% της χωρητικότητας του κυλίνδρου (σε συσκευασίες με πεπιεσμένο αέριο μόνο 50%) και εγγυάται την πλήρη απελευθέρωση του προϊόντος από τη συσκευασία.
4. Η επιλογή του προωθητικού υπαγορεύεται από τον τύπο του τροφίμου και την προβλεπόμενη μορφή παράδοσης (κρέμα, υγρό, πάστα). Τα μείγματα CO2 και οξειδίου του αζώτου υψηλής καθαρότητας έχουν αποδειχθεί καλά. Για τη λήψη αφρού, χρησιμοποιούνται μίγματα φρέον C318 με οξείδιο του αζώτου. Η κρέμα φινιρίσματος κέικ συσκευασμένη με αυτό το μείγμα παράγει έναν σταθερό αφρό που διατηρεί καλά το χρώμα. Για τα σιρόπια, το CO2 θεωρείται το καταλληλότερο προωθητικό.
Η ποιότητα της διανομής του περιεχομένου από τον κύλινδρο εξαρτάται από τους ακόλουθους παράγοντες:
Τεχνολογίες προετοιμασίας προϊόντων;
Σταθεροποιητής (η μικροκρυσταλλική κυτταρίνη χρησιμοποιείται ευρέως).
Σωστή επιλογή κυλίνδρου και βαλβίδας.
Για την κανέλα και το χυμό λεμονιού, έχει αναπτυχθεί μια ελεγχόμενη κεφαλή ψεκασμού που μπορεί να διανέμει τα προϊόντα είτε ως σταγόνες είτε ως ρέμα κατά βούληση. Για τα τεχνητά γλυκαντικά χρησιμοποιούνται δοσομετρικές βαλβίδες, μια δόση που χορηγούν αντιστοιχεί σε ένα κομμάτι πριστή ζάχαρη κ.λπ.
ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΑΕΡΟΖΟΛ
Η πνευματική μεταφορά χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία άλεσης αλεύρων, δημητριακών και άλεσης ζωοτροφών, γεγονός που δημιουργεί συνθήκες για την εισαγωγή αυτοματισμού, αυξάνοντας την παραγωγικότητα της εργασίας και μειώνοντας το κόστος. Ωστόσο, η χρήση πνευματικής μεταφοράς συνδέεται με μεγάλη δαπάνη ηλεκτρικής ενέργειας για τη μετακίνηση μεγάλου όγκου αέρα (1 κιλό αέρα μετακινεί 5-6 κιλά χύμα υλικού).
Πιο προοδευτική είναι η μεταφορά αεροζόλ, στην οποία επιτυγχάνεται μεγάλη συγκέντρωση υλικού στη ροή του αέρα λόγω αερισμού του αλεύρου στην αρχή της μεταφοράς και υψηλής πίεσης αέρα. Ο αερισμός σπάει την πρόσφυση μεταξύ των σωματιδίων του αλευριού και αποκτά την ιδιότητα της ρευστότητας, όπως ένα υγρό, με αποτέλεσμα 1 κιλό αέρα να μετακινείται μέχρι 200 κιλά αλεύρι.
Η εγκατάσταση μεταφοράς αερολύματος αποτελείται από έναν τροφοδότη, έναν υπερσυμπιεστή, έναν αγωγό υλικών και έναν εκφορτωτή. Το κύριο στοιχείο είναι ο τροφοδότης, στον οποίο ο αέρας αναμιγνύεται με το υλικό και η αρχική ταχύτητα μεταδίδεται στο μείγμα, γεγονός που εξασφαλίζει την παροχή του στον αγωγό υλικού.
Η εισαγωγή της μεταφοράς αεροζόλ καθιστά δυνατή την αύξηση της παραγωγικότητας των μύλων και τη μείωση της ειδικής κατανάλωσης ενέργειας.
Οι μεταφορές με αεροζόλ κρατούν το μέλλον όχι μόνο στην αλευροποίηση, αλλά και σε άλλες βιομηχανίες που σχετίζονται με τη χρήση χύδην υλικών και σκονών.
Τα αερολύματα είναι μικροετερογενή συστήματα στα οποία στερεά σωματίδια ή υγρά σταγονίδια αιωρούνται σε ένα αέριο (S/G ή L/G),
Σύμφωνα με τη συνολική κατάσταση της διεσπαρμένης φάσης, τα αερολύματα χωρίζονται σε: ομίχλη (L/G); καπνός, σκόνη (T/G); αιθαλομίχλη [(F+T)/G)].
Σύμφωνα με τη διασπορά τους, τα αερολύματα χωρίζονται σε: ομίχλη, καπνό, σκόνη.
Όπως και άλλα μικροετερογενή συστήματα, τα αερολύματα μπορούν να ληφθούν από αληθινά διαλύματα (μέθοδοι συμπύκνωσης) ή από χονδρικά διασπαρμένα συστήματα (μέθοδοι διασποράς).
Οι σταγόνες νερού στις ομίχλες είναι πάντα σφαιρικές, ενώ τα στερεά σωματίδια καπνού μπορεί να έχουν διαφορετικά σχήματα ανάλογα με την προέλευσή τους.
Λόγω των πολύ μικρών μεγεθών σωματιδίων της διεσπαρμένης φάσης, έχουν μια ανεπτυγμένη επιφάνεια στην οποία μπορούν να συμβούν ενεργά η προσρόφηση, η καύση και άλλες χημικές αντιδράσεις.
Οι μοριακές-κινητικές ιδιότητες των αερολυμάτων καθορίζονται από:
χαμηλή συγκέντρωση σωματιδίων διεσπαρμένης φάσης. χαμηλό ιξώδες του μέσου διασποράς. χαμηλή πυκνότητα του μέσου διασποράς.
Ανάλογα με το μέγεθος των σωματιδίων της διεσπαρμένης φάσης, μπορούν είτε να καθιζάνουν γρήγορα (σε r < 1 μm), είτε να κολλήσουν στα τοιχώματα του δοχείου ή να κολλήσουν μεταξύ τους (σε r < 0,01 μm). Τα σωματίδια ενδιάμεσων μεγεθών έχουν τη μεγαλύτερη σταθερότητα.
Τα αερολύματα χαρακτηρίζονται από τα φαινόμενα της θερμοφόρησης, της θερμοκατακρήμνισης και της φωτοφόρησης.
Οι οπτικές ιδιότητες των αερολυμάτων είναι παρόμοιες με τις ιδιότητες των λυοσολών, αλλά η σκέδαση του φωτός από αυτά είναι πολύ πιο έντονη λόγω των μεγάλων διαφορών στους δείκτες διάθλασης της διεσπαρμένης φάσης και του μέσου διασποράς.
Η ιδιαιτερότητα των ηλεκτρικών ιδιοτήτων των αερολυμάτων είναι ότι δεν εμφανίζεται EDL στα σωματίδια· το φορτίο των σωματιδίων είναι τυχαίο και μικρό σε μέγεθος. Όταν τα σωματίδια πλησιάζουν το ένα το άλλο, δεν συμβαίνει ηλεκτροστατική απώθηση και εμφανίζεται ταχεία πήξη.
Η καταστροφή των αερολυμάτων είναι ένα σημαντικό πρόβλημα και πραγματοποιείται με καθίζηση, πήξη, συλλογή σκόνης και άλλες μεθόδους.
Οι σκόνες είναι συστήματα διασποράς υψηλής συγκέντρωσης στα οποία η διεσπαρμένη φάση είναι στερεά σωματίδια και το μέσο διασποράς είναι αέρας ή άλλο αέριο. Σύμβολο: T/G.
Στις σκόνες, τα σωματίδια της διεσπαρμένης φάσης βρίσκονται σε επαφή μεταξύ τους. Παραδοσιακά, τα περισσότερα χύδην υλικά ταξινομούνται ως σκόνες, αλλά με στενή έννοια ο όρος «σκόνες» εφαρμόζεται σε συστήματα υψηλής διασποράς με μέγεθος σωματιδίων μικρότερο από μια ορισμένη κρίσιμη τιμή στην οποία οι δυνάμεις της διασωματιδιακής αλληλεπίδρασης γίνονται ανάλογες με τη μάζα του σωματίδια. Οι πιο συνηθισμένες είναι οι σκόνες με μεγέθη σωματιδίων από 1 έως 100 μικρά. Η ειδική επιφανειακή επιφάνεια τέτοιων σκονών ποικίλλει από αρκετά m11.09.2011 (αιθάλη) έως κλάσματα m2/g (λεπτή άμμος).
Οι σκόνες διαφέρουν από τα αερολύματα με στερεά διασπαρμένη φάση (επίσης T/G) από πολύ υψηλότερη συγκέντρωση στερεών σωματιδίων. Η σκόνη λαμβάνεται από ένα αεροζόλ με μια στερεά διασπαρμένη φάση κατά την καθίζηση του. Το εναιώρημα (S/L) μετατρέπεται επίσης σε σκόνη όταν στεγνώσει. Από την άλλη πλευρά, τόσο ένα αεροζόλ όσο και ένα εναιώρημα μπορούν να ληφθούν από μια σκόνη.
ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΟΝΙΩΝ
1. Σύμφωνα με το σχήμα των σωματιδίων:
Ισοαξονικό (έχουν περίπου τις ίδιες διαστάσεις κατά μήκος τριών αξόνων).
Ινώδη (το μήκος των σωματιδίων είναι πολύ μεγαλύτερο από το πλάτος και το πάχος).
Επίπεδη (το μήκος και το πλάτος είναι πολύ μεγαλύτερα από το πάχος).
2. Σύμφωνα με την αλληλεπίδραση μεταξύ των σωματιδίων:
Συνδετικά διασπαρμένα (τα σωματίδια συνδέονται μεταξύ τους, δηλαδή το σύστημα έχει κάποια δομή).
Ελεύθερα διασκορπισμένο (η αντίσταση διάτμησης οφείλεται μόνο στην τριβή μεταξύ των σωματιδίων).
3. Ταξινόμηση κατά μέγεθος σωματιδίων της διεσπαρμένης φάσης:
Άμμος (2≤10 -5 ≤ d ≤ 2∙10 -3) m;
Σκόνη (2∙10 -6 ≤ d ≤ 2∙10 -5) m;
Σκόνη (δ< 2∙10 -6) м.
ΜΕΘΟΔΟΙ ΛΗΨΗΣ ΣΚΟΝΩΝ
Οι σκόνες, όπως και κάθε άλλο σύστημα διασποράς, μπορούν να ληφθούν με δύο ομάδες μεθόδων:
Από την πλευρά των χονδροειδών συστημάτων - με μεθόδους διασποράς.
Από την πλευρά των αληθινών λύσεων - με μεθόδους συμπύκνωσης.
Η επιλογή της μεθόδου εξαρτάται από τη φύση του υλικού, τον σκοπό της σκόνης και οικονομικούς παράγοντες.
ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΙΑΣΟΡΦΗΣ
Οι πρώτες ύλες συνθλίβονται σε μύλους με κυλίνδρους, σφαίρες, κραδασμούς ή κολλοειδείς μύλους, ακολουθούμενος από διαχωρισμό σε κλάσματα, αφού ως αποτέλεσμα της άλεσης λαμβάνονται σκόνες πολυδιασποράς (για παράδειγμα, αλεύρι του ίδιου τύπου μπορεί να περιέχει σωματίδια από 5 έως 60 μικρά) .
Η αποτελεσματική διασπορά μπορεί να επιτευχθεί με άλεση πολύ συμπυκνωμένων εναιωρημάτων.
Για τη διευκόλυνση της διασποράς, χρησιμοποιούνται μειωτές σκληρότητας, οι οποίοι είναι επιφανειοδραστικές ουσίες. Σύμφωνα με τον κανόνα της εξισορρόπησης της πολικότητας, όταν απορροφώνται στην επιφάνεια του εδαφικού στερεού, μειώνουν την επιφανειακή τάση, μειώνοντας την κατανάλωση ενέργειας κατά τη διασπορά και αυξάνοντας τη διασπορά της φάσης εδάφους.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, το υλικό υποβάλλεται σε προεπεξεργασία πριν από τη διασπορά. Έτσι, το τιτάνιο ή το ταντάλιο θερμαίνεται σε ατμόσφαιρα υδρογόνου, μετατρέπεται σε υδρίδια, τα οποία συνθλίβονται και θερμαίνονται σε κενό - λαμβάνονται καθαρές σκόνες μετάλλων.
Όταν παράγονται σκόνες νιφάδων, οι οποίες περιλαμβάνονται σε χρώματα και πυροτεχνικές συνθέσεις, χρησιμοποιούνται μύλοι με σφαιρίδια για άλεση. Οι μπάλες ισιώνουν και τυλίγουν τα σωματίδια του θρυμματισμένου υλικού.
Οι σκόνες με σφαιρικά σωματίδια από πυρίμαχα μέταλλα (βολφράμιο, μολυβδαίνιο, νιόβιο) λαμβάνονται σε πλάσμα τόξου χαμηλής θερμοκρασίας και εκκένωσης υψηλής συχνότητας. Περνώντας από τη ζώνη του πλάσματος, τα σωματίδια λιώνουν και παίρνουν σφαιρικό σχήμα, μετά ψύχονται και στερεοποιούνται.
Κατά τη διασπορά, η χημική σύνθεση του υλικού δεν αλλάζει.
ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗΣ
Αυτές οι μέθοδοι μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες.
Η πρώτη ομάδα μεθόδων σχετίζεται με την εναπόθεση σωματιδίων λόγω της πήξης των λυοφοβικών λυμάτων. Ως αποτέλεσμα της εξάτμισης του διαλύματος ή της μερικής αντικατάστασης του διαλύτη (μείωση της διαλυτότητας), σχηματίζεται ένα εναιώρημα και μετά τη διήθηση και ξήρανση του, λαμβάνονται σκόνες.
Η δεύτερη ομάδα μεθόδων σχετίζεται με χημικές αντιδράσεις (χημική συμπύκνωση). Οι μέθοδοι χημικής συμπύκνωσης μπορούν να ταξινομηθούν με βάση τον τύπο της αντίδρασης που χρησιμοποιείται:
1. Ανταλλαγή αντιδράσεων μεταξύ ηλεκτρολυτών. Για παράδειγμα, η καταβυθισμένη κιμωλία (οδοντική σκόνη) λαμβάνεται ως αποτέλεσμα της αντίδρασης:
Na 2 CO 3 + CaC1 2 = CaCO 3 + 2 NaCl.
2. Οξείδωση μετάλλων.
Για παράδειγμα, το οξείδιο του ψευδαργύρου υψηλής διασποράς, το οποίο είναι το κύριο συστατικό του λευκού ψευδαργύρου, λαμβάνεται με οξείδωση ατμών ψευδαργύρου με αέρα στους 300°C.
3. Οξείδωση υδρογονανθράκων.
Διάφοροι τύποι αιθάλης, που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή καουτσούκ, πλαστικών και μελάνης εκτύπωσης, παράγονται με την καύση αερίων ή υγρών υδρογονανθράκων απουσία οξυγόνου.
4. Αναγωγή οξειδίων μετάλλων.
Η αναγωγή με φυσικό αέριο, υδρογόνο ή στερεά αναγωγικά μέσα χρησιμοποιείται για την παραγωγή σκόνης μετάλλων υψηλής διασποράς.
Και πολλά άλλα, χωρίς τα οποία η ίδια η ζωή είναι αδιανόητη. Ολόκληρο το ανθρώπινο σώμα είναι ένας κόσμος σωματιδίων που βρίσκονται σε συνεχή κίνηση αυστηρά σύμφωνα με ορισμένους κανόνες που υπακούουν στην ανθρώπινη φυσιολογία. Τα κολλοειδή συστήματα οργανισμών έχουν μια σειρά από βιολογικές ιδιότητες που χαρακτηρίζουν μια συγκεκριμένη κολλοειδή κατάσταση: 2.2 Κολλοειδές σύστημα κυττάρων. Από την άποψη της κολλοειδούς-χημικής φυσιολογίας...
Ας φανταστούμε τρία οριζόντια στρώματα Α, Β και Γ της στήλης αερίου μας, με το στρώμα Β να βρίσκεται πάνω από το Α και το Α πάνω από το Γ. Είναι πάντα δυνατό να ληφθεί οποιαδήποτε ποσότητα μείγματος της σύνθεσης Α αναμειγνύοντας έναν ορισμένο όγκο από το στρώμα Γ με όγκο από το στρώμα Β. Αντίθετα, οποιαδήποτε ποσότητα μείγματος της σύνθεσης Α μπορεί να χωριστεί σε δύο μείγματα της σύνθεσης Β και Γ.
Αυτή η ανάμειξη και ο διαχωρισμός των δύο αερίων μπορεί επίσης να επιτευχθεί με αναστρέψιμο τρόπο ενισχύοντας οριζόντιους σωλήνες στα Α, Β και Γ. Το άκρο κάθε τέτοιου σωλήνα που βγαίνει από τη στήλη αερίου κλείνεται με ένα έμβολο. Τώρα θα σπρώξουμε τα έμβολα προς τα μέσα στις στρώσεις Β και Γ, μετακινώντας τα, ας πούμε, από αριστερά προς τα δεξιά, και στο σημείο Α, αντίθετα, θα σπρώξουμε το έμβολο προς τα έξω, δηλ. από δεξιά προς τα αριστερά. Στη συνέχεια, στο Β και στο Γ μερικές μάζες αερίου θα φύγουν από τη στήλη, και στο Α, αντίθετα, θα εισέλθει κάποιος όγκος του μείγματος. Θα υποθέσουμε ότι κάθε τέτοιος σωλήνας περιέχει μια ορισμένη μάζα μείγματος ίδιας σύστασης με το οριζόντιο στρώμα της στήλης αερίου με το οποίο επικοινωνεί αυτός ο σωλήνας.
Στη συνέχεια, οι τιμές θα καθοριστούν από τις εξισώσεις
Από αυτό προκύπτει ότι
Ας διαιρέσουμε τώρα το μείγμα με κάποιο αναστρέψιμο τρόπο και ας υπολογίσουμε το έργο που δαπανήθηκε.
Ας εισάγουμε στο Α τον μοναδιαίο όγκο του μείγματος και από το Β θα βγάλουμε, αντίστοιχα, τους όγκους
Η συνολική εργασία που δαπανήθηκε σε αυτή τη διαδικασία είναι ίση με
Αντικαθιστώντας τις τιμές εδώ βλέπουμε ότι αυτό το έργο είναι ίσο με μηδέν.
Υπάρχει κάποια λεπτότητα εδώ: τα μείγματα Β και στο οποίο το μείγμα Α διαλύθηκε ανυψώθηκαν σε διαφορετικά ύψη και έτσι απέκτησαν διαφορετική δυναμική ενέργεια. Επειδή όμως το έργο είναι μηδέν και η θερμοκρασία του συστήματος είναι σταθερή, αυτό είναι δυνατό μόνο εάν το σύστημα έχει δώσει ή λάβει μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας. Γνωρίζοντας τη μεταβολή της δυναμικής ενέργειας, θα βρούμε την ποσότητα θερμότητας που μεταδίδεται στο σύστημα, και ως εκ τούτου την αλλαγή στην εντροπία.
Η αύξηση της δυνητικής ενέργειας θα είναι
αλλά είναι ίση με την ποσότητα θερμότητας που μεταδίδεται στο σύστημα, άρα η αύξηση της εντροπίας θα είναι ίση με
Με αυτό το ποσό, το άθροισμα των εντροπιών του όγκου του μείγματος Β και του όγκου του μείγματος C είναι μεγαλύτερο από την εντροπία μιας μονάδας όγκου του μείγματος Α. Από εδώ μπορούμε να βρούμε τους όγκους των μιγμάτων Β και Γ, το άθροισμα των των οποίων οι εντροπίες είναι ίσες με την εντροπία μιας μονάδας όγκου του μείγματος Α. Για να γίνει αυτό, φέρνουμε τους όγκους των μιγμάτων B και C με αντιστρέψιμο ισοθερμικό τρόπο σε όγκους και εξισώνουμε το άθροισμα των αυξήσεων στις εντροπίες και των δύο μιγμάτων κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας στην έκφραση (75), που λαμβάνεται με το αντίθετο πρόσημο.
Η αύξηση της εντροπίας για το μείγμα Β θα είναι
Ας αντικαταστήσουμε στην εξίσωση (76) την έκφραση των πιέσεων ως προς τις πυκνότητες
