Blandning av gaser vid konstant volym och temperatur. Gasblandning

Kapitel 9. Allmän information om blandning av gaser.

Mål och mål för kapitlet:

Lär dig om brandsäkerhetsregler när du arbetar med syre

Lär dig om reglerna för hantering och arbete med syre

Läs mer om tillämpningen av "40%-regeln"

Lär dig om olika system för att blanda gaser.

Nya termer i detta kapitel.

Brandfarlig (brandfarlig) triangel

Syrekompatibelt fett

Adiabatisk uppvärmning (dieselprocess)

Syrgasrening

40 % regel

Blandning av partialtryck

Konstant flödesblandning

Absorption med periodisk rengöring av absorbenten

Membranseparation.

Som dykare som använder berikade blandningar i dina dyk måste du kunna få tag i dessa blandningar. Du behöver inte veta hur du förbereder nitrox själv, däremot bör du ha en förståelse för hur den tillagas och de rengöringskrav på din utrustning som nitrox ställer. Några av de vanligaste metoderna för att framställa berikade blandningar går igenom i det här kapitlet och deras för- och nackdelar diskuteras. Blandningen du andas måste ha rätt syrehalt.

1. Hantera och arbeta med syrgas.

Syre är en fantastisk gas. Han kan vara både en vän och en fiende. Vid blandning av gaser för dykning måste operatören få rätt syrehalt i högtrycksblandningen. Detta kan göras genom att blanda rent syre med kväve eller luft, eller genom att ta bort en del av kvävet från luften. Det största problemet med att blanda högtryckssyre är brandrisken. Allt som inte är helt oxiderat - och det betyder praktiskt taget allt - kommer att brinna i högtryckssyre om en antändningskälla finns. Det finns en viss risk vid hantering av blandningar, men hantering av rent komprimerat syre innebär en mycket större risk. En dykare som använder berikade blandningar behöver inte vara skicklig i att hantera rent syre, men bör ha en viss förståelse för de risker som är förknippade med detta då syre används då dykarens aktiviteter blir mer komplexa och omfattande.

2. Brandfarlig (brandfarlig) triangel.

För att förhindra en brand måste du veta vilka komponenter som orsakar och stödjer en brand. Dessa komponenter visas i figuren

i form av en så kallad ”brandfarlig eller brandfarlig triangel”. Brand är en snabb kemisk reaktion mellan bränsle och syre (oxidationsmedel) som bara kan uppstå om det finns en antändningskälla (värme). Oxidation kan ske utan förbränning, som till exempel under rostprocessen. Brand uppstår när det finns en antändningskälla (värme). Efter antändning frigör en kemisk förbränningsreaktion energi (värme), som stöder ytterligare förbränning. Om vi ​​tar bort en av komponenterna (bränsle, syre, antändningskälla) kan det inte uppstå brand. Om därför inte alla tre komponenterna är närvarande samtidigt kommer brand att förhindras. Om det redan finns en låga kommer lågan att slockna om du tar bort en av komponenterna. Detta är grunderna i brandbekämpningsteori. En annan viktig punkt är att brand måste spridas för att behålla sin existens. Ibland läggs önskan att sprida eld till som en annan komponent i "triangeln" som beskrivs ovan.

3. Syre.

I de situationer som diskuteras nedan är syre närvarande i koncentrationer som är större än dess koncentration i luft. Detta innebär att oxidationsmedlet i den "brandfarliga triangeln" alltid är närvarande som standard och inte kan tas bort från denna "eldformel". Alla vet att atmosfäriskt syre aktivt kan delta i förbränningsreaktioner under lämpliga omständigheter, så det borde inte vara förvånande att högre koncentrationer bara kan öka risken. Vidare är det nödvändigt att komma ihåg att ett ökat syreinnehåll i luften innebär ett minskat innehåll av inert gas. Av detta och några andra skäl beror förbränningsintensiteten inte linjärt på andelen syre. Det beror på både procentandelen (andelen) syre i blandningen och dess partialtryck och ökar avsevärt när dessa parametrar ökar.

4. Bränsle.

I det här stycket kommer vi att prata om bränslet som är tillgängligt i gassystemet som ger användning av gas för andning. Vid höga syretryck, om en brand uppstår, kan själva systemet bli bränslet för en kemisk reaktion, men det behövs något mer brandfarligt för att starta en brand. Detta kan vara någon separat del av systemet, ett lösningsmedel, ett smörjmedel eller mjuka komponenter i systemet (gummi, plast).

Vissa bränslen som finns i gassystem kan vara praktiskt taget icke brandfarliga under normala förhållanden och mycket brandfarliga i en syreberikad miljö. Dessa typer av bränsle inkluderar silikonfett, silikongummi, neopren, kompressorsmörjmedel, plast- och metallspån och grader, organiska ämnen och material, damm av olika slag, till och med fett på bågar. De kanske farligaste bränslena är olika smörjmedel. Det finns en vanlig missuppfattning att silikon (troligen på grund av det exotiska namnet) är säkert när det används med syre. Detta är faktiskt inte sant. Det finns speciella syrekompatibla smörjmedel, som Christo-lube, Krytox, Halocarbon. Det är just dessa självsmörjmedel som ska användas i en syreberikad miljö.

5. Tändning.

Vissa antändningskällor är uppenbara, dock är de flesta utanför gassystemet och övervägs inte av oss. De två huvudsakliga antändningskällorna inom ett system är friktion och kompression av gasen när den passerar genom systemet. Termen "friktion" används här i en allmän betydelse: i betydelsen närvaron av några partiklar i gasflödet eller i betydelsen av själva gasflödets rörelse och dess kollision med hörnen på gasledningar eller andra hinder . Ett annat fenomen - samma som gör att cylindern värms upp - kan också orsaka brand (om tillräckligt med värme släpps ut). Detta är samma effekt som gör att bränslet antänds i cylindrarna på en dieselmotor utan tändstift. Denna effekt kallas "adiabatisk uppvärmning (dieselprocess)".

Den plötsliga öppningen och stängningen av en cylinderventil under gaskompression kan orsaka en ökning av temperaturen till antändningspunkten, och om det finns föroreningar i gasflödet, själva antändningen. Därför använder kompressorer inte snabbväxlingsventiler ("kulventiler").

6.Användning av syresystem.

Det viktiga budskapet i detta kapitel är att risken för hantering av syre kan minimeras genom att följa vissa regler i design och hantering av system. Det är särskilt viktigt att undvika skarpa hörn och snabbväxlingsventiler och att använda lämpliga material. Metallerna som används för att tillverka luftsystem är också lämpliga för tillverkning av syresystem. När det gäller "mjuka komponenter", såsom packningar, flexibla leder, membran, måste de ersättas med syrekompatibla. I vissa fall är huvudkriteriet mindre brandfarlighet i syre, men i de flesta fall är det ökad motståndskraft mot syre under högt tryck. Specialsatser finns tillgängliga som gör att du kan omvandla luftutrustning till utrustning för användning av nitrox.

Dessa inkluderar korrekt rengöring och underhåll av utrustning, användning av lämpliga smörjmedel, hantering av gaser på ett sätt som inte orsakar antändning och öppning av ventiler långsamt och smidigt.

7. Rengöringsutrustning för användning med syre. Några överväganden angående rengöring av utrustning.

Konceptet "syrerengöring" orsakar viss förvirring bland amatördykare. Anledningen är att det inte är helt klart om utrustning kräver rengöring för att användas med blandningar som innehåller 21 % till 40 % syre. Detta problem har djupare rötter: det finns inga utvecklade och standardiserade industriella procedurer för att hantera blandningar som innehåller någon mellanliggande mängd syre i intervallet från 21 % (luft) till 100 % (rent syre). Standarder finns endast för hantering av rent syre; Således är varje blandning som innehåller mer än 21 % syre ekvivalent med rent syre enligt nuvarande standarder. Därför, för att utföra alla operationer i enlighet med industristandarder, måste alla anrikade blandningar behandlas som rent syre.

Compressed Gas Association CGA, National Fire Protection Association NFPA, NASA och flera andra organisationer rekommenderar att gaser med mellanliggande koncentrationer behandlas som rent syre. Detta betyder inte att de har gjort några studier i detta koncentrationsintervall. Detta betyder bara att det inte finns några industriellt utvecklade och accepterade standarder, och dessa organisationer föredrar att ta en konservativ ställning. Å andra sidan har den amerikanska flottan utvecklat rutiner som säger att blandningar med en syrekoncentration på upp till 40 % kan behandlas som luft för hanteringsändamål. Inga testresultat har publicerats som tyder på att denna slutsats är sann, men detta tillvägagångssätt har praktiserats i många år och det har inte förekommit några rapporter om olyckor relaterade till denna fråga. NOAA har antagit denna koncentrationsgräns vid arbete med berikade blandningar; NAUI, i allmänhet också, dock med vissa restriktioner.

Ren komprimerad luft.

En annan förvirring uppstår i förhållande till begreppet "luftrenhet". De olika "graderna" av andningsgasrenhet som används av olika föreningar och organisationer (CGA, US Navy) är förvirrande när det kommer till renheten hos den berikade blandningen. Standarder tillåter närvaron av viss oljeånga (kolväteånga) i tryckluft (vanligtvis 5 mg/cu.m.). Denna mängd är säker ur andningssynpunkt, men kan vara farlig ur brandsynpunkt när man arbetar med komprimerat syre.

Det finns alltså inga allmänt accepterade och överenskomna grader av luftrenhet som avgör dess lämplighet för blandning med rent syre. Industristandardsättare har kommit överens om att kolvätenivåerna är i storleksordningen 0,1 mg/m3. m kan anses acceptabelt för luft, som "vidare måste blandas med syre." Under de senaste åren har filtersystem (bilden) blivit tillgängliga för att producera tryckluft som uppfyller dessa krav. Kompressorer som hindrar luft från att komma i kontakt med smörjmedlet klarar förstås denna uppgift bättre, men de är betydligt dyrare.Ett formaliserat tillvägagångssätt för syrgasrening.

Frasen "syrerengöring" låter också skrämmande av den anledningen att dess industriella implementering kräver efterlevnad av ganska strikta procedurer. Dessa periodiska förfaranden publiceras av CGA och andra organisationer. De är designade för att upprätthålla säkerheten vid arbete med komprimerat syre.

NAUI anger att all utrustning som är avsedd att användas med rent syre eller med blandningar som innehåller mer än 40 % syre vid tryck högre än 200 psi (cirka 13 atm) måste vara syrekompatibel och renad för användning med syre. Cylindern, regulatorns första steg och alla slangar måste rengöras. Vissa delar av utrustningen kan konverteras för att hantera sådana blandningar genom att använda komponenter från speciella kit.

8. Informell inställning till syrgasrengöring: "40% regel"

Trots avsaknaden av formell testning har den så kallade "40%-regeln" använts ganska framgångsrikt inom dykbranschen, och dess tillämpning har inte avslöjat några problem. Många bränder i dykgasblandningssystem har inträffat men orsakades av högre syrekoncentrationer.

NAUI accepterar denna regel men kräver att utrustningen rengörs med syre och att syrekompatibla smörjmedel används. Detta tillvägagångssätt är mindre strikt än det formella, men när det görs på rätt sätt är det mycket effektivt. Rengöring måste utföras av kvalificerade tekniker.

Utrustningen måste rengöras från all synlig smuts och fett, sedan borstas eller rengöras med ultraljud med ett starkt rengöringsmedel i varmt vatten. Flytande rengöringsprodukter som Joy är bra för hemmabruk. Renligheten bör inte vara mindre än vad som förväntas av tallrikar och bestick. Efter torkning måste de mjuka komponenterna ersättas med syrekompatibla, varefter utrustningen smörjs med ett syrekompatibelt smörjmedel.

Efter rengöring ska utrustningen endast användas för berikade blandningar och bör inte användas med tryckluft, annars måste den rengöras igen.

9. Beredning av berikade blandningar.

Det traditionella schemat för att konstruera ett gasblandningssystem bygger på att tillföra syre till luften på ett eller annat sätt. Två nya metoder har nyligen utvecklats och blivit tillgängliga som berikar luften på ett annat sätt – genom att ta bort kväve. Detta avsnitt kommer att täcka 3 syrgastillsatsmetoder: viktblandning, partielltrycksblandning, konstantflödesblandning; och 2 metoder med kväveborttagning: absorption med periodisk rengöring av absorbenten, membranseparation (Ballantyne och Delp, 1996).

Typen av gasblandningssystem som används är viktig för slutanvändaren eftersom det bestämmer cylinderfyllningsprocedurerna och intervallet för möjliga syrekoncentrationer i den resulterande blandningen.

Blandning av gaser efter vikt.

Den enklaste och mest pålitliga metoden för att erhålla blandningar som är exakta i sammansättningen är att köpa färdiga blandningar. Industriella gasproducenter blandar vanligtvis rent syre och rent kväve snarare än rent syre och luft.

Gaser blandas i vikt. Detta gör det möjligt att ignorera många anomalier i beteendet hos gaser orsakade av deras skillnader från idealiska och ger en mycket exakt gassammansättning av blandningar. Blandning kan göras i cylindrar, cylinderbankar eller tankar. Det är nödvändigt att ha exakta vågar, som är ganska dyra, eftersom de måste kunna mäta små förändringar med stora vikter. Denna metod att blanda gaser är den mest exakta, och de resulterande blandningarna analyseras noggrant för att säkerställa att den faktiska sammansättningen matchar den deklarerade. Vid framställning av sådana blandningar tvingas industriföretaget använda rent syre, men återförsäljaren av blandningarna kan undvika detta. Denna metod är ganska dyr, och dess kostnad ökas av det faktum att behållarna för att lagra blandningarna tillhör leverantören av blandningarna och därför hyrs av säljaren av blandningarna.

Blandning av partialtryck.

Som namnet på själva metoden säger, är den baserad på förhållandet mellan partialtryck. Teknikern fyller tanken med den specificerade mängden syre (mätt med tryckvärdet), och fyller sedan på den med ultraren luft till önskat sluttryck. Först och främst pumpas syrgas in när cylindern fortfarande är tom, vilket minskar brandrisken för proceduren, eftersom det inte finns något behov av att manipulera syrgas vid fullt tryck av den fyllda cylindern. Eftersom rent syre används måste hela systemet, inklusive cylindern som fylls, vara syrekompatibel och rengöras. Eftersom trycket beror på temperaturen, och cylindern värms upp vid påfyllning, är det nödvändigt att antingen låta cylindern svalna eller ta hänsyn till temperaturens inverkan vid tryckmätning. Eftersom den slutliga justeringen av kompositionen ofta görs efter att cylindern har svalnat helt, tar hela processen att förbereda blandningen ganska mycket tid. Denna process kan också användas för att återfylla en behållare med en blandning av känd sammansättning för att erhålla en blandning av samma eller en annan specifik sammansättning.

En kompressor för blandning med denna metod krävs inte om luften tillförs med ett tryck som är tillräckligt för att fylla scubatankar utan ytterligare kompression. För att uppnå maximalt utnyttjande av banken med påfyllningscylindrar använder man sig av den så kallade ”kaskadtekniken”, som går ut på att först använda påfyllningscylindern med lägst tryck, följt av cylindern med högst tryck osv. Ibland kallas själva metoden för "kaskadblandningsmetoden."

Kompressorer används också ofta med denna metod. De får inte använda oljesmörjmedel eller måste ge luft med ultrahög renhet som är lämplig för blandning med syre. Ett annat sätt att pumpa in luft i en cylinder är att använda en pneumatisk pump som komprimerar luft i en uppsättning cylindrar med olika diametrar, vars kolvar är anslutna till samma kamaxel. Ogna av de mest populära modellerna är Haskel.

Deltrycksblandning är mycket populärt bland dykcenter, som förbereder många olika blandningar i små volymer för olika ändamål av rekreations- och teknisk dykning, inklusive blandningar med en syrehalt på mer än 40 %. I detta fall är en betydande del av kostnaden för systemet en högprecisionstryckmätare. I det här fallet är användningen av en pneumatisk pump mycket effektiv. Denna metod används på avlägsna dykplatser. Eftersom syrgas tillsätts vid lågt tryck, rengör vissa tekniker inte syrgasflaskorna. Denna praxis bör undvikas: cylindern ska alltid rengöras för användning med syre.

10.Konstant flödesblandning.

Denna metod (även kallad den atmosfäriska belastningsmetoden) utvecklades först av NOAA (1979, 1991) och är den mest användarvänliga metoden (Figur 9-7). I denna metod tillsätts syre vid lågt tryck till inloppsluftströmmen som kommer in i kompressorn med en hög grad av oljeångavlägsnande. Avloppsströmmen analyseras kontinuerligt med avseende på sammansättning och resultatet av denna analys används för att justera syreblandningen i inloppsströmmen i enlighet därmed. Utflödet kan passera fyllningscylindrarna medan blandningssammansättningen justeras. När blandningen väl har pumpats in i påfyllningscylindrarna kan den sedan överföras till dykcylindrarna med bypass eller med en luftpump. En konstantflödesanläggning kan också använda ett absorptionsdelsystem som syrekälla, med periodisk rening av PSA-absorbenten.

Det finns en annan klass av konstantflödesenheter som ger luft till den kommersiella dykaren genom en lufttillförselslang. Sådana installationer har medel för att övervaka konstansen hos blandningssammansättningen - olika flödesmätare och regulatorer. Deras utgående tryck är vanligtvis mindre än 200 psi (13 atm).

11. Absorption med periodisk rengöring av absorbenten (PSA).

Denna metod är baserad på användningen av ett material som kallas "molekylsil" - ett syntetiskt poröst lerliknande material vars porer ger en mycket stor yta. Denna yta adsorberar gaser ("adsorbera" betyder "absorbera på en yta"). Kväve adsorberas snabbare än syre, så luften som passerar genom adsorbenten blir rikare på syre (närmare bestämt sämre på kväve). Två absorberande plattor används, mellan vilka luftflödet växlas. När flödet riktas mot en platta adsorberar det kväve, medan den andra plattan vid denna tidpunkt rensas från tidigare adsorberat kväve. Sedan byter tallrikarna roller.

Genom att ändra trycket och frekvensen för rengöring av plattorna är det möjligt att få olika värden på syrehalten i utgående blandning. Den maximala syrehalten som kan uppnås är 95 %, resten är argon. Argon beter sig i förhållande till denna typ av adsorbent nästan som syre (dvs det är inte adsorberat), därför kommer det att finnas i utgående blandning i nästan samma proportion till syre som i den ingående luften. Detta argon har ingen effekt på dykaren.

Installationer av denna typ kräver inte syre under högt tryck, men de är komplexa och ganska dyra när det gäller anskaffning och underhåll; utflödet måste pumpas in i cylindrar med en syrekompatibel renad kompressor eller luftpump (bilden).

12. Membranseparation.

Denna metod är baserad på användningen av ett membran, som, när ren luft passerar genom det, tillåter syremolekyler att passera bättre än kvävemolekyler. Utgående blandning anrikas således med syre, och syrekoncentrationen bestäms av inflödet. Den maximala syrehalten som kan uppnås i kommersiellt tillgängliga system är cirka 40 %. Samma teknik används förresten för att separera helium i vissa andra processer.

I likhet med PSA-enheter finns det inget behov av att använda högtryckssyre. Avloppsvattnet måste pumpas upp i cylindrar med hjälp av en syrekompatibel renad kompressor eller luftpump. Membransystem är ganska pålitliga och kräver inget speciellt underhåll, förutsatt att renheten i inloppsflödet är tillräcklig.

gaser arkiv

En gasblandning av väte och syre, om deras massfraktioner 1 och 2 är lika, respektive... parametrar som kännetecknar individ egenskapergas, och därför är... T=400 K. 8 KAPITEL 1 MEKANIKENS FYSIKALISKA GRUND KAPITEL 1 FYSIKALISKA GRUNDLÄGGANDE I MEKANIKEN...

Inledning 3 Kapitel 1 Forskare och deras upptäckter

Sammanfattning av avhandlingen

... kapitel. Introduktion Kapitel 1: Forskare och deras upptäckter. - Priestleys erfarenhet Kapitel 2. Fotosyntesens historia. Kapitel 3: Vikten av fotosyntes i naturen. Kapitel... koldioxid gas till syre. Kolsyra gas krävs...elektrokemisk potential. Egenskaper tylakoidmembran...

Låt dem blandas n kemiskt icke-reagerande sinsemellan idealisk gaser Det antas att de initiala termodynamiska parametrarna för tillståndet för alla komponenter före blandning och blandningsförhållandena (förhållanden för interaktion med omgivningen) är kända. Behöver hitta jämvikt parametrar för gasernas tillstånd efter blandning.

Låt oss överväga två fall av blandning, för enkelhets skull om vi antar att denna process inträffar utan värmeväxling med omgivningen .

2.1. Blandning kl W=Konst

I detta fall är blandningsförhållandena sådana att volymen av den resulterande blandningen W cm är lika med summan av de initiala volymerna av blandningskomponenterna W H i:

(Inte att förväxla W H i med delvolymer W i, diskuterad i avsnitt 1.4.3.)

Låt oss beteckna:

P H i– initialtryck i gasen;

T H i,t H i– initial temperatur i-th gas respektive vid 0 TILL eller 0 MED.

Därför att hela systemet från n gaser när de blandas under förhållanden W=Konst inte utför externt arbete, så i enlighet med termodynamikens första lag för detta fall () kan vi skriva:

Här: U cm – inre energi hos en blandning av gaser som väger m cm kilogram

med temperatur T 0 K;

U H i- inre energi i gasmassan m jag kilogram

med initial temperatur T H i .

Låt oss presentera följande notation:

u cm – specifik inre energi hos en blandning av gaser vid temperatur T 0 K;

u H i – specifik inre energi i-th gas med initial temperatur T H i .

Sedan tar ekvationen (2.1.1) följande form:

(2.1.2)

Som bekant, för en idealisk gas du=C v dT, varifrån, när man räknar den inre energin från 0 0 K kan skrivas:

Här: - genomsnitt i intervallet 0 T 0 K massa isokorisk värmekapacitet hos en blandning av gaser;

Medel i räckvidd 0 T H i 0 K massa isokorisk värmekapacitet i gasen.

Efter att ha ersatt (2.1.3) i (2.1.2) får vi:

Men i enlighet med punkt 1.4.10 uttrycks den verkliga massavärmekapaciteten för en blandning av gaser i termer av komponenternas massfraktioner g i och deras verkliga värmekapacitet enligt följande:

Likaså genomsnittet i intervallet 0 T 0 K Mass isokorisk värmekapacitet för en blandning av gaser bestäms som:

Genom att ersätta detta uttryck i den vänstra sidan av ekvation (2.1.4) får vi:

varifrån (2.1.5)

Därför att från statsekvationen, sedan efter substitution m jag i ekvation (2.1.5) får vi slutligen formeln för blandningens temperatur n gaser:

Som bekant kan därför formel (2.1.6) skrivas i följande form:

(Det bör komma ihåg att produkten är genomsnittet i intervallet 0- T H i 0 Kmolar isokorisk värmekapacitet i gasen.)

I referenslitteratur anges ofta empiriska beroenden av värmekapacitet på temperatur för området 0 t 0 C .

Efter att ha ersatt (2.1.8) och (2.1.9) i ekvation (2.1.2) får vi:

Byter ut m jag dess värde får vi slutligen formeln för gasblandningens temperatur i grader Celsius :

Uttrycker R i genom molekylmassan får vi en annan formel:

Nämnarna för formlerna (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) och (2.1.11) innehåller medelvärmekapaciteter, för vilka blandningens temperatur används som den övre gränsen för medelvärdesberäkning ( t eller T), att vara bestämd. På grund av detta bestäms temperaturen på blandningen av dessa formler metod för successiva approximationer .

2.1.1. Speciella fall av gasblandning under W=Konst

Låt oss betrakta flera specialfall av formler (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) och (2.1.11).

1. Låt gaser blandas, för vilka beroendet av den adiabatiska exponenten K i temperatur kan försummas.

(Faktiskt TILL minskar med ökande temperatur, eftersom

Var s o r , Aär empiriska positiva koefficienter.

För tekniska beräkningar i intervallet från 0 till 2000 0 C kan du använda följande formler:

a) för diatomiska gaser TILL 1,40 - 0,50 10 -4 t;

b) för förbränningsprodukter TILL 1,35 - 0,55 10 -4 t.

Från dessa formler är det tydligt att effekten av temperatur på det adiabatiska indexet TILL märks endast vid temperaturer i storleksordningen hundratals grader Celsius.)

Alltså, om vi antar det

då kommer formeln (2.1.6) att ha följande form:

Formel (2.1.12) kan användas som en första approximation för formlerna (2.1.6), (2.1.7), (2.1.10) och (2.1.11)

2. Låt gaser blandas vars molära isokoriska värmekapaciteter är lika och beroendet av dessa värmekapaciteter på temperaturen kan försummas, dvs.

Sedan tar ekvationen (2.1.7) en mycket enkel form:

Om gaser har lika molär isokorisk värmekapacitet, i enlighet med Mayers ekvation

De molära isobariska värmekapaciteterna måste vara lika med varandra, och därför måste de adiabatiska exponenterna vara lika, dvs.

Under detta tillstånd förvandlas ekvation (2.1.12) till (2.1.13).

2.1.2. Tryck efter blandning av gaser vid W=Konst

Det tryck som fastställs efter blandning av gaserna kan bestämmas antingen med formlerna i punkt 1.4.2 eller utifrån villkoret:

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

Att lösa ett stort antal tekniska problem innebär ofta att olika gaser (vätskor) eller olika mängder av samma gas (vätska) blandas i olika termodynamiska tillstånd. För att organisera förskjutningsprocesser har ett ganska stort utbud av en mängd olika blandningsanordningar och apparater utvecklats.

Vid termodynamisk analys av blandningsprocesser handlar uppgiften vanligtvis om att bestämma parametrarna för blandningens tillstånd från de kända parametrarna för tillståndet för de initiala blandningskomponenterna.

Lösningen på detta problem kommer att vara annorlunda beroende på de förhållanden under vilka denna process utförs. Alla metoder för att bilda blandningar av gaser eller vätskor som förekommer under verkliga förhållanden kan delas in i tre grupper: 1) processen att blanda i en konstant volym; 2) processen att blanda i en ström; 3) blanda när du fyller på volymen.

Blandningsprocesser anses vanligtvis ske utan värmeväxling mellan blandningssystemet och omgivningen, d.v.s. sker adiabatiskt. Blandning i närvaro av värmeväxling kan delas upp i två steg: adiabatisk blandning utan värmeväxling och värmeväxling i den resulterande blandningen med omgivningen.

För att förenkla slutsatserna, låt oss överväga blandningen av två riktiga gaser. Den samtidiga blandningen av tre eller flera gaser kan hittas med hjälp av beräkningsformler för två gaser genom att sekventiellt lägga till en ny komponent.

Alla fall av blandning är irreversibla processer, om så bara för att separering av blandningen i dess komponenter nödvändigtvis kräver en utgift för arbete. Som i alla irreversibla processer, under blandning sker en ökning av entropin S c-system och motsvarande prestationsförlust (exergi): De = T o.s. S c, var Tо.с – omgivningstemperatur.

Vid blandning av gaser som har olika tryck och temperaturer uppstår ytterligare prestandaförluster från irreversibel värmeväxling mellan de blandade gaserna och av misslyckande att använda skillnaden i deras tryck. En ökning av entropin under blandning sker alltså både som ett resultat av den faktiska blandningen (diffusionen) av gaser eller vätskor som är olika till sin natur, och på grund av utjämningen av temperaturer och tryck hos de blandade ämnena.

Låt oss titta på möjliga blandningsmetoder.

2.1. Konstanta volymblandningsprocesser

Låt några värmeisolerade kärl av volym V delas av en skiljevägg i två fack, varav ett innehåller gas (vätska) med parametrar sid 1, u 1, T 1 , U 1, i den andra – en annan gas (vätska) med parametrar sid 2, u 2, T 2 , U 2, (Fig. 2.1).

sid 1 , T 1, u 1, U 1 , m 1

sid 2 , T 2, u 2, U 2 , m 2

sid, T,u, U, m

Ris. 2.1. Blandningsprocessdiagram

i konstant volym

Vi betecknar massan av gas i ett fack respektive volymen av detta fack m 1 och V 1, och i det andra facket - m 2 och V 2. När den delande skiljeväggen tas bort sprids varje gas genom diffusion till hela volymen, och den resulterande volymen av blandningen kommer uppenbarligen att vara lika med summan V = V 1 + V 2. Som ett resultat av blandning utjämnas gasens tryck, temperatur och densitet genom hela kärlets volym. Låt oss beteckna värdena för gastillståndsparametrarna efter blandning sid,u, T, U.

Enligt lagen om energibevarande kommer den resulterande blandningen av gaser att ha inre energi lika med summan av de inre energierna för varje gas:

U = U 1 + U 2

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

Gasens specifika inre energi efter blandning bestäms enligt följande:

. (2.2)

På samma sätt är den specifika volymen av blandningen lika med:

. (2.3)

När det gäller de återstående parametrarna för gasen efter blandning ( sid, T, S), för gaser och vätskor kan de inte beräknas analytiskt i allmän form genom värdena för parametrarna för blandningskomponenterna. För att bestämma dem måste du använda U, u-diagram på vilket isobarer och isotermer är plottade eller U, T- ett diagram med isokorer och isobarer markerade på (för att blanda samma gas), eller tabeller över de termodynamiska egenskaperna hos gaser och vätskor. Efter att ha bestämt med hjälp av relationer (2.2) och (2.3) och u för gasen efter blandning, kan man hitta från diagram eller tabeller sid, T, S.

Värderingar sid, T Och S gaser efter blandning kan uttryckas direkt genom de kända värdena för tillståndsparametrarna för de blandade delarna endast för ideala gaser. Låt oss beteckna medelvärdet av värmekapaciteten för den första gasen i temperaturområdet från T 1 till T genom , och en annan gas i temperaturområdet från T 2 till T genom
.

Med tanke på att
;
;
från uttryck (2.2) får vi:

T =
eller T =
, (2.4)

Var g 1 och g 2 – massfraktioner av idealgaser som utgör blandningen.

Från tillståndsekvationen för idealgaser följer:

m 1 = ;m 2 = .

Efter att ha ersatt massavärdena i (2.4) kan gasblandningens temperatur hittas från uttrycket

T =
. (2.5)

Vi definierar trycket för en blandning av idealgaser som summan av partialtrycken för komponenterna i gasblandningen
, där partialtrycken Och bestäms med Clapeyrons ekvation.

Entropiökning S c-system från irreversibel blandning hittas av skillnaden i summan av entropi för gaserna som ingår i blandningen efter blandning och de initiala komponenterna före blandning:

S = S – (m 1 S 1 + m 2 S 2).

För en blandning av idealgaser när två gaser blandas.

S c = m[(g 1 C sid 1 + g 2 C sid 2) ln T – (g 1 R 1 + g 2 R 2) ln sid]–

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

–m(R 1 g 1 ln r 1 + R 2 g 2 ln r 2),

Var r i– volymfraktion av idealgaser som utgör blandningen.

R– blandningens gaskonstant, bestämd av ekvationen:

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

Ett diagram över exergi och anergi för blandning i en konstant volym visas i fig. 2.2.

Ris. 2.2. Diagram över exergi och anergi kl

blanda i konstant volym:
– förlust av specifik exergi under blandning

2. Blandning av gaser och ångor med olika temperaturer.

Det är så atmosfäriska dimma bildas. Oftast uppstår dimma i klart väder på natten, när jordens yta, som intensivt avger värme, svalnar kraftigt. Varm, fuktig luft kommer i kontakt med den kylande jorden eller med kall luft nära dess yta och det bildas vätskedroppar i den. Samma sak händer när varma och kalla luftfronter blandas.

3. Kylning av gasblandningen innehållande ånga.

Detta fall kan illustreras med exemplet med en vattenkokare i vilken vatten har kokat. Vattenånga kommer ut från pipen, som är osynlig eftersom den inte sprider ljus. Därefter kyls vattenångan snabbt, vattnet i den kondenserar och redan på kort avstånd från vattenkokarens pipe ser vi ett mjölkaktigt moln - dimma som har blivit synlig på grund av förmågan att sprida ljus. Ett liknande fenomen observeras när vi öppnar fönstret en frostig dag. En mer hållbar aerosol bildas när olja som kokar i en stekpanna skapar en gas (oljeaerosol) i rummet, som endast kan avlägsnas genom att välventilera rummet.

Dessutom kan kondensationsaerosol bildas som ett resultat av gasreaktioner som leder till bildandet av icke-flyktiga produkter:

· under bränsleförbränning bildas rökgaser, vars kondensering leder till uppkomsten av förbränningsrök;

· när fosfor brinner i luften bildas vit rök (P 2 O 5);

· interaktionen mellan gasformig NH 3 och HC1 producerar rök MH 4 C1 (sv);

· oxidation av metaller i luft, som sker i olika metallurgiska och kemiska processer, åtföljs av bildning av ångor som består av partiklar av metalloxider.

SPRIDNINGSMETODER

Dispersiva aerosoler bildas under malning (sprutning) av fasta och flytande kroppar i en gasformig miljö och under övergången av pulverformiga ämnen till suspenderade tillstånd under inverkan av luftströmmar.

Sprayning av fasta ämnen sker i två steg:

malning och sedan sprutning. Överföringen av ett ämne till ett aerosoltillstånd måste utföras vid tidpunkten för applicering av aerosolen, eftersom, till skillnad från andra dispergerade system - emulsioner, suspensioner, aerosoler inte kan förberedas i förväg. Under hushållsförhållanden är nästan det enda sättet att få vätske- och pulveraerosoler en anordning som kallas "aerosolpaket" eller "aerosolburk". Ämnet i den förpackas under tryck och sprutas med flytande eller komprimerade gaser.

ALLMÄNNA EGENSKAPER HOS AEROSOLER

Aerosolers egenskaper bestäms av:

Beskaffenheten av substanserna i den dispergerade fasen och dispersionsmediet;

Partiell och masskoncentration av aerosol;

Partikelstorlek och partikelstorleksfördelning;

Form av primära (icke aggregerade) partiklar;

Aerosolstruktur;

Partikelladdning.

För att karakterisera koncentrationen av aerosoler, liksom andra dispergerade system, används masskoncentration och numerisk (del)koncentration.

Masskoncentration är massan av alla suspenderade partiklar per volymenhet gas.

Numerisk koncentration är antalet partiklar per volymenhet aerosol. Oavsett hur stor den numeriska koncentrationen är i ögonblicket för aerosolbildning kan den efter några sekunder inte överstiga 10 3 partiklar/cm 3 .

AEROSOL Partikelstorlekar

Minsta partikelstorlek bestäms av möjligheten att ämnet existerar i ett tillstånd av aggregation. En vattenmolekyl kan alltså inte bilda en gas, en vätska eller ett fast ämne. För att bilda en fas krävs aggregat på minst 20-30 molekyler. Den minsta partikeln av en fast eller vätska kan inte ha en storlek mindre än 1 10-3 mikron. För att betrakta en gas som ett kontinuerligt medium är det nödvändigt att partikelstorlekarna är mycket större än den fria vägen för gasmolekyler. Den övre gränsen för partikelstorlek är inte strikt definierad, men partiklar större än 100 mikron kan inte förbli svävande i luften under lång tid.

AEROSOLERS MOLEKYLKINETISKA EGENSKAPER

Funktioner hos aerosolers molekylära kinetiska egenskaper beror på:

Låg koncentration av dispergerade faspartiklar - så om 1 cm 3 guldhydrosol innehåller 10 16 partiklar, så innehåller samma volym guldaerosol mindre än 10 7 partiklar;

Låg viskositet hos dispersionsmediet - luft, därför låg friktionskoefficient (B) som uppstår under partiklars rörelse;

Låg densitet av dispersionsmediet, därför ρ del » ρ gas.

Allt detta leder till det faktum att rörelsen av partiklar i aerosoler sker mycket mer intensivt än i lyosoler.

Låt oss överväga det enklaste fallet, när aerosolen är i en sluten behållare (dvs externa luftflöden är uteslutna) och partiklarna har en sfärisk form med radie r och densitet p. En sådan partikel påverkas samtidigt av en gravitationskraft riktad vertikalt nedåt och en friktionskraft i motsatt riktning. Dessutom är partikeln i Brownsk rörelse, vars konsekvens är diffusion.

För att kvantifiera processerna för diffusion och sedimentation i aerosoler kan du använda värdena

specifikt diffusionsflöde i diff och

specifikt sedimentationsflöde i sed. .

För att ta reda på vilket flöde som kommer att råda, överväg deras förhållande:

I detta uttryck (p - p 0) » 0. Följaktligen kommer storleken på fraktionen att bestämmas av storleken på partiklarna.

Om r > 1 μm, då i sed » i diff, d.v.s. diffusion kan försummas - snabb sedimentering sker och partiklarna sätter sig på kärlets botten.

Om 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.

Således försvinner både mycket små och mycket stora partiklar snabbt från aerosolen: den förra på grund av vidhäftning till väggarna eller vidhäftning, den senare som ett resultat av att sedimentera till botten. Partiklar av mellanstorlek har maximal stabilitet. Därför, oavsett hur stor den numeriska koncentrationen av partiklar är i ögonblicket för aerosolbildning, överstiger den inte efter några sekunder 10 3 delar/cm 3 .

AEROSOLERS ELEKTRISKA EGENSKAPER

De elektriska egenskaperna hos aerosolpartiklar skiljer sig väsentligt från de elektriska egenskaperna hos partiklar i lyosol.

1. EDL förekommer inte på aerosolpartiklar, eftersom på grund av den låga dielektricitetskonstanten hos det gasformiga mediet, sker elektrolytisk dissociation praktiskt taget inte i det.

2. Laddningen på partiklarna uppstår främst på grund av den urskillningslösa adsorptionen av joner som bildas i gasfasen till följd av jonisering av gasen med kosmiska, ultravioletta eller radioaktiva strålar.

3. Laddningen av partiklar är slumpmässig till sin natur, och för partiklar av samma natur och samma storlek kan den vara olika både i storlek och tecken.

4. Laddningen av en partikel förändras över tiden både i storlek och tecken.

5. I frånvaro av specifik adsorption är laddningarna av partiklarna mycket små och överstiger vanligtvis den elementära elektriska laddningen med högst 10 gånger.

6. Specifik adsorption är karakteristisk för aerosoler, vars partiklar bildas av ett mycket polärt ämne, eftersom i detta fall ett ganska stort potentiellt hopp inträffar på interfasytan, på grund av molekylernas ytorientering. Till exempel, vid gränsytan av vatten eller snöaerosoler finns det en positiv elektrisk potential i storleksordningen 250 mV.

Det är känt från praktiken att partiklar av aerosoler av metaller och deras oxider vanligtvis har en negativ laddning (Zn, ZnO, MgO, Fe 2 0 3), och partiklar av aerosoler av icke-metaller och deras oxider (SiO 2, P 2 O 5) är positivt laddade. NaCl och stärkelsepartiklar är positivt laddade, medan mjölpartiklar bär negativa laddningar.

AGGREGATIV STABILITET. KOAGULERING

Till skillnad från andra dispergerade system finns det i aerosoler ingen interaktion mellan partiklarnas yta och det gasformiga mediet, vilket innebär att det inte finns några krafter som hindrar partiklarna från att vidhäfta varandra och till makroskopiska kroppar vid kollision. Sålunda är aerosoler aggregerat instabila system. Koagulering i dem sker enligt typen av snabb koagulering, det vill säga varje kollision av partiklar leder till att de klibbar ihop.

Koagulationshastigheten ökar snabbt med ökande numerisk aerosolkoncentration.

Oavsett den initiala koncentrationen av aerosolen finns det efter några minuter 10 8 -10 6 partiklar i 1 cm 3 (för jämförelse, i lyosoler finns det ~ 10 15 partiklar). Vi har alltså att göra med mycket mycket utspädda system.

Koagulationshastighetens beroende av en ökning av antalet aerosolkoncentrationer
Initial numerisk koncentration i 1 cm 3	Den tid som krävs för att minska aerosolkoncentrationen med 2 gånger
	Bråkdelar av en sekund
	15-30 s
	30 minuter
	Flera dagar

METODER FÖR DESTRUKTION AV AEROSOL

Trots det faktum att aerosoler är sammantaget instabila, är problemet med deras förstörelse mycket akut. De viktigaste problemen, vars lösning kräver förstörelse av aerosoler:

Rening av atmosfärisk luft från industriella aerosoler;

Fånga upp värdefulla produkter från industriell rök;

Konstgjord stänk eller spridning av moln och dimma.

Aerosoler förstörs av

· spridning under påverkan av luftströmmar eller på grund av laddningar av partiklar med samma namn;

· sedimentering;

· diffusion till kärlets väggar;

· koagulering;

· avdunstning av dispergerade faspartiklar (vid aerosoler av flyktiga ämnen).

Den äldsta av behandlingsanläggningarna är skorstenen. De försöker släppa ut skadliga aerosoler i atmosfären så högt som möjligt, eftersom vissa kemiska föreningar, som kommer in i atmosfärens markskikt under påverkan av solljus och som ett resultat av olika reaktioner, omvandlas till mindre farliga ämnen (vid Norilsk Mining och Metallurgical Combine, till exempel, ett trekanalsrör har en höjd på 420 m).

Den moderna koncentrationen av industriproduktion kräver dock att rökutsläppen förbehandlas. Många metoder har utvecklats för att förstöra aerosoler, men någon av dem består av två steg:

den första är infångningen av dispergerade partiklar, deras separation från gasen,

det andra är att förhindra att partiklar kommer in i den gasformiga miljön igen, detta beror på problemet med vidhäftning av infångade partiklar och bildandet av ett hållbart sediment från dem.

AEROSOLCYLINDER

Funktionsprincipen för en aerosolburk är att läkemedlet som placeras i förpackningen blandas med en evakueringsvätska, vars mättade ångtryck i det temperaturområde vid vilket förpackningen drivs är högre än atmosfärstrycket.

Blandningen frigörs från cylindern under påverkan av mättat ångtryck över vätskan.

Det är känt att det mättade ångtrycket för något stabilt ämne endast bestäms av temperaturen och inte beror på volymen. Därför, under hela cylinderns drift, kommer trycket i den att förbli konstant, därför kommer flygområdet för partiklarna och sprutkonens vinkel att förbli nästan konstant.

Beroende på arten av interaktionen mellan det sprutade ämnet och evakueringsvätskan och dess aggregationstillstånd kommer system i aerosolförpackningar att bestå av ett annat antal faser. I fallet med ömsesidig löslighet av komponenterna bildas en homogen flytande lösning, i andra fall - en emulsion eller suspension, och slutligen ett heterogent system, när läkemedlet och evakueringsvätskan bildar ett makroskopiskt heterogent system. Uppenbarligen, i det första fallet, innehåller aerosolpaketet ett tvåfassystem - flytande och mättad ånga. När en emulsion eller suspension släpps ut i atmosfären krossas endast dispersionsmediet - de resulterande partiklarna kommer i bästa fall att ha de dimensioner som de hade i vätskefasen.

När läkemedlet och evakueringsvätskan inte blandas eller blandas med varandra i begränsad utsträckning, med en av vätskorna dispergerad i den andra i form av små droppar, bildas emulsioner.

Beskaffenheten av det system som bildas när produkten lämnar förpackningen i atmosfären beror på vilken av vätskorna som är den dispergerade fasen. Om den dispergerade fasen är ett läkemedel, bildas en aerosol. Om den dispergerade fasen är en evakueringsvätska erhålls skum. Storleken på partiklar som erhålls med aerosolburkar beror på de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos de ämnen som ingår i beredningen, förhållandet mellan komponenter, burkens designegenskaper och temperaturförhållandena för dess drift.

Spridningsgraden kan justeras: ”genom att variera storleken på utloppet;

Genom att ändra det mättade ångtrycket hos evakueringsvätskan;

Genom att ändra det kvantitativa förhållandet mellan läkemedlet och evakueringsmedlet.

UTRYMNING AV ÄMNEN

Den viktigaste hjälpkomponenten är en substans som säkerställer frisättningen av läkemedlet i atmosfären och dess efterföljande spridning. Dessa ämnen kallas drivmedel (latin "pro-peilere" - att köra). Drivmedlet måste utföra två funktioner:

Skapa det nödvändiga trycket för att frigöra läkemedlet;

Sprid ut produkten som släpps ut i atmosfären. Freoner och komprimerade gaser används som drivmedel. Freoner är organofluorföreningar med låg molekylvikt av den alifatiska serien.

Följande notationssystem för freoner har antagits: den sista siffran (antal enheter) betyder antalet fluoratomer i molekylen, den föregående siffran (antal tiotal) betyder antalet väteatomer ökat med en och den tredje (antal hundra) betyder antalet kolatomer minskat med en. Till exempel: F-22 är CHC1F 2, F-114 är C 2 C1 2 F 4.

Ämnen som består av molekyler med en cyklisk struktur har också en numerisk beteckning, men bokstaven "C" placeras före siffrorna, till exempel: C318 - C 4 F 8 (oktafluorcyklobutan).

N2, N2O, CO2, etc. används som komprimerade gaser.

FÖRDELAR MED AEROSOLFÖRPACKNINGAR

1. Överföringen av läkemedlet till ett fint dispergerat tillstånd sker på grund av den potentiella energin hos det flytande drivmedlet och kräver inte användning av några främmande anordningar.

2. Inga tillbehör behövs för att skapa aerosoler.

3. På en tidsenhet kan en betydande mängd ämne spridas för att producera små partiklar – om andra metoder användes skulle mycket mer energi krävas.

4. Dimningsläget är stabilt: storleken på de resulterande partiklarna, deras flygområde och vinkeln vid konens spets förändras lite under hela driftperioden.

5. Du kan förbestämma doseringen av den sprutade substansen.

6. Du kan ställa in partikelstorleken.

7. Graden av polydispersitet hos aerosolen är låg.

8. Alla partiklar har samma kemiska sammansättning.

9. Steriliteten hos sprayade läkemedel säkerställs.

10. Läkemedlet i förpackningen kommer inte i kontakt med luftsyre, vilket säkerställer dess stabilitet.

11. Automatisk stängning av ventilen eliminerar risken för förlust på grund av spill eller avdunstning av oanvänd del av produkten.

12. Förpackningen är alltid redo att användas.

13. Förpackningen är kompakt. Tillåter individuell eller kollektiv användning.

De första aerosolpaketen dök upp på 80-talet. XX-talet i Europa. Under andra världskriget tog USA initiativet till deras utveckling. 1941 skapades aerosolförpackningar - en insektsdödare förpackad i en glasbehållare. Drivmedlet var Freon-12.

Produktion i industriell skala började efter andra världskriget i USA och sedan i andra länder runt om i världen.

PRAKTISK APPLICERING AV AEROSOLER

Den utbredda användningen av aerosoler beror på deras höga effektivitet. Det är känt att en ökning av ytan av ett ämne åtföljs av en ökning av dess aktivitet. En liten mängd av ett ämne som sprayas i form av en aerosol upptar en stor volym och har hög reaktivitet. Detta är fördelen med aerosoler jämfört med andra dispergerade system.

Aerosoler används:

Inom olika teknikområden, inklusive militär och rymd;

Inom jordbruket; "inom hälso-och sjukvården;

Inom meteorologi; i vardagen osv.

På senare tid har framställningen av doseringsformer i form av aerosoler använts i stor utsträckning inom farmaceutisk praxis. Användningen av medicinska substanser i form av aerosoler är praktiskt i fall där det är nödvändigt att applicera läkemedlet på stora ytor (akuta luftvägssjukdomar, brännskador etc.). Doseringsformer som innehåller flytande filmbildande ämnen har stor effekt. När detta läkemedel sprayas på det drabbade området täcks det med en tunn, genomskinlig film som ersätter bandaget.

Låt oss uppehålla oss mer detaljerat om användningen av aerosolförpackningar.

För närvarande finns det mer än 300 typer av produkter i aerosolförpackningar.

Första gruppen: hushållskemikalier.

Insekticider är preparat för att döda insekter.

Anti-mal produkter.

Insekticider för behandling av husdjur.

Medel för att skydda inomhusväxter och frukt- och bärgrödor från svampsjukdomar och skadedjur.

Lacker och färger.

Luftfräschare.

c Poler- och rengöringsmedel.

Andra gruppen:

Parfymeri och kosmetika. "Hårvårdsprodukter (sprayer, schampon, etc.).

Raklödder och geler.

Krämer för händer och fötter.

Olja för och mot garvning.

Deodoranter.

Parfymer, cologne, eau de toilette.

Tredje gruppen: medicinska aerosoler.

Fjärde gruppen: tekniska aerosoler.

Smörjoljor.

Anti-korrosionsbeläggningar.

Skyddsfilmer. "Torra smörjmedel.

Emulsioner för kylning av fräsar på borrmaskiner.

Femte gruppen: mataerosoler.

MAT AEROSOLER

De första matbehållarna dök upp 1947 i USA. De innehöll krämer för efterbehandling av kakor och bakverk och användes endast av restauranger som lämnade tillbaka dem för påfyllning. Massproduktion av denna typ av aerosolförpackningar började först 1958.

Aerosol livsmedelsförpackningar kan delas in i tre huvudgrupper:

förpackningar som kräver förvaring vid låga temperaturer;

förpackning med efterföljande värmebehandling;

förpackning utan efterföljande värmebehandling.

Tre typer av livsmedel produceras i aerosolförpackningar: krämer, vätskor, pastor. I aerosolförpackningar kan du köpa salladsdressingar, smältost, juicer, kanel, majonnäs, tomatjuice, 30% vispgrädde m.m.

Tillväxten i produktionen av mataerosol beror på följande:

fördelar jämfört med konventionella typer av förpackningar;

utveckling av nya drivmedel;

förbättring av fyllningstekniken.

Fördelar med aerosolmatförpackningar:

Enkel användning;

sparar tid;

maten är förpackad i ett ätfärdigt tillstånd och frigörs från förpackningen i en enhetlig form;

inget produktläckage;

fukt går inte förlorad eller tränger in i förpackningen;

aromen går inte förlorad;

produkten hålls steril.

Följande krav gäller för aerosolberedningar för livsmedel:

1. Drivmedlet måste vara av hög renhet, giftfritt, smaklöst och luktfritt. För närvarande används koldioxid, dikväveoxid, kväve, argon och C318 freon.

2. Komprimerade gaser, som har mycket begränsad löslighet i vattenlösningar, kan inte delta i bildningen av skum, och detta är nödvändigt för vispgrädde, dekorativa krämer, mousser etc. Det är att föredra att använda freon C318 med dessa produkter, även om det är mycket dyrare.

Tabell 18.4 Exempel på formuleringar för olika mataerosoler

Ingredienser som ingår i aerosoler	Kvantitet, viktprocent
1. Grädde till mellanmålsmackor
Keso med grädde	50-60
	25-30
Vegetabilisk olja och aromatiska tillsatser	6-10
Freon S318	7
2. Sockerglasyr för efterbehandling av konfektyrprodukter
Socker	55-60
Vatten	15-25
Vegetabilisk olja
hård	9-14
flytande	3-5
Bordssalt	0,1-0,3
Mikrokristallin cellulosa	1,0
Dofter	1-4
Emulgeringsmedel	0,5-1
Freon S318	7
3. Mousse
Honung eller fruktsirap	78-83
Vatten	7-9
Vegetabilisk olja (fast)	3-5
Mikrokristallin cellulosa	1-2
Monoglycerider	0,5-1
Sorbitolpolyestrar	0,05-1
Freon SZ18	7
Fortsättning från tabell 18.4
Ingredienser som ingår i aerosoler		Kvantitet, viktprocent
4. Dekorativ sås i form av skum
Senap (finmalt pulver)		0,94
Citron juice		4,72
Vinäger		9,44
Vatten		34
Polysorbat 80		0,5
Emulgerande blandning		2,25
Mikrokristallin cellulosa		2,5
Tillsatser - skumstabilisatorer		4,59
Freon C318 + lustgas (P=8 atm)		7
5. Oljevinägerdressing i form av skum
Vatten		11,80
Salt		1,96
Socker		1,47
Vinäger		22,81
Olivolja		61,75
Polysorbat 80		0,10
Vitlöksolja		0,12
Svartpepparolja		0,10
Freon S318		10,0
6. Dressing för rostade majskärnor
Salt (extra)		10,00
Vegetabilisk olja		58,97
Andra oljetillsatser		0,03
Färga		1,00
Freon-S318		10,00

3. Användningen av freoner ger en annan fördel: flytande gaser införs i produktformuleringar, som frigörs i form av skum, i en mängd av högst 10 viktprocent, medan de upptar en relativt liten volym. Detta gör att du kan ladda betydligt fler produkter i cylindern - 90% av cylindervolymen (i förpackningar med komprimerad gas endast 50%) och garanterar fullständig frisättning av produkten från förpackningen.

4. Valet av drivmedel bestäms av typen av livsmedelsprodukt och den avsedda leveransformen (grädde, vätska, pasta). Blandningar av CO2 och högren dikväveoxid har visat sig väl. För att få skum används blandningar av C318 freon med dikväveoxid. Tårtavslutningskräm förpackad med denna blandning ger ett stabilt skum som behåller färgen bra. För sirap anses CO2 vara det lämpligaste drivmedlet.

Kvaliteten på att dispensera innehållet från cylindern beror på följande faktorer:

Teknik för beredning av produkter;

Stabilisator (mikrokristallin cellulosa används ofta);

Rätt val av cylinder och ventil.

För kanel och citronsaft har ett kontrollerat sprayhuvud tagits fram som kan dispensera produkterna antingen som droppar eller som en ström efter önskemål. För konstgjorda sötningsmedel används doseringsventiler, en dos de doserar motsvarar en bit sågat socker osv.

AEROSOLTRANSPORT

Pneumatisk transport används i stor utsträckning inom mjölmalnings-, spannmåls- och fodermalningsindustrin, vilket skapar förutsättningar för införande av automatisering, ökad arbetsproduktivitet och sänkta kostnader. Användningen av pneumatisk transport är dock förknippad med en stor utgift av elektricitet för att flytta en stor volym luft (1 kg luft flyttar 5-6 kg bulkmaterial).

Mer progressiv är aerosoltransport, där en stor koncentration av material i luftflödet uppnås på grund av luftning av mjöl i början av transporten och högt lufttryck. Luftning bryter vidhäftningen mellan mjölpartiklar och den får egenskapen att flyta, som en vätska; som ett resultat rör sig 1 kg luft upp till 200 kg mjöl.

Aerosoltransportanläggningen består av en matare, en kompressor, en materialledning och en avlastare. Huvudelementet är mataren, i vilken luft blandas med materialet och den initiala hastigheten ges till blandningen, vilket säkerställer dess tillförsel till materialrörledningen.

Införandet av aerosoltransporter gör det möjligt att öka produktiviteten i bruken och minska specifik energiförbrukning.

Aerosoltransporter har framtiden för sig, inte bara inom mjölmalning, utan även i andra industrier relaterade till användningen av bulkmaterial och pulver.

Aerosoler är mikroheterogena system där fasta partiklar eller vätskedroppar är suspenderade i en gas (S/G eller L/G),

Enligt det aggregerade tillståndet för den dispergerade fasen delas aerosoler in i: dimma (L/G); rök, damm (T/G); smog [(F+T)/G)].

Enligt deras spridning är aerosoler indelade i: dimma, rök, damm.

Liksom andra mikroheterogena system kan aerosoler erhållas från verkliga lösningar (kondensationsmetoder) eller från grovt dispergerade system (dispersionsmetoder).

Vattendroppar i dimma är alltid sfäriska medan fasta rökpartiklar kan ha olika former beroende på ursprung.

På grund av de mycket små partikelstorlekarna i den dispergerade fasen har de en utvecklad yta på vilken adsorption, förbränning och andra kemiska reaktioner aktivt kan ske.

De molekylärkinetiska egenskaperna hos aerosoler bestäms av:

låg koncentration av dispergerade faspartiklar; låg viskositet hos dispersionsmediet; låg densitet hos dispersionsmediet.

Beroende på storleken på partiklarna i den dispergerade fasen kan de antingen snabbt sedimentera (vid r < 1 μm), eller fastna på kärlets väggar eller hålla ihop (vid r < 0,01 μm). Partiklar av mellanstorlek har störst stabilitet.

Aerosoler kännetecknas av fenomenen termofores, termofällning och fotofores.

De optiska egenskaperna hos aerosoler liknar egenskaperna hos lyosoler, men ljusspridningen av dem är mycket mer uttalad på grund av de stora skillnaderna i brytningsindexen för den dispergerade fasen och dispersionsmediet.

Specificiteten för de elektriska egenskaperna hos aerosoler är att ingen EDL förekommer på partiklarna, laddningen av partiklarna är slumpmässig och liten i storleken. När partiklar närmar sig varandra sker ingen elektrostatisk repulsion och snabb koagulering uppstår.

Förstörelsen av aerosoler är ett viktigt problem och utförs genom sedimentering, koagulering, dammuppsamling och andra metoder.

Pulver är högkoncentrerade dispergeringssystem där den dispergerade fasen är fasta partiklar och dispersionsmediet är luft eller annan gas. Symbol: T/G.

I pulver är partiklar av den dispergerade fasen i kontakt med varandra. Traditionellt klassificeras de flesta bulkmaterial som pulver, men i en snäv mening används termen "pulver" på starkt dispergerade system med en partikelstorlek som är mindre än ett visst kritiskt värde vid vilket krafterna för interpartikelinteraktion blir proportionerliga med massan av partiklarna. Det vanligaste är pulver med partikelstorlekar från 1 till 100 mikron. Den specifika gränsytan på sådana pulver varierar från flera m11.09.2011 (sot) till fraktioner av m2/g (fin sand).

Pulver skiljer sig från aerosoler med en fast dispergerad fas (även T/G) genom en mycket högre koncentration av fasta partiklar. Pulvret erhålls från en aerosol med en fast dispergerad fas under dess sedimentering. Suspensionen (S/L) blir också till pulver när den torkas. Å andra sidan kan både en aerosol och en suspension erhållas från ett pulver.

KLASSIFICERING AV PULVER

1. Beroende på formen på partiklarna:

Equiaxial (har ungefär samma dimensioner längs tre axlar);

Fibrös (längden på partiklarna är mycket större än bredden och tjockleken);

Platt (längd och bredd är mycket större än tjockleken).

2. Enligt interpartikelinteraktion:

Anslutningsvis dispergerade (partiklar är länkade till varandra, dvs systemet har någon struktur);

Fritt spridd (skjuvmotstånd beror endast på friktion mellan partiklar).

3. Klassificering efter partikelstorlek för den dispergerade fasen:

Sand (2≤10-5 ≤ d ≤ 2∙10-3) m;

Damm (2∙10 -6 ≤ d ≤ 2∙10 -5) m;

Pulver (d< 2∙10 -6) м.

METODER FÖR ATT FÅ PULVER

Pulver, precis som alla andra dispergerade system, kan erhållas med två grupper av metoder:

På den sida av grova system - genom spridningsmetoder;

För sanna lösningar - genom kondensationsmetoder.

Valet av metod beror på materialets natur, pulvrets syfte och ekonomiska faktorer.

SPRIDNINGSMETODER

Råvarorna krossas i vals-, kul-, vibrations- eller kolloidkvarnar, följt av separering i fraktioner, eftersom polydispersa pulver som ett resultat av malning erhålls (till exempel kan mjöl av samma typ innehålla partiklar från 5 till 60 mikron) .

Effektiv dispergering kan uppnås genom att mala mycket koncentrerade suspensioner.

För att underlätta spridningen används hårdhetsreducerande medel, som är ytaktiva ämnen. I enlighet med regeln för polaritetsutjämning, när de adsorberas på ytan av det jordade fasta materialet, minskar de ytspänningen, minskar energiförbrukningen under spridningen och ökar spridningen av markfasen.

I vissa fall förbehandlas materialet före dispergering. Således värms titan eller tantal i en väteatmosfär, omvandlas till hydrider, som krossas och värms upp i vakuum - rena metallpulver erhålls.

Vid framställning av flingpulver, som ingår i färger och pyrotekniska kompositioner, används kulkvarnar för malning. Kulorna plattar och rullar partiklarna av det krossade materialet.

Pulver med sfäriska partiklar gjorda av eldfasta metaller (volfram, molybden, niob) erhålls i lågtemperaturplasma av en båge och högfrekvent urladdning. När de passerar genom plasmazonen smälter partiklarna och antar en sfärisk form, svalnar sedan och stelnar.

Under dispergering förändras inte materialets kemiska sammansättning.

KONDENSATIONSMETODER

Dessa metoder kan delas in i två grupper.

Den första gruppen av metoder är associerad med avsättning av partiklar på grund av koagulering av lyofoba soler. Som ett resultat av avdunstning av lösningen eller partiell ersättning av lösningsmedlet (minskning i löslighet) bildas en suspension, och efter dess filtrering och torkning erhålls pulver.

Den andra gruppen av metoder är förknippad med kemiska reaktioner (kemisk kondensation). Kemiska kondensationsmetoder kan klassificeras baserat på vilken typ av reaktion som används:

1. Utbytesreaktioner mellan elektrolyter. Till exempel erhålls utfälld krita (tandpulver) som ett resultat av reaktionen:

Na2CO3 + CaCl2 = CaCO3 + 2 NaCl.

2. Oxidation av metaller.

Till exempel erhålls högdispergerad zinkoxid, som är huvudkomponenten i zinkvitt, genom att oxidera zinkånga med luft vid 300°C.

3. Oxidation av kolväten.

Olika typer av sot, som används vid tillverkning av gummi, plast och tryckfärg, framställs genom förbränning av gasformiga eller flytande kolväten i frånvaro av syre.

4. Reduktion av metalloxider.

Reduktion med naturgas, väte eller fasta reduktionsmedel används för att producera högdispergerade metallpulver.

Och mycket mer, utan vilket livet i sig är otänkbart. Hela människokroppen är en värld av partiklar som är i konstant rörelse strikt enligt vissa regler som lyder mänsklig fysiologi. Kolloidala system av organismer har ett antal biologiska egenskaper som kännetecknar ett visst kolloidalt tillstånd: 2.2 Kolloidalt system av celler. Ur synvinkel kolloid-kemisk fysiologi...

Låt oss föreställa oss tre horisontella lager A, B och C i vår gaskolonn, med lager B placerat ovanför A och A ovanför C. Det är alltid möjligt att få vilken mängd som helst av en blandning av sammansättning A genom att blanda en viss volym från lager C. med en volym från lager B. Omvänt kan vilken mängd som helst av en blandning av komposition A delas upp i två blandningar av komposition B och C.

Denna blandning och separation av de två gaserna kan också uppnås på ett reversibelt sätt genom att förstärka horisontella rör i A, B och C. Änden av varje sådant rör som kommer ut ur gaskolonnen är stängd med en kolv. Vi kommer nu att trycka kolvarna inåt i lager B och C, flytta dem, säg, från vänster till höger, och vid punkt A, tvärtom, kommer vi att trycka kolven utåt, d.v.s. från höger till vänster. Sedan i B och C kommer några gasmassor att lämna kolonnen, och i A kommer tvärtom en viss volym av blandningen in. Vi kommer att anta att varje sådant rör innehåller en viss massa av en blandning av samma sammansättning som det horisontella skiktet av gaskolonnen som detta rör kommunicerar med.

Värdena kommer sedan att bestämmas från ekvationerna

Det följer att

Låt oss nu dela upp blandningen på något reversibelt sätt och beräkna det nedlagda arbetet.

Låt oss införa blandningens enhetsvolym i A, och från B kommer vi följaktligen att härleda volymerna

Det totala arbetet som nedlagts i denna process är lika med

Genom att ersätta värdena här ser vi att detta arbete är lika med noll.

Det finns en viss subtilitet här: blandningar B och i vilken blandning A bröts upp höjdes till olika höjder och fick därmed olika potentiell energi. Men eftersom arbetet är noll och systemets temperatur är konstant, är detta endast möjligt om systemet har gett eller fått en viss mängd värme. När vi känner till förändringen i potentiell energi kommer vi att hitta mängden värme som tillförs systemet, och därav förändringen i entropin.

Ökningen i potentiell energi kommer att vara

men det är lika med mängden värme som tillförs systemet, så ökningen i entropi kommer att vara lika med

Med denna mängd är summan av entropierna för volymen av blandning B och volymen av blandning C större än entropin för en enhetsvolym av blandning A. Härifrån kan vi hitta volymerna för blandningar B och C, summan av vars entropier är lika med entropin för en volymenhet av blandning A; För att göra detta bringar vi volymerna av blandningar B och C på ett reversibelt isotermiskt sätt till volymer och likställer summan av ökningarna i entropierna för båda blandningarna under denna process till uttryck (75), taget med motsatt tecken.

Entropiökningen för blandning B blir

Låt oss ersätta uttrycket för tryck i termer av densiteter i ekvation (76).